مصالح فلزی

2-5-1 کلیات

فلزات ساختمانی اساساً به دو گروه آهنی و غیر آهنی تقسیم می‌شوند. آهن خالص در ساختمان مصرفی ندارد، ولی انواع فولاد و چدن که آلیاژهای آهن به حساب می‌آیند از پرمصرف‌ترین مصالح فلزی هستند. فولاد در نیمرخهای گوناگون تولید شده و در ساختن اسکلت فلزی و به صورت میلگرد یا آرماتور در بتن‌آرمه به مصرف می‌رسد. مصرف چدن در لوله و اتصالات و قطعات درپوش و پله و مانند اینها است. از فلزات غیرآهنی عمده که در ساختمان بیشتر از آنها بهره‌گیری می‌شود می‌توان آلومینیوم، مس، سرب، روی، قلع، نیکل و منیزیم را برشمرد. امروزه پس از فولاد، آلومینیوم و مس به ترتیب از پرمصرف‌ترین فلزات در ساختمان به شمار می‌آیند. از سایر فلزات مستقیماً و یا به صورت بخشی از آلیاژ دیگر فلزات بهره‌گیری می‌شود.

آلومینیوم خالص به علت نرمی و مقاومت کم در ساختمان مصرف نمی‌شود، بلکه از آلیاژهای آن به‌ویژه آنها که دارای منیزیم، منگنز و سیلیسیم می‌باشد استفاده می‌گردد. از مزایای آلومینیوم و آلیاژهای آن، سبکی وزن و زنگ نزن بودن است ولی در مقابل، ضریب ارتجاعی کم و در نتیجه تغییر شکل زیاد آنها زیر بار و حساسیت در برابر افزایش گرما و تغییر محسوس در خواص مکانیکی آنها در گرمای بیش از 100 درجه سلسیوس، مصرف سازه‌ای این مصالح را محدود می‌سازد. گرچه روی سطح فلز آلومینیوم پس از گذشت زمان لایه نازکی از اکسید آلومینیوم یا آلومین تشکیل می‌شود و این اکسید فلز را از آسیب عوامل جوی حفظ می‌کند، ولی بهتر است ضخامت این لایه را به کمک جریان الکتریسته و قرار دادن آن در آند افزایش داد تا آسیب‌پذیری آن در برابر خراش و عوامل جوی کاهش یابد. این عمل را آندایز کردن آلومینیوم می‌نامند که به صورتهای ساده و رنگی انجام می‌شود. آلومینیوم در ساخت اسکلت سبک ساختمانها، ورق ساده یا موجدار پوشش شیروانیها یا درزبندی و درزپوش، کارهای تزئینی و ساختن در و پنجره و نرده و مانند اینها مصرف می‌شود. از ورقهای نازک آلومینیوم برای پوشش عایق حرارتی و نم‌بندی آنها و بازتاب گرما بهره‌گیری می‌شود. از گرد آلومینیوم در ساختن رنگ آلومینیومی استفاده می‌شود.

از مس و آلیاژهای آن که انواع برنج و مفرغ است در آب‌بندی و درزبندی و کارهای زینتی و ساختن قطعات شیرآلات و یراق‌آلات و لوله‌سازی استفاده می‌شود.

بیشترین مصرف سرب در آب‌بندی کردن محل بند لوله‌های فاضلاب و همچنین پوشش دیوار محل کار با پرتوهای مجهول X Ray و رادیواکتیو می‌باشد.

روی برای پوشاندن ورق، لوله و سایر قطعات فولادی و نیز جلوگیری از زنگ زدن آنها مصرف می‌شود. این قبیل محصولات به آهن سفید یا فولاد گالوانیزه شهرت دارند. روی در ساختن انواع آلیاژها به ویژه برنج که آلیاژی از مس و روی است، نیز به مصرف می‌رسد.

قلع نیز به میزان کمتری از روی برای پوشش قطعات فولادی ساختمانی مصرف می‌شود. ورق فولادی قلع‌اندود را اصطلاحاً حلبی می‌نامند. قلع در تولید انواع آلیاژها به خصوص برنز یا مفرغ که آلیاژی از مس و قلع است، نیز مورد مصرف دارد.

از سرب، قلع، روی، مس و آلومینیوم به صورت ورقهای نازک در لایه میانی قشرهای عایق رطوبتی پیش‌ساخته نیز استفاده می‌شود.

2-5-2 انطباق با مشخصات و استانداردها

فولاد و سایر فلزات و آلیاژهای مصرفی در هر پروژه، باید از نظر فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی (مانند تاب کششی، فشاری، برشی، ازدیاد طول نسبی و غیره) با آنچه در نقشه‌ها، دستور کارها یا مشخصات فنی خصوصی، و دیگر مدارک پیمان ذکر شده است، منطبق باشد. نمونه فولاد مصرفی اعم از نیمرخهای مورد نیاز در اسکلت فلزی، میلگردهای بتن‌آرمه و سایر مصالح فلزی باید قبلاً به تصویب دستگاه نظارت برسد. ویژگیهای فلزات و روش آزمایش آنها باید مطابق استانداردهای ایرانی تدوین شده تا تاریخ انعقاد پیمان یا استانداردهای ”سازمان بین‌المللی استاندارد ISO “ یا یکی از استانداردهای معتبر بین‌المللی باشد، تعیین استاندارد و قبول آن به عهده دستگاه نظارت می‌باشد. انواع فولاد و دیگر فلزات باید براساس استاندارد مشخص، تولید شده و دارای برگ شناسایی کارخانه سازنده باشد، به کار بردن فلزات مستعمل به طور کلی ممنوع است، مگر در موارد خاصی که در نقشه‌ها و مشخصات اولیه، پیش‌بینی و بررسی شده باشد.

2-5-3 ویژگیها و حداقل حدود قابل قبول

2-5-3-1 میلگردهای فولادی (آرماتورها)

میلگردهای فولادی باید تمیز و عاری از پوسته‌های رنگ، روغن، گرد و خاک و هر نوع آلودگی دیگر باشند، زیرا این آلودگیها سبب کاهش چسبندگی بین بتن و آرماتور می‌شود. استفاده از میلگردهای زنگ‌زده و پوسته پوسته شده مجاز نیست، مگر این که با برس زدن یا ماسه پاشی کاملاً تمیز شوند. در این صورت چنانچه سطح مقطع آرماتور ضعیف شده باشد، سطح مقطع واقعی ضعیف شده، باید در محاسبات مورد استفاده قرار گیرد. مقطع آرماتور ساده معمولی باید دایره و یکنواخت بوده و در هیچ نقطه‌ای به واسطه عواملی مانند زنگزدگی تضعیف نشده و ویژگیهای مکانیکی آن مطابق مندرجات آیین‌نامه بتن ایران باشد.

گروه‌بندی انواع فولاد در آیین‌نامه بتن ایران به شرح زیر است:

الف: به لحاظ روش تولید در انواع گرم نورد شده، اصلاح شده در حالت سرد و آبداده.

ب:از نظر شکل ظاهری در دو نوع ساده و آجدار.

پ:از نظر جوش‌پذیری به انواع جوش‌پذیر، جوش‌پذیر مشروط و جوش‌ناپذیر. طبق تعریف فولاد جوش‌پذیر با تجهیزات و روشهای متداول، قابل جوشکاری است. فولاد جوش‌پذیر مشروط در شرایط معین و روش کار معلوم، قابل جوشکاری بوده و فولاد جوش‌ناپذیر با وسایل معمولی و متعارف، قابل جوشکاری نیست. جوش‌پذیری فولاد عمدتاً بستگی به روش تولید، ترکیب شیمیایی و قطر میلگرد دارد. فولادهای گرم نورد شده را با توجه به ترکیب شیمیایی، نوع جوشکاری و قطر میلگرد می‌توان مطابق جدول 2-5-3-1 گروه‌بندی کرد. با افزایش قطر میلگردها، افزایش مقدار کربن C و کربن معادل Ceq فولاد، جوش‌پذیری میلگردها کاهش می‌یابد. کربن معادل براساس فرمول زیر تعیین می‌گردد.

در فرمول تعیین کربن معادل Cu, Ni, V, Mo, Cr, Mn, C ، به ترتیب درصد کربن، منگنز، کرم، مولیبدن، وانادیوم، نیکل و مس می‌باشد.

ت:از نقطه نظر شکل‌پذیری در گونه‌های نرم، نیم سخت و سخت، منحنی تنش ـ تغییر شکل نسبی فولاد نرم با پله تسلیم مشهود، فولاد نیم سخت با پله تسلیم خیلی محدود و فولاد سخت بدون پله تسلیم است.

به طور کلی شکل‌پذیری و سایر ویژگیهای مکانیکی فولاد، تابعی از مقدار کربن آن است، میزان کربن در فولاد نرم از (0.09%) تا (0.25%)، در فولاد نیم سخت از (0.25%) تا (0.55%) و در فولاد سخت از (0.6%) تا (1.2%) می‌باشد. زیاد شدن کربن سبب افزایش مقاومت فولاد و کاهش شکل‌پذیری آن می‌گردد. فولادهای نرم و نیم سخت در کارهای ساختمانی و سایر فولادها در صنعت به مصرف می‌رسند.

ث:طبقه‌بندی میلگردهای فولادی متداول بر مبنای مقاومت مشخصه آنها عبارتند از S220 ، S300 ، S400 و S500 که اعداد سمت راست معرف حداقل مقاومت مشخصه میلگرد بر حسب مگاپاسکال می‌باشد. مقاومت مشخصه فولاد بر مبنای مقدار تنش تسلیم آن تعیین می‌گردد و عبارتست از مقدار مقاومتی که حداکثر (5%) از کلیه مقاومتهای اندازه‌گیری شده برای حد پایین تسلیم (یا جاری شدن) فولاد مورد نظر ممکن است کمتر از آن باشند. در مواردی که تنش تسلیم فولاد به وضوح مشخص نباشد، مقدار آن، برابر تنش نظیر (0.2%) تغییر شکل نسبی ماندگار اختیار می‌شود. آزمایش کششی هر نمونه باید نشان دهد که روابط زیر برقرار هستند:

که در این روابط مقاومت تسلیم مورد نظر میلگردهای فولادی، مقاومت کششی میلگردهای فولادی و حد الاستیسیته تعیین شده از آزمایش میلگردها است.

بر اساس مفاد آیین‌نامه بتن ایران از نمونه‌های میلگردهای فولادی باید آزمایشهای کششی، تاشدگی به زاویه 180 درجه، خم کردن و باز کردن میلگرد، کشش پس از خم کردن و باز کردن، پیوستگی میلگرد با بتن، وصله‌های جوش شده میلگرد و خستگی میلگرد به عمل آید، آزمایش کششی برای کلیه میلگردها و آزمایش خم کردن و باز کردن خم برای میلگردهای سرد اصلاح شده الزامی است.

تعداد نمونه‌ها باید حداقل سه نمونه از هر 50 تن و کسر آن، از هر قطر و هر نوع فولاد باشد. در صورت موافقت دستگاه نظارت می‌توان از هر سه بندل پنج تنی یک نمونه انتخاب نمود.

شکل‌پذیری میلگرد بر مبنای آزمایش تاشدگی به زاویه 180 درجه یا خم کردن و باز کردن خم با استفاده از فلکه استاندارد تعیین می‌شود و وقتی قابل پذیرش است که در آزمایش کشش پس از خم کردن و باز کردن خم، ازدیاد طول نسبی گسیختگی از (8%) روی 10 برابر قطر و از (12%) روی 5 برابر قطر میلگرد کمتر نباشد.

مقاومت مشخصه فولاد هنگامی بر طبقه مورد نظر منطبق و قابل پذیرش می‌باشد که علاوه بر برقرار بودن رابطه (1) و شرایط مربوط به آن و مناسب بودن از نظر شکل‌پذیری، واجد یکی از شرایط زیر باشد:

I - از نتایج آزمایشهای کششی 5 نمونه، هیچ کدام از نمونه‌ها دارای حد تسلیم کمتر از مقاومت مشخصه فولاد نباشد.

II -در صورت برآورده نشدن شرط I ، 5 نمونه دیگر مورد آزمایش قرار گرفته و نتایج آزمایش 10 نمونه در رابطه زیر صادق باشد:

که در این رابطه fym متوسط مقاومت ده نمونه و S10 خطای کوادراتیک نسبی به شرح زیر می‌باشند:

در صورت برآورده نشدن هیچ کدام از دو شرط I و II ، مقاومت مشخصه فولاد از نظر انطباق با طبقه مورد نظر غیر قابل پذیرش می‌باشد.

در صورت درخواست کارفرما که باید در مدارک پیمان تصریح شده باشد، میلگردها در کارخانه، قبل از تحویل مورد آزمایش قرار می‌گیرند. نمونه‌های آزمایشی، از محموله‌هایی که دارای قطر اسمی یکسان بوده، و وزن میلگردها از 20 تن بیشتر نباشد، برداشته می‌شوند. آزمایش پذیرش در کارخانه، در صورتی که مشخصات فولاد از طرف سازنده تعیین نشده باشد، اجباری است.

آزمایش کنترل میلگردها پس از تحویل به کارگاه، اجباری است، فقط در حالتی که وزن کل میلگردهای مصرفی در یک کارگاه از 50 تن کمتر باشد، می‌توان به تشخیص و با موافقت دستگاه نظارت از انجام این آزمایشها صرف‌نظر کرد.

میلگردهای موجود در بازار بسیار متنوع بوده و انواع رایج آنها در ایران به AI ، AII ، AIII و AIV موسوم هستند که حدوداً به ترتیب معادل S220 ، S300 ، S400 و S500 می‌باشند.

در جدول 2-5-3-1 (ب)-1 و 2-5-3-1 (ب)-2 به ترتیب ویژگیهای مکانیکی و ترکیب شیمیایی میلگردهای ساده و آجدار گرم نورد شده کارخانه ذوب آهن اصفهان درج گردیده است.

مدول الاستیسیته برای کلیه میلگردهای مورد مصرف در بتن‌آرمه برابر 200/000 مگاپاسکال منظور می‌گردد. جوش‌پذیری میلگرد به روش تولید و ترکیب شیمیایی آن بستگی دارد. میلگردهای گرم نورد شده با ترکیب شیمیایی متعارف دارای جوش‌پذیری مطلوب می‌باشند. میلگردهای سرد اصلاح شده و گرم عمل آمده در برابر گرمای جوشکاری بسیار حساس بوده و با روشهای معمولی جوش‌پذیر نیستند، وصله جوش این نوع میلگردها فقط با رعایت ضوابطی که به تفصیل در زیربند 8-2-5-3 آیین‌نامه بتن ایران آمده است مجاز می‌باشد.

2-5-3-2 فولادهای ساختمانی

فولادهای مورد بحث در این قسمت عبارتند از انواع نیمرخهای نورد شده، ورق و لوازم اتصالی مانند پیچ و مهره و پرچهایی که در کارهای فلزی و اسکلت‌سازی مصرف می‌شوند. قطعات فولادی باید از زنگزدگی و نواقصی که به مقاومت و یا شکل ظاهری آنها لطمه می‌زند، عاری باشند. استفاده از قطعات زنگ زده و پوسته پوسته شده، مجاز نیست، مگر اینکه به وسیله ماسه‌پاشی یا برس زنی کاملاً تمیز گردند، در این حالت نیز چنانچه سطح مقطع نیمرخها ضعیف شده باشد، سطح واقعی ضعیف شده باید در محاسبات منظور گردد.

هرگاه دستگاه نظارت به منظور حصول اطمینان از ویژگیهای مصالح فولادی وارد شده به کارگاه و قطعات فولادی مصرف شده در ساختمان که به علت مرور زمان و تأثیر عوامل جوی ممکن است ویژگیهای خود را از دست داده باشند و همچنین مصالح فولادی پای کار که به علل گوناگون مدتی در فضای باز باقی مانده‌اند، بررسی مشخصات فولادهای مورد مصرف را ضروری تشخیص دهد، می‌تواند از هر 10 تن فولاد به تعداد کافی نمونه انتخاب و انجام آزمایشهای زیر را در مورد آنها خواستار گردد:

الف:آزمایش مقاومت کششی و ازدیاد طول نسبی

ب:آزمایش خمشی سرد

پ:آزمایش خمشی بر اثر ضربه

ت:آزمایش ترکیب شیمیایی فولاد

ـ فولادهای زیر و معادل آنها را می‌توان در ساختمانهای فولادی به کار برد:

فولاد ساختمانی ST37-3 ، ST52-3 و فولادهای ساختمانی منطبق با ASTM به شماره‌های A36 ، A53 درجه B ، A242 ، A375 ، A440 ، A441 ، A500 ، A501 ، A529 ، A570 ، A607 ، درجه D ، E ، A572 ، A588 ، A514 ، A606 و A618 .

گزارش آزمایشهای انجام شده توسط کارخانه سازنده و یا آزمایشهای مورد تأیید کارفرما بر روی مصالح فوق باید صحت ویژگیهای مکانیکی فولادها را در انطباق با آنچه در ASTM-A6 یا روشهای مشابه و متداول آمده است، تأیید نماید.

ـ فولادهای غیر استاندارد و نامشخص را در صورت نداشتن عیوب سطحی و ظاهری می‌توان در بخشهایی از ساختمان که دارای اهمیت زیاد نبوده و در مکانهایی که ویژگیهای مکانیکی این فولادها روی استحکام ساختمان اثر سوئی به جا نمی‌گذارند، به کار برد.

ـ فولاد ریختگی یا خشکه در صورتی که مطابق با مفاد ASTM از انواع A27 (درجه 65-35 ) و A148 (درجه 80-50) یا معادل آنها تهیه شده باشد، در کارهای ساختمانی قابل مصرف است. فولاد چلنگری مطابق با مندرجات ASTM از انواع A235 "درجات C و F و G" ، و A237 (درجه A ) و یا مشابه آنها را نیز می‌توان در کارهای ساختمانی به مصرف رساند. در تمام موارد گزارش آزمایش نمونه‌هایی از این مصالح باید، حاکی از انطباق ویژگیهای مکانیکی آنها با مفاد ASTM باشد.

ـ پرچها باید با مشخصات پرچهای ساختمانی ASTM A502 درجه 1 و 2 مطابقت داشته و کارخانه سازنده باید گواهی لازم را مبنی بر انطباق ویژگیهای پرچها با آنچه که در ASTM آمده است، ارائه دهد.

پیچهای پرمقاومت فولادی باید با مندرجات ASTM شماره‌های A325 ، A449 و A490 و یا مشخصات مشابه مطابقت داشته باشند، کارخانه سازنده پیچ باید شواهد مبنی بر انطباق خواص مکانیکی پیچ با مندرجات ASTM را ارائه نماید.

ـ قطعات فولادی اتصالات برشی باید با مشخصات داده شده در نشریه شماره 228 با عنوان ”آیین‌نامه جوشکاری ساختمانی ایران“ و یا مشخصات مندرج در بندهای 429 و 430 ”آیین‌نامه جوش در اجرای ساختمانها“ D-69 و AWS مطابقت داشته باشند. کارخانه سازنده این قطعات باید مدارک دال بر انطباق ویژگیهای این قطعات را با مشخصات مذکور ارائه دهد.

ـ مشخصات فولادهای ساختمانی که در تحلیل و طراحی پلاستیک سازه‌ها در نظر گرفته شده و مصرف می‌شوند باید مشابه یکی از فولادهای ST52-3 ، ST37-3 و یا فولادهای ساختمانی منطبق با ASTM به شماره‌های A36 ، A242 ، A441 ، A572 و A588 باشند.

دستگاه نظارت مخیر است نتایج آزمایشهای انجام شده در کارخانه تولید کننده فولاد را پذیرفته و سپس تقاضای بازدید محصولات قبل از ارسال آنها از کارخانه را نموده و یا درخواست انجام آزمایشهای مورد نظر را در حضور نماینده خود در کارخانه بنماید. بازدید از فولاد ساختمانی قبل از حمل به کارگاه از وظایف و اختیارات دستگاه نظارت می‌باشد.

در جدول 2-5-3-2 ترکیب شیمیایی فولادهای ساختمانی با درصد کربن معمولی که در ساخت تیرآهن، ناودانی، نبشی، سپری و تسمه در کارخانه ذوب آهن اصفهان به کار می‌رود، درج گردیده است.

2-5-4 مصالح جوشکاری

2-5-4-1 الکترودهای جوشکاری

الکترودهای جوشکاری باید از بهترین نوع بوده، متناسب با مشخصات جوشکاری و نوع فلزی باشد که به هم جوش می‌شوند و برای به کار بردن در محلهای مختلف (جوشکاری افقی، قائم، سربالا و مانند اینها) مناسب باشد. معمولاً الکترودهای موجود در بازار از نوع فولاد نرم را برای جوشکاریهای عادی می‌توان به کار برد، در هر حال مقاومت جوش حاصل از کاربرد الکترودها باید به حدی باشد که بتواند تنشهای محاسباتی را تحمل کند. الکترودها را باید در انبارهای خشک که دارای تهویه کافی باشد یا مرتباً گرم نگهداشته می‌شود، نگهداری کرد و از وارد آمدن ضربه به آنها جلوگیری به عمل آورد. مصرف الکترودهایی که پوشش آنها به علت رطوبت و یا ضربه آسیب دیده باشد، مجاز نمی‌باشد.

2-5-4-2 سیم جوشکاری

سیم جوشکاری باید تمیز، فاقد هر گونه آلودگی و ناخالصی بوده و سطح آن عاری از زنگزدگی، روغن و مانند اینها و ساخت کارخانه مورد تأیید دستگاه نظارت باشد.

2-5-4-3 پودر گدازآور جوشکاری

پودر جوشکاری باید دارای خاصیت قلیایی بوده و متناسب با شرایط مکانیکی و فشاری که به آن وارد می‌شود، باشد. رطوبت پودر قبل از مصرف نباید از (0.1%) تجاوز کند.

به طور کلی ویژگیهای مصالح جوشکاری باید با مندرجات ”آیین‌نامه جوشکاری ساختمانی ایران“ مطابقت داشته باشد.

2-5-5 حمل و نقل و نگهداری

بارگیری، حمل و باراندازی انواع مصالح فلزی باید با دقت انجام شود، به نحوی که مصالح تحت تنشهای بیش از حدود مجاز قرار نگرفته و ویژگیهای مطلوب آنها تغییر نکند. قطعاتی که به هر علت آسیب دیده و دستخوش تغییر شکل شده‌اند، باید قبلاً به نحوی رضایت‌بخش و با نظر و تأیید دستگاه نظارت، اصلاح و مرمت گردد. هنگامی که تعمیر قسمتهای معیوب بدون کم شدن مقاومت آنها میسر نباشد، باید آن قسمتها تعویض گردند.

مصالح فلزی باید در مکانهای تمیز، عاری از رطوبت و مواد مضر، دور از گرد و خاک و سایر مصالح مرطوب انبار شوند تا از آلودگی سطح و خوردگی و زنگزدگی آنها جلوگیری به عمل آید.

انواع فلزات را باید بر حسب نوع فلز، نوع نیمرخ و قطر یا نمره هر نیمرخ از یکدیگر، تفکیک و در کارگاه انبار نمود. در صورت وجود میلگردهای هم‌قطر یا سایر نیمرخهای هم‌اندازه با مقاومتهای گوناگون، آنها را باید در محلهای مختلف، نگهداری و با رنگ کردن نوک نیمرخها آنها را از یکدیگر متمایز نمود.

در صورت وجود تردید نسبت به نوع فولاد، باید مطابق مشخصات اقدام به آزمایش آن نمود.

مصالح فلزی

مصالح فلزی

مطالب مشابه :

مصالح فلزی

عمران

مقاومت فشاری بتن

کاشت میلگرد در بتن - کلینیک بتن تهران

ورق های FRP

بتن تازه

راههای افزایش مقاومت بتن

اتصالات تیر و ستون