آزمون کشش میلگرد، یکی از روش‌های استاندارد برای بررسی خواص آلیاژی و استحکام میلگرد است. این آزمون به منظور اطمینان از کیفیت و قابلیت استفاده ایمن میلگرد در ساختمان‌ها و سازه‌های عمرانی، انجام می‌شود. در این مقاله، قصد داریم به بررسی آزمون کشش میلگرد، چگونگی انجام، معرفی دستگاه‌های مورد استفاده و تفسیر نتایج حاصل از انجام این آزمون، بپردازیم.
آزمون کشش میلگرد چیست؟
آزمون کشش میلگرد، بر اساس استاندارد ASTM، یک روش استاندارد و تایید شده برای بررسی خواص میلگرد است. این استاندارد توسط کشورهای مختلف، از جمله ایران، به عنوان استاندارد تولید میلگرد پذیرفته شده است. استانداردهای ملی نیز در هر کشور ممکن است وجود داشته باشند؛ اما همه آن‌ها از میلگردهای تولیدی بر اساس استاندارد ASTM استفاده می‌کنند.
میلگردهای تقویتی نقش مهمی در بهبود مقاومت کششی سازه‌های بتنی دارند. بنابراین، بررسی استانداردهای تولیدی این میلگردها، امری ضروری است تا خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی مورد نیاز را تضمین کند. در این بررسی، موارد مختلفی مورد توجه قرار می‌گیرند که در زیر به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم.
خواص فیزیکی و شیمیایی
خواص فیزیکی شامل ویژگی‌هایی مانند قطر، طول و وزن میلگرد است. این خصوصیات می‌توانند بر اساس استانداردهای ملی و بین‌المللی مربوطه تعیین شوند. خواص شیمیایی نیز شامل ترکیبات شیمیایی میلگرد می‌شود. نسبت‌های مختلفی از عناصر فولادی در میلگرد وجود دارند که باید بر اساس استانداردهای معتبر و قابل قبول تعیین شوند؛ مثل درصد کربن، منگنز، سیلیسیوم و غیره.
خواص مکانیکی
شامل ویژگی‌هایی مانند استحکام کششی، تنش مقاومتی و کشش مقاومتی است. این خصوصیات نشان می‌دهند که میلگرد تحت چه شرایطی، قادر به تحمل نیروی کششی است.
با بررسی استانداردهای تولیدی و اطمینان از خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی میلگرد، می‌توان به اطمینان کافی از کیفیت و قابلیت استفاده ایمن آن در سازه‌های بتنی دست یافت. این بررسی‌ها باید توسط کارشناسان مجرب و با استفاده از دستگاه‌های آزمایشگاهی مناسب انجام شوند.
چگونه کشش میلگرد را آزمایش می‌کنند؟
نحوه انجام آزمایش کشش میلگرد و الزامات مربوط به آن، بسته به استانداردها و مشخصات فنی مورد نظر، می‌توانند متفاوت باشند. در ادامه به چگونگی بررسی و انجام این آزمایش می‌پردازیم.
در آزمون کششی، نمونه‌ای از میلگرد برای تحمل نیروی کششی مورد بررسی قرار می‌گیرد. نیروی کششی به تدریج افزایش می‌یابد تا زمانی که میلگرد شکسته شود. در این آزمون، خصوصیاتی نظیر حداکثر استحکام کششی (Rm) و کشش مقاومتی (Reh) مورد بررسی قرار می‌گیرند.
آزمون دیگری که انجام می‌شود، آزمون خمشی است. در این آزمون، نمونه‌ای از میلگرد در دو نقطه متمایز قرار گرفته و به آرامی خمیده می‌شود. این آزمون به تعیین خصوصیاتی مانند استحکام خمشی، مقاومت خمشی و زاویه خمش نمونه کمک می‌کند. علاوه بر این‌ها، آزمون فشرده‌سازی نیز به منظور تعیین خصوصیاتی نظیر استحکام فشاری و غیره انجام می‌شود. این آزمون از طریق تحت فشار قرار دادن نمونه‌ای از میلگرد، انجام می‌شود.
برای انجام این آزمون‌ها، استانداردهای ملی و بین‌المللی مورد استفاده قرار می‌گیرند. به عنوان مثال، استاندارد ISO 6935-2 برای آزمون کشش میلگرد استفاده می‌شود، و خصوصیاتی نظیر حداقل مقاومت میلگرد ارزیابی می‌گردد. استانداردهای محصولات فولادی که به آزمون کشش میلگرد ارتباط دارند، شامل استانداردهای ASTM A615، A955 و A996 هستند. این استانداردها جزئیات مربوط به خواص مکانیکی و شیمیایی میلگردهای فولادی را شامل می‌شوند، و نحوه انجام آزمایش کشش را نیز مشخص می‌کنند. بنابراین، برای بررسی خواص مکانیکی میلگردها و انجام آزمایش کشش، استفاده از استانداردهای معتبر و قابل قبول مانند ASTM و ISO ضروری است، تا اطمینان حاصل شود که میلگردها در حداقل نیازهای فنی و استانداردهای صنعتی، قرار دارند.
آزمون مخرب چیست؟
در برخی از آزمون‌های مکانیکی، ممکن است نیاز باشد که قطعه یا نمونه پروفیل مورد نظر تا نقطه بحرانی یا شکست، مورد آزمایش قرار گیرد؛ این نوع آزمایش را به عنوان آزمون مخرب یا آزمون نابودگر می‌نامند. در این آزمون‌ها، هدف اصلی این است که با اعمال فشارهای بسیار بالا یا شرایط غیرمعمول، عملکرد و مقاومت قطعه را بررسی کنند و در نهایت، به شکست قطعه برسند تا خواص، مشخصات و آستانه تحمل آن بررسی شود.
یکی از مثال‌های معروف آزمون مخرب، آزمون کشش و یا خمش میلگرد است. در این آزمون، نمونه‌ای از میلگرد در دستگاه آزمایشی قرار می‌گیرد و یک نیروی کششی یا خمشی، به آن اعمال می‌شود. نیرو به تدریج افزایش می‌یابد تا زمانی که میلگرد بشکند. در این آزمون، هدف اصلی بررسی خواص مکانیکی میلگرد از جمله استحکام کششی، مقاومت خمشی و زاویه خمش نمونه است.
اهمیت آزمون مخرب در صنعت
در هر دو آزمون کشش و خمش میلگرد، نمونه تحت تنش‌های بسیار بالا قرار می‌گیرد تا در نهایت شکسته شود. این آزمون‌ها برای بررسی رفتار و خواص مکانیکی قطعات و مواد مورد استفاده در صنایع مختلف، بسیار حائز اهمیت هستند. با انجام آزمون‌های مخرب، می‌توان اطلاعات مفیدی درباره رفتار و عملکرد این قطعات در شرایط حداکثر تنش و فشار به دست آورد. به عنوان مثال، در آزمون کشش میلگرد، نیروی کششی به صورت پیوسته افزایش می‌یابد تا زمانی که میلگرد شکسته شود. این آزمون می‌تواند به ما اطلاعاتی درباره استحکام کششی و رفتار کششی میلگرد بدهد.
همچنین، آزمون خمش میلگرد، اطلاعاتی ارزشمند درباره قدرت خمشی میلگرد و ویژگی‌های مربوط به آن، مانند استحکام خمشی و زاویه خمش نیز ارائه می‌دهد. با اعمال نیروی خمشی به میلگرد، تنش‌های خمشی در آن ایجاد می‌شود و با افزایش نیرو، میلگرد در نقطه‌ای شکسته خواهد شد.
آزمون‌های مخرب به دلیل شکستن نمونه آزمایشی، به طور معمول در آزمایشگاه‌های مجهز به تجهیزات و ابزارهای مناسب انجام می‌شوند. همچنین، برای انجام این آزمون‌ها، باید دقت و احتیاط لازم را رعایت کرد تا هیچ آسیب جانی به افراد یا تجهیزات وارد نشود.
تفاوت آزمون مخرب با آزمون غیرمخرب در چیست؟
روش دیگری نیز وجود دارد که به عنوان آزمون غیر مخرب شناخته می‌شود. در این روش، قطعه مورد آزمایش هیچ صدمه یا آسیبی نمی‌بیند. آزمون غیر مخرب، به منظور ارزیابی و بررسی کیفیت و سلامت میلگرد استفاده می‌شود. در مورد میلگردها، روش‌های غیر مخرب شامل موارد زیر می‌شوند:
بررسی با اشعه
این روش شامل استفاده از اشعه‌های قدرتمندی مانند اشعه X و گاما است. با انتشار و جذب این اشعه‌ها توسط میلگرد، می‌توان اطلاعاتی درباره ساختار داخلی و مشکلاتی مانند شکستگی‌ها و جریان‌های غیرهمگن دریافت کرد.
بررسی با ذرات مغناطیس (MT)
این روش شامل استفاده از ذرات مغناطیسی است، که بر روی سطح میلگرد قرار می‌گیرند. با اعمال میدان مغناطیسی، ناهمواری‌ها و شکستگی‌ها در میلگرد قابل تشخیص هستند.
بررسی مافوق صوت (UT)
در روش بررسی مافوق صوت، امواج فراصوتی از طریق میلگرد ارسال می‌شوند و با توجه به بازتاب این امواج، می‌توان جزئیاتی مانند شکستگی، جریان‌های غیرهمگن و ضخامت دیواره میلگرد را تشخیص داد.
بررسی با میکروسکوپ اتمی
با استفاده از میکروسکوپ اتمی، ساختار داخلی و سطح میلگرد، به صورت مجزا بررسی می‌شوند. این روش، به تشخیص مشکلات و کمبودهای میکروسکوپی میلگرد با دقت بالا می‌تواند کمک کند.
همچنین، استاندارد ASTM E8 برای آزمون کشش فلزات اولیه استفاده می‌شود. این استاندارد شامل روش‌های مختلفی برای آزمون مکانیکی میلگرد فولادی می‌شود تا ویژگی‌های مکانیکی آن اندازه‌گیری گردد.
در کل، با استفاده از آزمون‌های مخرب و غیر مخرب، میلگردها می‌توانند از لحاظ کیفیت، مشکلات ساختاری و خواص مکانیکی بررسی شوند. هر کدام از این روش‌ها، مزایا و محدودیت‌های خود را دارند و بسته به نیاز و مقصد آزمون، می‌توانند انتخاب شوند.
معرفی دستگاه‌های آزمون کشش میلگرد
برای آزمون کشش میلگرد، معمولا از دستگاه‌های خاصی استفاده می‌شود، که قادر به اعمال بار کششی بر روی میلگرد و اندازه‌گیری نیرو و تغییر طول آن هستند. در زیر، چندین دستگاه آزمون کشش میلگرد را معرفی می‌کنیم.
دستگاه یونیورسال مدل ST-103/ST-203/ST-303/ST-503
دستگاه آزمون کشش میلگرد مدل یونیورسال ST-103/ST-203/ST-303/ST-503، برای انجام آزمون‌های کششی، فشاری و خمش 3 نقطه‌ای روی نمونه‌های تخت و گرد، استفاده می‌شود. این دستگاه در صنایع مختلف و آزمایشگاه‌های مواد مصرفی، ساختمانی، خودروسازی و سایر صنایع که نیاز به ارزیابی خواص مکانیکی میلگردها دارند، به کار می‌رود.
با استفاده از این دستگاه، می‌توان مشخصه‌های کششی میلگردها، از جمله مقاومت به کشش، استحکام ییلدینگ، استحکام کششی و سایر خواص مکانیکی را اندازه‌گیری کرد. همچنین، با استفاده از فیکسچرهای مختلف، می‌توان نمونه‌های با شکل‌ها و ابعاد مختلف را در دستگاه قرار داد و آزمون کششی را بر روی آن‌ها انجام داد.
این دستگاه همچنین، قابلیت استفاده از لودسل (حسگر وزن) دو جهت را دارد که باعث افزایش دقت و صحت آزمون خواهد شد. همچنین، با استفاده از کنترلر PID و روش Fuzzy Controller، دستگاه قادر است آزمون را طبق استانداردهای جهانی به بهترین شکل انجام دهد.
نرم‌افزار Test Manager که به همراه دستگاه عرضه می‌شود، امکان کنترل دستگاه، انجام آزمون، جمع‌آوری اطلاعات، محاسبات و ذخیره و چاپ نتایج را فراهم می‌کند. با استفاده از این نرم‌افزار، می‌توان نتایج آزمون را به‌طور دلخواه ذخیره کرده، کالیبراسیون دوره‌ای و سالانه را انجام داد و در صورت نیاز به بازسازی لودسل غیرخطی، این عمل را انجام داد.
دستگاه آزمون کشش میلگرد مدل یونیورسال ST-103/ST-203/ST-303/ST-503 از قابلیت رسم همزمان چهار منحنی در یک زمان بر روی صفحه نمایشگر برخوردار است. این ویژگی به کاربر اجازه می‌دهد تا نتایج آزمون را به‌طور همزمان مقایسه کرده و تحلیل کند.
دستگاه یونیورسال مدل STA 104-STA 204-STA 304
دستگاه یونیورسال STA 104-STA 204-STA 304 یک دستگاه آزمایشگاهی است که برای انجام آزمون‌های کششی، فشاری و خمشی با استفاده از استانداردهای جهانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دستگاه قابلیت انجام آزمون‌های مطابق با استانداردهای ASTM، DIN، ISO و سایر استانداردهای جهانی را دارا است.
یکی از ویژگی‌های این دستگاه استفاده از اکستنسومتر در نمونه‌های متفاوت است. اکستنسومترها ابزارهایی هستند که برای اندازه‌گیری تغییرات طول و شکل نمونه‌ها در طول آزمون استفاده می‌شوند. با استفاده از اکستنسومترهای مختلف، این دستگاه قادر است تا آزمون‌های مختلفی را انجام داده و نتایج دقیقی را به دست آورد.
علاوه بر این، دستگاه یونیورسال STA 104-STA 204-STA 304 قابلیت استفاده از فیکسچرهای مختلف را دارد. فیکسچرها ابزارهایی هستند که درست کردن نمونه‌ها و نگهداری آن‌ها در حین آزمون را آسان‌تر می‌کنند. با استفاده از فیکسچرهای مناسب، دستگاه می‌تواند به طور دقیق آزمون‌های کششی، فشاری و خمشی را انجام داده و نتایج دقیقی را ارائه کند.
از لودسل دو جهت در این دستگاه برای افزایش دقت و صحت آزمون‌ها استفاده می‌شود. این ویژگی با استفاده از استانداردهای اروپایی و آسیایی جهت ارائه نتایج دقیق‌تر در آزمون‌ها پیاده‌سازی شده است.
دستگاه یونیورسال STA 104-STA 204-STA 304 دارای کنترلر PID با استفاده از روش کنترلر فازی (Fuzzy Controller) است. این کنترلر با استفاده از الگوریتم‌های پیشرفته، به دستگاه امکان می‌دهد تا آزمون‌ها را به صورت دقیق و مطابق با استانداردهای جهانی انجام دهد.
این دستگاه قادر است از طریق پورت USB به کامپیوتر متصل شود، و ارتباطی موثر میان دستگاه و کامپیوتر برقرار کند. این اتصال به کمک پروتکل USB صورت می‌گیرد و نیازی به استفاده از اینترفیس در کامپیوتر نیست. با اتصال به کامپیوتر از طریق پورت USB، دستگاه قادر است اطلاعات و نتایج آزمون را به کامپیوتر منتقل کرده و از طریق نرم‌افزار مربوطه، این اطلاعات را تجزیه و تحلیل نماید؛ در نهایت، گزارش‌های مورد نیاز را تولید می‌کند.
انجام آزمون کشش میلگرد با دستگاه یونیورسال
برای انجام آزمون کشش میلگرد با دستگاه یونیورسال، ابتدا نمونه میلگرد را با ابعاد و مشخصات مورد نیاز آزمون آماده می‌کنند. معمولا نمونه‌ها به صورت استوانه‌ای یا استوانه‌ای با سر مستطیلی، در نظر گرفته می‌شوند. همچنین، قطر و طول نمونه باید با دقت اندازه‌گیری شود. بسته به نوع دستگاه و سیستم نگهدارنده موجود، ممکن است نیاز به دستورالعمل خاصی برای نصب نمونه وجود داشته باشد. در این مرحله، اطمینان از عدم مسدود شدن دستگاه ضروری است.
در دستگاه یونیورسال، تنظیمات آزمون را بر اساس مشخصه‌های میلگرد انجام می‌دهند. این تنظیمات شامل سرعت آزمون، حداکثر بار قابل اعمال، نوع کنترل بار (کشش یا فشار) و سایر پارامترهای مربوطه است. اگر دستگاه دارای نرم‌افزار کنترل باشد، می‌توان این تنظیمات را به صورت دقیق و دیجیتالی انجام داد.
پس از اعمال تنظیمات، آزمون کشش میلگرد شروع می‌شود. دستگاه یونیورسال، میلگرد را به آرامی کشیده یا فشار می‌دهد تا به مرز شکستگی برسد. دستگاه میزان بار اعمالی را در طول آزمون ثبت می‌کند و کاربر می‌تواند این اطلاعات را بررسی کند.
پس از اتمام آزمون، نوبت به ثبت نتایج می‌رسد. اگر دستگاه دارای نرم‌افزار کنترل باشد، نتایج را به صورت خودکار ذخیره می‌کند. در غیر این صورت، می‌توانید مقادیر بار و شکستگی توسط اپراتور به صورت دستی ثبت می‌شوند. با توجه به نتایج آزمون، می‌توان خواص مکانیکی میلگرد را تحلیل کنید.
تفسیر نتایج آزمون کشش میلگرد و نمونه نتیجه
تفسیر نتایج آزمایش میلگرد، بستگی به خواص مکانیکی مورد بررسی دارد. در آزمون کشش میلگرد، معمولا سه خاصیت مهم مورد ارزیابی قرار می‌گیرند: Yield Strength، Ultimate Tensile Strength و Elongation که هر کدام معیاری را برای ارزیابی عملکرد میلگرد در شرایط کششی ارائه می‌دهند.
آستانه کشش (Yield Strength)
مقدار این پارامتر نشان می‌دهد که میلگرد تحت چه مقدار بار کششی (تنش) باید قرار گیرد تا شروع به تغییر شکل دائمی کند. این پارامتر، نمایانگر قدرت و مقاومت میلگرد در برابر تغییر شکل است و به عنوان نقطه شروع حداکثر استفاده از میلگرد در سازه‌ها، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
استحکام کششی (Ultimate Tensile Strength)
نشان دهنده حداکثر مقاومت میلگرد در برابر تغییر شکل است و نشان می‌دهد که میلگرد قبل از شکست تا چه مقدار بار کششی را تحمل می‌کند.
تغییر شکل (Elongation)
پارامتر تغییر شکل نشان می‌دهد که میلگرد تا چه میزان قابلیت تغییر شکل دارد و نمایانگر انعطاف‌پذیری میلگرد است. هنگام تفسیر نتایج، معمولا مقادیر این پارامترها با مقادیر استاندارد مقایسه می‌شوند. اگر میلگرد از نظر آستانه کشش، استحکام کششی و تغییر شکل در وضعیت قابل قبول باشد و با استانداردهای مربوطه همخوانی داشته باشد، می‌توان نتیجه گرفت که میلگرد مناسب است؛ در غیر این صورت، ممکن است نیاز به اصلاح یا جایگزینی میلگرد باشد.
نکته مهمی که باید در نظر داشته باشید این است که تفسیر نتایج آزمایش میلگرد، به استانداردها، نوع میلگرد و نیازهای خاص پروژه‌ها بستگی دارد.
به طور کلی، انجام آزمایش کشش میلگرد به منظور ارزیابی کیفیت و قدرت تحمل فشار و بارهای مختلف انجام می‌شود که با استفاده از دستگاه‌های مختلف می‌توان آن را انجام داد.
