فولاد پیش‌تنیدگی چیست و چه کاربردی دارد؟

آیا هر فولاد با هر اندازه‌ای را می‌توان در بتن پیش تنیده کار گذاشت؟ چه نوع فولادی بیشترین کاربرد در ترکیب با بتن را دارد؟ چه استانداردهایی برای استفاده از فولاد پیش تنیده شده وجود دارد؟ اصلا فولاد پیش تنیدگی چیست و… . سوالاتی از این قبیل در مورد فولاد و سازه‌های مربوط به آن زیاد هستند. برای پاسخ دادن به این قبیل سوالات و آشنایی هر چه بهتر با فولاد پیش تنیده، پیشنهاد می‌کنیم که با ما تا انتهای این مقاله همراه شوید.

چه روش‌هایی برای پیش تنیده کردن فولاد وجود دارد؟

فولادی که برای ترکیب شدن به صورت پیش تنیده درمی‌آید از سه جنس کابل، مفتول و میلگرد است. این فولادها می‌توانند به شکل تک رشته‌ای یا گروهی داخل قطعات پیش تنیده شده قرار بگیرند که در ادامه مقاله به طور کامل به آن‌ها خواهیم پرداخت.

قبل از اینکه بخواهیم به انواع مدل‌های فولاد پیش تنیده شده بپردازیم، در اینجا قصد داریم خود عملیاتی که باعث اصلاح شدن فولادهای ذکر شده و تبدیل آن به فولاد پیش ساخته می‌شوند را مورد بررسی قرار دهیم. در کل سه روش برای این کار وجود دارد که شامل موارد زیر می‌شود.

سرد کشیدگی یا Cold Drawn

در روش سرد کشیدگی طی مدت چند روز فولاد را تحت فشار و کشش مداوم قرار می‌دهند تا ساختار کریستالی آن دچار تغییر حالت شود. در انتهای این فرآیند مقاومت جنس فولاد افزایش پیدا می‌کند.

تنش زدایی

در روش تنش زدایی یا Stress Relieving دما را تا ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسانند و بعد به آرامی دما را کاهش می‌دهند. در این عملیات با تنشی که به جنس فولاد وارد می‌شود، محدوده ارتجاعی آن افزایش پیدا می‌کند.

کاهش وادادگی (Low Relaxation)

این مرحله تغییر پذیری فولاد هم به کمک افزایش دما تا ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد میسر می‌شود که در حین این فرآیند، کشش تغییرات ساختاری حاصل می‌شود. در این حالت بعد از اینکه فولاد شکل پلاستیکی جاری شد به اصطلاح منحنی تنش و کرنش فولاد مورد اصلاح قرار می‌گیرد. لازم به ذکر است که این روش باعث می‌شود وادادگی فولاد کاهش پیدا کند.

کابل پیش‌تنیدگی را بشناسید

کابل‌های پیش‌تنیدگی که در ابتدا هم به آن اشاره کردیم، می‌توانند تا حداکثر از ۵۰ رشته مفتول تشکیل شده باشند. با این حال در بازار مصرف‌کنندگان این نوع مصالح ساختمانی این کابل‌ها بیشتر به صورت هفت رشته‌ای شناخته شده هستند. برای ساختن این نوع فولاد از جک‌های هیدرولیکی و گوه‌های فولادی که انتهای کابل‌ها را مهار می‌کنند، کمک می‌گیرند.

گفته می‌شود که استانداردهای مختلفی برای ساخت و پرداخت این نوع کابل‌ها وجود دارد. با این وجود در حال حاضر داخل کشور ما از استاندارد آمریکایی با نام ASTM A416 بهره می‌برند. طبق این اصول کابل‌های پیش تنیده به دو دسته ۲۵۰ و ۲۷۰ تقسیم می‌شوند. در مورد رده ۲۵۰ می‌توان گفت که ۱۷۲۵۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع مقاومت نهایی به همراه دارد. رده ۲۷۰ هم ۱۸۶۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع مقاومت را دارا است.

با توجه به اصول و استانداردهایی که درباره ساخت کابل‌ها پیش تنیده مطرح شد، دو نوع دسته‌بندی کلی برای این نوع فولاد وجود دارد. اولین مورد دسته کابل تنش زدایی شده و مورد دوم کابل با وادادگی کم است که بیشتر کابل‌های موجود در بازار شامل دسته دوم می‌شود. دلیل این استفاده عمده، افت کشش کم در طولانی مدت آن است. البته از دسته اول یا همان Stress Relieved هم در مصارف خاص بهره می‌برند.

انواع کابل پیش تنیده شامل چه مواردی می‌شوند؟

علاوه بر دسته‌بندی‌های که در مورد کابل‌های فولاد پیش‌تنیدگی به آن‌ها اشاره کردیم، از نظر ظاهر سه مدل کابل فولادی در بازار وجود دارد که شامل موارد زیر می‌شود.

• کابل بدون روکش
• روکش‌دار آزاد

• کابل روکش‌دار ثابت

کابل بدون روکش چیست؟

همانطور که در بالا اشاره کردیم، از رایج‌ترین کابل‌های پیش تنیده که در بازار مورد استفاده قرار می‌گیرد می‌توان به کابل‌های هفت، دو یا سه رشته اشاره کرد. این کابل‌ها و بخصوص کابل‌های هفت رشته در ساخت و سازهای مختلف مثل برج‌سازی، ساخت مخازن، سقف های پیش تنیده مثل تیرچه پیش تنیده و… استفاده می‌کنند.

کابل روکش دار چه کاربردی دارد؟

قبل از هر چیزی درباره کابل‌های روکش دار یا Unbounded PC Strand باید بدانیم روکشی که روی آن کار می‌شود از جنس پلی اتیلن است. میان لایه کابل و روکش یک لایه گریس کار گذاشته می‌شود که هم از خوردگی کابل‌ها جلوگیری می‌کند و هم از حرکت آزادانه کابل‌ها جلوگیری به عمل می‌آید. وجود چنین خاصیت‌هایی در کابل‌های پیش تنیده باعث می‌شود که در زمان اجرا دیگر نیازی به نصب غلاف یا تزریق گروت وجود نداشته باشد. در این راستا سرعت انجام عملیات هم بالاتر می‌رود که مزیت بسیار مهمی است.

عمده کاربرد کابل‌های فولاد پیش‌تنیدگی روکش‌دار در سازه‌هایی که دهانه‌های عریض و بلند دارند خلاصه می‌شود. برای مثال در سازه‌هایی چون دال بتنی، پل‌ها، مخرن‌ها، گنبده‌های بتنی، در سقف و سقف استادیوم‌های ورزشی، لوله‌های آب فشار قوی بتنی، سازه‌های دریایی، برج‌ها، باند فرودگاه و… از این کابل‌ها استفاده می‌شود.

کابل با روکش اپوکسی

در بسیاری از سازه‌هایی که ایجاد سائیدگی و تماس با سازه زیاد است، به کابل‌هایی نیاز می‌شود که مقاومت لازم را داشته باشند. در چنین شرایطی می‌توان از کابل‌های روکش‌دار پلی اتیلنی استفاده کرد که به کابل چسبیده باشد. این کابل‌های پیش تنیده بدون اینکه ترک بخورند یا از کابل جدا شوند، همراه با خود کابل کشیده می‌شوند و از خود مقاومت نشان می‌دهند.

از جمله موارد مصرف این کابل‌ها می‌توان به سازه‌های پیش تنیده دریایی، تثبیت کردن دیوارهای خا‌کبرداری شده، سقف معادن و هر محیطی که دارای خاک خوردند دارد استفاده می‌شود.

درباره مفتول پیش‌تنیده چه می‌دانید؟

طبق استاندارد آمریکایی ساخت فولاد پیش تنیده ASTM A421 سه رده‌بندی برای مفتول‌های پیش تنیده در نظر گرفته می‌شود. این دسته‌بندی شامل ۲۳۵، ۲۴۰ و ۲۵۰ می‌شود که به ترتیب هر کدام مقاومت نهایی ۱۶۲۰۰، ۱۶۵۵۰ و ۱۷۲۵۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع را به همراه دارند. این موارد زیر مجموعه نوع BA و WA به شمار می‌روند که در نوع مهار شدن انتهای مفتول نسبت به هم متفاوت هستند.

در نوع BA جهت نگه داشتن مفتول‌ها از مهار انتهایی دکمه‌ای و در WB از مهار انتهایی به کمک گوه استفاده می‌شود. در این نوع کابل‌ با بهره‌گیری از روش تنش زدایی اقدامات اولیه روی فولاد انجام می‌شود و در مرحله بعد با استفاده از وادادگی کم مفتول را اصلاح می‌کنند. این نوع مفتول‌ها به شکل تکی و چند رشته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند که شامل قطرهای ۸۸.۴، ۹۸.۴، ۳۵.۶ و ۱.۷ میلی‌متری می‌شود.

مفتول‌های فولادی مانند سقف‌سازی بتنی به صورت پیش تنیده و پس تنیده در سازه بتن مورد استفاده قرار می‌گیرند. از جمله این سازه‌ها می‌توان به سازه‌های خرپایی، دکل‌های تلویزیونی، شاه‌تیر پل‌های بتنی، تیر جرثقیلی سقف، کف‌های بتنی پیش‌ساخته و صنعتی اشاره کرد. از دیگر فواید استفاده از این مفتول‌های فولادی را می‌توان در قطعات پیش ساخته‌ای چون تراورس‌های بتنی، پنل‌های دیواری و سقفی، تیرچه سقف، تیر برق، شمع‌ها یا نگهدارنده‌های دایره شکل و بسیاری موارد دیگر هم اشاره کرد.

مانند کابل‌های پیش‌تنیده این مفتول‌ها هم از نظر ظاهر به سه مدل تقسیم می‌شوند که در ادامه به شکل لیست آن‌ها را خواهیم شناخت.

• میلگرد صاف

• مدل دنده‌دار
• مفتول آجدار مارپیچ

توضیحاتی درباره فولاد پیش‌تنیدگی (میلگرد) که باید بدانید

تفاوت اصلی که بین میلگردهای معمولی و میلگردهای پیش تنیده وجود دارد، به نوعی در مقاومت نهایی آن خلاصه می‌شود. این تفاوت با توجه به نوع آلیاژ مصرفی و شیوه ساختن میلگرد پیش تنیده به وجود می‌آید. مانند موارد دیگر با بهره‌گیری از استاندارد ASTM سری A722 با رده‌بندی ۱۵۰، مقاومتی برابر با ۱۰۳۵۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع از این فولاد پیش‌تنیدگی انتظار می‌رود.

از نظر دسته‌بندی این میلگردها در دو تیپ ۱ و تیپ ۲ با اشکال ساده و آجدار مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند. هر کدام از این تیپ‌های دسته بندی اندازه‌های مختص به خود را دارند. برای مثال میلگرد تیپ دو پیش تنیده در قطرهای ۱۵، ۲۰، ۲۶، ۳۲، ۳۶، ۴۰ و ۶۵ میلی‌متری موجود هستند. علاوه بر این میلگردهای تیپ یک در نمره‌های ۱۹، ۲۲، ۲۵، ۲۹، ۳۲ و ۳۵ میلی‌متری روانه بازار می‌شوند.

در آخر باید اضاف کرد که میلگردهای پیش تنیده هم مثل کابل‌ها و مفتول‌های پیش تنیده توسط جک‌های هیدرولیکی مورد کشش قرار می‌گیرند و در نهایت با مهره یا گوه به صفحات نهایی متصل می‌شوند. لازم به ذکر است که در استحکام بخشی و تثبیت کردن دیواره‌های خاکبرداری شده، زمین‌های سست شیب‌دار، سقف معدن ذغال سنگ، ساخت تونل و بسیاری از کاربری‌های صنعتی دیگر از این میلگردها بهره می‌برند که مقاومت بیشتری نسبت به نوع معمولی دارند.

سخن پایانی

با توجه به اینکه فولاد پیش‌تنیدگی موارد استفاده بسیاری دارد باید قبل از هر اقدامی جهت استفاده از این نوع میلگردها، اطلاعات کافی و لازم را در این مورد جمع‌آوری کرد. لذا در این راستا ما قصد داشتیم که با ارائه دادن اطلاعات مفید و جامع در مورد فولادهای پیش ساخته به شما کمک کرده باشیم.

سوالات متداول

نقش فولاد در سازه بتن چیست؟

جواب: به طور کلی سازه بتنی به تنهایی از خود در برابر بارهای وارده مقاومتی نشان نمی‌دهد و نیاز به کمک آلیاژی دارد که این نقص را جبران کند. در این راستا فولاد بهترین ترکیب را با بتن ایجاد می‌کند.

کدام یکی از کابل‌های فولادی استفاده بیشتری دارند؟

جواب: هر کدام از کابل‌های روکش دار، بدون روکش و نوع روکش ثابت خواص خود را دارند که باید با توجه به نوع پروژه انتخاب شوند.

مفتول پیش‌تنیده شامل چه مواردی می‌شود؟

جواب: میلگرد صاف، دنده‌دار و آجدار مارپیچ سه نوع مختلف مفتول‌های پیش ساخته هستند.

استاندارد ساخت فولاد‌های پیش تنیده در ایران طبق چه اصولی رعایت می‌شود؟

جواب: استاندارد آمریکایی ASTM مربوط به ساخت و ساز فولاد پیش تنیده، مرجع استانداردهای کشور ایران است.