همانطور که می دانید اخیرا استفاده از میلگرد با مقاومت بالا و ضد زنگ برای تقویت بتن بویژه در پل‌ها، بزرگراه‌ها، ساختمان‌ها و دیگر پروژه‌های ساخت‌ و ساز افزایش ‌یافته است، خصوصا زمانی که هزینه‌های چرخه عمر این مواد ارتقا یافته، گرایش به میلگرد ضد زنگ به ویژه در مناطق ساحلی ایالات ‌متحده، کانادا و اروپا مشهود بوده ‌است.

افزایش روزافزون میلگرد فولادی ضد زنگ تقویت ‌شده می‌تواند در مقایسه با هزینه‌های اولیه، هزینه‌های تعمیر و نگهداری، هزینه‌های جایگزین و هزینه‌های عملیاتی که در هنگام استفاده از میلگرد فولادی کربنی و بدون روکش انجام می‌شود، توجیه شود.
در عمل، میلگرد فولادی ضد زنگ در بسیاری از سازه‌های بتنی مورد استفاده قرارگرفته و مقاومت طولانی ‌مدت در برابر حملات خورنده کلراید و محیط‌های دریایی خشن که در آن، میلگرد توسط بتن در خاک دفن شده است.

در عمل کاربردهای احتمالی برای میلگرد مقاوم در برابر خوردگی، می‌تواند شامل استفاده در سازه‌های دریایی از قبیل عرشه پل، پیاده‌روها، رمپ ها، موانع، دیواره های نگهدارنده، دیواره های دریایی، ستون‌ها، اسکله‌ها و تجهیزات پهلوگیری باشد.
همچنین فولاد ضد زنگ ممکن است برای زیرساخت‌های شیمیایی در نظر گرفته شود که مقاومت در برابر خوردگی مهم و ضروری است.

میلگرد فولادی ضد زنگ که ترکیب خوبی از مقاومت بالا، شکل پذیری و مقاومت بالا در برابر خوردگی را ارائه می‌دهد، برای ساخت پل‌ها و دیگر ساختارها در مناطق زلزله‌ خیز مورد استفاده قرار گرفته ‌است.
نگرانی عمده که در اینجا وجود دارد، نیاز به قدرت بالا برای حفظ یکپارچگی ساختاری هر پل با اختلالات ارتعاشی و ایمنی بیشتر رانندگان در استفاده از آن است.
لازم به ذکر است که بازسازی لرزه‌ای پل‌ها، یکی از شش مقوله اصلی است که برای تامین بودجه توسط اداره بزرگراه فدرال ایالات متحده آمریکا (FHWA) اختصاص داده شده ‌است.

پروژه‌های زیرساختی دیگر شامل تحقیق و ساخت پل، پروژه‌های قیمت گذاری قایق‌ها و ترمینال‌ها می‌باشد.
همچنین تعداد رو به افزایشی از کاربردهای میلگرد وجود دارد که نیاز به نفوذپذیری مغناطیسی کنترل ‌شده دارد که در آن فولاد کربنی را نمی توان یک گزینه در نظر گرفت.
میلگرد فولادی ضد زنگ غیرمغناطیسی بطور موفقیت آمیزی در پایه‌های موتور الکتریکی و در ساخت ساختمان‌ها و تجهیزات مشابه استفاده شده است.

علاوه بر این، همان آلیاژهای بدون ضد زنگ در ساخت پایه‌های پل استفاده شده‌اند که در آن عملکرد مناسب ابزار دقیق قبل از بازگشت به دریا در کشتی‌های پهلو گرفته شده ‌است.
طراحان که خواهان یک فولاد ضد زنگ با نفوذپذیری پایین هستند باید مشخص کنند که مواد مطابق با روش تست ASTM می باشد.

 

روکش فلزی و فرایند روکش گذاری

 در تلاش برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی با هزینه اولیه کم‌تر با جواب دادن به سوال "برای ضد زنگ بودن، کدام عنصر باید به فولاد اضافه شود"، برخی از پروژه‌های ساخت و ساز در طول سال‌ها، روکش فلزی فولاد ضد زنگ را با فولاد کربنی نوع ۳۱۶ یا روکش فولاد کربنی با نتایج ضعیف و بلند مدت مورد بررسی قرار داده‌اند.

فرایند روکش گذاری یک فرآیند نسبتا جدید است که برای استفاده طولانی مدت به اثبات رسیده است. بدون روکش و ضخامت پوشش همسان، میلگرد مستعد حمله خورنده است. علاوه بر این، روکش فلزی میلگرد به طور کلی در طول نسبتا کوتاه انجام می‌شود.
بنابراین، تعداد زیادی از میله‌ها باید به صورت جداگانه پوشانده شده و در هر دو طرف آب بندی شوند. این عملیات توسط کارخانه و یا در محل ساخت و ساز انجام می‌شود که کارگران در انجام این کار متخصص و حرفه ای هستند.

علاوه بر خطرات حمل و نقل، بارگیری، تخلیه انبار و ساخت میلگرد، چشم انداز داشتن نوار پوششی سالم به شدت کاهش یافته است. بدون روکش فلزی کامل، فولاد کربنی در معرض فرسایش قرار خواهد گرفت.
پوشش اپوکسی مایع به کار گرفته ‌شده برای میلگرد فولادی کربن تا ۲۰ سال در محیط‌های خورنده ماندگاری دارد با این حال، پوشش باید کاملا به سطح میلگرد متصل بوده و بعد از انجام مراحل باید عاری از خراش یا آسیب باقی بماند. وجود کوچک‌ترین نقطه‌ای در سطح موجب آسیب می شود و فلز پایه را در معرض حمله خوردگی قرار می‌دهد.

از آنجا که این عیب معمولا در بتن دیده می‌شود می‌تواند به طور جدی باعث خرابی شود و عمر سازه مورد استفاده را کوتاه کند. حتی بدون وجود نقص سطحی به خاطر تنوع در ضخامت، پوشش‌ها پیش از موعد خراب می‌شوند.
مشکلات مربوط به روکش فلزی باعث شده ‌است که بسیاری از مواد با ارزش و بازدهی بالا به علت هزینه بالای میلگرد فولادی ضد زنگ، به ویژه برای استفاده در محیط‌های خورنده شدید، دوباره ارزیابی شوند.

 

خواص فولاد ضد زنگ

آزمایش ASTM، تعداد زیادی از آلیاژهای ضد زنگ را معرفی می‌کند که برای استفاده در تقویت بتن مناسب هستند.
هر یک از چهار نوع فولاد ضد زنگ مهم را که اینجا معرفی شده اند را می توان برای بسیاری از کاربردها در نظر گرفت که به آنها اشاره می شود.
برای کاربردهای میلگرد، فرآیند انتخاب آلیاژ باید با ارزیابی خواص مکانیکی آغاز شود. آزمایش ASTM الزامات استاندارد که میله‌های فولادی ضد زنگ برای پوشش آرماتور را ارائه می کند. 

این استاندارد به میلگرد فولادی ضد زنگ امکان تولید در سه سطح مقاومت را می‌دهد.
با این حال، این آزمایش می‌تواند به استحکام خمشی 518 کیلوپاسکال یا بالاتر که از هر چهار آلیاژ دیگر در نظر گرفته می ‌شود دست یابد و حتی مقاومت کششی 690 کیلوپاسکال که این مقادیر بالاترین سطوح مقاومت ارائه شده در آزمایش ASTM A955 را نشان می‌دهند.
بالاترین مقدارسطح قدرت را می‌توان در تمام قطر میلگرد استاندارد از شماره ۳ تا شماره ۱۱ به دست آورد.

این آزمایش ها به میلگرد اجازه می‌دهد تا به راحتی تشکیل و ساخته شوند.
ویژگی‌های انبساط طولی میلگردها در محدوده بین ۲۰ تا ۳۰ درصد است که دو یا حتی سه برابر طول عمر ۷ تا ۱۲ درصد است که با آزمایش ASTM برای همان آلیاژها نیز اجرا می شود.
افزایش طول، یکی از ویژگی‌های کلیدی است که درعملیات خمشی اجرا می شود، هر چهار آلیاژ استحکام خوبی دارند و مقاومت به خم شدگی نیز دارند.

این ترکیب منحصر به فرد از خواص مکانیکی در هر چهار نوع فولاد ضد زنگ، استفاده منحصر به فردی برای پروژه‌های ساخت‌ و ساز در مناطق زلزله خیز هستند و سطوح قدرت بالای آن‌ها به طراحان اجازه می‌دهد تا از مواد کم تری استفاده کنند و وزن خود را حفظ کنند وشکل پذیری خوب آن‌ها به سازه ها این اجازه را می‌دهد که بدون شکستن، در طول هر گونه آشفتگی لرزه‌ای، خم شوند.

فولاد ضد زنگ ۲۲۰۵ یک فولاد ضد زنگ دوپلکس با یک ریز ساختار متشکل از آستنیت و فریت است. این ساختار دولایه، همراه با ترکیب شیمیایی خاص، ترکیب بسیار خوبی از مقاومت و حتی مقاومت در برابر خوردگی به آلیاژ می‌دهد که در مقابل حرارت، ضد زنگ و فرومغناطیس است.

فولاد ضد زنگ نوع ۳۱۶ یک نسخه تقویت ‌شده از نیتروژن ضد زنگ 316LN است.
این فولاد استحکام کششی بالاتری دارد و مقاومت کششی بالاتری نسبت به نوع 316L دارد بدون آنکه به طور قابل ‌توجهی در شکل‌پذیری، مقاومت خوردگی و یا خواص غیر مغناطیسی موثر باشد.

فولاد زنگ نزن آستنیتی دارای استحکام بالا، استحکام کششی بالاتری نسبت به نوع ۳۰۴ دارد.
با در نظر داشتن این موارد می‌توان برای کاربردهایی در نظر گرفته شود که در آن مقاومت و یا نفوذپذیری مغناطیسی نوع فولاد ضد زنگ نامناسب است.
این نوع فولاد ضد زنگ نوعی از فولاد ضد زنگ نوع ۳۰۴ است که در شرایط جوی دمای بالا موجود است و دارای مقاومت و حتی مقاومت کششی بالاتر و بدون از دست دادن شکل‌ پذیری، مقاومت در برابر خوردگی و خواص غیرمغناطیسی نسبت به نوع 304L، می‌باشد.

سه مورد از چهار آلیاژ مورد بحث را می‌توان برای آن دسته از کاربردهای میلگرد در نظر گرفت که در آن کنترل نفوذ پذیری مغناطیسی مهم است.
فولاد ضد زنگ نوع ۳۱۶ نفوذپذیری مغناطیسی پایینی را دارد که می تواند برای استفاده در تجهیزات الکترونیکی حساس و یا تجهیزات پزشکی با رزونانس مغناطیسی مورد استفاده قرار گیرد و مانند آلیاژ ضد زنگ 316L در شرایط با دمای بالا نیز غیرمغناطیسی است و برای استفاده در دستگاه‌های الکترونیکی حساس و تجهیزات تصویربرداری پزشکی در نظر گرفته شود،
البته لازم به ذکر است که هردو نوع آلیاژ برای دستگاه‌های حساس الکترونیکی و دستگاه‌های MRI تا زمانی که خواص مکانیکی آنها و مقاومت در برابر خوردگی نیز مناسب باشد، کاربرد دارند.

میلگردهای فولادی که برای تقویت بتن استفاده می‌شوند باید با حداکثر قدرت به یکدیگر متصل شوند.
آن‌ها معمولا با جوش کردن آن‌ها با سیم یا به وسیله اتصالات مکانیکی به هم متصل می‌شوند این اتصلات در حدود۴ فوت، طول بار موثر را کاهش می‌دهد.

این اتصلات نیز برای محافظت از فلزات غیرهمجنس جهت جلوگیری از خوردگی نیز بکار می روند، به طور خلاصه، جوش و اتصالات بیشتر مورد نیاز در ساختار تقویت‌شده، باعث گرانتر شدن نیز می‌شود.
البته این کار باعث می‌شود که طول بار نیز مهم باشد. میله‌های فولادی ضد زنگ بلند که در حال حاضر ۴۰ فوت طول دارند، به زمان و هزینه کمتری نیاز دارند و این کار علاوه بر صرفه‌جویی در زمان و نیروی کار، میلگردهای بلند با اتصالات کم وزنتر و فضای مورد استفاده را بدون از دست دادن مقاومت حفظ می‌کنند.

طی گزارشات به دست آمده یک پل جایگزینی ساحلی در سال 2002 در حال ساخت بود که نشان‌ دهنده مزایای استفاده از میلگرد فولادی ضد زنگ به جای میلگرد فولادی معمولی می باشد که در یک محیط دریایی ناملایم تاسیس گردید.
در این پروژه سازمان حمل و نقل اورگون که صاحب این تکنولوژی می باشد، انتظار داشت که پل جدید به مدت ۱۲۰ سال بدون هزینه نگهداری و سرویس ارائه دهد چرا که این سرویس، ۲.۵ برابر عمر خدماتی پل اصلی است.

این پل زمانی که تا پایان سال ۲۰۰۳ به پایان رسید، حدود ۱۲.۵ میلیون دلار هزینه داشت.
هزینه فولاد ضد زنگ استفاده شده در پل تنها ۱۳ درصد از کل هزینه پل را تشکیل می‌دهد. این افزایش کوچک هزینه جایگزینی، پل اصلی را برای ۵۰ سال حفظ خواهد کرد.
این مبلغ احتمالا ۲۵ میلیون دلار یا حداقل دو برابر، هزینه کمتری برای بازسازی پل اصلی خواهد بود که در شرایط بحران اقتصادی، این یک دستاورد واقعی است.

مقاومت زیاد برای میلگرد ضد زنگ برای تسهیل طراحی پل جدید و مقابله با فعالیت‌های بالقوه مخرب در این منطقه مورد نیاز بود.
شرکت تابعه اورگون به یک سطح قدرت مقاومت 520 کیلوپاسکالی نیاز داشت که این عدد یک سطح نیروی عالی برای ساخت پل است و به طور قابل‌ ملاحظه‌ای بالاتر از میلگرد ضد زنگ بود که قبلا در ساخت دو پل ساحلی دیگر مورد استفاده قرارگرفته بود.

علاوه بر چنین استحکام بالا، میلگرد باید شکل پذیری خوب در حدود ۲۵ درصد را فراهم آورد تا بتوان آن را به طور موثر خم کرد.
فولاد ضد زنگ با مقاومت بالاتر مزیت اقتصادی بالایی نسبت به فولاد ضد زنگ با مقاومت کم‌تر دارد که با استفاده از آن آلیاژ کمتری مورد استفاده قرار می گیرد.
لازم به ذکر است که میلگرد فولادی ضد زنگ در این پروژه به طور انتخابی مورد استفاده قرار گرفته ‌است که حجم بسیار بیشتر میلگرد فولادی کربنی در پل جدید برای تقویت زیربنایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که در آن پروژه خوردگی زیاد مهم نیست.

مساله تحویل فلزات و آهن آلات، همیشه مهم بوده است، این موارد همیشه باید با تامین‌ کننده فلزات مورد مذاکره قرار بگیرد.
لازم به ذکر است که در این زمینه، تعداد تولیدکنندگان آمریکایی که مقادیر زیادی از میلگرد فولادی ضد زنگ در ایالات ‌متحده را ذوب و تولید می ‌کنند در حال حاضرانگشت شمار است.
شرکت کارپنتر، یک تامین‌کننده اصلی، میلگرد فولادی ضد زنگ در تمام سطوح و اندازه‌های کامل در آمریکا می باشد.