میلگرد حرارتی چیست؟

 در سازه های بتنی، یکی از چالش های همیشگی مهندسان کنترل ترک خوردگی و جلوگیری از ایجاد تنش های ناخواسته در دال ها و سقف هاست. بتن با وجود مقاومت فشاری بالا، در برابر کشش و تغییرات حرارتی رفتاری شکننده دارد. همین ویژگی باعث می شود در معرض تغییر دما یا جمع شدن و انبساط های داخلی، ترک هایی ریز و گسترده روی سطح آن ایجاد شود.

برای مدیریت این مشکل، استفاده از میلگرد حرارتی به عنوان یک راهکار استاندارد و کارآمد در پروژه های عمرانی مطرح شده است. میلگرد حرارتی شبکه ای از آرماتورهای سبک است که در لایه بالایی دال های بتنی قرار می گیرد و با کنترل تنش های ناشی از تغییر دما، مانع توسعه ترک های سطحی می شود. اهمیت این میلگردها فقط در مقاوم سازی نیست؛ بلکه نقش آن ها در ایجاد یکپارچگی سطح، افزایش دوام سازه و کاهش هزینه های تعمیر در طول زمان بسیار قابل توجه است. در ادامه این مقاله از پرگاس فلز به بررسی و توضیح کامل میلگرد حرارتی می پردازیم.

میلگرد حرارتی چه نقشی در سازه های بتنی دارد؟

برای درک نقش میلگرد حرارتی، ابتدا باید بدانیم بتن چگونه به تغییرات دما واکنش نشان می دهد. هر سازه بتنی در طول عمر خود تحت تأثیر عوامل متعددی مانند تابش آفتاب، اختلاف دمای شب و روز، انقباض ناشی از خشک شدن و چرخه های حرارتی فصلی قرار می گیرد. این تغییرات گرمایی باعث انبساط و انقباض های پی درپی در لایه های فوقانی دال می شود. از طرفی بتن توان تحمل نیروهای کششی ناشی از این تغییرات را ندارد، بنابراین ترک های متوالی در سطح آن ایجاد می شود.

در چنین شرایطی، میلگرد حرارتی نقش کنترل کننده ترک را ایفا می کند. این میلگردها به صورت شبکه ای و با فواصل منظم در بالای دال قرار می گیرند و تنش های کششی ناشی از تغییر دما را در سطح بتن توزیع می کنند. این توزیع تنش از متمرکز شدن فشار در نقاط خاص جلوگیری کرده و ترک های سطحی را محدود می کند.

در پروژه های بزرگ مانند دال های پارکینگ ها، سوله ها، بام ها و حتی برخی سقف های عرشه فولادی، میلگرد حرارتی باعث افزایش دوام بتن در بازه های زمانی طولانی می شود. نقش مهم دیگر میلگرد حرارتی ایجاد یکپارچگی در سطح سازه و جلوگیری از فرسایش یا پوسته شدن بتن در اثر تغییرات آب وهوایی است. به همین دلیل است که این المان نه تنها یک گزینه اختیاری، بلکه یک جزء ضروری در بسیاری از طراحی های مدرن به شمار می رود.

روش اجرای شبکه میلگرد حرارتی در سقف ها و دال بتنی

اجرای درست میلگرد حرارتی اهمیت بسیار زیادی دارد، زیرا کارایی آن کاملاً وابسته به نحوه قرارگیری، چینش و کیفیت نصب است. در مرحله اول، آرماتورها باید پس از اجرای آرماتوربندی اصلی، در لایه بالایی دال قرار داده شوند. ارتفاع مناسب برای این لایه معمولاً چند سانتی متر زیر سطح بتن است، به طوری که میلگردها در ناحیه کششی سطح دال قرار بگیرند. این محل دقیقاً همان جایی است که تنش های ناشی از تغییر دما بیشتر احساس می شود.

شبکه میلگرد حرارتی باید در دو جهت عمود بر هم اجرا شود؛ یعنی میلگردهای طولی و عرضی به طور یکنواخت سطح را بپوشانند. محل تلاقی میلگردها توسط سیم آرماتوربندی به گونه ای بسته می شود تا شبکه در زمان بتن ریزی جابه جا نشود. این تثبیت اهمیت بالایی دارد، زیرا هرگونه تغییر مکان در شبکه می تواند عملکرد حرارتی سازه را مختل کند.

فاصله میلگردها معمولاً بر اساس نوع سقف، ضخامت دال و ضوابط آیین نامه تعیین می شود. در بسیاری از پروژه ها فاصله ها حدود ۲۰ تا ۳۰ سانتی متر در نظر گرفته می شود. قطر میلگرد نیز بسته به طراحی و شرایط سازه متفاوت است، ولی اغلب میلگردهای شماره ۶، ۸ یا ۱۰ برای این منظور استفاده می شوند. در سقف های عرشه فولادی نیز میلگرد حرارتی روی ورق فولادی قرار می گیرد تا علاوه بر کنترل ترک، از جداشدگی بتن از ورق جلوگیری کند.

در اجرای شبکه میلگرد حرارتی لازم است لایه های اصلی آرماتوربندی دال تحت فشار قرار نگیرند و تعادل هندسی حفظ شود. هنگام بتن ریزی نیز باید توجه شود که سطح شبکه به طور کامل با بتن پوشانده شود؛ زیرا وجود حفره یا لایه های هوا می تواند اثر حرارتی شبکه را کاهش دهد. به همین دلیل کنترل کیفیت اجرا یکی از مهم ترین مراحل کار است.

معیارهای انتخاب قطر و فاصله مناسب برای میلگرد حرارتی

انتخاب قطر و فاصله مناسب میلگرد حرارتی یکی از بخش های مهم طراحی سازه است و نمی توان آن را صرفاً بر اساس تجربه یا حدس تعیین کرد. در آیین نامه ها معمولاً الزام شده است که میلگرد حرارتی باید به اندازه ای باشد که بتواند تنش های ناشی از انقباض و انبساط را بدون ایجاد تمرکز در سطح بتن توزیع کند.

برای انتخاب قطر مناسب ابتدا باید ضخامت دال بررسی شود، زیرا دال های ضخیم تر تنش بیشتری در سطح ایجاد می کنند و نیاز به میلگردهای با قطر بیشتر دارند. اگر سقف از نوع کامپوزیت یا عرشه فولادی باشد، معمولاً میلگردهای سبک تر و با قطر کمتر کافی هستند، زیرا ورق فولادی بخشی از تنش ها را تحمل می کند. اما در سقف های بتنی سنتی، به ویژه در دال های بزرگ و یک طرفه، استفاده از قطرهای ۸ تا ۱۰ میلی متر توصیه می شود.

فاصله میلگردها نیز معمولاً بین ۲۰ تا ۳۰ سانتی متر در نظر گرفته می شود تا سطح به طور کامل یکنواخت تحت پوشش قرار گیرد. در برخی پروژه ها برای دقت بیشتر در ابعاد، از میلگردهای خاص مثل میلگرد ترانس نیز استفاده می شود.در ادامه یک جدول ساده برای درک بهتر انتخاب قطر ارائه شده است:

جدول: انتخاب قطر پیشنهادی میلگرد حرارتی بر اساس نوع دال

مزایا و محدودیت های استفاده از میلگرد حرارتی در پروژه های عمرانی

میلگرد حرارتی به دلیل تأثیر مستقیم بر کنترل ترک های سطحی، یکی از المان های بسیار مهم در اجرای سازه های بتنی است. این میلگرد باعث می شود تنش های حرارتی به صورت یکنواخت پخش شوند و ترک های طولی و عرضی در سطح دال کمتر ایجاد شوند. این ویژگی در پروژه هایی مانند پارکینگ ها، بام ها و فضاهای باز اهمیت بسیار زیادی دارد، زیرا تغییر دما در این بخش ها شدیدتر است.

مزیت دیگر میلگرد حرارتی افزایش دوام سازه است. با جلوگیری از ترک های سطحی، نفوذپذیری بتن کاهش می یابد و همین امر مانع ورود رطوبت یا مواد خورنده به درون سازه می شود. در بلندمدت این موضوع تأثیر چشمگیری بر افزایش عمر مفید سازه دارد. همچنین استفاده از میلگرد حرارتی هزینه های مربوط به تعمیر و نگهداری را کاهش می دهد، زیرا ترک های سطحی در بسیاری از موارد سبب نیاز به ترمیم های دوره ای می شوند.

اما میلگرد حرارتی نیز محدودیت ها و ملاحظاتی دارد. یکی از این موارد افزایش مقدار میلگرد مورد نیاز پروژه است که در ظاهر ممکن است هزینه اولیه را افزایش دهد؛ هرچند این هزینه در مقابل کاهش هزینه های بعدی کاملاً منطقی محسوب می شود. محدودیت دیگر لزوم اجرای دقیق شبکه است. اگر شبکه در ارتفاع مناسب قرار نگیرد یا اتصالات به خوبی بسته نشوند، میلگرد نمی تواند نقش واقعی خود را ایفا کند. در برخی پروژه های با دمای بسیار بالا یا محیط های صنعتی خاص نیز ممکن است لازم باشد از میلگردهای پوشش دار یا فولادهای مخصوص استفاده شود تا در برابر خوردگی مقاوم باشند. شناخت این محدودیت ها باعث می شود میلگرد حرارتی به طور صحیح و اصولی استفاده شود.

مزایای میلگرد حرارتی:

• کنترل ترک های سطحی و توزیع یکنواخت تنش های حرارتی
• کاهش ترک های طولی و عرضی در دال، مخصوصا در بام ها، پارکینگ ها و فضاهای باز
• افزایش دوام سازه و کاهش نفوذپذیری بتن
• جلوگیری از ورود رطوبت و مواد خورنده و افزایش عمر مفید سازه
• کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری در بلند مدت

محدودیت ها و ملاحظات استفاده از میلگرد حرارتی:

• افزایش مقدار میلگرد مورد نیاز و هزینه اولیه پروژه
• ضرورت اجرای دقیق شبکه و قرارگیری آن در ارتفاع مناسب
• اهمیت محکم بودن اتصالات برای عملکرد صحیح شبکه
• نیاز به استفاده از میلگرد پوشش دار یا فولادهای ویژه در محیط های با دمای بالا یا شرایط صنعتی خاص

تفاوت میلگرد حرارتی با آرماتورهای اصلی و تقویتی در سازه

یکی از بزرگ ترین اشتباهات رایج این است که برخی تصور می کنند میلگرد حرارتی همان آرماتورهای تقویتی است؛ در حالی که این دو نقش کاملاً متفاوتی در سازه دارند. آرماتورهای اصلی وظیفه تحمل بارهای خمشی، برشی و نیروهای ثقلی را بر عهده دارند. این آرماتورها بر اساس محاسبات دقیق طراحی می شوند و جایگاه آن ها در دال یا تیر کاملاً مشخص است.

اما میلگرد حرارتی با هدف دیگری طراحی شده است. این میلگرد برای تحمل تنش های ناشی از انقباض و انبساط سطحی استفاده می شود و وظیفه اصلی آن جلوگیری از ایجاد ترک های سطحی است. تفاوت مهم دیگر محل قرارگیری این میلگرد است. آرماتورهای اصلی در نواحی کششی یا فشاری قرار می گیرند، اما میلگرد حرارتی همیشه در لایه بالایی و نزدیک سطح بتن اجرا می شود. در این بخش بد نیست اشاره شود که میلگرد کششی همان آرماتور اصلی بخش کشش بر سازه است؛ میلگردی که بارهای خمشی و نیروهای وارده را تحمل می کند و برخلاف میلگرد حرارتی، نقش سازه ای مستقیم دارد. به همین دلیل قطر آن معمولا بیشتر است و محل دقیق قرارگیری اش بر اساس محاسبات طراحی مشخص می شود. میلگرد حرارتی و میلگرد کششی از نظر وظیفه، جایگاه و مقدار اثرگذاری کاملاً با هم تفاوت دارند و هیچ کدام نمی تواند جای دیگری را پر کند.همچنین قطر میلگردهای اصلی معمولاً بزرگ تر است، زیرا بارهای سازه ای بیشتری را تحمل می کنند. در حالی که میلگرد حرارتی قطر کوچکتری دارد و با شبکه ای گسترده نقش کنترل کنندگی خود را نشان می دهد. این تفاوت ها نشان می دهد که حذف یا جایگزینی میلگرد حرارتی با آرماتورهای اصلی امکان پذیر نیست و هر کدام نقش مستقل خود را دارند.

سخن پایانی

میلگرد حرارتی یکی از مهم ترین اجزای کنترل کننده ترک در سازه های بتنی است. این میلگرد با قرارگیری در لایه بالایی دال، تنش های ناشی از تغییرات دما را توزیع می کند و مانع ایجاد ترک های سطحی گسترده می شود. در پروژه هایی مانند سقف های بتنی، پارکینگ ها، عرشه فولادی و بام ها، استفاده از میلگرد حرارتی تأثیر زیادی بر افزایش دوام و کیفیت سازه دارد.
با شناخت نقش این میلگرد، نحوه اجرای صحیح و معیارهای انتخاب قطر و فاصله مناسب، می توان اطمینان داشت که سازه در برابر تنش های حرارتی رفتار پایدار و مطمئنی خواهد داشت. در نهایت، میلگرد حرارتی یک هزینه اضافی نیست؛ بلکه یک سرمایه گذاری برای جلوگیری از تعمیرات آتی و تضمین عمر طولانی سازه است.

سوالات متداول

۱. چرا استفاده از میلگرد حرارتی در سقف ضروری است؟
زیرا دال های بتنی در معرض تغییرات حرارتی مداوم هستند و ترک هایی ریز و گسترده ایجاد می شود. میلگرد حرارتی این ترک ها را کنترل کرده و یکپارچگی سطح بتن را حفظ می کند.

۲. آیا می توان به جای میلگرد حرارتی از مش آماده استفاده کرد؟
در بسیاری از پروژه ها می توان از مش های فولادی آماده استفاده کرد، اما باید ضخامت، فاصله میلگردها و کیفیت جوش ها مطابق استاندارد باشد.

۳. آیا حذف میلگرد حرارتی مشکلی در سازه ایجاد می کند؟
بله. حذف این میلگردها احتمال ترک گسترده سطحی، نفوذ رطوبت و کاهش دوام سازه را به شدت افزایش می دهد. این ترک ها ممکن است در بلندمدت به آسیب های جدی سازه ای تبدیل شوند.