در سازه‌های بتن مسلح، پیوند قوی میان بتن و میلگرد اهمیت اساسی دارد. این پیوند که با عنوان چسبندگی بتن و میلگرد شناخته می‌شود، نقش کلیدی در انتقال تنش‌ها و عملکرد سازه‌ای ایفا می‌کند. بدون وجود چسبندگی کافی، میلگرد نمی‌تواند نیروهای کششی را به بتن منتقل کند و در نتیجه، مقاومت و دوام سازه کاهش می‌یابد.
در این مقاله از NOVINPARS.COM به بررسی جامع مفهوم چسبندگی، مکانیسم‌های ایجاد آن، عوامل مؤثر و روش‌های ارزیابی آزمایشگاهی آن می‌پردازیم.
چسبندگی بتن و میلگرد به معنای مقاومت در برابر لغزش نسبی بین بتن و آرماتور فولادی است. این مقاومت به سازه اجازه می‌دهد تا نیروی کششی از میلگرد به بتن منتقل شده و رفتار یکپارچه‌ای در برابر بارگذاری‌های مختلف داشته باشد.
در واقع، عملکرد مطلوب سازه‌های بتن مسلح، تا حد زیادی به کیفیت این چسبندگی وابسته است. اگر چسبندگی کافی نباشد، میلگرد درون بتن حرکت کرده، ترک‌ها گسترش یافته و در نهایت سازه دچار افت مقاومت می‌شود.
مقاومت پیوستگی یا چسبندگی بین بتن و میلگرد از سه مکانیسم اصلی ناشی می‌شود:
در مراحل اولیه سخت شدن بتن، پیوند شیمیایی ضعیفی بین سطح فولاد و خمیر سیمان ایجاد می‌شود. این پیوند در برابر تنش‌های کوچک مؤثر است، اما تحت بارگذاری زیاد، از بین می‌رود.
با افزایش بار، میلگرد تمایل به لغزش پیدا می‌کند. زبری سطح میلگرد و فشار جانبی بتن موجب مقاومت اصطکاکی در برابر لغزش می‌شود. این مکانیسم در میلگردهای صاف نقش اصلی دارد.
در میلگردهای آج‌دار، برجستگی‌ها و فرورفتگی‌های سطحی موجب قفل شدن بتن در آج‌ها می‌شوند. این درگیری مکانیکی عامل اصلی چسبندگی در میلگردهای مدرن است.
از صفحه نمودار قیمت میلگرد دیدن فرماییید
چسبندگی مطلوب میان بتن و میلگرد موجب می‌شود نیروهای کششی و فشاری در بین این دو ماده به‌صورت یکنواخت منتقل شوند. اهمیت آن در موارد زیر خلاصه می‌شود:
افزایش مقاومت خمشی تیرها و دال‌ها
کاهش عرض ترک‌ها و بهبود دوام بتن
افزایش ظرفیت باربری اعضا
جلوگیری از لغزش میلگرد در نواحی بحرانی
بر این اساس، آیین‌نامه‌های طراحی مانند ACI 318 و EN 1992-1-1 (Eurocode 2)، روابط دقیقی برای طول مهاری و ضریب چسبندگی ارائه کرده‌اند.
چسبندگی تابعی از پارامترهای متعدد مصالح و اجرایی است. در ادامه مهم‌ترین آن‌ها معرفی می‌شوند.
هر چه بتن مقاوم‌تر و متراکم‌تر باشد، پیوند قوی‌تری با میلگرد برقرار می‌شود. بتن‌های با مقاومت بالا (HSC) معمولاً چسبندگی بیشتری دارند، اما شکننده‌تر نیز هستند.
میلگردهای آج‌دار به‌واسطه درگیری مکانیکی، چسبندگی بالاتری نسبت به میلگردهای صاف دارند. همچنین، پوشش اپوکسی می‌تواند چسبندگی را کاهش دهد، در حالی که میلگردهای زبرشده یا سندبلاست‌شده، عملکرد بهتری دارند.
افزایش قطر میلگرد، چسبندگی را به دلیل تمرکز تنش کاهش می‌دهد. در مقابل، افزایش طول مهاری باعث توزیع بهتر نیرو و افزایش مقاومت کلی پیوستگی می‌شود.
پوشش ناکافی بتن ممکن است باعث ترک‌خوردگی سطحی و کاهش چسبندگی شود. آیین‌نامه‌ها حداقل ضخامت پوشش را بسته به نوع عضو و شرایط محیطی تعیین کرده‌اند.
خوردگی میلگرد موجب افزایش حجم محصولات زنگ‌زدگی و ایجاد ترک در بتن اطراف میلگرد می‌شود. این ترک‌ها چسبندگی را به شدت کاهش می‌دهند. رطوبت، دما و سیکل یخ‌زدگی نیز از عوامل مؤثر محسوب می‌شوند.
استفاده از الیاف فولادی یا پلیمری، مقاومت چسبندگی را در نواحی ترک‌خورده افزایش می‌دهد. همچنین افزودنی‌های شیمیایی نظیر میکروسیلیس و فوق‌روان‌کننده‌ها با کاهش نسبت آب به سیمان، پیوستگی را بهبود می‌بخشند.
ارزیابی چسبندگی معمولاً با روش‌های آزمایشگاهی انجام می‌شود. مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:
در این روش، میلگرد در نمونه بتنی قرار گرفته و با نیروی کششی از آن بیرون کشیده می‌شود.
در این روش، میلگرد در انتهای تیر بتنی قرار گرفته و بارگذاری خمشی بر تیر اعمال می‌شود تا ناحیه مهاری مورد بررسی قرار گیرد. این آزمون شباهت بیشتری به شرایط واقعی دارد.
دو میلگرد با طول همپوشان در تیر قرار داده می‌شوند. با اعمال بار، چسبندگی در محل همپوشانی بررسی می‌شود. این آزمون برای تعیین طول وصله در طراحی کاربرد دارد.
در این روش، میلگرد در سوراخی از بتن موجود با چسب اپوکسی یا شیمیایی کاشته می‌شود. با اعمال نیروی کششی، مقاومت چسبندگی چسب-بتن-میلگرد اندازه‌گیری می‌گردد.
استاندارد ACI 355.4 روش ارزیابی این نوع چسبندگی را مشخص کرده است.
با پیشرفت فناوری، ارزیابی چسبندگی به روش‌های غیرمخرب و عددی نیز گسترش یافته است.
مدل‌های ریاضی و تجربی بر پایه مقاومت بتن، قطر میلگرد، پوشش و طول مهاری، روابطی برای پیش‌بینی تنش چسبندگی ارائه می‌کنند.
در نرم‌افزارهایی مانند ABAQUS و ANSYS، تعامل بتن و میلگرد با المان‌های رابط (interface elements) شبیه‌سازی می‌شود. منحنی‌های تنش–لغزش حاصل از این مدل‌ها می‌توانند برای طراحی و تحلیل استفاده شوند.
روش‌هایی نظیر Ultrasonic Pulse Velocity، ترموگرافی مادون قرمز و Pull-Off برای بررسی وضعیت چسبندگی سطحی و ترک‌های داخلی بتن به کار می‌روند.
رفتار پیوستگی بین بتن و میلگرد معمولاً به صورت منحنی تنش چسبندگی در برابر لغزش نمایش داده می‌شود. این منحنی سه بخش دارد:
افزایش اولیه (Elastic Range): لغزش ناچیز و چسبندگی تقریباً خطی.
کاهش تدریجی: آغاز ترک‌های موضعی در اطراف آج‌ها.
افت نهایی: لغزش زیاد و شکست کامل چسبندگی.
این مدل برای طراحی طول مهاری و تحلیل غیرخطی اعضای بتن مسلح اهمیت فراوانی دارد.
استفاده از میلگردهای آج‌دار با زبری مناسب
اطمینان از تمیزی سطح میلگرد پیش از بتن‌ریزی
استفاده از نسبت آب به سیمان پایین‌تر از 0.5
تراکم مناسب بتن و جلوگیری از وجود حفره‌ها
استفاده از خاموت‌ها برای افزایش محصوریت بتن
رعایت حداقل ضخامت پوشش طبق آیین‌نامه‌ها
اجتناب از خوردگی با پوشش اپوکسی یا گالوانیزه
چسبندگی بتن و میلگرد، یکی از ارکان اساسی دوام و عملکرد سازه‌های بتن مسلح است. این چسبندگی از ترکیب پیوند شیمیایی، اصطکاک و درگیری مکانیکی ناشی می‌شود و عوامل متعددی همچون مقاومت بتن، نوع میلگرد، پوشش و شرایط محیطی بر آن تأثیر می‌گذارند.
روش‌های ارزیابی متنوعی از آزمایش‌های Pull-Out تا مدل‌سازی عددی وجود دارند که هر یک در شرایط خاص کاربرد دارند. رعایت الزامات اجرایی و کنترل کیفیت بتن و میلگرد، بهترین تضمین برای حفظ چسبندگی و در نتیجه پایداری سازه است.
