میلگرد حرارتی چیست؟

تعریف میلگرد حرارتی

میلگرد حرارتی که با نام «آرماتور افت و حرارت» نیز شناخته می‌شود، مجموعه‌ای از میلگردهای فولادی است که به‌صورت شبکه‌ای در بخش بالایی دال‌های بتنی و سقف‌ها اجرا می‌شوند تا از ایجاد و گسترش ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی بتن و تغییرات دمایی جلوگیری کنند. برخلاف تصور رایج، میلگرد حرارتی یک نوع میلگرد با آلیاژ یا فرآیند تولید خاص نیست؛ بلکه به میلگردی گفته می‌شود که با هدف کنترل تنش‌های ناشی از افت بتن و تغییرات حرارتی در سازه به کار می‌رود. به همین دلیل ممکن است بسته به نظر مهندس طراح، از میلگردهای ساده یا آجدار با قطر مشخص برای اجرای این شبکه استفاده شود.

دلیل نام‌گذاری این آرماتورها به عنوان «میلگرد حرارتی» نیز به وظیفه اصلی آن‌ها بازمی‌گردد. بتن پس از بتن‌ریزی و در طول فرآیند گیرش و سخت شدن، تحت تأثیر حرارت ناشی از هیدراتاسیون سیمان، کاهش رطوبت و تغییرات دمای محیط دچار انقباض و انبساط می‌شود. از آنجا که مقاومت کششی بتن پایین است، این تنش‌ها می‌توانند باعث ایجاد ترک‌های ریز یا گسترده در سطح دال بتنی سقف شوند. میلگرد حرارتی با توزیع این تنش‌ها در سطح بتن، از باز شدن و گسترش ترک‌ها جلوگیری کرده و به حفظ یکپارچگی سقف کمک می‌کند.

این آرماتورها معمولاً به‌صورت شبکه‌ای و عمود بر تیرچه‌ها اجرا می‌شوند و برخلاف میلگردهای اصلی سازه، وظیفه تحمل بارهای کششی و خمشی ساختمان را بر عهده ندارند. وظیفه اصلی این میلگردها، مقابله با تنش‌های ناشی از تغییر دما و جلوگیری از پدیده جمع‌شدگی بتن است. به همین دلیل به آن‌ها میلگردهای حرارتی سقف می‌گویند. این آرماتورها با درگیر شدن در بتن، ترک‌های ریز را به هم متصل کرده و از گسترش آن‌ها جلوگیری می‌کنند.

تفاوت آرماتور افت و آرماتور حرارت

در پروژه‌های ساختمانی، اصطلاح «آرماتور افت و حرارت» به‌صورت یک عبارت واحد استفاده می‌شود، اما در واقع دو پدیده متفاوت را کنترل می‌کند.

آرماتور افت برای کاهش ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی بتن در زمان خشک شدن اجرا می‌شود، در حالی که آرماتور حرارت وظیفه کنترل تنش‌های ناشی از انبساط و انقباض بتن بر اثر تغییرات دما را بر عهده دارد. از آنجا که هر دو عملکرد با یک شبکه میلگرد قابل کنترل هستند، در نقشه‌های اجرایی معمولاً این آرماتورها به‌صورت یک شبکه مشترک اجرا شده و با عنوان «آرماتور افت و حرارت» شناخته می‌شوند.

مشخصات فنی میلگرد حرارتی

از آنجایی که میلگردهای حرارتی وظیفه تحمل بارهای کششی سنگین سازه را بر عهده ندارند، معمولاً از میلگردهای ساده (بدون آج) برای آن‌ها استفاده می‌شود تا هزینه‌های پروژه بهینه‌تر شود. عملکرد مناسب میلگرد حرارتی تا حد زیادی به انتخاب صحیح قطر، فاصله و محل اجرای آن بستگی دارد. این مشخصات باید مطابق نقشه‌های سازه و ضوابط آیین‌نامه‌ای تعیین شوند، اما در اغلب پروژه‌های ساختمانی از معیارهای زیر استفاده می‌شود.

1- سایز و قطر میلگرد:

قطر استاندارد و رایج برای آرماتورهای حرارتی، سایز ۶ الی ۶.۵ میلی‌متر است. با توجه به آزمایشات و بررسی‌های جدید مهندسی، در بسیاری از پروژه‌ها پیشنهاد می‌شود برای افزایش ایمنی و درگیری بهتر با بتن، از میلگرد سایز ۸ میلی‌متر استفاده گردد. انتخاب سایز مناسب به عواملی مانند ضخامت دال، نوع سقف و نظر مهندس محاسب بستگی دارد و استفاده از قطرهای کمتر یا بیشتر باید بر اساس محاسبات سازه انجام شود.

2- فاصله میلگردها:

این میلگردها معمولاً با فاصله ۲۵ سانتی‌متر از یکدیگر به‌صورت شبکه‌ای و عمود بر یکدیگر توسط مفتول آرماتوربندی به هم متصل می‌شوند و در یک‌سوم بالایی ضخامت دال بتنی قرار می‌گیرند.

3- محل قرارگیری:

این میلگردها در یک‌سوم بالایی ضخامت دال بتنی قرار می‌گیرند؛ زیرا بیشترین تنش‌های ناشی از جمع‌شدگی و تغییرات دمایی در این ناحیه ایجاد می‌شود. برای حفظ این موقعیت، باید از اسپیسر یا روش‌های مناسب هنگام بتن‌ریزی استفاده شود.

4- نوع میلگرد:

در بسیاری از پروژه‌ها از میلگرد ساده برای اجرای میلگرد حرارتی استفاده می‌شود، اما در برخی سازه‌ها و بر اساس طراحی مهندس محاسب، ممکن است میلگرد آجدار نیز به کار رود. نوع میلگرد باید مطابق نقشه‌های سازه انتخاب شود و نباید صرفاً بر اساس هزینه پروژه تعیین گردد.

میلگرد حرارتی چگونه از ترک‌خوردگی جلوگیری می‌کند؟

بتن در برابر تنش‌های کششی ناشی از جمع‌شدگی و تغییرات دما مقاومت کمی دارد؛ به همین دلیل، این تنش‌ها می‌توانند باعث ایجاد ترک‌های سطحی شوند. میلگرد حرارتی با جذب و توزیع این تنش‌ها در سطح دال و افزایش مقاومت کششی بتن، از تمرکز تنش در یک نقطه جلوگیری کرده و مانع از گسترش ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی و تغییرات دمای می‌شود.

در نتیجه، ترک‌های احتمالی به‌صورت ریز و کنترل‌شده باقی می‌مانند و از تبدیل آن‌ها به ترک‌های عمیق و گسترده جلوگیری می‌شود. این موضوع علاوه بر حفظ یکپارچگی بتن، نفوذ آب و عوامل خورنده را کاهش داده و دوام و عمر مفید سازه را افزایش می‌دهد.

نحوه اجرای میلگرد حرارتی چگونه است؟

اجرای صحیح میلگرد حرارتی تأثیر مستقیمی بر عملکرد آن در کنترل ترک‌های بتن دارد. این آرماتورها معمولاً پس از نصب تیرچه‌ها و پیش از بتن‌ریزی، به‌صورت شبکه‌ای و عمود بر یکدیگر در یک‌سوم بالایی ضخامت دال قرار می‌گیرند. فاصله بین میلگردها نیز مطابق نقشه‌های اجرایی و ضوابط آیین‌نامه‌ای تعیین می‌شود.

اتصال میلگردهای حرارتی معمولاً با استفاده از سیم مفتول آرماتوربندی انجام می‌شود و به‌کارگیری جوش برای اتصال آن‌ها، مگر در شرایط خاص و مطابق مشخصات فنی پروژه، توصیه نمی‌شود. همچنین برای حفظ موقعیت شبکه هنگام بتن‌ریزی، از اسپیسر یا تکیه‌گاه‌های مناسب استفاده می‌شود تا میلگردها در محل صحیح خود باقی بمانند.

در نهایت، رعایت پوشش مناسب بتن، ثابت بودن شبکه میلگرد و جلوگیری از جابه‌جایی آن در زمان بتن‌ریزی، از مهم‌ترین نکاتی است که عملکرد صحیح میلگرد حرارتی و افزایش دوام سقف را تضمین می‌کند.

تفاوت میلگرد حرارتی و میلگرد معمولی

میلگرد حرارتی و میلگرد معمولی هر دو از فولاد ساخته می‌شوند، اما از نظر کاربرد و عملکرد در سازه تفاوت‌های مهمی دارند. میلگردهای معمولی به‌عنوان آرماتورهای اصلی سازه برای تحمل نیروهای کششی، خمشی و برشی به کار می‌روند و نقش مستقیمی در مقاومت باربر ساختمان دارند. در مقابل، میلگرد حرارتی با هدف کنترل ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی بتن و تغییرات دمایی اجرا می‌شود و وظیفه اصلی آن افزایش دوام و حفظ یکپارچگی بتن است.

از نظر محل قرارگیری نیز این دو نوع میلگرد با یکدیگر تفاوت دارند. میلگردهای سازه‌ای در بخش‌هایی از تیر، ستون، فونداسیون و دال که تحت تنش‌های محاسباتی قرار دارند استفاده می‌شوند، در حالی که میلگرد حرارتی معمولاً به‌صورت شبکه‌ای در قسمت بالایی دال‌های بتنی و سقف‌ها اجرا می‌شود.

جدول زیر مهم‌ترین تفاوت‌های این دو نوع میلگرد را نشان می‌دهد:

به طور خلاصه، میلگرد حرارتی جایگزین میلگردهای سازه‌ای نیست و حذف یا تغییر آن باید تنها بر اساس نظر مهندس محاسب و ضوابط آیین‌نامه انجام شود.

کاربرد میلگرد حرارتی در ساختمان

میلگرد حرارتی در بخش‌هایی از سازه که بتن در معرض جمع‌شدگی، تغییرات دمایی و احتمال ترک‌خوردگی قرار دارد، مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگرچه بیشترین کاربرد آن در اجرای سقف‌ها است، اما در سایر اجزای بتنی نیز برای افزایش دوام و کنترل ترک‌های سطحی به کار می‌رود.

• سقف تیرچه بلوک: رایج‌ترین محل استفاده از میلگرد حرارتی، سقف‌های تیرچه بلوک است. در این نوع سقف، آرماتور افت و حرارت به‌صورت شبکه‌ای و عمود بر تیرچه‌ها اجرا می‌شود تا از ایجاد ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی و تغییرات دمایی در بتن پوششی جلوگیری کند.
• سقف کرومیت: در سقف‌های کرومیت نیز به دلیل وجود دال بتنی، اجرای میلگرد حرارتی نقش مهمی در کنترل ترک‌های سطحی و حفظ یکپارچگی بتن دارد و مطابق نقشه‌های اجرایی و نظر مهندس محاسب انجام می‌شود.
• دال بتنی: در دال‌های بتنی، به‌ویژه دال‌های با سطح گسترده، تغییرات دما و جمع‌شدگی بتن می‌تواند باعث ایجاد ترک شود. استفاده از میلگرد حرارتی به توزیع تنش‌ها کمک کرده و احتمال گسترش ترک‌ها را کاهش می‌دهد.
• سقف وافل: در سقف‌های وافل نیز در لایه فوقانی بتن، از آرماتور افت و حرارت برای کنترل ترک‌های ناشی از تغییرات دمایی و افزایش دوام دال استفاده می‌شود.
• دیوارهای بتنی: دیوارهای بتنی که در معرض تغییرات دما یا خشک شدن بتن قرار دارند، ممکن است دچار ترک‌های سطحی شوند. اجرای آرماتور افت و حرارت در این بخش‌ها به کنترل این ترک‌ها و افزایش دوام دیوار کمک می‌کند.
• کف‌سازی‌های بتنی: در کف‌سازی‌های صنعتی، محوطه‌سازی و کف سالن‌ها، استفاده از میلگرد حرارتی یا سایر روش‌های کنترل ترک، از ایجاد ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی و تغییرات دما جلوگیری کرده و عمر مفید بتن را افزایش می‌دهد.

ضوابط اجرای میلگرد حرارتی

اجرای صحیح میلگرد حرارتی به اندازه انتخاب نوع و سایز آن اهمیت دارد. در صورتی که این آرماتورها مطابق ضوابط آیین‌نامه و نقشه‌های اجرایی نصب نشوند، کارایی لازم برای کنترل ترک‌های بتن را نخواهند داشت.

فاصله میلگردهای حرارتی باید مطابق نقشه‌های سازه تعیین شود. در اغلب پروژه‌ها این فاصله حدود ۲۵ سانتی‌متر در نظر گرفته می‌شود، اما ممکن است با توجه به نوع دال و محاسبات سازه تغییر کند.

میلگردهای حرارتی باید به‌طور کامل در بتن مدفون شوند و پوشش بتنی مناسبی داشته باشند. قرار گرفتن بخشی از میلگرد خارج از بتن یا تماس مستقیم آن با قالب و یونولیت، باعث کاهش عملکرد آرماتور خواهد شد.

اتصال میلگردهای حرارتی معمولاً با سیم مفتول آرماتوربندی انجام می‌شود. استفاده از جوش برای اتصال این میلگردها، مگر در مواردی که در نقشه‌ها یا مشخصات فنی پروژه پیش‌بینی شده باشد، توصیه نمی‌شود.

آرماتور افت و حرارت باید در یک‌سوم بالایی ضخامت دال و عمود بر تیرچه‌ها اجرا شود تا بتواند تنش‌های ناشی از افت و تغییرات دمایی را به‌خوبی کنترل کند.

پیش از بتن‌ریزی باید از ثابت بودن شبکه میلگردها، رعایت فواصل و حفظ محل قرارگیری آن‌ها اطمینان حاصل شود. همچنین استفاده از اسپیسر و جلوگیری از جابه‌جایی میلگردها هنگام بتن‌ریزی، تأثیر زیادی در عملکرد صحیح میلگرد حرارتی و افزایش دوام بتن دارد.

مزایا و معایب میلگرد حرارتی

استفاده از میلگرد حرارتی در صورت طراحی و اجرای صحیح، نقش مؤثری در افزایش دوام سازه‌های بتنی دارد. با این حال، مانند هر روش اجرایی دیگری، مزایا و محدودیت‌های خاص خود را نیز دارد.

مزایا عبارتند از: 

• کاهش ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی و تغییرات دمایی بتن
• افزایش دوام و طول عمر سقف و دال‌های بتنی
• حفظ یکپارچگی بتن و کاهش نفوذ آب و عوامل خورنده
• توزیع یکنواخت تنش‌های سطحی در بتن
• افزایش عملکرد سقف در برابر تغییرات دمایی و بارهای بهره‌برداری
• جلوگیری از تخریب در آتش‌سوزی
• حفظ یکپارچگی دیافراگم سقف

معایب عبارتند از: 

• افزایش هزینه خرید میلگرد و اجرای آرماتوربندی
• کاهش کارایی در صورت اجرای نادرست یا قرارگیری خارج از بتن
• نیاز به دقت بیشتر در بتن‌ریزی برای جلوگیری از جابه‌جایی شبکه میلگرد

در برخی پروژه‌ها، امکان جایگزینی آن با روش‌های نوین مانند بتن الیافی وجود دارد که باید توسط مهندس محاسب بررسی شود.

نحوه محاسبه مقدار میلگرد حرارتی

مقدار میلگرد حرارتی به ابعاد سقف، فاصله میلگردها، قطر انتخابی و نقشه‌های سازه بستگی دارد و در نهایت توسط مهندس محاسب تعیین می‌شود. با این حال، می‌توان مقدار تقریبی آن را به‌سادگی محاسبه کرد.

به عنوان مثال، اگر سقفی با ابعاد ۱۰ × ۸ متر داشته باشیم و فاصله میلگردها ۲۵ سانتی‌متر باشد، در عرض ۸ متر به حدود ۳۳ شاخه میلگرد ۱۰ متری نیاز خواهد بود. همچنین در جهت عمود نیز حدود ۴۱ شاخه ۸ متری اجرا می‌شود. با جمع طول میلگردهای مصرفی و ضرب آن در وزن واحد طول میلگرد، می‌توان وزن تقریبی موردنیاز برای خرید را به دست آورد.

برای جلوگیری از خطا، محاسبه نهایی باید بر اساس نقشه‌های اجرایی و جدول وزن میلگرد انجام شود.

قیمت میلگرد حرارتی

قیمت میلگرد حرارتی به عوامل مختلفی بستگی دارد و نمی‌توان مبلغ ثابتی برای آن اعلام کرد. از آنجا که این آرماتورها معمولاً از میلگردهای ساده یا آجدار با قطرهای مختلف اجرا می‌شوند، قیمت آن‌ها تابع قیمت روز میلگرد در بازار است.

مهم‌ترین عوامل مؤثر بر قیمت میلگرد حرارتی عبارت‌اند از: قطر و وزن میلگرد، نوع میلگرد (ساده یا آجدار)، کارخانه تولیدکننده و برند، مقدار موردنیاز پروژه، قیمت روز فولاد و نرخ ارز
هزینه حمل‌ونقل تا محل پروژه

به همین دلیل، پیش از خرید بهتر است قیمت روز میلگرد را از تأمین‌کنندگان معتبر استعلام کرده و بر اساس نقشه سازه اقدام به خرید کنید.

نکات مهم هنگام خرید میلگرد حرارتی

برای خرید میلگرد حرارتی، تنها توجه به قیمت کافی نیست و باید مشخصات فنی محصول نیز بررسی شود. مهم‌ترین نکاتی که هنگام خرید باید در نظر داشته باشید عبارت‌اند از:

• میلگرد را مطابق سایز و مشخصات درج‌شده در نقشه‌های سازه انتخاب کنید.
• از خرید محصولات دارای زنگ‌زدگی شدید، تابیدگی یا آسیب‌دیدگی ظاهری خودداری کنید.
• میلگرد را از تولیدکنندگان معتبر و دارای استاندارد تهیه کنید.
• پیش از ثبت سفارش، وزن، تعداد شاخه‌ها و هزینه حمل را محاسبه کنید تا برآورد دقیقی از هزینه پروژه داشته باشید.
• در صورت تردید درباره نوع یا قطر میلگرد، حتماً با مهندس محاسب یا ناظر پروژه مشورت کنید تا از بروز مشکلات اجرایی و افزایش هزینه‌های بعدی جلوگیری شود.

اشتباهات رایج در اجرای میلگرد حرارتی

یکی از دلایل ایجاد ترک در برخی سقف‌ها، اجرای نادرست میلگرد حرارتی است. رایج‌ترین اشتباهات عبارت‌اند از:

یکی از رایج‌ترین اشتباهات، قرار گرفتن میلگردها روی یونولیت یا خارج از ضخامت بتن است؛ در این حالت آرماتور در محل طراحی‌شده قرار نمی‌گیرد و نمی‌تواند تنش‌های ناشی از افت و حرارت را به‌درستی کنترل کند.

از دیگر خطاهای متداول می‌توان به رعایت نکردن فاصله استاندارد بین میلگردها، جابه‌جایی شبکه هنگام بتن‌ریزی و استفاده از میلگرد با قطر یا تعداد کمتر از مقدار مشخص‌شده در نقشه‌های اجرایی اشاره کرد.

همچنین حذف میلگرد حرارتی با هدف کاهش هزینه، بدون تأیید مهندس محاسب، می‌تواند عملکرد دال بتنی را تحت تأثیر قرار داده و احتمال ایجاد ترک‌های گسترده را افزایش دهد. به همین دلیل، رعایت دقیق ضوابط اجرایی و مشخصات فنی پروژه، شرط اصلی دستیابی به عملکرد مطلوب آرماتور افت و حرارت است.

ضرورت اجرای میلگرد حرارتی

در میان جامعه مهندسین عمران، پیرامون الزام اجرای آرماتورهای حرارتی در سقف‌هایی مانند تیرچه بلوک، دو دیدگاه کاملاً متفاوت وجود دارد:

• دیدگاه اول: اجرای میلگرد حرارتی کاملاً الزامی است

بسیاری از مهندسان و طراحان سازه معتقدند که استفاده از آرماتور افت و حرارت برای جلوگیری از ترک‌خوردگی بتن سقف یک ضرورت غیرقابل‌انکار است. این گروه تاکید دارند که آیین‌نامه‌های معتبر (مانند آیین‌نامه بتن ایران) بر لزوم استفاده از این شبکه‌بندی برای حفظ دوام و یکپارچگی بتن تاکید کرده‌اند و حذف آن می‌تواند در درازمدت به عمر مفید سازه آسیب برساند.

• دیدگاه دوم: استفاده از میلگرد حرارتی اسراف سرمایه است

 به اعتقاد برخی از مهندسین ، اصولا استفاده از آرماتور حرارتی به این شیوه مرسوم است که نصف آرماتور روی یونولیت ها قرار می گیرد ، کاری بی نتیجه و دور ریختن سرمایه و اسراف است و باعث جلوگیری از ترک خوردن بتن در سقف نخواهد شد و همانطور که هم اکنون شاهد آن هستیم ، بسیاری از سقفهای تیرچه بلوک با وجود استفاده از آرماتور حرارتی باز هم ترک می خورند . این گروه اعتقاد دارند که آیین نامه توصیه به استفاده ازآرماتور حرارتی کرده است نه الزام به استفاده از آن ، و به جای استفاده از آرماتورهای افت و حرارت ، راه های دیگری برای جلوگیری از ترک خوردگی سقف پیشنهاد می دهند .

عوامل ایجاد ترک‌های افت و حرارت و استفاده از میلگرد حرارتی

بتن با وجود مقاومت فشاری بالا، در برابر تنش‌های کششی آسیب‌پذیر است. به همین دلیل، تغییرات دما و کاهش رطوبت در روزهای ابتدایی پس از بتن‌ریزی می‌تواند باعث ایجاد ترک‌های سطحی یا عمیق شود. مهم‌ترین عوامل ایجاد ترک‌های افت و حرارت عبارت‌اند از:

• جمع‌شدگی پلاستیک: جمع‌شدگی پلاستیک زمانی رخ می‌دهد که بتن هنوز سخت نشده و آب سطح آن به‌سرعت تبخیر می‌شود. این پدیده معمولاً در هوای گرم، خشک یا همراه با وزش باد رخ داده و باعث ایجاد ترک‌های ریز روی سطح بتن می‌شود.
• جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن: پس از گیرش بتن، با تبخیر تدریجی رطوبت داخلی، حجم بتن کاهش می‌یابد. این کاهش حجم تنش‌های کششی ایجاد می‌کند که در صورت کنترل نشدن، به ترک‌خوردگی بتن منجر خواهد شد.
• تغییرات دما: بتن در اثر افزایش دما منبسط و با کاهش دما منقبض می‌شود. اگر این تغییرات حجمی محدود شوند، تنش‌های حرارتی ایجاد شده و احتمال ترک‌خوردگی، به‌ویژه در سقف‌ها و دال‌های بتنی، افزایش می‌یابد.
• حرارت ناشی از هیدراتاسیون سیمان: واکنش سیمان با آب هنگام گیرش بتن، حرارت تولید می‌کند. اختلاف دمای بین بخش داخلی و سطح بتن می‌تواند تنش‌های حرارتی ایجاد کرده و زمینه ترک‌خوردگی را فراهم کند.

به همین دلیل، از میلگرد حرارتی یا آرماتور افت و حرارت برای کنترل این تنش‌ها و جلوگیری از گسترش ترک‌ها در بتن استفاده می‌شود.

نتیجه‌گیری

میلگرد حرارتی یکی از اجزای کاربردی برای مهار تنش‌های حرارتی و انقباضی بتن در سقف‌هاست. با این حال، کارایی این آرماتورها زمانی تضمین می‌شود که با رعایت دقیق فواصل، در محل درست (ضخامت بتن پوششی) و با اجرای اصولی نصب شوند؛ در غیر این صورت، تنها یک هزینه اضافی برای پروژه خواهند بود. انتخاب بین اجرای میلگرد حرارتی شبکه یا استفاده از الیاف جایگزین، تصمیمی است که باید توسط مهندس محاسب و بر اساس شرایط خاص هر پروژه گرفته شود.