المواد المعدنية المستخدمة في البناء (الفولاذ ) 2024

 

سنتعرف في هذا المقال إن شآءالله عن:

• مقدمة عامة عن المواد المعدنية المستخدمة في البناء الفولاذ
• التجارب الميكانيكية التي تجرى على الفولاذ
• أنواع الحديد المستخدم في تسليح العناصر الخرسانية
• المواصفات التي يجب توفرها لقبول المواد المعدنية واستخدامها في أعمال البناء والإنشاءات العامة
• معلومات هامة وأساسية عن الفولاذ
• ما هي طرق صناعة الحديد وكيفية صناعتها
• المواصفات الأمريكية الواجب توفرها في الفولاذ وفي الكابلات الحديدية
• ضرورة إجراء الاختبارات والتجارب قبل البدء بأعمال البناء والتشييد والتأكد من أن المواصفات تحقق المواصفات التصميمية

مقدمة عامة عن المواد المعدنية المستخدمة في البناء الفولاذ  :

 

تستعمل المواد المعدنية بكثرة في البناء ومنذ القديم بسبب الصفات الجيدة التي تتمتع بها مثل المتانة العالية واللدونة والناقلية العالية للحرارة والكهرباء وإمكانية اللحام رغم وجود بعض الصفات السلبية لها مثل التآكل تحت تأثير الغازات المختلفة والرطوبة والتشوه الكبير تحت تأثير درجات الحرارة العالية ..

إن أكثر المواد المعدنية المستخدمة في البناء هي المواد الحديدية والتي منها الحديد النقي وحديد الصب الفونت والفولاذ إلا أن الفولاذ وبسبب صفاته الإيجابية المتعددة قد حل مكان الأنواع الآخرى وتفوق عليها من خلال ميزاته الجيدة ولم يبق للأنواع الأخرى سوى استعمالات محددة.

والفولاذ: هو خليط الحديد مع الكربون بنسبة لا تتجاوز ٢ في المئة وينتج الفولاذ على مرحلتين :

في المرحلة الأولى نحصل على حديد الصب من الغازات الحديدية وفي المرحلة الثانية نحصل على الفولاذ من حديد الصب حيث تحترق بعض الشوائب مثل الكربون أو تتحول إلى خبث (المنغنيز السيليسيوم والفوسفور والكبريت) ويتم الحصول على الفولاذ بطرق عدة أهمها طريقة بسمر وتوماس وطريقة مارتين وطريقة الفرن الكهربائي.

التجارب الميكانيكية التي تجرى على المواد المعدنية المستخدمة في البناء حديد الفولاذ :

يتم تعيين الخواص الفيزيائية والميكانيكية للفولاذ من خلال إجراء بعض التجارب والاختبارات على عينات الحديد المأخوذة من موقع العمل أو مواد مستخدمة من قبل وذلك لمعرفة خواصها ومقاومتها ومتانتها وديمومتها المتوقعة ومن أهم هذه التجارب هي تجربة الشد حيث نضع العينة المراد اختبارها على جهاز شد الحديد ومن خلال هذا الجهاز نستطيع قراءة المخططات وقيمة المقاومة والقوة التي تؤدي الي انقطاع الحديد ويعد المخطط الذي يظهر على شاشة الجهاز من أهم المعلومات التي نستطيع من خلالها معرفة مراحل مرور الفولاذ بدءاً من مرحلة المرونة ثم مرحلة اللدونة وأخيراً مرحلة الانهيار أو مرحلة انقطاع الفولاذ ومعرفة الإجهادات والتشوهات  التي يتعرض لها الفولاذ في كل مرحلة من مراحل الشد ..

 

اهمية وضرورة اجراء التجارب الميكانيكية على المواد المعدنية المستخدمة في البناء الفولاذ:

ويوجد الكثير من التجارب المخبرية والاختبارات والدراسات التجريبية التي تجرى على هذه المواد منها الاختبار على الضغط ومن خلال هذا الاختبار نستطيع معرفة مقاومة هذه المواد على الضغط ومعرفة إجهاد انهيار هذه العينات التي تساعدنا في التصميم والتنفيذ بكل سهولة وآمان وتحقيق الفائدة من الناحية الفنية و الاقتصادية ..

وأيضاً اختبار العينات على الانعطاف وتجرى هذه التجربة لمعرفة مقاومة المواد المعدنية والفولاذية على الانعطاف ..

وكما نعلم مقاومة الفولاذ على الشد أكبر بكثير من مقاومته على الانعطاف ومقاومته على الانعطاف أكبر بكثير من الضغط أي يجب علينا الا نستخدم الفولاذ الا في أماكن الشد والانعطاف أي العناصر التي تتعرض لقوى شادة وعزوم انعطاف ولا نستخدم الفولاذ في الأماكن التي تتعرض لإجهادات ضاغطة الا في حال الضرورة لأن الخرسانة تقاوم الإجهادات الضاغطة إلى حد كبير على عكس حديد التسليح أو الفولاذ وأيضاً كما نعلم أن مقاومة الخرسانة على الضغط أكبر بكثير من مقاومتها على الشد (أكثر بحوالي ١٠ مرات حسب الدراسات والاختبارات التجريبية ..) لذلك يستخدم الفولاذ مع الخرسانة ليدعمها ويزيد من مقاومتها وليقاوم الإجهادات المادة ويحول عمليات الانهيار من الانهيار القصيف الذي يتم فجأة وهو الأكثر خطورة والأكثر ما يسبب خسائر فادحة الي انهيار بطيء يمكن مراقبته والتحكم به وإصلاحه قبل فوات الأوان والسبب بخسائر كبيرة ويوجد الكثير من الدراسات والاختبارات التي جرت على الخرسانة المسلحة وكيفية سلوكها تند تعرضها للقوى المختلفة ولعزوم الانعطاف والفتل سوف نتطرق لها في المقالات المستقبلية بإذن الله..

 

إن الغاية من إجراء التجارب الواجب اجراؤها لقبول أي مادة هي لقياس مطابقة خواص المادة المقدمة لخواص ومواصفات المادة المطلوبة بالمواصفات التصميمية وعليه :

تحدد المواصفات الامريكية من ال ASTM  رقم A416/A416M  الشروط الذي يجب أن يحققها المواد المعدنية المستخدمة في البناء  وخصوصا حديد الفولاذ و الكابلات الفولاذية المستخدمة في الأعمال الإنشائية والهندسية وهي :

1- تحديد قطر الكبل أو قضيب التسليح

2- تحديد وزن المتر الطولي

3- تحديد حد الانقطاع أو حد إجهاد الخضوع  ومقارنته مع القيمة المطلوبة تصميمياً  بالمواصفات حسب   Grade  درجة الحديد المعتمد

4- قياس قيمة الاسترخاء عند قيمة شد للكابلات تعادل70% من حد الانقطاع بتطبيق التجربة لمدة ألف ساعة متواصلة ويجب ألا تتجاوز قيمة الاسترخاء3.50 % أي قيمة التشوه النسبي الحاصل في الفولاذ وحسب الكود السوري يجب ألا يتجاوز 0.00٣

4- تحديد حد السيلان والاستطالة الحاصلة في القضبان

6- التحليل الكيميائي لمعرفة نسب الفوسفور والكبريت والكربون

 

أنواع حديد التسليح المستخدم في أعمال البناء والمشاريع الإنشائية وبالأخص فولاذ التسليح :

هناك نوعين رئيسييّن من حديد التسليح المستخدمة في المواد المعدنية في البناء وهما أكثر الأنواع شهرة واستخدامًا في مواقع التشييد والبناء  وهما من انواع حديد الفولاذ:

 

بشكل عام يوجد نوعين حديد طري عادي (Mild Steel)

يأتي على شكل قضبان ملساء ويتوفّر بأقطار مختلفة بدءًا من 6 مم أو ٥ مم وصولًا إلى 50 مم ، غالبًا لا يُستخدم كمادة تسليح أساسيّة في العناصر الإنشائيّة اي لا يستخدم في العناصر الهيكلية وفي الخرسانات المسلحة  إنما ما تُستخدم في كمكون ثانوي في التسليح حيث يُستخدم على سبيل المثال في تعصيب البلاطات وعند فواصل التمدد والانكماش وتشكيل أساور الأعمدة، حيث يتميّز بسهولة القطع والثني والمروة العالية والاستطالة العالية التي تتجاوز ال 20%  والجدير بالذكر بأنّ هذا النوع يحتاج إلى إحداث نجش في نهايتها عند التكسيح.

 

حديد عالي المقاومة والإجهاد (High Strength)

وهي قضبان فولاذيّة محلزنة غالبًا ما تلوى على البارد تُستخدم على نطاق واسع في المنشآت وتشكل الحديد الرئيسيّ في تسليح العناصر الإنشائيّة ولا تحتاج إلى جنش عند تكسيحها، وتتوفّر بأقطار مختلفة بدءًا من 4 مم حتى 50 مم، ويحتوي مزيج الفولاذ المشكل لها على نسب منخفضة من الكربون مما يعطيها الليونة وقابلية أكبر للتشغيل واستخدام اللحام، ويتميّز هذا النوع من الحديد بمقاومة كبيرة على الشد تصل إلى 60 كغ/مم2.  أو حوالي ٦٣٠ ميغا باسكال

أنواع أخرى لحديد التسليح  المستخدم في البناء الفولاذ:

 

حديد التسليح الأوروبي (European Rebar)

يُعتبر من أقل أنواع الحديد من حيث المقاومة إذ أنّه ينحني بسهولة بالغة وذلك نظرًا لاستخدام المنغنيز في تصنيعه، ولا يُنصح باستخدامه في الهياكل الخرسانية الكبيرة.

 

حديد التسليح المطلي بالإيبوكسي (Epoxy-Coated Rebar)

يُعرف أيضًا باسم حديد التسليح الأخضر وهو مغطى بطبقة من الإيبوكسيّ الذي يزيد من مقاومته للتآكل بمقدار يصل من 70 إلى 1700 مرة، يُستخدم هذا النوع بشكل خاص في المنشآت التي تتعرض لعوامل جوية قاسيّة وتكون عرضة للتآكل مثل المنشآت في البيئات البحريّة أو الجسور او العناصر التي على تماس مباشر مع التربة والماء او في البيئة الضارة والتي تحتوي على غازات ضارة .

تقوية المواد المعدنية المستخدمة في البناء كالفولاذ يالالياف الزجاجية

فولاذ التسليح المقوى بالألياف الزجاجية

Fiberglass rebar (FGRP)

 

هو نوع خاص من حديد التسليح المقوى بالألياف الزجاجيّة الذي يعطيها مقاومة أكبر ومقاومة أعلى للأملاح والمواد الكيميائيّة، ويتميّز هذا النوع بمقاومة شد أعلى من الفولاذ العادي ووزن أقل بنسبة تصل إلى 75%.

ومما سبق نستنتج انه كلما زادت كمية الكربون في الفولاذ يجعله أقسى وأكثر تحملاً للإجهادات والعزوم على العكس من استخدام المنغنيز والشوائب التي تضعف الفولاذ وتجعله طرياً ليناً ..

وأيضاً للحصول على فولاذ قاسي وذو مقاومة عالية جداً يجب تشكيله على البارد لأنه أثبتت التجارب أن مواصفاته ومقاومته تتفوق على الفولاذ المشكل على الساخن ..

 

أتمنى أن أكون قد قدمت الفائدة العلمية عن المواد المعدنية المستخدمة في البناء والإنشاءات العامة مع ذكر أهم التجارب والاختبارات التجريبية والعلمية التي تجرى عليها و أنواع المواد المعدنية وأهمية الفولاذ وأنواعه واستخدامه ودوره الهام والفعال في أعمال البناء والهياكل الخرسانية والفولاذية المستخدمة في المنشآت..

لا تنسوا الإعجاب بموقعنا المتواضع ومشاركتنا أرآكم في قسم التعليقات في الأسفل لدعمنا والمساهمة في نشر المعلومات والمواضيع الهامة والمفيدة

دمتم في أمان الله والسلام عليكم ورحمة الله ..