حديد التسليح،الانواع والاستخدامات وطرق التصنيع

ما هو حديد التسليح؟

حديد التسليح هو عبارة عن قضبان معدنية ذات أشكال وأحجام مختلفة تستخدم لتعزيز الخرسانة وزيادة مقاومتها للشد والانثناء. الخرسانة هي مادة تتكون من خليط من الأسمنت والرمل والماء والحصى أو الزلط. الخرسانة لها قوة عالية في تحمل الضغط ، ولكنها ضعيفة في تحمل الشد. الشد هو قوة تعمل على سحب أو تمزيق المادة. عندما تتعرض الخرسانة للشد ، فإنها تتشقق وتنكسر بسهولة. لذلك ، يتم إضافة حديد التسليح إلى الخرسانة لتقوية قدرتها على مقاومة الشد.حديد التسليح يعمل بمبدأ التآزر أو التعاون بين المواد المختلفة. حديد التسليح والخرسانة يكونان نظامًا متكاملاً يستفيد من خصائص كل منهما. حديد التسليح يتحمل الشد ، بينما الخرسانة تتحمل الضغط. عندما يتعرض النظام للحمل ، فإن حديد التسليح والخرسانة يتشاركان في توزيع القوى والإجهادات. بالإضافة إلى ذلك ، حديد التسليح والخرسانة يتماسكان جيدًا بفضل التصاقهما الكيميائي والفيزيائي. حديد التسليح يثبت في مكانه بفعل قبضات أو حبات أو نتوءات على سطحه. كما أن حديد التسليح والخرسانة لهما معامل تمدد حراري متقارب ، مما يقلل من خطر حدوث تشققات نتيجة التغيرات في درجة الحرارة.

حديد التسليح يستخدم في مختلف أنواع المشاريع ، مثل المباني والجسور والطرق والسدود والأنفاق. حديد التسليح يزيد من قوة وصلابة ومتانة وثبات هذه المشاريع. حديد التسليح يجعل المشاريع أكثر أمانًا وأطول عمرًا. حديد التسليح يساعد في تقليل استهلاك المواد والطاقة والتكاليف. حديد التسليح يسهم في حماية البيئة من خلال إعادة استخدام المعادن القديمة وتقليل انبعاثات الكربون.

الاستخدامات

حديد التسليح له استخدامات عديدة ومتنوعة في مجال البناء والهندسة المدنية. في هذا المقال ، سنتحدث عن بعض من هذه الاستخدامات وأمثلتها.

• المباني: حديد التسليح يستخدم في تشييد المباني السكنية والتجارية والصناعية والعامة. حديد التسليح يزيد من قوة وصلابة ومتانة وثبات المباني. حديد التسليح يحمي المباني من الزلازل والحرائق والانهيارات. حديد التسليح يسمح بتصميمات معمارية مبتكرة وجذابة. مثال على مبنى يستخدم حديد التسليح هو برج خليفة في دبي ، الذي يعتبر أطول مبنى في العالم بارتفاع 828 مترًا. برج خليفة يستخدم حوالي 330 ألف طن من حديد التسليح.
• الجسور: حديد التسليح يستخدم في تشييد الجسور الثابتة والمتحركة والمعلقة والمقوسة. حديد التسليح يزيد من قوة وصلابة ومتانة وثبات الجسور. حديد التسليح يحمي الجسور من الرياح والأمطار والصدأ والتآكل. حديد التسليح يسمح بتصميمات هندسية مبتكرة وجذابة. مثال على جسر يستخدم حديد التسليح هو جسر غولدن غايت في سان فرانسيسكو ، الذي يعتبر أشهر جسر في العالم بطول 2.7 كيلومتر. جسر غولدن غايت يستخدم حوالي 83 ألف طن من حديد التسليح.
• الطرق: حديد التسليح يستخدم في تشييد الطرق الأرضية والجوية والبحرية. حديد التسليح يزيد من قوة وصلابة ومتانة وثبات الطرق. حديد التسليح يحمي الطرق من الضغط والاحتكاك والانزلاق والشقوق. حديد التسليح يسمح بتصميمات مرورية مبتكرة وجذابة.
• السدود: حديد التسليح يستخدم في تشييد السدود الهيدروليكية والترابية والخرسانية. حديد التسليح يزيد من قوة وصلابة ومتانة وثبات السدود. حديد التسليح يحمي السدود من الضغط والتشقق والتسرب والانهيار. حديد التسليح يسمح بتصميمات بيئية مبتكرة وجذابة. مثال على سد يستخدم حديد التسليح هو سد النهضة في إثيوبيا ، الذي يعتبر أكبر سد في أفريقيا بارتفاع 155 مترًا. سد النهضة يستخدم حوالي 500 ألف طن من حديد التسليح.
• الأنفاق: حديد التسليح يستخدم في تشييد الأنفاق الأرضية والبحرية والجوية. حديد التسليح يزيد من قوة وصلابة ومتانة وثبات الأنفاق. حديد التسليح يحمي الأنفاق من الضغط والانزلاق والانهيار والغازات. حديد التسليح يسمح بتصميمات نقلية مبتكرة وجذابة. مثال على نفق يستخدم حديد التسليح هو نفق الإنجلترا-فرنسا في المانش ، الذي يعتبر أطول نفق تحت الماء في العالم بطول 50.5 كيلومتر. نفق الإنجلترا-فرنسا يستخدم حوالي 200 ألف طن من حديد التسليح.

انواع واشكال حديد التسليح

يوجد أنواع مختلفة من حديد التسليح ، اعتمادًا على نوع المواد المستخدمة في إنتاج حديد التسليح. بعض من هذه الأنواع هي:

• حديد طري عادي Mild Steel: يسمى حديد 35 وهذا يعنى ان مقاومته للشد 35 كغ / مم² ويكون إجهاد الخضوع لا يقل عن 33 كغ / مم² والاستطالة عند الكسر 20%. يستخدم في المنشآت المعدنية الخفيفة كما أنه أملس السطح ويعمل له عكفات عند التكسيح ويمكن تشكيله عدة مرات. يوجد في السوق على هيئة لفات أو أطوال.
• حديد تورستيل (محلزن) High tensile steel: يسمى حديد 52 وهذا يعنى ان مقاومته للشد 52 كغ / مم² ويكون إجهاد الخضوع لا يقل عن 36 كغ / مم² والاستطالة عند الكسر 18%. يستخدم في المنشآت الثقيلة كما أنه مشرشر ويعمل له رجل عند التكسيح ولا يمكن تشكيله إلا مرة واحدة فقط. يوجد في السوق على هيئة أطوال.
• حديد عالى المقاومة {A}: هو حديد عالى المقاومة للشد، ويسمى GRADE 60 وتصل قوة تحمله إلى 60 كغ / مم². والحد الأدنى للإستطاله = 12%. وهو من أهم أنواع الحديد.
• حديد عالي المقاومة {B}: هو حديد عالي المقاومة ويسمى GRADE 75 وتصل قوة تحمله إلى 75 كغ / مم.
• حديد مضاد للزلازل: هو حديد يستخدم في بناء الابراج ويسمى GRADE-A706 ويسمى أيضا SEISMIC. وهو نادر الطلب لارتفاع سعر الطن إلى قرابة 3700 SR.
• حديد ملوى على البارد: هو حديد متوسط المقاومة وتصل قوة تحمله إلى 44 كغ / مم.
• شبك سلك ممدد: يتكون هذا النوع من أسلاك من الصلب المسحوب على البارد وملحوم بالكهرباء مع بعضه طوليا وعرضيا بزاوية 90 درجة. يوجد في الأسواق بصورة لفات أو لوحات كما يتداول بأبعاد ومقاسات مختلفة.
• سلك رباط مخمر: هو سلك رباط يستخدم في ربط أسلاك بعضها ببعض ويوجد منه مقاسات مختلفة 16، 18، 22 سم وكلما زاد سمكه قلت ليونته. يوجد في الأسواق على هيئة لفات دائرية.

صناعة الحديد المسلح

تصنيع حديد التسليح هو عملية تحويل الحديد الخام أو الخردة إلى قضبان معدنية ذات أشكال وأحجام مختلفة تستخدم لتعزيز الخرسانة وزيادة مقاومتها للشد والانثناء. تصنيع حديد التسليح يتضمن عدة خطوات رئيسية هي:

• الصهر: هي عملية تسخين الحديد الخام أو الخردة إلى درجة حرارة عالية تصل إلى 1600 درجة مئوية في أفران خاصة تعمل بالغاز أو الكهرباء أو الفحم. في هذه المرحلة ، يذوب الحديد ويتحول إلى سائل يسمى زهر. كما يتم إضافة بعض المواد المساعدة مثل الفحم والحجر الجيري والفلسبار لإزالة الشوائب وتحسين جودة الزهر.
• الصب: هي عملية تشكيل الزهر السائل إلى قضبان صلبة تسمى عروق. يتم ذلك بإما صب الزهر يدويا في قوالب خشبية أو معدنية ثابتة أو متحركة ، أو بإستخدام طريقة الصب المستمر التي تعتمد على سحب الزهر من خلال فتحات دائرية في قاعدة الفرن إلى ناقلات مبردة بالماء.
• التشغيل: هي عملية تحويل العروق إلى حديد تسليح بأشكال وأحجام مختلفة. يتم ذلك بإما قطع العروق إلى أطوال محددة وإعادة تسخينها ودرفلتها بين أسطوانات معدنية مختلفة الأشكال لإعطائها نتوءات أو حبات أو قبضات على سطحها لزيادة التصاقها بالخرسانة ، أو بإستخدام طريقة التشغيل المستمر التي تعتمد على سحب العروق من خلال فتحات دائرية في قاعدة الفرن إلى ناقلات مبردة بالماء.
• التبريد: هي عملية تبريد حديد التسليح بعد درفلته لإعطائه خصائص ميكانيكية مثل المقاومة والصلابة والمرونة. يتم ذلك بإما تبريده بالهواء أو بالماء أو بالغاز.
• التفتيش: هي عملية فحص حديد التسليح لضمان مطابقته للمواصفات والمعايير المطلوبة من حيث الأبعاد والشكل والجودة. يتم ذلك بإستخدام أجهزة قياس واختبار مثل المجهر والجسور والأجهزة المغناطيسية.

مشاكل وحلول شائعة في استخدام حديد التسليح

• الصدأ:هو أكبر خطر يهدد حديد التسليح، حيث ينتج عن تفاعل الحديد مع الأكسجين والماء في الهواء أو في الخرسانة. الصدأ يقلل من مقاومة الحديد للشد ويزيد من حجمه، مما يؤدي إلى تشققات وانفصالات في الخرسانة. لمنع ظهور الصدأ، يجب تنظيف الحديد جيداً قبل الصب، واستخدام خرسانة ذات جودة عالية وكثافة مناسبة، وتغطية الحديد بطبقة كافية من الخرسانة لحمايته من التأثيرات الخارجية. كما يمكن استخدام حديد مقاوم للصدأ أو مغطى بطبقة من المادة المضادة للتآكل.
• التشوهات: هي عبارة عن انحناءات أو انكسارات أو تمزقات في حديد التسليح نتيجة للقطع أو الثني أو التكسير أو التعرض لحرارة عالية. التشوهات تؤثر سلباً على شكل ومقاسات الحديد، وتقلل من قابليته للتصاق مع الخرسانة. لتجنب التشوهات، يجب اتباع المواصفات الفنية للقطع والثني والتكسير، وعدم استخدام حديد مستعمل أو معاد تشكيله، وحماية الحديد من التغيرات المفاجئة في درجة الحرارة.
• التآكل: هو عبارة عن فقدان جزء من كتلة حديد التسليح نتيجة لتفاعله مع بعض المواد الكيميائية الموجودة في الخرسانة أو في التربة أو في الماء. التآكل يضعف من قوة حديد التسليح ويزيد من خطر حدوث تشققات في الخرسانة. لمنع التآكل، يجب اختيار نوعية الخرسانة والإضافات المناسبة لظروف الموقع، والتأكد من سلامة التربة والماء من الملوثات، وإجراء فحوصات دورية لمستوى PH (الحموضة) والكلوريدات والكبريتات. كما يمكن استخدام حديد مغطى بطبقة من المادة المانعة للتآكل.
• الاهتزازات: هي عبارة عن حركات متكررة ومتغيرة في حديد التسليح نتيجة للأحمال الديناميكية أو الزلازل أو الرياح أو المرور. الاهتزازات تسبب تشوهات وانفصالات في حديد التسليح والخرسانة، وتقلل من مقاومتهما للانهيار. للتخفيف من تأثير الاهتزازات، يجب تصميم المنشأة بطريقة تحسن من ثباتها ومرونتها، واستخدام حديد مضاد للزلازل أو مقوى بالألياف، وتركيب وسائل تخميد أو تقوية أو تثبيت للحديد والخرسانة.
• التصاق الزيت أو الشحم بالحديد: هو عبارة عن وجود طبقة من الزيت أو الشحم على سطح حديد التسليح نتيجة للتخزين أو النقل أو الإنتاج. هذه الطبقة تمنع التصاق الخرسانة بالحديد، وتزيد من خطر انزلاقه أو انفصاله. لإزالة الزيت أو الشحم من الحديد، يجب تنظيفه بالماء والصابون أو بمادة كاشطة قبل الصب، والتأكد من جفافه جيداً.
• استخدام حديد غير مطابق للمواصفات: هو عبارة عن استخدام حديد تسليح لا يتوافق مع المعايير والشروط المطلوبة في التصميم والإنشاء، مثل نوعية الحديد، قطره، شكله، مقاساته، نظافته، إجهاداته. هذا يؤدي إلى خفض جودة المنشأة ومقاومتها للأحمال والعوامل الخارجية. لضمان استخدام حديد مطابق للمواصفات، يجب شراؤه من مصادر معتمدة ومضمونة، وإجراء فحص شامل له قبل استخدامه، والرجوع إلى المخططات والكودات الإنشائية في كل خطوة من خطوات التنفيذ.