ברזל בניין

ברזל בניין, מוטות פלדה, חיזוקי פלדה, או רִיבַּר (באנגלית: Rebar, קיצור של reinforcing bar),Merritt, Frederic S., M. Kent Loftin and Jonathan T. Ricketts, Standard Handbook for Civil Engineers, Fourth Edition, McGraw-Hill Book Company, 1995, p. 8.17 הוא מוט פלדה המשמש כהתקן מתיחות בבטון מזוין כדי לחזק ולסייע לבטון במתח. בטון חזק תחת דחיסה, אך בעל חוזק מתיחה נמוך. ברזל מגדיל באופן משמעותי את חוזק המתיחה של המבנה. המשטח של מוט ריבּר כולל סדרה רציפה של צלעות, זיזים או חריצים כדי לקדם קשר טוב יותר עם הבטון ולהפחית סיכון להחלקה.

הסוג הנפוץ ביותר של מוט ריבר הוא פלדת פחמן, המורכבת בדרך כלל ממוטות עגולים מגולגלים עם דפוסי דפורמציה מוטבעים על פני השטח. לפלדה ולבטון יש מקדמי התפשטות תרמית דומים, כך שמבני בטון מחוזק בפלדה יחווה מאמץ דיפרנציאלי מינימלי עם שנוי טמפרטורה.

סוגים אחרים הזמינים של מוטות ריבר מיוצרים מפלדת אל חלד, ומסורגים מרוכבים העשויים מסיבי זכוכית, סיבי פחמן או סיבי בזלת. מוטות החיזוק מפלדת פחמן עשויים להיות מצופים גלוון או אפוקסי שנועד לעמוד בפני השפעות הקורוזיה, במיוחד כאשר משתמשים בהם בסביבות מים מלוחים. הבמבוק הוכח כחלופה בת קיימא לחיזוק פלדה בבניית בטון. סוגים חלופיים אלה נוטים להיות יקרים יותר או עשויים להיות בעלי תכונות מכניות פחותות ולכן משמשים לעיתים קרובות יותר בבנייה מיוחדת כאשר המאפיינים הפיזיים שלהם ממלאים דרישת ביצועים ספציפית שפלדת פחמן אינה מספקת.

 היסטוריה 
ממוזער| גרסה מוקדמת של חיזוק פלדה בתוך המגדל הנטוי של נביאנסק
מוטות חיזוק בבניית לבנים שימשו מאז העת העתיקה, כאשר רומא השתמשה במוטות ברזל או עץ בבניית קשתות. מוטות ברזל ולוחות עוגן מתיחה הופעלו מאוחר יותר ברחבי אירופה של ימי הביניים, כמכשיר לחיזוק קשתות, קמרונות וכיפות. בטירת ונסן מהמאה ה-14 נעשה שימוש ב-2,500 מטרים של מוטות.

במהלך המאה ה-18 נעשה שימוש בברזל כדי ליצור את שלד המגדל הנטוי של נביאנסק ברוסיה, שנבנה בהוראת התעשיין אקינפיי דמידוב. הברזל היצוק ששימש לרצועת הברזל היה באיכות גבוהה, ועד היום אין קורוזיה במוטות. שלד המגדל חובר לגג האוהל מברזל יצוק שלו, מוכתר באחד ממוטות הברקים הראשונים הידועים.

עם זאת, רק באמצע המאה ה-19, עם הטבעה של מוטות פלדה בבטון (ובכך מייצרים בטון מזוין מודרני), הפגינו הברזלים את החוזקות הגדולות ביותר שלו. כמה אנשים באירופה ובצפון אמריקה פיתחו בטון מזוין בשנות ה-50 של המאה ה-20. אלה כוללים את ג'וזף-לואי למבוט הצרפתי, שבנה סירות בטון מזוין בפריז (1854) ותאדאוס הייאט מארצות הברית, שייצר ובדק קורות בטון מזוין. ג'וזף מונייר מצרפת הוא אחת הדמויות הבולטות ביותר להמצאה ולפופולריות של בטון מזוין. כגנן צרפתי, מונייר רשם פטנט על עציצים מבטון מזוין בשנת 1867, לפני שהמשיך בבניית מכלי מים וגשרים מבטון מזוין.Allen, Edward, and Joseph Iano. Fundamentals of Building Construction: Materials and Methods. 4th edition. Hoboken, NJ: Wiley, 2004.
ממוזער| גשר אגם אלבורד בפארק שער הזהב בסן פרנסיסקו, גשר הבטון מזוין הראשון שנבנה בארצות הברית

 שימוש בבטון ובבנייה 
ממוזער| מוט ריבר הונח על גבי דק טפסות עץ זמני לפני יציקת בטון. ה"כלובים" האופקיים הגדולים של המוט-ברזל יהיו עטופים בתוך קורה, בעוד שכמה בדלי ברזל אנכיים עבים יבצבצו מתוך היציקה כדי ליצור בסיס של עמוד עתידי.
בטון הוא חומר חזק מאוד בדחיסה, אך חלש יחסית במתח. כדי לפצות על חוסר האיזון הזה בהתנהגות הבטון, יצוקים לתוכו מוטות שיניים כדי לשאת את עומסי המתיחה. רוב חיזוקי הפלדה מחולקים לחיזוק ראשוני ומשני:
 חיזוק ראשוני - מתייחס לפלדה המשמשת כדי להבטיח את ההתנגדות הדרושה למבנה בכללותו כדי לתמוך בעומסי התכנון.
 חיזוק משני - הידוע גם בשם הפצה או חיזוק תרמי, משמש מסיבות עמידות ואסתטיות, על ידי מתן התנגדות מקומית מספקת כדי להגביל את הסדקים ולהתנגד ללחצים הנגרמים על ידי השפעות כמו שינויי טמפרטורה והתכווצות.

 מאפיינים פיזיים 
לפלדה יש מקדם התפשטות תרמית כמעט שווה לזה של בטון מודרני. אם זה לא היה כך, זה היה גורם לבעיות באמצעות מתחים אורכיים וניצבים נוספים בטמפרטורות שונות מהטמפרטורה של ההגדרה. למרות שלברזל יש צלעות הקושרות אותו באופן מכני לבטון, עדיין ניתן לשלוף אותו מהבטון במתחים גבוהים, התרחשות שלעיתים קרובות מלווה קריסה בקנה מידה גדול יותר של המבנה. כדי למנוע תקלה כזו, מוט המוט מוטבע עמוק לתוך איברים מבניים סמוכים (פי 40–60 מהקוטר), או מכופף ומכור בקצוות כדי לנעול אותו סביב הבטון ושאר המוטות. גישה ראשונה זו מגבירה את החיכוך הנועלת את המוט למקומו, בעוד שהשנייה עושה שימוש בחוזק הלחיצה הגבוה של בטון.

המוט הנפוץ עשוי מפלדה מחוסמת לא גמורה, מה שהופך אותו לרגיש לחלודה. בדרך כלל כיסוי הבטון מסוגל לספק ערך pH גבוה מ-12 תוך הימנעות מתגובת הקורוזיה. מעט מדי כיסוי בטון עלול לסכן את המגן הזה באמצעות פחמימות מהמשטח, וחדירת מלח. כיסוי בטון רב מדי עלול לגרום לרוחבי סדקים גדולים יותר, מה שגם פוגע בשומר המקומי. מכיוון שחלודה תופסת נפח גדול יותר מהפלדה שממנה היא נוצרה, היא גורמת ללחץ פנימי חמור על הבטון שמסביב, מה שמוביל לסדקים, התפרקות, ובסופו של דבר, כשל מבני. תופעה זו ידועה בשם jacking Oxyde.

זוהי בעיה מסוימת שבה הבטון חשוף למים מלוחים, כמו בגשרים שבהם מוחל מלח על כבישים בחורף, או ביישומים ימיים. ניתן להשתמש במצבים אלה במחטבים לא מצופים, עמידים בפני קורוזיה דל פחמן / כרום (מיקרוקומפוזיט), סיליקון ברונזה, מצופה אפוקסי, מגולוון או נירוסטה בהוצאה ראשונית גדולה יותר, אך בהוצאה נמוכה משמעותית לאורך חיי השירות של הפרויקט.
ממוזער| מוטות חיזוק מפלדה עם קודי צבע המציינים את הדרגה
שמאל|ממוזער| חיזוק פלדה באחסון

 דרגות 
מוט ריבר זמין בדרגות ומפרטים המשתנים בחוזק תפוקה, חוזק מתיחה אולטימטיבי, הרכב כימי ואחוז התארכות.

השימוש בדרגה כשלעצמה מציין רק את חוזק התפוקה המינימלי המותר, ויש להשתמש בו בהקשר של מפרט חומר על מנת לתאר במלואו את דרישות המוצר לברזל. מפרטי החומר קובעים את הדרישות לדרגות וכן מאפיינים נוספים כגון, הרכב כימי, התארכות מינימלית, סובלנות פיזיקליות וכו'. המוט חייב לחרוג מחוזק התפוקה המינימלי של הדרגה וכל דרישות מפרט חומר אחר בעת בדיקה ובדיקה.

בשימוש בארצות הברית, ייעוד הדרגה שווה לחוזק התפוקה המינימלי של המוט ב-ksi (1000 psi) לדוגמה, לריבר בדרגה 60 יש חוזק תפוקה מינימלי של 60 ksi. ברז מיוצר לרוב בדרגות 40, 60 ו-75 עם חוזק גבוה יותר זמין בדרגות 80, 100, 120 ו-150. דרגה 60 (420 MPa) היא דרגת הברזל הנפוצה ביותר בבנייה מודרנית בארצות הברית. ציונים היסטוריים כוללים 30, 33, 35, 36, 50 ו-55 שאינם נפוצים בשימוש יותר.

דרגות מסוימות מיוצרות רק עבור גדלים ספציפיים של מוט ריבר, לדוגמה תחת ASTM A615, דרגה 40 (280 MPa) רק עבור גדלים בארצות הברית מס' 3 עד #6 (מדד רך מס' 10 עד 19). לפעמים מגבלות על דרגות חומרים זמינים עבור גודלי סרגל ספציפיים קשורות לתהליך הייצור בו נעשה שימוש, כמו גם לזמינות של חומרי גלם באיכות מבוקרת המשמשים.

חלק ממפרטי החומר מכסים דרגות מרובות, ובמקרים כאלה יש צורך לציין גם את מפרט החומר וגם את הציון. ציוני ברז נהוג לציין במסמכים הנדסיים, גם כאשר אין אפשרויות ציון אחרות במפרט החומר, על מנת למנוע בלבול ולהימנע מבעיות איכות פוטנציאליות, כגון שעלולות להתרחש אם תבוצע החלפת חומר. "Gr." הוא הקיצור ההנדסי הנפוץ ל"דרגה", עם וריאציות על אותיות רישיות ושימוש בנקודה.

מפרטים נפוצים בארצות הברית, שפורסמו על ידי ACI ו-ASTM, הם (באנגלית):
 American Concrete Institute: "ACI 318-14 Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary",  (2014)
 ASTM A82: Specification for Plain Steel Wire for Concrete Reinforcement
 ASTM A184/A184M: Specification for Fabricated Deformed Steel Bar Mats for Concrete Reinforcement
 ASTM A185: Specification for Welded Plain Steel Wire Fabric for Concrete Reinforcement
 ASTM A496: Specification for Deformed Steel Wire for Concrete Reinforcement
 ASTM A497: Specification for Welded Deformed Steel Wire Fabric for Concrete Reinforcement
 ASTM A615/A615M: Deformed and plain carbon-steel bars for concrete reinforcement
 ASTM A616/A616M: Specification for Rail-Steel Deformed and Plain Bars for Concrete Reinforcement
 ASTM A617/A617M: Specification for Axle-Steel Deformed and Plain Bars for Concrete Reinforcement
 ASTM A706/A706M: Low-alloy steel deformed and plain bars for concrete reinforcement
 ASTM A722/A722M: Standard Specification for High-Strength Steel Bars for Prestressed Concrete
 ASTM A767/A767M: Specification for Zinc-Coated (Galvanized) Steel Bars for Concrete Reinforcement
 ASTM A775/A775M: Specification for Epoxy-Coated Reinforcing Steel Bars
 ASTM A934/A934M: Specification for Epoxy-Coated Prefabricated Steel Reinforcing Bars
 ASTM A955: Deformed and plain stainless-steel bars for concrete reinforcement (Supplementary Requirement S1 is used when specifying magnetic permeability testing)
 ASTM A996: Rail-steel and axle-steel deformed bars for concrete reinforcement
 ASTM A1035: Standard Specification for Deformed and Plain, Low-carbon, Chromium, Steel Bars for Concrete Reinforcement

 שימוש חוזר ומיחזור 
ממוזער| פועלים מחלצים זרועות מהריסות בסין
פלדת ריבר ממוחזרת לעיתים קרובות, ולעיתים קרובות מברזל עשוי כולו מפלדה ממוחזרת. Nucor, יצרנית הפלדה הגדולה ביותר בארצות הברית, טוענת שמוצרי מוט הפלדה שלה עשויים מ-97% פלדה ממוחזרת.

קישורים חיצוניים

 הערות שוליים 

קטגוריה:בטון
קטגוריה:חומרי בניין
קטגוריה:דפים עם תרגומים שלא נסקרו