Как различают арматурные стали. Выбор стали для арматурных каркасов и закладных деталей.
1. Применение арматуры в строительных конструкциях.
Арматурой называют гибкие или жёсткие стержни, используемые при выполнении строительно-монтажных работ и размещаемые в бетоне в соответствии с конструктивными требованиями.
Арматуру (ар-ру) в железобетонных (ж/б) конструкциях применяют для усиления их несущей способности. Ар-ра подразделяется на рабочую арматуру и монтажную. Рабочую ар-ру устанавливают в бетонные конструкции для их усиления и подразделяют на ар-ру продольную и поперечную.
Варианты расположения продольной и поперечной арматуры в каркасах железобетонных конструкций показаны на рис.1.
Продольная и поперечная арматура в каркасах железобетонных конструкций.
1- продольная рабочая арматура; 2- поперечная конструктивная арматура; 3- монтажная арматура балки; 4- поперечная арматура (хомуты) балки; 5- продольная рабочая ар-ра балки; 6- рабочая вертикальная арматура колонны; 7- поперечная арматура колонны.
В качестве ненапрягаемой ар-ры ж/б конструкций применяют:
- стержневую ар-ру периодического профиля кл.А-III и Ат-IIIС;
- обыкновенную ар-рную проволоку периодического профиля кл.Вр-I в сварных сетках и каркасах.
ДОПУСКАЕТСЯ применять:
- стержневую ар-ру периодического профиля кл.А-II и гладкую кл.А-I для поперечной монтажной и конструктивной ар-ры, а также в качестве рабочей продольной, если другие виды ар-ры не могут быть использованы;
- обыкновенную ар-рную проволоку кл.Вр-I - для вязаных хомутов балок высотой до 400 мм и колонн.
Ар-ру кл.А-III, Ат-IIIС, А-II и А-I РЕКОМЕНДУЕТСЯ применять в виде сварных каркасов и сеток.
При обосновании экономической целесообразности ДОПУСКАЕТСЯ применять ненапрягаемую ар-ру кл.А-IV, А-V и А-VI и их модификаций в качестве сжатой ар-ры, кл.А-IV - в качестве растянутой. Кроме того, в качестве растянутой ар-ры ДОПУСКАЕТСЯ применять ар-ру кл.А-IIIв.
В качестве конструктивной ар-ры ж/б конструкций ДОПУСКАЕТСЯ также применять обыкновенную гладкую проволоку кл.В-I.
Монтажную ар-ру устанавливают по конструктивным и технологическим соображениям. Она обеспечивает проектное положение рабочей ар-ры и более равномерно распределяет усилия от усадки бетона.
В сборных конструкциях для подъёма и транспортирования элемента устанавливают монтажные (строповочные) петли, трубки и др. Для стыкования сборных конструкций применяют стальные закладные детали.
Всю ар-ру (рабочую, монтажную, строповочные петли и закладные детали) объединяют в ар-рные изделия - сварные или вязаные сетки и каркасы.
2. Как различают арматурные стали.
Повышение прочности арматурных сталей достигается термическим упрочнением и механической вытяжкой.
Для доп. характеристики стержневой ар-ры, необходимой при использовании её в определенных условиях, к обозначениям классов вводятся буквенные индексы:
- индекс "т" указывает на возможность стыкования стержней, подвергнутых термическому упрочнению с помощью сварки, например Ат-IIIc;
- индекс "к" обозначает повышенную стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением, например Ат-IVк;
- индекс "с" употребляется для ар-ры, РЕКОМЕНДУЕМОЙ к использованию в условиях низких температур, например Ас-II.
У стержней из стали кл.А-III и А-IV, где индекс "т" обозначает, что ар-ра прошла термическую обработку обозначение будет Ат-III и Ат-IV.
Для ар-рной стали, упрочнённой вытяжкой, установлено 2 класса, которые имеют обозначения, соответствующие классу исходной горячекатаной ар-рной стали, но с добавлением индекса "в" (вытяжка): А-IIв и А-IIIв.
Арматурную проволоку обозначают буквой В и подразделяют на 2 класса:
- Вр-I- обыкновенная ар-рная проволока (холоднотянутая рифленая низкоуглеродистая), предназначенная, главным образом, для изготовления сварных сеток;
- Вр-II - высокопрочная рифленая арматурная проволока и В-II- гладкая (многократно волоченная, углеродистая), применяется в качестве напрягаемой ар-ры предварительно напряженных элементов.
Из волоченной проволочной стали изготавливают ар-ру основных видов: ар-рную проволоку и ар-рные проволочные изделия (сетки, каркасы).
Арматурную проволоку делят на обыкновенную (низкоуглеродистую), изготовленную из стали кл.В-I, и высокопрочную (углеродистую), изготовленную из стали кл.В-II.
Высокопрочная и обыкновенная проволочная арматурная сталь бывает гладкой и периодического профиля к букве "В" (волочёная) добавляют букву "р" (рифлёная), например Вр-II.
2.1. Химические свойства углеродистой стали.
Применяемая в строительстве углеродистая сталь характеризуется определёнными механическими и химическими свойствами.
Различают сталь углеродистую обыкновенного качества - ГОСТ 380-88 по степени раскисления: на кипящую (кп), полуспокойную (пс) и спокойную (сп).
И поставляется сталь по 3 группам: А- по механическим свойствам; Б- по химическому составу; В- по механическим свойствам и химическому составу.
По способу применения при армировании ж/бетонных элементов различают напрягаемую ар-ру, т.е. подвергаемую предварительному натяжению, и ненапрягаемую.
Горячекатаную и холоднотянутую ар-ру называют гибкой. Помимо неё в конструкциях в ряде случаев применяют жёсткую (несущую) ар-ру из прокатных или сварных двутавров, швеллеров, уголков и т.п.
Свойства арматуры зависят от химического состава, способа производства и её обработки. В состав ар-рной стали обычно входят углерод в количестве 0,2…0,8% и легирующие добавки.
Для изготовления ар-ры ж/бетонных конструкций применяют низкоуглеродистую, средне- и высокоуглеродистую сталь: низкоуглеродистая сталь содержит менее 0,25% углерода; среднеуглеродистая сталь содержит- 0,25…0,6%; высокоуглеродистая- 0,6…2%.
Увеличение количества углерода приводит к повышению прочности и твёрдости стали, но при этом она становиться более хрупкой и хуже сваривается.
В целях улучшения некоторого свойства стали в сплав доп. вводят так называемые легирующие добавки (например, хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий), иногда 5…6 видов металла. Легированную сталь получают также увеличением содержания в сплаве кремния и марганца.
Марганец и хром повышают прочность без существенного снижения деформативности. Кремний, увеличивая прочность, но ухудшает свариваемость стали.
Легированная сталь обладает в одних случаях повышенной прочностью, в других - повышенной твёрдостью, коррозийной стойкостью.
По суммарному содержанию легирующих добавок сталь делят на 3 группы: низколегированная ар-рная сталь- до 5%; среднелегированная- 5…10%; высоколегированная- свыше 10%.
В стандартах и в написании марок стали приняты следующие обозначения металлов, добавляемых в сплав: Г- марганец; С- кремний; Т- титан; Ц- цирконий; М- молибден; Х- хром.
Содержание различных элементов в стали (её химический состав) определяется маркой стали, например в марке 25Г2С: первое число 25- обозначает содержание углерода в сотых долях процента (0,25%), буква Г- сталь легирована марганцем, цифра 2- его содержание в процентах, С- наличие в стали кремния.
Присутствие других химических элементов в стали, например, в марках 20ХГ2Ц, 23Х2Г2Т.
Отсутствие цифр в марке стали указывает, что среднее содержание в ней углерода составляет 0,35%, а марганца и кремния не более чем по 1%.
2.2. Свариваемость арматуры и усталостное разрушение.
Помимо прочностных характеристик учитывают и другие свойства арматурных сталей, таких как свариваемость, пластичность, усталостное разрушение и т.п.
Хорошо свариваются малоуглеродистые стали.
При содержании в ней углерода выше 0,5% свариваемость стали ухудшается.
Нельзя сваривать арматурные стали, прошедшие термическую обработку или вытяжку, т.к. при сварке утрачивается эффект её упрочнения.
С гарантией свариваемости поставляются стали марок ВСт2, ВСт3, кп, сп пс) и ВСт3Гпс.
Многократно повторяющаяся нагрузка вызывает в арматурной стали усталостные явления, которые приводят к понижению сопротивления и хрупкому разрушению арматуры.
Усталостная прочность (предел выносливости) стали зависит от числа повторений нагрузки и коэффициента асимметрии цикла нагрузок.
3. Классы стали с одинаковыми свойствами.
Все арматурные стали подразделяют на классы, объединяющие стали с одинаковыми прочностными и деформативными свойствами, при этом к одному классу могут относиться стали, отличающиеся по химическому составу, т.е. разных марок.
ВНИМАНИЕ! Стержневая горячекатаная арматура обозначается буквой "А" и римской цифрой (чем больше цифра, тем выше прочность):
- ар-рная сталь горячекатаная - гладкая кл.А-I;
- ар-рная сталь периодического профиля кл.А-II, А-III, А-IV, А-V, А-VI;
- ар-рная сталь термически и термомеханически упрочнённая- периодического профиля кл.Ат-III, Ат-IV, Ат-V, Ат-VI, Ат-VII и механически упрочненная кл.А-IIIв.
Ар-ру для ж/бетонных конструкций классифицируют по следующим признакам.
1. По способу изготовления различают ар-ру:
- горячекатаную стержневую ар-ру- d=6…40 мм, полученную способом проката;
- проволочную ар-ру- d=3…8 мм, изготовляемую путём вытяжки в холодном состоянии.
2. По профилю поверхности различают ар-рные стали гладкие и периодического профиля.
Схема стержневой и проволочной арматуры периодического профиля показана на рис.3.
Стержневая и проволочная арматура периодического профиля.
1- стержневая ар-ра периодического профиля кл.А-II; 2- рёбра жёсткости наклонные; 3- стержневая ар-ра периодического профиля кл.А-III…А-IV; 4- рёбра жёсткости прямоугольные; 5- высокопрочная ар-рная проволока кл.Вр-II; 6- рёбра жёсткости проволоки.
Горячекатаная ар-рная сталь гладкого профиля имеет кл.А-I.
Класс горячекатаной арматурной стали периодического профиля может быть определен по рисунку поперечных выступов (рис.4 поз.2) на поверхности стержня и по окраске концов стержней.
Если стержни имеют на поверхности рёбра жёсткости, расположенные по винтовой линии (рис.3 поз.2) к оси стержня, это значит, что они изготовлены из стали кл.А-II.
У стержней из стали кл.А-III и А-IV рёбра жёсткости расположены под прямым углом (рис.3 поз.4) к оси стержня- "в ёлочку".
Ар-ра периодического профиля обладает лучшим сцеплением с бетоном и является основной арматурой.
Выступы являются концентраторами напряжений и снижают сопротивляемость арматуры периодического профиля циклическим воздействиям.
Схема маркировки класса арматуры периодического профиля показана на рис.4.
Маркировка класса арматуры периодического профиля.
1- стержневая арматура периодического профиля; 2- маркировочный прокатный знак класса арматуры.
Для установления классов сталей А-II…А-VIIС в 1989г. введена новая маркировка (рис.4), согласно которой класс арматурной стали обозначают числом поперечных рёбер между двумя выпуклыми метками, нанесенными на стержень при прокате.
Стержневая арматурная сталь:
а) горячекатаная- гладкая кл.А-I, периодического профиля кл.А-II и Ас-II, А-III, А-IV, А-V, А-VI;
б) термически и термомеханически упрочненная- периодического профиля кл/Ат-IIIС, Ат-IV, Ат-IVС, Ат-IVК, Ат-V, Ат-VК, Ат-VСК, Aт-VI, Ат-VIК и Ат-VII.
Проволочная арматурная сталь:
в) арматурная холоднотянутая проволока:
- обыкновенная- периодического профиля кл.Вр-I;
- высокопрочная- гладкая кл.B-II, периодического профиля кл.Вр-II;
г) арматурные канаты- спиральные семипроволочные кл.К-7, девятнадцатипроволочные кл.К-19.
Арматурная сталь изготавливается:
- кл.A-I- из углеродистой стали марок Ст3, Ст3п и Ст3кп;
- кл.A-II- d=40 мм - из углеродистой стали марки Ст5, а d=40…90 мм- из низколегированной стали марки 18Г2С;
- кл.А-III, d=6…40 мм- из низколегированной стали марок 25Г2С и 35ГС;
- кл.А-IV- из низколегированной стали марки 30ХГ2С.
