Классификация арматурных сталей
Арматуру, вводимую в бетонные конструкции для восприятия растягивающих усилий (при изгибе, растяжении, внецентренном сжатии и растяжении), располагают главным образом в растягиваемых частях. В отдельных случаях арматуру применяют для усиления бетона против сжимающих усилий.
Арматуру подразделяют на рабочую, воспринимающую рабочие нагрузки, и распределительную, позволяющую распределить усилия между рабочей арматурой. Арматуру используют также для восприятия усадочных, температурных, транспортных и других временных нагрузок.
Арматура должна надежно работать совместно с бетонным камнем, ее прочностные свойства должны полностью использоваться при работе под нагрузкой.
Марку арматурной стали выбирают с учетом типов монолитных конструкций и схемой их работы, а также прочностных характеристик бетона. Применение высокопрочных бетонов позволяет использовать стали, повышенной прочности. Высокопрочные арматурные стали применяют главным образом для предварительно напряженных конструкций.
Степень армирования железобетонных конструкций определяется коэффициентом армирования μ, который равен отношению площади сечения рабочей арматуры Fа к площади сечения бетона Fб:
Процент армирования выражают произведением μ·100 = μ,%.
Сталь для арматуры в зависимости от механических свойств подразделяют на классы А-I, А-II, А-III и др. Марки стали обозначают в зависимости от химического состава; металлы, входящие в состав стали, обозначают буквами: Г — марганец, С — кремний, Т — титан, Ц — цирконий, X — хром, М — молибден. Например, в марке стали 23Х2Г2Ц первые цифры указывают на содержание углерода в сотых долях процента; цифры после буквенных обозначений обозначают содержание соответствующего элемента в процентах (при отсутствии цифры содержание его не превышает 1%).
В зависимости от технологии изготовления арматуру подразделяют на стержневую, изготовляемую горячей прокаткой стали, и проволочную, получаемую волочением в холодном состоянии. Как стержневую, так и проволочную арматуру выпускают гладкой и периодического профиля для улучшения сцепления с бетоном.
Стержневую арматуру (термин «стержень» обозначает арматурную сталь любого диаметра и профиля независимо от поставки в прутках, мотках или бухтах) можно подвергать термическому упрочнению после проката и упрочнению в холодном состоянии.
Механические характеристики, горячекатаной арматуры приведены в табл. 4-1.
Арматурную проволоку выпускают низкоуглеродистую обыкновенную класса В-I (В — волоченая) и высокопрочную углеродистую класса B-II,. которую используют для предварительно напряженных конструкций. Проволоку периодического профиля дополнительно обозначают индексом «р» — рифленая (например, Вр-II).
Марки сталей классов А-I—A-II, используемых-для изготовления арматурных стержней, указаны в табл. 4-2. В табл. 4-3 приведены механические характеристики проволоки класса В-I, а в табл. 4-4 — основные, механические свойства стержневой арматуры. Характеристики высокопрочной проволоки Вр-II указаны в табл. 4-5.
Для предварительно напряженных конструкций применяют высокопрочную арматуру следующих классов и марок: горячекатаную класса А-V марок 80С, 20ХГ2Ц; горячекатаную класса А-V марок 23Х2Г2Т; термически упрочненную классов Ат-IV, Aт-V и Aт-VI. Для предварительно напряженных конструкций применяются пряди, изготовляемые из светлой непромасленной гладкой проволоки диаметром 1,5—3 мм и 4—5 мм.
Семипроволочные пряди (рис. 4-1, е) готовят из центрально расположенной проволоки, диаметр которой примерно на 10% больше диаметра периферийных, обвитых вокруг центральной. Шаг свивки равен 14—16-кратному номинальному диаметру пряди.
Профили арматурной стали показаны на рис. 4-1.
В качестве арматуры применяют также канатную проволоку двух- и трехпрядную, свитую из двух или трех семипроволочных или 19-проволочных прядей с диаметром проволоки от 1,5 до 3 мм. Общий диаметр двухпрядного каната из семипроволочных прядей колеблется от 9 до 18 мм.
Арматурные стали должны обладать достаточной пластичностью. При пониженной пластичности стали возможно хрупкое разрушение конструкции и раннее исчерпание ее несущей способности. Кроме того, возможен хрупкий излом арматуры при намотке, натяжении и других технологических операциях по ее заготовке.
Пластичность характеризуется относительно удлинением при разрыве, а также при испытаниях на изгиб.
Арматурные стали, имеющие при растяжении четко выраженную площадку текучести (классов A-I—А-III и др.), условно считают мягкими, а высокопрочные, холодносплющенные, при арматурной проволоке диаметром до 5,5 мм — твердыми.
Расчетные напряжения мягких сталей принимают менее предела текучести. Предел текучести твердых сталей условно принимается равным 0,85 предела прочности. При увеличении напряжений выше предела текучести мягкие стали приобретают свойство повышать сопротивление с переходом в стадию самоупрочнения.
Силовая обработка мягких сталей (вытяжка в холодном состоянии/сплющивание) позволяет повысить их механические характеристики. Новый предел текучести и прочности упрочненной стали вследствие старения металла может несколько увеличиваться, при этом сталь делается более хрупкой.
Неметаллическая арматура
Многие синтетические волокна (например, капрон, нейлон) обладают достаточно высокой прочностью на растяжение, не уступающей прочности стали, при значительно меньшей объемной массе. Однако использовать их в бетоне пока невозможно вследствие высоких деформаций при растяжении или низкого модуля упругости (до 50000 кгс/см2), значительно более,низкого, чем у бетона.
Наиболее эффективным материалом является стеклянная арматура в виде стекловолокна, а также тканых сеток — стеклотканей и холстов.
В наибольшей степени стекловолокно используется для армирования цементного камня, получения стеклоцемента, обладающего рядом положительных свойств, в том числе при достаточно высокой прочности, невысокой водо- и газопроницаемостью. По прочности (18000—22000 кгс/см2) стекловолокно не уступает высокоуглеродистой стальной проволоке при значительно меньшей (в 3—5 раз) объемной массе. Вместе с тем модуль упругости волокна (до 800000 кгс/см2) ниже, чем у стали.
Кроме сплошной арматуры широко применяется рубленое волокно с хаотическим распределением в цементном камне.
Для армирования бетона целесообразно применение предварительно напряженных стеклобалок.
Из природных материалов в качестве арматуры наиболее широко применяют асбест — для армирования главным образом цементного камня. Асбестоцемент обладает высокой непроницаемостью и прочностью.
Арматурные изделия
Основными арматурными изделиями являются (рис. 4-2) плоские и,гнутые сетки и каркасы, пространственные каркасы, закладные детали.
Часть .арматурных изделий в настоящее время унифицированы и налажено централизованное их изготовление. В ЦНИИ промзданий и ЦНИИОМТП разработаны унифицированные арматурные сетки для конструкций подземного строительства, которые начали вводиться с 1972 г. Разработаны примеры армирования различных конструкций с использованием унифицированных сеток (табл. 4-6).
Сетки выполнены с рабочей арматурой одного направления диаметром 12, 14, 16, 18, 20, 22 и 25 мм с шагом 200 мм и монтажной арматурой диаметром 8, 10 и 12 мм с шагом 600 мм. Рабочая арматура выполнена из стали классов A-II и A-III, монтажная — из стали класса A-I.
Унифицированный ряд сеток состоит из набора разных их типоразмеров и несущей способности. Размерный модуль принят равным 300 мм.
Армировать конструкции можно как плоскими отдельными сетками, так и пространственными каркасами, которые собирают из унифицированных сеток. Для изготовления таких сеток разработано высокопроизводительное оборудование.
Унифицированные легкие товарные арматурные сетки, широко применяемые в нашей стране, выпускают централизованно заводы метизной промышленности Минчермета, а также районные арматурные заводы. Сетки изготовляют как плоские, так и рулонные. Они состоят из продольной и поперечной арматуры. Изготовляют их с помощью контактной сварки из низкоуглеродистой холоднотянутой проволоки диаметром 3—7 мм и горячекатаной низколегированной стали периодического профиля класса A-III. Сетки выпускают длиной до 9 м и шириной от 1,5 до 0,3 м с рабочей и распределительной, а также рабочей арматурой в двух .направлениях с переменным шагом.
Сетки маркируют с указанием размеров и характеристики. Например, сетку шириной 1500 мм, длиной 5900 мм с продольными стержнями диаметром 4 мм, установленными на расстоянии друг от друга на 150 мм, и поперечными стержнями диаметром 3 мм, установленными с шагом 250 мм, обозначают так: сетка
Плоские сетки поставляют пакетами, рулонные — целиковым рулоном массой по 100—150 кг. Внутренний диаметр рулона должен быть не меньше 500 мм.
Для изготовления тонкостенных армоцементных конструкций выпускаются тканые сетки с ячейками 5—20 мм нз тонкой проволоки диаметром 0,7—1,6 мм (табл. 4-7).
Расчетное сопротивление растянутой арматуры тканых сеток при μ≤2,5% и сжатой при μ≤1% равно 2100 и 2400 кгс/см2.
Плоские каркасы выпускают в виде относительно узких и длинных изделий. Каркасы изготовляют в виде решеток из рабочих продольных и распределительных поперечных стержней. Поперечные стержни воспринимают также скалывающие и растягивающие напряжения, в частности в опорных частях конструкций, работающих на изгиб.
Пространственные каркасы выпускают различных сечений — замкнутые, прямоугольные и криволинейные, с переменным сечением по длине и т. д. Изготовляют такие каркасы как путем сгиба плоских сеток, так и соединением в местах сопряжения. Криволинейные каркасы особых очертаний для армирования специальных конструкций типа свай, труб и т. д. изготовляют на специальных установках намоткой и приваркой арматуры по образующей на продольные стержни, подаваемые в горизонтальном направлении.
Металлические закладные детали предназначены для соединения железобетонных конструкций, в том числе монолитных со сборными (например, навесных панелей с монолитными стенами и перекрытиями). Закладные различной конфигурации выполняют большей частью из стальных пластин или прокатных профилей. С помощью анкерных устройств их соединяют с арматурой. Ввиду того что часть закладных деталей в рабочем положении не защищены бетоном, их изготовляют с антикоррозионным покрытием (например, цинком). Если соединение ведется способами, разрушающими покрытие (например, сваркой), на площадке их необходимо дополнительно оцинковывать.
Опыт унификации арматурных -сеток имеется у зарубежных фирм. С целью индустриализации производства арматурные изделия в некоторых странах изготовляют централизованно на мощных специализированных предприятиях производительностью 20—80 тыс. т/год.
Фирма «Егер» (ФРГ) выпускает унифицированные арматурные сетки, рулонные и плоские из непрофилированной арматуры и арматуры периодического профиля. Наибольшим спросом пользуются плоские сетки, не требующие специального оборудования для подготовки их перед монтажом.
По индивидуальным заказам выпускают также специальные арматурные сетки индивидуальных размеров и сечений, а также сетки для специальных сооружений: дорог, полос, полов и др.
Унифицированные сетки имеют набор типоразмеров длиной до 6 м. Такой набор сеток различного сечения и размеров позволяет армировать-большинство монолитных конструкций, размеры которых также унифицированы.
Согласно размерам и типам бетонируемых конструкций составляется подбор сеток, составляется план их раскладки, при необходимости Производится разрезка сеток. Арматурные сетки выпускают с одинарными, сдвоенными и переменного сечения арматурными стержнями.
Соединяют .сетки внахлестку. Конструкция сеток позволяет получить сечение арматуры в зоне, нахлестки, аналогичное сечению средней части сетки, за счет того, что сетки со сдвоенными стержнями в зоне соединения выполнены с одинарными, на части сеток конечные участки выполнены со стержнями с увеличенным шагом или меньшего сечения.