1. Арматурные стали, элементы для железобетонных изделий
1.1. Классификация арматурных сталей.
1.2. Деление арматурных сталей на классы.
1.3. Деление арматурных классов на марки.
1.4. Область применения арматурных сталей.
1.5. Классификация арматурных элементов.
Бетон является хрупким анизотропным материалом, плохо сопротивляющимся растяжению и изгибу. Для восприятия растягивающих напряжений бетон армируют. Для армирования бетона наиболее широко применяется сталь. Это обусловлено:
1) сталь имеет достаточное сцепление с бетоном, которое обеспечивает возможность рационального распределения нагрузки между этими материалами;
2) температурные коэффициенты линейного расширения стали и бетона близки по величине, что сводит к минимуму внутренние напряжения в зоне контакта при изменении температуры;
3) бетон надежно защищает сталь от коррозии.
1.1. Классификация арматурных сталей.
1) По назначению:
- Рабочая арматура – воспринимает расчетные напряжения от нагрузок.
Рабочая арматура может быть:
- напрягаемая;
- ненапрягаемая.
Для плоских железобетонных элементов рабочую арматуру применяют в виде сеток.
- Конструктивная арматура – применяется для восприятия нагрузок, не подлежащих расчету (от температурных и усадочных деформаций), в большинстве случаев применяется в виде сеток.
- Монтажная арматура – используется для закрепления рабочей арматуры в проектном положении.
Разновидностью монтажной арматуры является – распределительная.
Распределительная арматура рассматривается как дополнительный элемент, с помощью которого распределяются усилия между стержнями рабочей арматуры.
(Смотреть таблицы 1, 2)
Таблица 1
Основные механические характеристики арматуры класса А
Класс | Диаметр, мм | Марка | Профиль | Механические свойства | Угол загиба в холодном состоянии, град (с - толщина оправки, d - диаметр стержня) | Примечание | ||
Предел текучести, σт, (σ0.2), Мпа | Относительное удлинение при разрыве, % | Модуль упругости Еа, Мпа | ||||||
А240 (А – I) | 6 – 40 | Ст3пс3, Ст3сп3, Ст3кп3, ВСт2сп2, ВСт3кп2, ВСт3пс2 | Круглая гладкая | 240 | 25 | 2,1×105 | 180˚ при с = 0,5d |
|
6 – 18 | ВСт3Гпс2 | |||||||
А300 (А – II) | 10 – 40 | ВСт5сп2, ВСт5пс2 | Периодического профиля | 300 | 19 | 2,1×105 | 180˚ при с = 3d |
|
40 – 80 | 18Г2С | |||||||
Ас300 (Ас – II) | 10 – 32 | 10ГТ | То же | 300 | 25 | 2,1×105 | 180˚ при с = 1d |
|
А400 (А – III) | 6 – 40 | 35ГС, 25Г2С | Периодического профиля | 400 | 14 | 2×105 | 90˚ при с = 3d |
|
6 – 22 | 32Г2Рпс | |||||||
А600 (А – IV) | 10 – 32 | 20ХГ2Ц, 80С | То же | 600 | 6 | 2×105 | 45˚ при с = 5d |
|
А800 (А – V) | 10 – 22 | 23Х2Г2Т | То же | 800 | 7 | 1,9×105 | 45˚ при с = 5d |
|
А1000 (А – VI) | 10 – 22 | 20Х2ГCР, 22Х2Г2АЮ | То же | 980 | 7 | 1,9×105 | 45˚ при с = 5d |
|
Ат400С (Ат – IIIС) | 10 – 14 | БСт5сп | Термически упрочненная периодического профиля | 440 | 15 | 2×105 | 90˚ при с = 3d |
|
16 – 40 | БСт5с | 14 | ||||||
Ат600С (Ат – IVС) | 10 – 14 | 25Г2С | То же | 590 | 10 | 1,9×105 | 45˚ при с = 5d |
|
16 – 28 | 25Г2С | 9 | ||||||
Ат600К (Ат – IVК) | 10 – 14 | 10ГС2, 20ХГС2 | То же | 590 | 10 | 1,9×105 | 45˚ при с = 5d |
|
Ат800 (Ат – V) | 10 – 14 | 20ГС, 10ГС2 | То же | 785 | 8 | 1,9×105 | 45˚ при с = 5d |
|
16 – 28 | 20ГС2, 08Г2С | 7 | ||||||
Ат800СК (Ат – VСК) | 10 – 14 | 20ХГC2 | То же | 785 | 8 | 1,9×105 | 45˚ при с = 5d |
|
16 – 18 | 7 | |||||||
Ат1000 (Ат – VI) | 10 – 14 | 20ГС, 10ГС2 | То же | 980 | 7 | 1,9×105 | 45˚ при с = 5d |
|
16 – 28 | 6 | |||||||
Ат1000К (Ат – VIК) | 10 – 14 | 20ХГC2 | То же | 980 | 7 | 1,9×105 | 45˚ при с = 5d |
|
16 – 28 | 6 | |||||||
Ат1200 (Ат – VII) | 10 – 14 | 20ХГC3 | То же | 1180 | 6 | 1,9×105 | 45˚ при с = 5d |
|
16 – 28 | 5 | |||||||
Таблица 2
Основные механические характеристики проволочной арматуры и арматурных канатов
Класс | Диаметр, мм | Профиль | Число перегибов на 180˚ | Нормативный документ |
В500 (В - I) | 3 - 5 | Обыкновенная гладкая | 4 | ГОСТ 6727-80 |
Вр500 (Вр - I) | 3 - 5 | То же периодического профиля | 4 | ГОСТ 6727-80 |
В1500 (В - II) | 3 - 8 | Высокопрочная гладкая | 9-5 в зависимости от диаметра | ГОСТ 7348-81 |
Вр1500 (Вр - II) | 3 - 8 | То же периодического профиля | 4 - 3 | ГОСТ 7348-81 |
К1400 (К - 7) | 6 - 15 | Арматурные канаты | 3 - 4 | ГОСТ 13840-68 |
К1500 (К - 19) | 14 | ТУ 14-4227 |
2) По способу изготовления:
- горячекатаная (арматура класса А);
- холоднотянутая (арматурная проволока)- изготавливается способом холодного волочения (В500 (В-I); В1500 (В-II); Вр500 (Вр-I); Вр1500 (Вр-II).
3) По полноте проведения процесса раскисления (по степени раскисления):
- кипящие (КП);
- спокойные (СП);
- полуспокойные (ПС).
4) По гарантии механических и химических свойств:
- А – гарантируются механические свойства;
- Б – гарантируются химические свойства;
- В – гарантируются механические и химические свойства.
5) По виду профиля:
- гладкая (А240 (A-I), В500 (B-I), В1500 (B-II));
- периодического профиля (А300 (A-II), А400 (A-III), А600 (A-IV), А800 (A-V), А1000 (A-VI), А1200 (A-VII), Вр500 (Bp-I), Вр1500 (Bp-II)).
Рис. 1. Периодические профили
а – арматурной низкоуглеродистой проволоки класса В400; б – высокопрочной арматурной проволоки Вр1500; в – арматурной проволоки повышенной прочности класса В600
Рис. 2. Периодические профили
а – арматурной стали класса А300, б – то же, остальных классов; в – то же винтового профиля
Рис. 3. Поперечное сечение арматурных канатов
а – К1400; б – К1500
Арматурная сталь периодического профиля представляет собой круглые стержни с двумя продольными ребрами и поперечными выступами.
Разрабатывается новый, более эффективный профиль для стержневой арматуры. Он отличается от обычного серповидной формой поперечных ребер.
Такая арматура имеет значительно меньше концентраторов напряжений на поверхности и более высокие показатели по выносливости.
Металлургической промышленностью освоено производство арматурной стали винтового профиля, стержни которой соединяют резьбовыми муфтами.
Арматурная сталь винтового профиля должна поставляться в комплекте с соединительными элементами:
- муфты;
- анкерные гайки;
- контргайки.
Применение такой арматуры позволяет отказаться от сварки, что особенно важно при производстве длинномерных предварительно напряженных конструкций с высокопрочной стержневой арматурой.
6) По свариваемости:
Свариваемость арматурных сталей обеспечивается технологией их изготовления и соблюдением всех требований по химическому составу.
Основная задача арматурных сталей – способность свариваться без снижения механических свойств.
- Хорошо свариваемые – относятся горячекатаные стали с малым содержанием углерода: Ст3, Ст5, 10ГТ (малоуглеродистые).
- Удовлетворительно свариваемые – низколегированные стали: 25Г2С, 35ГС, 20ХГ2Ц, 20ХГСЦ, 23Х2Г2Т.
- Не свариваемые – 80С.
- Ограниченно-свариваемые – относятся термически упрочненные стали: Ат600 (Ат-IV), Ат800 (Ат-V), Ат1000 (Ат-VI), так как высокая температура и окисление при сварке приводят к разупрочнению, а в некоторых случаях к повышению хрупкости стали.
7) По способу упрочнения:
- упрочненная вытяжкой;
- термически упрочненная.
Рис. 4. Диаграмма растяжения стали
s = Е*e (1),
где Е – модуль упругости;
e - относительное удлинение.
8) По коррозионной стойкости:
- повышенная коррозионная стойкость (стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением);
- хорошая коррозионная стойкость;
- плохая коррозионная стойкость.
При увеличении содержания углерода в стали коррозионная стойкость уменьшается, поэтому высокопрочная проволока более подвержена коррозии, чем арматура из низкоуглеродистой стали.
Процессы коррозии сопровождаются снижением пластических свойств стали, особенно интенсивно протекают в напряженной арматуре, например при перерывах в бетонировании предварительно-напряженных конструкций или несвоевременном инъецировании каналов.
1.2. Деление арматурных сталей на классы.
Арматурная сталь по физико-механическим свойствам делится на классы по прочности, растяжимости – относительному удлинению, условиям испытания – пластичности.
Несколько марок стали, может входить в один класс.
Сталь, входящая в один класс не зависимо от марки, должна иметь следующие одинаковые показатели:
- нормативное сопротивление;
- относительное удлинение при разрыве;
- одинаковые условия испытания на изгиб.
Для горячекатаной арматуры класса А за нормативное сопротивление принимают sт.
Для холоднотянутой арматурной проволоки за нормативное сопротивление принимают sв.
Для холоднотянутой арматурной проволоки – условия испытания на загиб – количество перегибов на 180о.
Стержневая арматура делится на классы от А240 (А-I) до А1200 (А-VII).
Принятые обозначения классов дополняются индексами, для указания при необходимости способа изготовления, особых свойств или назначения арматуры.
- Термомеханически или термически упрочненная арматура – добавляется символ – т (Ат);
- сталь специального назначения (северного исполнения) – символ – с (Ас);
- сталь термомеханически или термически упрочненная свариваемая символ – С (Ат600С);
- сталь термомеханически или термически упрочненная с повышенной стойкостью против коррозионного растрескивания под напряжением – индекс – К (Ат800К);
- сталь упрочненная вытяжкой – символ – в (А-IIIв).
Так как разные классы арматурных сталей могут иметь одинаковый профиль, концы стержней окрашивают масляной краской:
- Ат400с (Ат-IIIc) – белой и синей;
- А600 (A-IV) – красной;
- Ат600 (Aт-IV) – зеленой;
- Ат600с (Aт-IVс) – зеленой и белой;
- Ат600к (Aт-IVк) – зеленой и красной;
- А800 (А-V) – красной и зеленой;
- Ат800 (Ат-V) – синей;
- Ат800к (Ат-Vк) – синей и красной;
- А1000 (А-VI) – красной и синей;
- Ат1000 (Ат-VI) – желтой;
- Ат1000к (Ат-VIк) – желтой и красной;
- Ат1200 (Ат-VII) – черной.
1.3. Деление арматурных сталей на марки.
- Углеродистые.
- Низколегированные.
Углеродистые:
- буквы Ст – означают сталь;
- цифры от 0 до 6 – условный номер марки в зависимости от химического состава стали.
Низколегированные:
- первая цифра означает содержание углерода в сотых долях процента;
- буквы - вид легирующей добавки:
- Г – марганец;
- С – кремний;
- Т – титан;
- Х – хром;
- А – азот;
- Ю – алюминий;
- Ц – цирконий;
- Р – бор;
- цифры после буквы означают примерное содержание соответствующего элемента в целых единицах процента.
Если после буквы нет цифры, значит его содержание в стали составляет менее 1 %.
1.4. Область применения арматурных сталей.
Выбор арматурной стали следует производить в зависимости от типа конструкций, наличия предварительного напряжения, а также от условий возведения в эксплуатации здания или сооружения и с учетом необходимой унификации арматуры конструкции по классам, диаметрам и т. п.
1) В качестве ненапрягаемой арматуры ЖБ конструкций следует применять:
- стержневую арматуру класса Ат600с (Aт-IVс) – для продольной арматуры;
- стержневую арматуру классов А400 (A-III) и Ат400с (Aт-IIIс) – для продольной и поперечной арматуры;
- арматурную проволоку класса Вр500 (Вр-I) - для продольной и поперечной арматуры;
- стержневую арматуру классов А240 (A-I), А300 (A-II) и Ас300 (Aс-II) – для поперечной арматуры, а также для продольной арматуры, если другие виды ненапрягаемой арматуры не могут быть использованы;
- стержневую арматуру классов А600 (A-IV), Ат600 (Aт-IV) и Ат600к (Aт-IVк) – для продольной арматуры в вязанных каркасах и сетках;
- стержневую арматуру классов А800 (A-V), Ат800 (Aт-V), Ат800к (Aт-Vк), Ат800ск (Aт-Vск), А1000 (A-VI), Ат1000 (Aт-VI), Ат1000к (Aт-VIк), Ат1200 (Aт-VII) – для продольной сжатой арматуры, а также для продольной сжатой и растянутой арматуры при смешанном армировании конструкций (наличии в них напрягаемой и ненапрягаемой арматуры) в вязанных каркасах и сетках.
В качестве ненапрягаемой арматуры ЖБ конструкций допускается применять арматуру класса А540 (А-IIIв) – для продольной растянутой арматуры в вязаных каркасах и сетках.
Арматуру классов А400 (А-III), Ат400с (Ат-IIIс), Ат600с (Ат-IVс), Вр500 (Вр-I), А240 (А-I), А300 (A-II), Ас300 (Ac-II) рекомендуется применять в виде сварных каркасов и сеток.
Допускается использовать в сварных сетках и каркасах арматуру классов А540 (А-IIIв), Ат600к (Aт-IVк) (из стали марок 10ГС2 и 08Г2С) и Ат800 (Aт-V) (из стали марки 20ГС) при выполнении крестообразных соединений контактно-точечной сваркой.
2) В конструкция с ненапрягаемой арматурой, находящихся под давлением газов, жидкостей, сыпучих тел, следует применять стержневую арматуру классов A300, А240, А400, Ат400с и арматурную проволоку класса Вр500.
3) В качестве напрягаемой арматуры предварительно напряженных конструкций следует применять:
- стержневую арматуру классов A800, Aт800, Aт800к, Aт800ск, A1000, Aт1000, Aт1000к, Aт1200;
- арматурную проволоку классов В1500, Вр1500 и арматурные канаты классов К1400 и К1500.
В качестве напрягаемой арматуры допускается применять стержневую арматуру классов 540, A600, Aт600, Aт600с, Aт600к.
В конструкциях до 12 м включительно следует преимущественно применять стержневую арматуру классов Aт1200, A1000, Aт800 мерной длины.
Для армирования предварительно напряженных конструкций из легкого бетона классов В7,5 – В12,5 следует применять стержневую арматуру классов: A600, Aт600, Aт600с, Aт600к, А540.
4) В качестве напрягаемой арматуры предварительно напряженных ЖБ элементов, находящихся под воздействием газов, жидкостей, сыпучих тел, следует применять:
- арматурную проволоку классов В1500 и Вр1500 и арматурные канаты классов К1400 и К1500;
- стержневую арматуру классов A800, Aт800, Aт800к, Aт800ск, A1000, Aт1000, Aт1000к, Aт1200;
- стержневую арматуру классов A600, Aт600, Aт600с, Aт600к.
В таких конструкциях допускается применять также арматуру класса А540.
5) Для монтажных петель элементов сборных ЖБ и бетонных конструкций должна применяться горячекатаная арматурная сталь класса Ас300 (марки 10ГТ) и класса А240 (марок ВСт3сп2, ВСт3пс2).
1.5. Классификация арматурных элементов.
Арматурная сталь поступает в арматурный цех в мотках (бухтах) или в прутках (в пачках). В арматурном цехе готовят арматурные элементы:
- стержни определенной длины с анкерами или без них;
- сварные сетки;
- плоские сварные каркасы;
- пространственные каркасы;
- закладные детали