Стальной прокат для арматуры

Железобетонные элементы эксплуатируют при разных условиях и воздействиях на них. Для сравнения: фундамент штамповочного станка и полы, дорожное покрытие для спецтранспорта и садовые дорожки, сборные блоки с предварительно напряженной арматурой и плиты ограждения, а также влияние низких отрицательных или очень высоких температур. Поэтому в разных условиях бетон или цементный слой укрепляют арматурой, у которой свойства соответствуют условным требованиям.

Технологию выпуска сплавов для арматурного и проволочного проката совершенствуют, его наделяют дополнительными физическими и механическими качествами. При этом учитывают его прочность (предел текучести), виды обработки в т.ч. свариваемость.

Стандарт для арматурных сплавов

Разработанные новые свойства проката стандартизируют в ГОСТы, по которым выпускают металлопродукцию металлургические заводы. 

Свойства проката зависят от состава сплава из которого он сделан. Стали группируют на:

• качественные или специальные не легированные;
• качественные или специальные легированные;
• нержавеющие.

Сортамент выпускаемых сплавов для эксплуатации в условиях с разными факторами влияния очень широкий. А какой сплав идет для арматуры: стержней, проволоки, хомутов, закладных деталей? Нужные свойства, которые она будет проявлять, определяет точный состав сплава, нормы для него регламентирует ГОСТ 34028 от 2016 года.

Классификация и свойства проката для арматуры

Арматуру выпускают со стандартным набором требований и с дополнительными требованиями к ней.

Прочность. ГОСТ группирует весь стальной прокат по прочности. Это его основная механическая характеристика, она выражается в его пределе текучести. Он равен нагрузке, при которой стальной стержень проявляет упругую деформацию. При увеличении нагрузки стержень начнет пластично деформироваться без упругого восстановления. Предел текучести равен значению этой нагрузки, выражается в Н/мм2.

У арматурного проката предел текучести в пределах от 240-1000 Н/мм2. То есть весь стержневой прокат обозначают А240, А300…А1000. 

Предел текучести это выражение его прочности. Чем выше значение предела текучести, тем прочнее прокат. 

Прочность увеличивают, когда изменяют процентный состав сплава. В ГОСТ 34028 в таблице 4, которая систематизирует химический состав, показано, как у более прочных марок увеличивается процент содержания углерода, марганца, кремния.

В итоге разный химический состав стального проката дает ему разную прочность и применение. Классы А240-А600 монтируют для монолитного или сборного ж/бетона, а А600-А1000 для предварительно напряженного ж/бетона.

Помимо прочности к арматуре предъявляют дополнительные опции, так как она будет усиливать бетон в разных условиях. 

Свариваемость распространенное требование к стали. Почему? После монолитной заливки бетоном нужно, чтобы все стержни остались на проектных отметках. В таком положении они правильно будут отвечать на растягивающие и сжимающие нагрузки. Часто для фиксации всех связей каркаса берут только вязальную проволоку. Но при монолитной заливке проволочные соединения не выдерживают и каркас “плывет”. Чтобы во время заливки все стержни оставались на своих отметках стыковые, тавровые и часть перекрестных соединений сваривают электродуговой сваркой. Сварные каркасы более прочные чем вязанные из-за хорошей свариваемости. Для этого вместо класса А500 берут класс А500С. “С” обозначает свариваемость любыми методами. Сталь для класса А500С содержит легирующие добавки в точном процентном отношении, у нее повышена пластичность, при этом А500С сваривается, не теряя прочности. 

Какие легирующие добавки входят в сплав для А500С, А600С для улучшения свариваемости? Это ванадий, ниобий, молибден по 0,1 %, при этом их сумма не превышает 0,15 %. Такие рекомендации дает ГОСТ 34028— 16. 

Наряду с горячекатанной А500С, такую же хорошую свариваемость проявляет холоднодеформированный прокат В500С.

Пластичность. Это свойство металла изменять форму при физическом воздействии и сохранять эти изменения. Пластичность это противоположность упругости. 

Металл выпускают с тремя категориями пластичности:

• стандартная для всех классов;
• для А400, А500, А600:

•  “Н”- с повышенной пластичностью;
•  “Е”- с высокой.

Арматура из металла с повышенной или высокой пластичностью легче сваривается, у нее лучше качество сварных швов. Швы выходят более прочные, что хорошо при перевозке сварных металлоконструкций. Высокую пластичность металла задействуют при армировании бетонных сооружений в сейсмически активных зонах. В этих зонах не редки переменные нагрузки и деформации, которые хорошо выдерживают стальные стержни с высокой пластичностью.

Пластичный металл легко гнется, на поверхности сгиба не появляются микротрещины, из него монтируют поперечные связи в каркасах (хомуты).

Коррозионная устойчивость (К). Это свойство арматуры не растрескиваться в агрессивной среде (Ca(NO?)? + NH4+) при изгибающих нагрузках и нагревании в течение заданного времени. 

Стойкость арматуры к коррозионному растрескиванию полезна для бетонных частей сооружений с агрессивным влиянием химических соединений. Такие воздействия на металл есть в цехах химической, металлургической промышленности, птицефермах, зоофермах, в морской воде.

Стойкость при циклическом режиме нагрузок (У). Это способность проката сохранять качества при повторяющихся механических нагрузках на растяжение. То есть от него требуется выносливость при циклических нагрузках. При испытаниях стержни выдерживают до 2 млн циклических динамических ударов до их разрушения.

Стержни с маркировкой “У” идут для армирования:

• фундаментов под оборудование;
• полов в цехах с движением спецтранспорта;
• покрытий дорог с интенсивным движением транспорта;
• опор мостов;
• туннельных сводов.

Релаксация напряжений “Р” естественный равномерный процесс уменьшения напряжения в металле при сохраняющейся нагрузке. В большей степени это касается предварительно напряженной арматуры. Под постоянным напряжением она растягивается, теряет упругость. Ее релаксация в несущих ж/бетонных стенах, перекрытиях негативно скажется на устойчивости конструкций.

Углерод и свойства стали

Кроме легирующих элементов, углерод в составе сплава определяет его свойства. Прочность, свариваемость, пластичность сплава, его выносливость зависят от процентного содержания в нем углерода. Чем больше углерода, тем он прочнее, тверже. Но в то же время уменьшает его пластичность, он становится более хрупким. Высокоуглеродный сплав труднее обрабатывается, сваривается. 

В ГОСТ 5781-82 т.8 показано, как у более высоких классов арматуры уменьшается относительное удлинение, так как увеличивается ее прочность.

Отличия сплавов по содержанию углерода.

• Высокоуглеродистый включает “С” выше 0,6 %. Твердый, с высокой выносливостью, небольшой релаксацией напряжений. Трудно сваривается и поддается обработке, не пластичный.
• Среднеуглеродистый включает “С” до 0,6%. Менее прочный со средней обрабатываемостью.
• Низкоуглеродистый содержит до 0,3 % “С”. Пластичный, хорошо обрабатывается, сваривается.

Для арматуры берут сплавы с содержанием углерода от 0,13-0,82 % (ГОСТ 5781-82). В зависимости от % углерода, она будет разной по прочности, пластичности, свариваемости, выносливости и работать в условиях, которые потребуют эти качества.

Из сплавов с разным содержанием легирующих элементов и углерода выпускают стальные арматурные стержни, проволоку, закладные детали. Из них сваривают плоские каркасы, свайные каркасы, сетки.