Проволока подразделяется:

по виду: круглая – В, периодического профиля – Вр;

по состоянию изготовления: с отпуском, с отпуском под напряжением (стабилизированная) – Р;

по точности изготовления на группы: 1, 2, 3.

Стабилизированная проволока изготовляется только круглая. Про­волока в зависимости от диаметра и величины условного предела текучести изготовляется классов прочности: В1500, 1400, 1300, 1200, 1100, 1000.

Обозначения размеров проволоки периодического профиля приве­дены на рис. 8.

Рис. 8 Проволока периодического профиля

Овальность сечения круглой проволоки не должна превышать предельных отклонений диаметра. Примеры условного обозначения Проволока диаметром 5 мм, класса прочности 1400, круглая, стабилизированная, группы точности 1:

Проволока 5В1400–Р1 ГОСТ 7348–81

То же, диаметром 3 мм, класса прочности 1500, периодического профиля, группы точности 1, с отпуском:

Проволока ЗВр1500–1 ГОСТ 7348–81.

Механические свойства проволоки должны соответствовать значениям, указанным в табл. 10. Проволока диаметром 6,0 мм и свыше должна выдерживать испытание на изгиб на 180⁰. При этом на ней не должно быть надрывов и трещин, видимых без применения увеличительных средств.

На поверхности проволоки не должно быть раковин, трещин, расслоений и плен. Допускаются риски и вмятины глубиной не более предельного отклонения диаметра, а также налет ржавчины.

Проволока должна быть свернута в мотки не перепутанными рядами. Каждый моток должен состоять из одного отрезка. Масса мотка должна быть не менее 100 кг для проволоки диаметром до 6,0 мм и не менее 120 кг для проволоки диаметром 6,0 мм и более.

Допускается до 10 % мотков пониженной массы, но не менее 30 кг.

Таблица 10

Класс про-волоки	Класс прочно-сти	Диаметр, мм	Разрывное усилие, кН	Усилие Р02, кН	, %	Число перегибов на 180 0
			Не менее
В-II Вр-II	1500	3	12,6	10,6	4,0	9(8)
	1400	4	21,4	18,0	4,0	7(6)
	1400	5	32,8	27,5	4,0	5(3)
	1400	6	47,7	39,7	5,0	-
	1300	7	60,4	50,7	6,0	-
	1300	8	74,0	62,0	6,0	-

По требованию потребителя проволоку допускается изготовлять в прутках мерной длины. Наличие сварных соединении на готовой проволоке нс допуска­ется. Проволоку изготовляют с нормированным значением прямо­линейности. Проволоку считают прямолинейной, если при свободном уклады­вании отрезка проволоки на плоскость она образует сегмент с основанием 1 м и высотой не более 90 мм — для проволоки диаметром 3,0 и 4,0 мм и высотой не более 60 мм — для проволоки диаметром от 5,0 до 8,0 мм. По требованию потребителя высота сегмента допускается не более 30 мм.

Потери напряжений от релаксации в стабилизированной проволоке при начальной нагрузке, составляющей 70 % от фактического разрывного усилия, не должны превышать 2,5 % после 1000 ч выдержки под напряжением при нормальной температуре.

К анаты арматурные стальные предназначены для использования в качестве напрягаемой арматуры предварительно напряженных железобетонных конструкций, изготавливаются из высокопрочной проволоки стали марок 70, 75, 80, 85 по ГОСТ 14959. Канаты могут быть из 7 проволок диаметром 3, 4, 5 или 6 мм – К-7 (рис.9).

Кроме того, изготавливают канаты К-19 из 19 проволок: в центре 1 проволока диаметром 6 мм, вокруг неё 9 проволочек диаметром 3 мм, а поверх ещё 9 проволок диаметром 6 мм. А также изготавливают канаты К-2х7 свивкой двух канатов К-7 и канаты К-3х7 и К-3х19 – свивкой 3 канатов К-7 или К-19.

Рис. 9 Канат К-7 Канаты подразделяют по виду изготовления:

– с отпуском; – с отпуском под напряжением (стабилизированный) – С.

Канаты изготовляют правой свивки с линейным касанием проволок. Канаты должны быть не смазанными и нераскручивающимися (шаг свивки в пределах 10…16 диаметров каната).

Канат должен быть прямолинейным – отрезок каната длиной не менее 1,3 м при свободной укладке на плоскость образует сегмент с основанием 1 м и высотой не более 75 мм. По требованию потребителя высота сегмента может быть не более 25 мм.

На поверхности проволок каната не должно быть трещин, плен, раковин, расслоений, вмятин и срезов. Допускаются отдельные поверхностные дефекты в виде забоин, рисок и следов от протяжки не более 1/3 допускаемого отклонения по диаметру каната, а также цвета побежалости и налет ржавчины.

На 50 м длины каната допускается не более двух сварок проволоки, или по требованию потребителя — не более одной сварки, при этом расстояние между сварками должно быть не менее 1 м.

В канатах не должно быть оборванных проволок, перекрещивающихся и выступающих за пределы установленных допусков по диаметру каната.

Длина каната всех диаметров должна быть не менее 1000 м. Допускаемое отклонение по длине каната не должно быть более 1,5 %. Допускается для канатов всех диаметров отрезки длиной менее 1000 м, но не менее 200 м в количестве не более 30 % от партии, а по требованию потребителя — в количестве не более 10 % от партии.

Механические свойства канатов должны соответствовать значениям, указанным в табл.11.

Таблица 11

Класс прочности	Диаметр каната, мм	Разрывное усилие, Кн	Р02, кН	Модуль упругости, МПа.10-5	, МПа	, МПа	Относит. удлинение на базе 100 мм, %
К-7 1500	6	40,6	34,9	1,8	1500	1770	4
К-7 1500	9	97,5	79,5	1,8	1500	1770	4
К-7 1500	12	164,0	139,5	1,8	1500	1770	4
К-7 1400	15	232,0	197,0	1,8	1400	1670	4
К-19 1400	14	241,5	185,0	1,8	1400	1780	4

1.3 Рекомендации по применению и требования, предъявляемые к арматурным сталям.

В качестве ненапрягаемой рабочей арматуры применяют стержневую арматуру класса А-III (А400, А500), Ат-III (Ат400, Ат500), свариваемую Ат-IУс (Ат600с) и проволоку класса Вр-I (Вр400, Вр600). Возможно применение арматуры класса А-II (А300), если прочность арматуры класса А-III (А400) не полностью используется. В железобетонных конструкциях, предназначенных для эксплуатации при низких отрицательных температурах, не применяют арматурные стали, подверженные хладноломкости: при температуре эксплуатации не выше минус 30⁰С запрещается применение арматуры класса А-II(А300) марки ВСт5пс2 и класса А-IУ(А600) марки 80С. При температуре эксплуатации железобетонных конструкций ниже минус 40⁰С дополнительно запрещается применение арматуры класса А-III(А400) марки 35ГС.

Для изготовления сварных сеток применяется низкоуглеродистая арматурная проволока диаметром 3…5 мм класса Вр-1 (Вр400, Вр600) и стержневая арматура класса А-III (А400) диаметром 6…12 мм. Временно разрешено применять в сварных сетках гладкую проволоку класса В-I (В400, В600).

Для монтажных петель сборных элементов должна применяться горячекатаная арматурная сталь, пластичная при низких отрицательных температурах (северное исполнение) класса Ас-II (Ас300) марки 10ГТ и класса А-I (А240) марок ВСт3сп2, ВСт3пс2. Если возможен монтаж железобетонных конструкций при температуре наружного воздуха ниже минус 40⁰С, то не допускается применение полуспокойной стали из-за её повышенной хладноломкости. Для закладных деталей и соединительных накладок применяют свариваемую прокатную низкоуглеродистую сталь С38/23.

В качестве напрягаемой арматуры применяется стержневая горячекатаная сталь классов А-IУ(А600), А-У(А800), А-УI (А1000), упрочнённая вытяжкой А-IIIв(А400в), а также термически и термомеханически упрочнённую сталь классов Ат-IIIС (Ат400С, Ат500С), Ат-IУС(Ат600С) – здесь индекс «С» обозначает свариваемую арматуру, коррозионно-стойкую сталь Ат-IУК (Ат600К) и Ат-У (Ат800), Ат-УI (Ат1000) и Ат-УII (Ат1200). Для железобетонных элементов и конструкций длиной свыше 12 м целесообразно применение высокопрочной проволоки классов В-II и Вр-II (В и Вр1200, Вр1300, Вр1400, Вр1500) и арматурных канатов К1400, К1500. Нормативные требования к механическим свойствам высокопрочной проволоки и арматурных канатов приведены в табл.12.

Таблица 12

Вид и диаметр арматуры	Свойства по ГОСТ 7348 и ГОСТ 13840
	, МПа	, МПа	Е.10-5, МПа		за 1000ч, %
	Не менее				Не более
Проволока 3 и 51 мм	1780	1500	2,00	4,0	8,0/2,51
4, 5, 6 мм	1670	1400	2,00	4,0	-
7 мм	1570	1300	2,00	5,0	-
8 мм	1470	1200	2,00	6,0	-
Канаты К7 6-12 мм	1770	1500	1,80	4,0	8,0
15 мм	1670	1400	1,80	4,0	-

Примечания:

1. Сноска 1 относится к стабилизированной проволоке диаметром 5 мм,

2. В последней колонке - величина релаксации напряжений при действующем напряжении _sp = 0,7 , в % от _sp.

В Череповце изготавливают 3-х проволочные стабилизированные канаты диаметром 6,5 мм, которые имеют такие же свойства, как стабилизированная проволока диаметром 5 мм. Это позволяет использовать их при изготовлении предварительно напряжённых железобетонных конструкций с натяжением арматуры на упоры и на бетон. Осваивается технология предварительно напрягаемой на бетон канатной арматуры без сцепления с бетоном при строительстве зданий из монолитного железобетона. Это уменьшает толщину и вес перекрытия, сокращает в 2-3 раза расход арматуры и обеспечивает ремонтопригодность зданий и сооружений.

Для длинномерных конструкций допускается применение стержневой свариваемой арматуры, стыкуемой сваркой, классов А-У (А800) и А-УI (А1000). Не стыкуемая сваркой арматура классов Ат-У (Ат800), Ат-УI (Ат1000) и Ат-УII (Ат1200) может применяться, если она поставляется требуемой мерной длины. В виде стержней мерной длины без сварных стыков может применяться также арматура класса А-IУ (А600) марки 80С, а также Ат-УК (Ат800К), Ат-УIК (Ат1000К) и др. Cтержневая арматура с винтовым профилем стыкуется навинчиванием соединительных муфт, с помощью которых можно также устраивать временные или постоянные концевые анкеры.

Для оценки технико-экономической эффективности арматурных сталей различных видов используют коэффициент приведения К_пр к стали класса А-1, который показывает во сколько раз уменьшится расход арматуры при замене стали класса А-1 на сталь другого класса исходя из равнопрочности арматуры. Коэффициент приведения также учитывает конструктивные и технологические факторы, влияющие на расход арматуры в железобетонных конструкциях. Величина К_пр составляет: для арматуры класса А-I – К_пр=1; для А-II, Ас-II–К_пр=1,21; А-III, Ат-IIIС – Кпр=1,49; А-IУ, Ат-IУС – К_пр=1,95; А-У, Ат-У – К_пр=2,20; А-УI, Ат-УI – К_пр=2,40; Ат-УII – К_пр=2,60; Вр400 – К_пр=1,47; Вр600 – К_пр=1,85; В1200…1500, Вр 1200…1500 – К_пр=2,80; К7, К19 – К_пр=3,00.

Арматурные стали не всегда взаимозаменяемы применительно к конкретным железобетонным изделиям и технологии. При отсутствии арматурной стали требуемых диаметра и класса замену производят по согласованию с проектной организацией, как правило, на более высокий класс. Пересчёт производят путём определения эквивалентной по прочности площади сечения арматуры при замене одного класса стали на другой.

В связи со спецификой изготовления и эксплуатации арматурная сталь должна обладать следующими свойствами:

• Иметь гарантированные механические свойства как при кратковременном, так и при длительном действии нагрузок. Арматурная сталь должна поставляться с гарантированными механическими характеристиками и химическим составом, прочностные и деформативные свойства стали должны сохраняться при воздействии динамических, вибрационных и др. нагрузок.

• Арматура должна иметь постоянные геометрические размеры сечения, профиль по длине.

• Арматура для сборного железобетона должна быть свариваемой всеми видами сварки.

• Для железобетонных конструкций, эксплуатируемых при низких отрицательных температурах (ниже минус 30⁰С) должны применяться хладостойкие стали. Сталь марки 10ГТ очень пластична, отличается повышенным сопротивлением циклическим воздействиям (выносливостью), целесообразно её применение при температурах до минус 70⁰С. Использование этой стали для монтажных элементов вместо Ст3 позволяет экономить до 20 % металла.

• Арматурная сталь должна обеспечить хорошее сцепление с бетоном, поэтому поверхность арматуры должна быть чистой, без масла, грязи, льда, краски, отпадающей окалины и ржавчины. При транспортировке, складировании и хранении должны быть приняты меры, предохраняющие сталь от увлажнения, коррозии, загрязнения. Очистка стали от загрязнения и ржавчины должна производиться механическими способами: стальными дисковыми электрощётками, протягиванием через вибропесочницы и т.п. Сталь, поставляемая в мотках или бухтах, обработанная на правильно-отрезных станках, дополнительной очистки не требует.

• Высокопрочная стальная проволока и канаты должны поставляться в бухтах большого диаметра, чтобы при намотке не было переломов. Проволока диаметром менее 5 мм должна поставляться в бухтах диаметром не менее 2 м, диаметром 5мм и более – в бухтах диаметром 2,5 м, арматурные канаты поставляются в бухтах диаметром не менее 1,5 м. Смотанные с бухт высокопрочные проволока и канаты должны сохранять прямолинейность, правка их не допускается.

1.4 Механические и реологические характеристики арматурных сталей.

Прочность и пластичность (деформативность) арматурных сталей устанавливается по результатам испытания на растяжение образцов арматуры гладкой или периодического профиля, или специально выточенных образцов по ГОСТ 12004-81. Горячекатаная арматурная сталь классов А-I, А-II, А-III с площадкой текучести обладает значительным удлинением (до 27 %) после разрыва (мягкая сталь). Повышение прочности горячекатаной стали и уменьшение удлинения при разрыве достигается введением в её состав дополнительного количества углерода и легирующих элементов – Мn, Si, Cr и др. в пределах 0,6…2,0 % по массе. Образцы такой стали деформируются без площадки текучести (твёрдая сталь). Содержание углерода более 0,3…0,5 % снижает пластичность и ухудшает свариваемость стали.

Первоначально при растяжении образцов стали небольшими нагрузками они деформируются упруго, на этом этапе испытаний напряжения, возникающие в образце Р/F_o , где P – прикладываемая нагрузка, Н, F_o – площадь сечения образца, мм², пропорциональны относительным деформациям растяжения (закон Гука): , где Е – модуль упругости стали, Н/мм², , прирост длины образца при растяжении, мм, начальная длина образца, мм. Максимальное напряжение, при котором сталь деформируется упруго, подчиняясь закону Гука, называется физическим пределом упругости . Напряжение, при котором образец стали деформируется без увеличения нагрузки и напряжения, называется физическим пределом текучести . Максимальное напряжение, которое фиксируется перед разрывом образца стали, называется временным сопротивлением .

Углеродистые, легированные, упрочнённые вытяжкой и термоупроч-нённые стали переходят в пластическую область постепенно, без площадки текучести. Поэтому для арматурных сталей устанавливаются для сопоставления условный предел упругости и условный предел текучести – это напряжения, при которых величина остаточных (пластических) удлинений составляет соответственно 0,02 и 0,2 % от начальной расчётной длины.

Основной механической характеристикой арматурной стали является её прочность при растяжении, характеризуемая нормативным сопротивлением, которое в большинстве случаев принимается по минимальному значению условного предела текучести, а иногда – по минимальному значению временного сопротивления.

Для полного использования высокой прочности проволоки в предварительно напряжённых железобетонных конструкциях необходимо, чтобы приближалась к , что приведёт к уменьшению пластических деформаций при натяжении арматуры. Выпускаемая арматурная проволока и канаты с повышенными упругими характеристиками имеют: ≥ 0,6 , ≥ 0,8 . Для термоупрочнённой стержневой стали должно выполняться условие: ≥0,85 .

При графическом способе определения нагрузок, соответстующих условным пределам текучести и упругости, строится диаграмма растяжения «нагрузка - удлинение». По оси ординат откладывают в масштабе нагрузку, а по оси абсцисс - соответствующее удлинение (рис.9). Найденные нагрузки в Н делят на первоначальную площадь поперечного сечения образца в мм² получают соответственно и в МПа.

На диаграмме проводится прямая, параллельная участку пропорциональной зависимости Р - на расстоянии от прямой части диаграммы вправо по оси абсцисс в направлении, равном заданной величине допуска на условно-мгновенную пластическую деформацию для условных пределов упругости или текучести. Сила, соответствующая пределу упругости или текучести, определяется точкой пересечения этой прямой с диаграммой растяжения.

Допускается определение условного предела текучести по машинной диаграмме по ГОСТ 1497-84 с проведением периодических контрольных испытаний с помощью тензометров.

Объем, периодичность и методика проведения испытаний должны быть установлены по нормативно-технической документации на готовую продукцию.

Рис. 10 Графический способ определения нагрузок Р_0,2 и Р_0,02

Для стержней и проволоки начальный модуль упругости равен отношению приращения напряжений в интервале от 0,1 до 0,35Р_max к относительному удлинению образца в том же интервале нагружения.

Начальный модуль упругости арматуры Е_н определяется с погрешностью не более 1 % по формуле

Результаты испытаний не учитываются в следующих случаях:

при разрыве образца по нанесенным меткам, если при этом какая-либо характеристика механических свойств по своей величине не отвечает установленным требованиям;

при разрыве образца в захватах испытательной машины;

при обнаружении ошибок в проведении испытаний или записи результатов испытаний.

ПРИМЕР определения условного предела упругости и условного предела текучести для стержневой и проволочной арматуры

Испытывается образец горячекатаной арматурной стали марки А-IV периодического профиля номинальным диаметром 14 мм. Полная длина образца 400 мм. Начальная площадь сечения F₀ = 150 мм². Испытание проводят с измерением тензометрами деформаций по двум диаметрально противоположным ребрам образца. База одного тензометра l_т = 100 мм, а сумма баз двух тензометров 2l_т = 200 мм. Величина остаточной деформации при определении предела упругости равна 0,02 % от суммарной базы тензометров, что составляет 0,04 мм Величина остаточной деформации при определении условного предела текучести равна 0,2 % от суммарной базы тензометров или 0,4 мм.

На образец после его установки в захваты испытательной машины прикладывается начальная нагрузка, равная 1000 кг, которая составляет примерно 0,08Р_max. Устанавливают тензометры и проводят дальнейшее нагружение образца этапами по 1000 кг до 7000 кг, что составляет 0,7Р_0,2 , и далее по 500 кг до общего удлинения образца порядка 1,0 %, что в данном случае соответствует нагрузке 11500 кг.

Результаты замеров нагрузок и деформаций записывают в таблице испытаний (табл.13).

Как видно из таблицы, в диапазоне от 1000 до 7000 кг одному этапу нагрузки в 1000 кг соответствует суммарная деформация 6х10 мм. Определение условных пределов упругости и условного предела текучести аналитическим способом проводится с помощью данных, приведенных в табл13. Таблица 13

Номер п/п	Нагрузка Р, н (кгс)	Отсчет по шкале тензометра, мм		Суммарная деформация	Приращение деформации на одном этапе 10-2, мм	Упругая деформация	Условно-мгновенная деформация
		левый	правый
1	9800 (1000)	0	0	0	0	0	0
2	19600 (2000)	2,5	3,0	5,5	5,5	5,5	0,5
3	29400 (3000)	6,0	6,0	12,0	6,5	12,0	0
4	39200 (4000)	9,0	9,0	18,0	6,0	18,0	0
5	49000 (5000)	12,0	12,0	24,0	6,0	24,0	0
6	58800 (6000)	15,0	15,0	30,0	6,0	30,0	0
7	68600 (7000)	18,0	18,0	36,0	6,0	36,0	0
8	73500 (7500)	20,0	19,0	39,0	3,0	39,0	0
9	78400 (8000)	22,0	21,0	43,0	4,0	42,0	1,0
10	83300 (8500)	24,0	23,5	47,5	4,5	45,0	2,5
11	88200 (9000)	26,5	25,5	52,0	4,5	48,0	4,0
12	93100 (9500)	28,0	29,0	57,0	5,0	51,0	6,0
13	98000 (10000)	37,0	40,0	77,0	20,0	54,0	23,0
14	102900 (10500)	52,0	55,0	107,0	30,0	57,0	50,0
15	107800 (11000)	74,0	77,0	151,0	44,0	60,0	91,0
16	112700 (11500)	98,0	102,0	200,0	49,0	63,0	137,0
17	117600 (12000)	-	-	-	-	-	-

По данным опыта величина остаточной деформации 0,04 мм соответствует нагрузке, равной 88200 н, т.е. Р_0,02 - 88200 н. Следовательно, условный предел упругости равен:

.

Величина остаточной деформации, соответствующая условному пределу текучести, в данном случае составляет 0,4 или 40·10^-2 мм.

Как видно из таблицы, величина остаточной деформации 0,4 мм несколько больше величины деформации при нагрузке 98000 н и меньше, чем при нагрузке 102900 н. Поэтому Р_0,2 определяем по интерполяции

.

Модуль упругости будет равен:

=

Арматурные стали должны обладать достаточной пластичностью, что предопределено не только условиями работы железобетонных конструкций под нагрузкой, но и механизированной заготовкой арматуры. При низких пластических свойствах холоднотянутой проволоки возможен её хрупкий излом при намотке и натяжении навивкой. Пластические свойства стали характеризуются полным относительным удлинением при максимальной нагрузке; относительным удлинением после разрыва; относительным равномерным удлинением после разрыва; относительным сужением после разрыва, а также испытаниями на загиб и перегиб в холодном состоянии. Мягкие стали более пластичны, чем твёрдые.

Величину относительного удлинения , % вычисляют по формуле

,

где l₀ – начальная расчётная длина, обычно для проволочной и стержневой арматуры диаметром до 20 мм принимается равной 100 мм, диаметром более 20 мм – не менее 5 d, кратно10 мм, где d – диаметр арматуры, мм, для канатной арматуры – 300 мм,

lк – конечная расчётная длина.

Конечную расчетную длину образца l_к, включающую место его разрыва, определяют следующим способом. Перед испытанием образец на длине, больше рабочей длины образца, размечается на n равных частей при помощи меток, наносимых делительной машиной, скобками или керном. Обычно расстояние между метками принимается равным 10 мм.

После испытания части образца тщательно складывают вместе, располагая их по прямой линии. От места разрыва в одну сторону откладывается n/2 интервалов и ставят метку а. Если величина n/2 оказывается дробной, то ее округляют до целого числа в большую сторону. Участок от места разрыва до первой метки при этом считается как целый интервал.

От метки а откладывают в сторону разрыва n интервалов и ставят метку b (рис.11). Отрезок ab равен полученному по месту разрыва конечной расчетной длине l_к, которую измеряют с погрешностью не более 0,5 мм.

Р ис.11. Определение конечной расчётной длины

Если место разрыва ближе к краю захвата машины, чем величина n/2 (рис.10), то полученную после разрыва конечную расчетную длину l_к определяют следующим образом:

от места разрыва до крайней метки q у захвата определяют число интервалов, которое обозначают т/2. От точки q к месту разрыва откладывают т интервалов и ставят метку с. Затем от метки с откладывают n/2 - т/2 интервалов и ставят метку е (рис.11).

Конечную расчетную длину образца l_к, мм, вычисляют по формуле

,

где cq и ce - соответственно длина участка образца между точками с и q и с и e.

Если место разрыва находится на расстоянии от захвата, меньшем чем длина двух интервалов или 0,3 l₀ - для образцов диаметром менее 10 мм, величина расчетной длины не может быть достоверно определена и проводят повторное испытание.

Конечную расчетную длину образца l_к арматурных канатов определяют с помощью тензометров, навешиваемых на канат линеек или специальных приборов, позволяющих измерять деформацию образца до разрушения. Перед установкой тензометра, линеек или других приборов к образцу прикладывают начальную нагрузку, составляющую 0,1 - 0,15 % от ожидаемого разрывного усилия.

Относительное равномерное удлинение определяется во всех случаях вне участка разрыва на начальной расчетной длине, равной 50 или 100 мм. При этом расстояние от места разрыва до ближайшей метки начальной расчетной длины для арматуры диаметром 10 мм и более не должно быть менее 3d и более 5d, а для арматуры диаметром менее 10 мм - от 30 до 50 мм.

Для определения величины относительного равномерного удлинения конечная расчетная длина l_и определяется по меткам (см. рис.11 и 12).

Рис. 12 Определение конечной расчётной длины

при несимметричном разрыве образца

Величину относительного равномерного удлинения , %, вычис­ляют по формуле

Полное относительное удлинение при максимальной нагрузке может быть определено одним из способов:

• с помощью тензометров или иных специальных приборов позволяющих измерять деформации образца вплоть до разрушения;

• суммированием остаточной деформации после разрушения образца с упругими деформациями при максимальной нагрузке .

Относительное сужение после разрыва определяется на круглых образцах проволоки и стержневой арматуры, а также на обточенных образцах цилиндрической формы:

= (F_o –F_k)/F_o,

где F_o – начальная площадь сечения образца арматуры, мм²

где т - масса испытуемого образца, г;

l - длина испытуемого образца, мм;

р - плотность стали, 0,00785 г/мм³.

F_k – конечная площадь сечения образца в месте разрыва, мм².

К реологическим характеристикам арматурной стали относятся:

• ползучесть – медленное нарастание пластической деформации во времени при постоянной действующей нагрузке Р<Р₀₂,

• релаксация – снижение напряжения в арматуре при постоянной деформации l. Максимальный прирост релаксации фиксируется в течение первого часа действия напряжения, затем прирост уменьшается.

Эти характеристики взаимосвязаны: чем больше ползучесть, тем больше и релаксация. На эти характеристики арматурных сталей влияют: механические свойства и химический состав, технология выплавки стали, температура и условия применения. При напряжении арматуры выше предела упругости релаксация интенсивно растёт, к этому же приводит нагрев напряжённой арматуры при тепловлажностной обработки.

Релаксация напряжений свойственна всем видам арматурных сталей, но для канатов она больше, чем для исходной проволоки. Релаксация напряжений в стержневой арматуре меньше, что объясняется её более высокими упругими свойствами.

• Циклическая прочность, учёт которой необходим при армировании железобетонных конструкций, работающих в условиях циклических нагружений (шпалы, мостовые конструкции, подкрановые балки, опоры линий электропередач и др.).

При оценке свойств арматуры необходимо также учитывать её коррозионную стойкость. При увеличении содержания углерода в стали её коррозионная стойкость уменьшается, поэтому высокопрочная проволока и канаты из неё более подвержены коррозии, чем арматура из низкоуглеродистой стали. Следовательно, высокопрочную проволочную и канатную арматуру, а также стержневую арматуру с повышенным содержанием углерода (например из стали марки 80С) следует тщательно защищать от коррозии.

Процессы коррозии, сопровождающиеся снижением пластических свойств арматуры, особенно интенсивно протекают в напряжённой арматуре, например, при перерывах в бетонировании преднапряжённых жбк с натяжением арматуры на упоры, или несвоевременном инъецировании каналов при натяжении арматуры на бетон.

Термически и термомеханически упрочнённая арматурная сталь склонна к коррозионному растрескиванию, поэтому железобетонные изделия и конструкции с предварительно напряжённой арматурой из термоупрочнённых сталей не допускается применять для зданий и сооружений с агрессивной средой.

Свариваемость арматурных сталей – важная технологическая характеристика, так как большинство арматурных изделий изготавливается с применением различных видов сварки. На свариваемость большое влияние оказывает химический состав стали – малоуглеродистые стали (С≤ 0,25 % по массе) хорошо свариваются, с увеличением содержания углерода свариваемость ухудшается, повышается склонность к образованию в зоне сварочного шва хрупких закалочных структур и трещин. Содержание в низколегированных сталях до 0,3% Si; 0,8% Mn; 0,8% Cr улучшает свариваемость, при большем их количестве свариваемость сталей ухудшается.

Арматурные стали классов А-I(А240), А-II(А300), А-III(А400, А500), как правило, можно сваривать всеми видами сварки, хорошо сваривается сталь марки 10ГТ, при содержании углерода не более 0,2% сталь не воспринимает закалку, для арматуры из сталей марок Ст5 и 35ГС режим сварки тщательно подбирается для предотвращения закалки и перегрева.

Арматурные стали класса А-IУ(А600) марок 20ХГ2Ц, 20ХГСТ и класса А-У(А800) марки 23Х2Г2Т можно сваривать только контактной стыковой сваркой. Для этих сталей нельзя применять контактную точечную, дуговую сварки и прихватку пересекающихся стержней, а также приварку торцов стержней к плоским закладным деталям. Стыковые соединения указанных сталей класса А-IУ допускается выполнять ручной дуговой сваркой с соблюдением специальных требований. К предварительно напрягаемой арматуре нельзя ничего приваривать или прихватывать сваркой для предотвращения поджогов и образования закалочных структур. Стали марок 65ГС и 80С, применяемые для изготовления стержневой арматуры, относятся к не свариваемым всеми видами сварки.

Термоупрочнённые стали относятся к ограниченно свариваемым, так как высокая температуры и окисление при сварке приводят к разупрочнению (временное сопротивление снижается на 30…40 %), а в некоторых случаях и к повышению хрупкости. Холоднотянутая проволока классов В-I и Вр-I относится к ограниченно свариваемым сталям, а высокопрочная классов В-II и Вр-II относится к не свариваемым сталям.

Кратковременный нагрев всех видов арматурных сталей до температур среднего отпуска (400…500 ⁰С) при электротермическом способе напряжения арматуры практически не влияет на свариваемость и другие механические свойства сталей.

Технология сварки арматуры назначается в зависимости от класса и марки стали, вида сварного соединения в соответствии с нормативно технической документацией:

1. СН 393–78 «Инструкция по сварке соединений арматуры и закладных деталей железобетонных конструкций».

2. Рекомендации по применению в железобетонных конструкциях эффективных видов стержневой арматуры.– М.:Стройиздат, 1987.

3. ГОСТ 10922–90 Арматурные и закладные изделия сварные, соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Общие технические условия

4. ГОСТ 14098–91 Соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Типы, конструкция, размеры.

1.5 Упрочнение арматурной стали.

Физико-механические свойства арматурных сталей зависят от содержания в них углерода и легирующих добавок. Современные строительные конструкции должны изготавливаться из сталей более высокой прочности, чем это достигается только изменением химического состава. Увеличение содержания углерода не даёт должного эффекта, а увеличение содержания легирующих элементов приводит к значительному удорожанию арматуры и усложнению технологии на металлургических предприятиях. Более рациональным является упрочнение арматурных сталей в процессе их производства и на предприятиях сборного железобетона.

Применяют следующие способы упрочнения:

• Механические – волочение на металлургических предприятиях при изготовлении холоднотянутой проволоки и упрочнение вытяжкой стержневой арматуры на заводах сборного железобетона.

• Термический и термомеханический – применяют на предприятиях чёрной металлургии и на заводах жби.

Волочение производят путём протягивания проволоки через фильер –отверстие меньшего чем у проволоки диаметра. При этом поверхностный слой металла проволоки претерпевает пластические деформации, происходит изменение его структуры («ногартовка»), что повышает его прочность в 1,5…2,0 раза. Для получения холоднотянутой проволоки из горячекатаной стали (катанки) необходимо произвести 4-5 протяжек, каждый раз уменьшая диаметр фильера на 0,1 протягиваемого диаметра. Вначале берут катанку диаметром 6…6,5 мм и получают холоднотянутую проволоку диаметром 4 мм.

Перед волочением стержни катанки очищают от окалины и ржавчины травлением в 5…10 % растворе серной кислоты с последующей нейтрализацией в известковой воде и промывкой в проточной воде.

При волочении усилие вытяжки не должно быть выше усилия, соответствующего пределу текучести, но быть примерно равным ему. В процессе волочения отдельные зёрна металла меняют свою форму и сдвигаются друг относительно друга. Проволока удлиняется и упрочняется, приобретая при этом более высокое значение условного предела текучести, пластические свойства стали при этом несколько ухудшаются.

Упрочнение вытяжкой стержневой арматуры производят для армирования предварительно напряжённых железобетонных конструкций сталью марки 80С класса А-IУ(А800) при отсутствии высокопрочных термически упрочнённых свариваемых сталей.

В отдельных случаях практикуется упрочнение вытяжкой стали классов А-II(А300) и А-III(А400, А500) также при отсутствии металла нужного класса и с целью экономии за счёт замены стержней на меньший диаметр. При упрочнении вытяжкой также происходит пластическое деформирование металла и необратимо изменяется структура металла с увеличением прочностных характеристик – условного предела текучести и временного сопротивления ( и ).

При упрочнении арматурной стали класса А-II марки Ст5 контролируемая величина напряжения должна быть 450 МПа, а предельное остаточное удлинение не должно превышать 5,5%. При этом до упрочнения составляет 300 МПа, а после упрочнения – 450 МПа.

Для арматуры класса А-III соответственно величина напряжения при удлинении равна 550 МПа, а предельное удлинение составляет для стали марки 35ГС – 4,5%, а для марки 25Г2С – 3,5%. При этом величина условного предела текучести увеличивается с 450 МПа до 550 МПа.

Для стали марки 80С величина напряжения составляет 800 МПа, предельное удлинение 3,0%, а возрастает с 590 МПа до упрочнения до 800 МПа.

Состояние стали после холодной пластической деформации не является устойчивым. Дальнейший самопроизвольный рост прочности, понижение пластичности и ударной вязкости называется деформационным старением. Оно особенно быстро протекает при нагреве до 100 …250 ⁰С

Изменение механических свойств быстроохлажденных мягких сталей при естественном старении преимущественно вызывается перемещением атомов компонентов, растворенных в α-железе, а при искусственном старении – выделением из феррита новых фаз (третичный цементит, нитриды и оксиды железа) в высокодисперсном состоянии.

Особенно существенное влияние на упрочнение и понижение ударной вязкости и пластичности мягких сталей при старении оказывает азот вследствие большой разницы значений его растворимости в феррите при комнатной и высоких температур. Выделяющиеся с течением времени из твердого раствора частицы нитридов проникают в кристаллические зерна, препятствуя внутрикристаллическим сдвигам и тем самым повышают прочность, снижают пластичность и вязкость сталей. Сдвиги в кристаллических зернах, образовавшиеся при наклепе, облегчают выделение частиц из твердого раствора, поэтому старение особенно интенсивно протекает после наклепа. Вибрационная нагрузка тоже способствует старению. Если нет наклепа, то старение развивается медленно и при нормальной структуре и качестве металла хрупкость от старения даже в мостах, эксплуатируемых при вибрационных нагрузках, становится угрожающей только через 70…80 лет службы.

Введение в сталь присадок, связывающих азот и углерод, снижает старение. Для связывания углерода применяют титан и ванадий, для связывания азота – алюминий или титан.

Термическое упрочнение – нагрев стержней до заданной температуры (ниже температуры плавления), быстрое охлаждение (закалка) и последующий отпуск (нагрев до температуры ниже температуры закалки и медленное охлаждение).

Термоупрочнению подвергают углеродистые (содержащие более 0,2 % углерода) и низколегированные стали. В результате термического упрочнения горячекатаная сталь повышает и – становится прочней на 1-2 класса.

Чаще всего применяют закалку в воде с последующим отпуском. После закалки прочностные свойства повышаются, но повышаются внутренние напряжения и снижается пластичность. Последующий отпуск несколько снижает прочность, но структура становится однородней и увеличивается пластичность стали. При термическом упрочнении арматуры температура нагрева под закалку составляет 900…1000 ⁰С, а температура отпуска–350…450 ⁰С. Повышение температуры нагрева под закалку снижает прочность и пластичность стали. Температура нагрева под закалку обычно контролируется по величине удлинения стержней. После нагрева до заданной температуры стержень помещают на 10…15 с в ванну с водой, где он быстро остывает, затем вновь нагревают до температуры отпуска и охлаждают на воздухе.

Термическое упрочнение – весьма эффективный способ упрочнения и повышения физико-механических свойств арматуры, поэтому объём производства термоупрочнённых сталей растёт.

Термомеханическое упрочнение – технологически совмещённое упрочнение стали вытяжкой с последующим термическим упрочнением. Прочностные характеристики стали возрастают на 2 класса и более. Стали низких марок становятся высокопрочными и могут использоваться или со значительной экономией или для тяжело нагруженных конструкций.

Сталь класса А-I марки Ст3 имеет до упрочнения =235 МПа, =373 МПа, а после упрочнения– =440 МПа, =550 МПа (класс Ат-Ш или Ат400С).

Сталь класса А-II марки Ст5 имеет до упрочнения =294 МПа, =490 МПа, а после упрочнения– =500 МПа, =600 МПа (класс Ат-III или Ат500С).

Для более высоких классов можно привести следующий пример: сталь класса А-IУ марки 20ГС имеет до упрочнения =590 МПа, =785 МПа, а после упрочнения – =600…800 МПа, =800…1000 МПа соответственно класс Ат-1У (Ат600) и Ат-У (Ат800).

Освоение этого способа упрочнения позволяет повысить качество арматурных сталей железобетонных конструкций до уровня мировых стандартов, организовать на заводах жби производство облегчённых эффективных конструкций, экономить металл, экспортировать арматуру.

Термоупрочнённая арматура более эффективна за счёт повышения и , но у неё низкая стойкость против коррозионного растрескивания, что ведёт к ограниченному её применению. Для повышения надёжности термоупрочнённых стержней на их поверхности создаётся слой высоко отпущенного металла при нагреве поверхности в токах высокой частоты (ТВЧ) с последующим медленным охлаждением. В результате получается сталь класса Атп – термоупрочнённая пластичная, стойкость к коррозионному растрескиванию повышается до 2 порядков, такая арматура допускает сварку без разупрочнения стали в пределах стыка.

1.6 Приём и испытание арматуры на заводах жби.

Стержневую горячекатаную и термоупрочнённую арматуру принимают партиями, состоящими из профилей одного диаметра, одного класса, одной плавки-ковша и оформленными одним документом о качестве. Масса партии должна быть до 70 т. Допускается увеличивать массу партии до массы плавки-ковша.

Для контроля геометрических параметров арматурной стали и ее линейной плотности (массы стержня длиной 1 м) от партии отбирают:

- при поставке в стержнях - не менее 5% от партии;

- при поставке в мотках - два мотка.

Геометрические параметры арматурной стали проверяют измерительным инструментом необходимой точности. Диаметр и овальность арматурной стали определяют как среднее арифметическое значение трех измерений, проведенных на участке длиной 1 м. Высоту выступов определяют как среднее арифметическое значение измерений в середине двух соседних выступов каждого ряда рифления с точностью 0,01 мм. Шаг поперечных выступов и расстояние между окончаниями поперечных выступов определяют как среднее арифметическое значение трех измерений каждого рифления с точностью 0,1 мм. Размеры измеряют на расстоянии не менее 150 мм от конца стержня или не менее 3000 мм от конца мотка. Линейную плотность арматурной стали определяют как среднее арифметическое значение массы двух образцов длиной 1 м, взвешенных с точностью до 0,01 кг. Длину образца измеряют с точностью 0,001 м.

Для проверки химического состава стали отбирают одну пробу от плавки-ковша. Отбор проб - по ГОСТ 7565.

Для контроля механических свойств арматурной стали от партии отбирают для испытания на растяжение до и после электронагрева по два образца. Для испытания на изгиб от партии отбирают два образца.

Контроль временного сопротивления разрыву и условного предела текучести после электронагрева проводят при отсутствии в технологическом процессе специального отпуска или наличии отпуска с нагревом ниже температур, указанных в табл. 7.

Для контроля релаксации напряжений, усталостной прочности и изгиба с разгибом (при регламентации этих параметров по требованию потребителя) от партии отбирают для испытаний:

- на релаксацию напряжений и изгиб с разгибом - по четыре образца;

- на усталостную прочность - шесть образцов.

Отбор образцов для контроля механических свойств и испытаний на изгиб, а также на релаксацию напряжений, усталостную прочность и изгиб с разгибом проводят по ГОСТ 7564.

Контроль механических свойств допускается проводить неразрушающими методами в соответствии с нормативно-технологической документацией.

При получении неудовлетворительных результатов испытания хотя бы по одному из показателей, повторные испытания следует проводить по ГОСТ 7566.

Партия арматурной стали должна сопровождаться документом о качестве по ГОСТ 7566 с дополнительными данными:

- номинальный диаметр (номер профиля), мм;

- класс арматурной стали;

- механических свойств до и после электронагрева;

- минимальное среднее значение , и среднее квадратическое отклонение значений временного сопротивления разрыву и предела текучести в партии;

- результаты испытаний на изгиб в холодном состоянии;

- значения равномерного удлинения.

При регламентации по требованию потребителя релаксации напряжений, усталостной прочности и изгиба с разгибом в документе о качестве приводят результаты испытаний этих характеристик.

По требованию потребителя должен быть указан химический состав стали.

Каждая партия сопровождается документом о качестве по ГОСТ 7566-81 с дополнительными данными:

• номер профиля; класс;

• минимальное среднее значение и среднеквадратические отклонения в партии величин ( ) и ;

• результаты испытаний на изгиб в холодном состоянии;

• значения равномерного удлинения для стали класса А-IV (А600), А-V (800), А-VI (А1000).

Для проверки размеров и качества поверхности отбирают:

• при изготовлении арматурной стали в стержнях - не менее 5% от партии;

• при изготовлении в мотках - два мотка от каждой партии.

Для проверки на растяжение, изгиб и ударную вязкость от партии отбирают два стержня.

При получении неудовлетворительных результатов испытаний хотя бы по одному из показателей проводят повторные испытания по ГОСТ 7566.

Потребитель при наличии документа о качестве на продукцию высшей категории качества может не проводить испытания механических свойств. При необходимости проверки механических свойств от каждой партии проводится испытание шести образцов, взятых из разных пакетов или мотков и от разных профилей, и по результатам проверяется выполнение условий

где - среднее значение механических свойств по результатам испытаний шести образцов;

- браковочные значения величин

• - минимальное значение результатов испытаний шести образцов;

, – минимальное среднее и среднее квадратичное отклонение в каждой партии, гарантируемык предприятием-изготовителем.

Контроль качества упрочнённой вытяжкой арматуры класса А-IIIв производится путём испытания на растяжение от каждой партии одного диаметра массой до 10 т не менее 2 образцов от 2-х разных прутков в состоянии поставки, после вытяжки и после электронагрева упрочнённых стержней при электротермическом напряжении.

Для термоупрочнённой стали классов Ат-IУ, Ат-У, Ат-УI проверяются механические свойства стали до и после нагрева – не менее 2 прутков от каждой партии, которые нагревают до заданной температуры и охлаждают строго по принятой технологии. Затем от каждого прутка вырезают по 2 образца для испытания на растяжение: один от не нагреваемого конца, другой – из зоны электронагрева. Испытания проводят для определения временного сопротивления, условного предела текучести, относительного удлинения и относительного равномерного удлинения после разрыва. Механические свойства должны быть не менее браковочных величин для стали данного класса.

Проволоку принимают партиями. Партия должна состоять из проволоки одного диаметра, оформленной одним документом о качестве, в котором следует указывать:

• товарный знак или наименование и товарный знак предприятия-изготовителя;

• условное обозначение проволоки;

• результаты испытаний;

• количество мотков;

• номер партии;

• массу нетто партии;

• изображение государственного Знака качества для проволоки высшей категории качества.

Номинальный размер a, разность размеров a и a₁ (рис.6) и качество поверхности проволоки проверяют на каждом мотке.

Для проверки механических свойств проволоки и параметров профиля проволоки от партии должно быть отобрано 3% мотков, но не менее 5 мотков.

Для проверки разрывного усилия, относительного удлине­ния, числа перегибов, а также испытания на изгиб от каждой партии должно быть отобрано 10 % мотков (прутков), но не менее 5.

Для проверки усилия, соответствующего условному пределу текучести и прямолинейности, от каждой партии должно быть отобрано 3 % мотков (прутков), но не менее 3.

Проверку релаксационной стойкости проводят периодически не реже одного раза в 6 мес. на 3 мотках от партии, прошедшей приёмо-сдаточные испытания.

При получении неудовлетворительных результатов испытаний хотя бы по одному из показателей проводят повторные испытания на удвоенной выборке. Результаты повторной проверки распространяют на всю партию.

Канаты принимают партиями. Партия должна состоять из канатов одного диаметра, одного вида изготовления, должна иметь одинаковую кратность шага свивки и оформлена одним документом о качестве, содержащим:

• товарный знак или наименование и товарный знак предприятия-изготовителя;

• условное обозначение каната;

• номер партии;

• шаг свивки каната;

• результаты испытаний;

• массу нетто партии;

• номера (или количество) бухт;

• дату изготовления канатов.

Качество поверхности каната, диаметр и шаг свивки проверяют на каждой бухте.

Для проверки механических свойств, прямолинейности и нераскручиваемости каната от каждой партии отбирают 3% бухт, но не менее трех бухт с одним отрезком каната.

Проверку релаксации проводят периодически не реже одного раза в полгода.

При получении неудовлетворительных результатов испытаний хотя бы по одному из показателей, по нему проводят повторные испытания на удвоенной выборке, результаты повторных испытаний распространяют на всю партию.

1.7 Тенденции развития производства арматурной стали и перспективные разновидности арматуры

Обычная арматура периодического профиля для армирования жбк является самым массовым видом высокопрочной стали. Несмотря на имеющуюся в мире тенденцию к сокращению производства стального проката объём выпуска арматурной стали за последние 20 лет вырос почти вдвое. Годовой выпуск арматуры периодического профиля для ненапрягаемых жбк достиг 60 млн. т при повышении эксплуатационных свойств такой арматуры.

Во всех Европейских странах начиная с 1991 года полностью перешли на производство и применение в обычном железобетоне арматуры класса А500С. Это унифицированная свариваемая арматура, имеющая в соответствии с требованиями Евростандарта ЕN 10080 химический состав, определяемый содержанием углерода не более 0,22% и углеродного эквивалента не более 0,5%.

Эта арматура выпускается термомеханически упрочнённой в потоке проката, горячекатаной с микролегированием или холоднодефор-мированной (рис. 13). Способ производства и нижние границы химического состава выбираются заводом изготовителем исходя из гарантий свариваемости без разупрочнения, пластичности (удлинение после разрыва не менее 14% и угол загиба вокруг оправки диаметром 3d не менее 180⁰) а также нормируемой выносливости и др. показателей. Применение такой арматуры вместо А400 обеспечивает 10% экономию стали в строительстве.

Рис. 13 Диаграммы растяжения арматурных сталей: 1 – А240, 2 – А400, 3 – Ат500С, 4 – А500С.

В России с 1993 г начались работы по созданию и освоению производства и применения унифицированной свариваемой арматуры класса А500С. Необходимость перехода на такую арматуру серповидного профиля с С ≤ 0,22 % определяется целым рядом причин:

• Применяемая горячекатаная арматура класса А400 марки 35ГС и в ряде случаев марки 25Г2С после дуговой сварки становится склонной к хрупкому разрушению. В результате большинство аварий жбк в процессе монтажа происходит из-за дуговой сварки, особенно «прихваток» этой арматуры. По международным нормам сталь, содержащая С ≥ 0,3% считается не свариваемой. Поэтому главная причина перехода на сталь А500С – безопасность людей и сооружений.

• Переход на А500С позволяет экономить не менее 10% стали, так как её расчётное сопротивление на 23% больше, чем у А400.

• Термомеханическое упрочнение низкоуглеродистых сталей формирует их уникальную структуру, обеспечивающую высокую прочность и локальную пластичность. Это позволяет применять А500С взамен других классов арматуры А240, А300, А400 и во всех регионах России, а также в закладных деталях, монтажных петлях и др. арматурных изделиях – следовательно, любое предприятие может работать на одном классе арматуры.

• Себестоимость термомеханически упрочнённой стали А500С значительно ниже, чем у горячекатаной стали марок 35ГС, 25Г2С, поэтому цены на неё не выше, чем у горячекатаной стали класса А400.

Производство арматуры А500С путём термомеханического упрочнения в потоке проката обеспечивает экономию до 500…600 рублей на 1т за счёт сокращения расхода легирующих добавок и применения полуспокойной стали. Переход на европрофиль сокращает расходы на изготовление прокатных валков, так как их износ уменьшается на 20…30%. Поэтому отпускная цена стали А500С не выше, чем у стали марки 35ГС. Химический состав стали А500С соответствует нормам всех стран мира (табл.14), поэтому она может поставляться на экспорт

Таблица 14

Страна	Класс и диаметр, мм	Содержание,%					Углеродный эквивалент Сэкв, %
		C	Si	Mn	S	P
		Не более
США,	Gr60, 10-55	0,3	0,5	1,5	0,045	0,035	≤ 0,55
Англия	В460, 8-40	0,25	-	-	0,05	0,05	≤ 0,51
Германия	BSt500,6-40	0,22	-	-	0,05	0,05	≤ 0,50
СНГ	А400, 6-40 25Г2С 35ГС	0,29 0,37	0,90 0,90	1,6 1,2	0,045 0,045	0,04 0,04	≤ 0,62
Россия	А500С, 6-40	0,22	0,90	1,6	0,05	0,05	≤ 0,50
Евронормы	В500, 6-40	0,22	-	-	0,05	0,05	≤ 0,50

Сегодня одной из главных проблем изготовления сборного и монолитного железобетона является нехватка или отсутствие современного оборудования для арматурных работ. При изготовлении монолитного железобетона до 10% стали перерасходуется на стыки, выполняемые внахлёстку. Применение ванной и дуговой сварки протяжёнными швами удорожает и усложняет арматурные работы за счёт необходимости большого расхода электроэнергии, значительной трудоёмкости этих работ, отсутствия гарантии качества и наличия проблем с техникой безопасности.

В большинстве Европейских стран вместо сварки применяют муфтовые соединения (рис.14), для этого на торцы стержней накатывается резьба и они соединяются муфтами длиной (2…4)d.

Р ис.14 Винтовая арматура с крепёжными элементами: 1 – анкерная гайка, 2 – соединительная муфта, 3 – контрагайка.

Кроме этого, применяется опрессовка втулок переносными прессами, которые для прутков малых диаметров умещаются в переносном ранце, а для стержней d≥20 мм устанавливаются на опалубке или подмостях. В настоящее время разработано подобное отечественное оборудование, эти соединения оказываются проще и дешевле, чем соединения арматуры винтового профиля, которая сама по себе дороже арматуры обычного профиля.

Для производства сеток в настоящее время применяются не только современные сварочные машины, но и оборудование для изготовления вязаных сеток.

Напрягаемая арматура по Евронормам ЕN 10138 должна характеризоваться следующими свойствами (табл.15 )

Таблица 15

Вид арматуры и диаметр, мм			Еа
	МПа			%	% sp
	Не менее			Не более
Стержни, d≤15	1100	900	205050	3,5	6
Стержни, d=20-40	1030	835	- « -	- « -	4
	1230	1050	- « -	- « -	4
Проволока d=3-5 d=6 d=7,8 d= 10	1860	1600	- « -	- « -	2,5
	1770	1520	- « -	- « -	- « -
	1670	1435	- « -	- « -	- « -
	1570	1300	- « -	- « -	- « -
Канаты d=7-13 d=15,2-18	1860	1600	195000	- « -	- « -
	1770	1520	- « -	- « -	- « -

Примечания:

1.для проволоки и канатов при _sp=0,8 _в за 1000 ч _рел=4,5%, а для стержней – 6%.

2.регламентируется также минимальная величина отношения / , которая для проволоки d=5…7 мм и семипроволочных канатов всех размеров равна 0,86.

Низкие потери напряжения от релаксации определяются высоким расчётным пределом упругости, величина которого составляет около 0,8 . Соответственно условный предел упругости ≥ (0,90…0,95) . Фактически вся высокопрочная арматура изготавливается стабилизированной, этот термин за рубежом не используется, а называется такая арматура релаксационно стойкой или с низкими потерями от релаксации. Обязательно испытывается арматура на выносливость, коррозионную стойкость и на растяжение с изгибом, результаты которых указываются в сертификате.

Из выпускаемых в России видов высокопрочной проволочной арматуры только Череповецкая стабилизированная проволока d=5 мм соответствует требованиям Евронорм, но не по всем показателям. Поэтому необходимо привести в соответствие с международными требованиями действующие стандарты и технологию высокопрочной проволоки.

Стержневая напрягаемая арматура выпускается в России в больших объёмах, чем во всех других странах, так как используется для изготовления массовых сборных конструкций с натяжением на «упоры» арматуры классов Ат800, Ат1000 и А800 диаметром 10-18 мм. При этом в силу технологических особенностей такого производства использование более прочной арматуры мало эффективно, а потери напряжения от релаксации в основном происходят в процессе изготовления преднапряжённых изделий.

При разработке ГОСТ 10884-94 были учтены требования международных стандартов к напрягаемой стержневой арматуре классов Ат800, Ат1000, Ат1200, для которой включены требования:

• ≥0,85 , ≥0,85 ,

• Релаксация напряжений за 1000 часов при температуре 20⁰С не более 4% от напряжения, составляющего 0,7 ,

• Арматурная сталь этих классов должна выдерживать без разрушения 2 млн циклов напряжения равного 0,7 , при интервале напряжения 195 МПа

Необходимо отметить, что стержневая арматура этих классов прочности диаметром 32-40 мм выпускается ограничено в виде горячекатаных стержней А800, для которой потери напряжения от релаксации и выносливость не нормируются, а =0,76 . Для обеспечения этих показателей на мировом уровне необходимо проводить механотермическое упрочнение вытяжкой и низкотемпературным отпуском.

Кроме того, арматура классов А800, Ат800, Ат1000, Ат1200 дефицитна и дорога вследствие нехватки и дороговизны легирующих материалов. В отечественной арматуре содержание легирующих добавок в 1,3-4,2 раза больше, чем в зарубежных аналогичной прочности, а содержание углерода, напротив, в 2,6-3,8 раза ниже. В связи с этим целесообразно изготавливать напрягаемую мерную арматуру из высокоуглеродистых сталей, которая имеет следующие преимущеста:

• Экономичность,

• Лучшая однородность механических свойств,

• Существенно выше и как в горячекатаном, так и в термоупрочнённом состояниях.

Неметаллическая арматура наиболее перспективна в качестве напрягаемой арматуры. Это связано с тем, что дальнейшее значительное повышение прочности стальной арматуры маловероятно в ближайшем будущем. В то же время повышение величины предварительного напряжения каждого арматурнорго элемента значительно уменьшает сечение и массу преднапряжённых конструкций особенно больших пролётов до 100…200 м. Кроме того, высокопрочную стальную арматуру при натяжении на бетон необходимо специально защищать от коррозии особенно в условиях жаркого и влажного климата, тогда как углепластиковая арматура стойка во всех агрессивных средах. Поэтому во всех странах ведутся работы по освоению производства и применения неметаллической арматуры из специальных видов стеклопластика, кевлара,

углепластика и др.

Наиболее перспективной является углепластиковая арматура, которая изготавливается из высокомодульных углеродных волокон с ≥4000 МПа и модулем упругости 3*10⁵ МПа. В ряде стран уже производятся арматурные элементы из углепластиковой арматуры d=6-15 мм с ≥2000 МПа и модулем упругости 2,1*10⁵ МПа (рис.15). Главным препятствием к производству и применению такой арматуры является её высокая цена, превышающая стоимость стальной проволоки в несколько раз.

Рис. 15 Диаграммы растяжения неметаллической и стальной арматуры:

1 – углепластиковая d = 5 мм,

2 – углепластиковая d = 12 мм,

3 – высокопрочная проволока и канаты d = 5 и 15 мм,

4 – стеклопластиковая и базальто-пластиковая арматура d = 5 мм.

В обычном железобетоне применение в качестве арматуры неметаллических материалов также будет развиваться как в виде фибры, так и обычной арматуры (стеклопластик, полипропиленовые, базальтовые и др. волокна).

В настоящее время стеклопластиковая арматура используется в изделиях крупнопанельного домостроения. Для повышение термического сопротивления наружных стен применяются трёхслойные панели, соединение слоёв тяжёлого бетона, между которыми находится эффективный утеплитель, организуется гибкими связями. Для таких связей наиболее перспективны стеклопластиковые композиции, у которых теплопроводность в 100 раз меньше, а прочность и коррозионная стойкость в 2…3 раза выше, чем у стали. Бийский завод стеклопластиков изготавливает такую арматуру по ТУ 2296-001-20994511 с цилиндрическими анкерными уширениями, обеспечивающими надёжное защемление арматуры в бетоне и растворе. Изготавливается из алюмоборсиликатного стекла и эпоксидной смолы (ЭД-20, ЭД-22) путём пропитки стекловолокна смолой, формования и отвердевания. Получается монолитная полимерная матрица (водопоглощение 0,02…0,03%), надёжно защищающая стекловолокно от щелочной среды влажного бетона или раствора. Выпускается арматура диаметром 2…10 мм, в основном 5,5 мм для кирпичных стен и 7,5 мм для железобетонных наружных стеновых панелей. Применение такой арматуры возможно во всех климатических зонах России, технические характеристики её: =1400 МПа, = 1300 МПа, R_сж = 890 МПа, Е_рас =50000 МПа, Е_сж = 40000 МПа, относительное удлинение после разрыва 2,8 %, коэффициент линейного температурного расширения 0,6*10^{-5 о}С^-1, коэффициент теплопроводности 0,48 вт/м*К. Величина выдёргивающего усилия зависит от класса бетона по прочности при сжатии и глубины анкеровки (табл.16)

Таблица 16

Глубина анкеровки	Усилие выдёргивания, кН, при классе бетона по прочности на сжатие
	В15	В20	В25	В30	В35	В40
40 мм	4,5	5,3	6,1	6,5	7,2	8,1
60 мм	6,1	7,6	9,5	10,8	12,1	12,9
80 мм	9,7	11,8	13,2	14,9	16,1	17,5

Установка гибких связей при изготовлении наружных стеновых панелей является ответственной операцией. После укладки нижней сетки формуют нижний слой панели из тяжёлой бетонной смеси, который выдерживают 1,5 часа для первоначального загустевания бетона. Затем укладывают плитный утеплитель и протыкают его связями из стеклопластиковой арматуры. При этом начальная прочность бетона не позволяет утеплителю разрушаться и погружаться в него. Окончательно связи устанавливают ударным погружением (молотком) их в нижний слой бетона. Для обеспечения требуемой глубины заделки устанавливают на стеклопластиковые связи технологические ограничители. Далее, на короткое время включают виброплощадку, что обеспечивает хорошее сцепление бетона со связями.