Класифікація арматурних сталей і застосування їх

Арматурні сталі поділяють на класи залежно від міцності, марки та хімічного складу сталі, хоча до даного класу арматури можуть входити також сталі різних марок., міцність яких однакова. Як ненапружувану застосовують стержньову арматуру класів А-І, А-ІІ, Ас-ІІ, А-ІІІ, А-ІІІв, Ат-ІІІс, А-ІV, Ат-ІV, Ат-ІVс, Ат-ІVк і дротяну класу Вр-І. До класу А-ІІІ, наприклад, входять дві марки сталі: 25Г2С та 35ГС. Кремнемарганцева низьколегована сталь 25Г2С містить 0,25% вуглецю (перша цифра), легована марганцем (літера Г), вміст якого може досягати 2% (друга цифра), та кремнієм (літера С — сіліціум). Аналогічним є позначення марки сталі 35ГС, яка містить більше вуглецю.

Основною робочою арматурою конструкцій без попереднього напружування є арматура класів А-ІІІ, А-ІІІс — стержньова гарячекатана періодичного профілю діаметром 6...40 мм і арматурний дріт класу Вр-І. Тимчасовий опір арматури класу А-ІІІ становить 590 МПа, межа міцності не нижча за 385 МПа, відносне видовження при розриві 14%. Як робочу можна застосовувати також гарячекатану арматуру періодичного профілю класу А-ІІ діаметром 10...40 мм з тимчасовим опором 490 МПа і видовженням при розриві 19%.

Гладку гарячекатану арматуру із сталі класу А-І використовують як поперечну робочу, конструктивну та монтажну, а також для монтажних петель. Випускають її діаметром 6...40 мм. Вона має номінальну межу текучості 240 МПа і видовження при розриві до 20%.

Холоднотягнений низьковуглецевий періодичного профілю дріт Вр-І діаметром 3; 4 і 5 мм використовують для виготовлення зварних сіток і як поперечну арматуру зварних каркасів. Тимчасовий опір дроту — 525...550 МПа. Площинки текучості ця сталь не має.

Для армування попередньо напружених конструкцій використовують стержньову гарячекатану леговану арматуру періодичного профілю А-V, Ат-V, А-VІ та Ат-VІ діаметром 10...25 мм. У разі дії агресивного середовища слід застосовувати стержньову арматуру класів Ат-Vк, Ат-Vск та Ат-VІк.

Літера “т” означає, що сталь цього класу піддано термічному та термомеханічному зміцненню; літера “с” вказує на можливість стикування стержньової арматури зварюванням, а літера “к” — на підвищену стійкість проти корозійного розтріскування. До класу А-VI входять сталі марок 80С та 20ХГ2С (літери Х — хром, Ц — цирконій). Тимчасовий опір арматури цих класів змінюється в межах 900...1200 МПа, межа текучості — 600...1000 МПа, видовження при розриві — 6...8%. Ці сталі не мають площинки текучості. Допускається застосовувати як напружувану арматуру сталь класу А-ІІІв, зміцнену витягуванням, а також класів A-IV, Aт-IV, Aт-ІVк.

Рис. 2.2 Нове маркування арматури

 

Стержньова арматура періодичного профілю класів А-ІІІ...А-VІІ має однаковий рисунок виступів. Тому, щоб їх розрізняти, раніше кінці стержнів фарбували незмиваними фарбами різних кольорів. Нині промисловість випускає маркіровану арматуру періодичного профілю. Марки наносять під час прокатування з кроком не більше як 1 метр. Клас арматурної сталі визначається числом поперечних ребер (рис. 2.2) між двома опуклими позначками, включаючи одну з них.

Найефективнішими для напружених конструкцій при довжині понад 12 м є високоміцний вуглецевий холоднотягнутий термічно зміцнений гладкий дріт класу В-ІІ і дріт періодичного профілю класу Вр-ІІ діаметром 3...8 мм. Тимчасовий опір дроту — 1700...2400 МПа залежно від діаметра, видовження при розриві — 4...6%. При цьому меншому діаметру відповідає більша питома міцність, оскільки під час протягування найбільше зміцнюється поверхневий шар дроту.

З дроту В-ІІ виготовляють семидротяні канати класу К-7 діаметром 4,5...15 мм (рис 2.3), видовження яких при розриві досягає 15% і канати класу К-19. Для великопрольотних конструкцій використовують багатониткові канати або пучки з високоміцного дроту.

 

Арматурні зварні та дротяні вироби і способи

Армування

Конструкції можуть бути армовані зварними каркасами та сітками, в’язаною арматурою з окремих стержнів, жорсткою арматурою з прокатних профілів, дротяною канатною або пучковою напружуваною арматурою (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Армування залізобетонних конструкцій: а та б — зварними сітками; в — в’язаною арматурою з окремих стержнів; г — зварними каркасами; д — жорсткою арматурою; е — напружуваною стержньовою арматурою; ж — напружуваною дротяною арматурою; з — семидротовий канат Æ15К-7; и - переріз канату з арматурним пучком з 25 дротин Æ6 мм; 1 — арматура робоча; 2 — арматура розподільна; 3 — арматура монтажна; 4 — петлі для піднімання конструкцій; 5 — поздовжня робоча арматура; 6 — жорстка арматура; 7 — поперечна арматура; 8 — арматурні оцупки в анкері

 

Найбільш індустріальним способом є армування залізобетонних конструкцій зварними каркасами та сітками. Стержні з’єднуються між собою точковим зварюванням, що дає можливість застосовувати автоматичні і напівавтоматичні зварювальні агрегати. На рис. 2.4, а показано армування фрагмента монолітного ребристого перекриття зварними сітками та каркасами.

Зварні сітки можуть бути рулонними з поздовжньою (рис. 2.4,б) або поперечною робочою арматурою з дроту класу Вр-І діаметром 3...5 мм. Для сіток з поперечною робочою арматурою використовують стержні класу А-ІІІ діаметром 6...9 мм. Як розподільну арматуру використовують дріт класу Вр-І діаметром 3...5 мм. Застосовуються і плоскі сітки з робочою арматурою в одному чи у двох напрямках (рис. 2.4, в).

Залежно від діаметра стержнів сітки поділяють на легкі зі стержнями діаметром 3...10 мм і важкі зі стержнями діаметром 12...40 мм.

Рулонні сітки випускаються шириною А=1040...3630 мм. Довжина сіток L регламентується масою рулону (100...150 кг). Плоскі сітки мають довжину L=850...11950 мм і ширину А=650...3050 мм.

Зварні сітки маркують. Марка сітки містить таку інформацію: Х — тип сітки; С — зварна сітка; d₁ та V — відповідно діаметр та крок поздовжньої арматури; d₂ та U — діаметр та крок поперечної арматури; А — ширина сітки; L — її довжина; С₁ та С₂ — довжина вільних кінців відповідно поздовжніх та поперечних стержнів. Наприклад, марка сітки показує, що це зварна рулонна сітка (Ср) типу 4; поздовжня робоча арматура з дроту класу Вр-І діаметром d₁=4мм розташована з кроком V=200 мм; розподільна (монтажна) арматура діаметром d₂=4мм з дроту класу Вр-І з кроком U=300 мм; ширина сітки А=1290 мм, а довжина L визначається проектом; довжина вільних кінців поздовжніх стержнів С₁ визначається під час розрізування сітки; довжина вільних кінців поперечної арматури С₂=45 мм. При цьому величину А обчислюють так: Uх4 + С₂ х 2 = 300 х 4 + 45 х 2 = 1290 мм.

Марка вказує, що ця сітка рулонна зварна типу 5 з поперечною робочою арматурою класу А-ІІІ діаметром d₂=8 мм розташована з кроком 150 мм; поздовжня розподільна арматура з дроту класу Вр-І діаметром d₁=4 мм з кроком V=200 мм; ширина сітки А=3030 мм, довжина вільних кінців поперечної арматури С₂=15 мм, а довжина вільних кінців поздовжньої арматури С₁ визначається під час розрізування сітки.

На відміну від рулонних для плоских сіток зазначають фіксовані значення А (ширину) та L (довжину).

 

Рис. 2.4. Зварні каркаси та сітки: а — армування монолітного ребристого перекриття; б — рулонна сітка з поздовжньою робочою арматурою; в — плоска сітка з робочою арматурою у двох напрямках; г — перерізи плоских і просторових каркасів: 1 — поздовжня робоча арматура; 2 — поперечна робоча арматура; 3 — робоча арматура плити; 4 — розподільна арматура; 5 — монтажна арматура; 6 — хомути

 

Зварні каркаси виготовляють плоскими або об’єднують у просторові за допомогою монтажних стержнів (рис. 2.4, г). Поздовжні робочі стержні розміщують в один або у два ряди, з одного або з двох боків від поперечних стержнів. Для контактного точкового зварювання і забезпечення зчеплення з бетоном однобічне розміщення поздовжньої і поперечної арматури краще.

Мінімальний розмір кінцевих випусків поздовжніх і поперечних стержнів у зварних сітках та каркасах має становити С³0,5d₁ + d₂ або С³0,5d₂+ d₁ і не менш як 15 мм.

Допускається використовувати в’язану арматуру, яка складається з окремих поздовжніх і поперечних стержнів (хомутів), а іноді і з відігнутих стержнів, з’єднаних у місцях перетину в’язальним дротом (рис. 2.5, а).

Метод армування в’язаною арматурою має свої переваги і недоліки. При цьому методі виключається концентрація напружень у зонах точкового зварювання, а також усувається небезпека перепалювання поперечних стержнів, що спостерігається у зварних виробах. З іншого боку цей метод армування потребує великих витрат ручної праці.

Рис. 2.5. Армування конструкцій окремими стержнями: а — в’язаний арматурний каркас; б — колона із спіральною арматурою; 1 — в’язальний дріт; 2 — спіральна арматура; 3 — поздовжня арматура

 

Застосування напружуваної арматури для армування ЗБК усуває один із головних недоліків залізобетону — утворення в процесі експлуатації тріщин в розтягнутій зоні або зменшує надмірне розкриття їх. Попередньо напружені конструкції довжиною до 12 м доцільно армувати стержньовою арматурою, оскільки стержні виробляють завдовжки 13,2 м. У цьому разі стикувати робочу арматуру не потрібно. При довжині конструкції понад 12 м слід використовувати дротяну арматуру класу Вр-ІІ або канати класів К-7 та К-19.

Внаслідок позацентрового обтискування елемента несиметричною арматурою на одній з граней його перерізу виникають розтягувальні напруження, які можуть призвести до утворення тріщин. Якщо поява тріщин у зоні, стиснутій у стадії експлуатації, не допускається, то потрібно встановлювати напружувану арматуру, тобто застосовувати подвійне напружене армування (див. рис. 2.3).

Для армування конструкцій застосовують також жорстку арматуру (прокатні профілі), яку використовують як несучий каркас, що сприймає навантаження від підвісної опалубки, свіжоукладеного бетону і монтажні (рис. 2.3, д). Іноді буває доцільним зовнішнє армування конструкцій (наприклад, балок покриттів і підкранових балок для мостових кранів) листовою арматурою (сталебетонні конструкції).

Вивчається також можливість використання трубобетону — різновиду залізобетону, арматурою якого є тонкостінна сталева труба, що заповнюється бетоном і має з ним зчеплення.

У деяких конструкціях, наприклад у залізобетонних трубах, у стиснутих колонах при невеликих ексцентриситетах, ефективно використовувати спіральне армування (рис. 2.5, б).

Армоцемент - це будівельний композитний матеріал, що складається з тонких сталевих сіток та дрібнозернистого бетону. За структурою армоцемент - різновид залізобетону, але відрізняється від нього заповнювачем та характером армування. Перерізи армоцементних конструкцій як правило криволінійні або складчастої форми.

Армоцементні конструкції виготовляють з дрібнозернистого бетону, армованого густо розташованими тонкими зварними або тканими сітками. Таке армування називають дисперсним. Якщо необхідно підвищити міцність перерізу конструкції, допускається часткова заміна сітчастої арматури стержнями, які розташовують в ребрах або потовщеннях, що утворюються на пересіченні нахилених та горизонтальних площин конструкції. Таке армування називають комбінованим.

За умовами тріщиностійкості перерізів, обмеження ширини розкриття тріщин, надійного їх закриття та прогину конструкції, основна робоча арматура у вигляді високоміцних тканих сіток або дроту може бути попередньо напруженою.

Дрібнозернистий бетон разом з тонкими сталевими сітками дає можливість виготовляти елементи завтовшки 10...30 мм.

Бетон, армований сталевими фібрами, називають сталефібробетоном. Фібри можуть бути прямолінійні гладкі, періодичного профілю і з потовщеннями на кінцях, а також у вигляді кілець, петель, зиґзаґів. Виготовляють їх з маловуглецевого сталевого дроту діаметром 0,2...1 мм. Довжину фібри встановлюють в залежності від прийнятого співвідношення між довжиною фібри та її діаметром l/d. Як показують експериментальні дослідження найефективніше значення l/d=80...120. Армування фібрами, як правило, становить 0,5...4% за об’ємом. Розмір зерен заповнювачів приймають не більшим за 1/3 довжини фібр. Дискретне розташування фібр від 1,25 до 2,5% в бетоні підвищує його тріщиностійкість на 30...80%. Міцність сталефібробетону на осьовий розтяг порівняно із звичайним важким бетоном збільшується мало, а на розтяг при згині — у 3...4 рази. Фібри ефективно підвищують міцність бетону при ударі, його морозостійкість, водонепроникність, тобто сприяють довговічності конструкції.

Стикування арматури

 

Арматурні стержні і зварні рулонні сітки стикують електрозварюванням або унапусток. Стержні стикують унапусток, перепускаючи їх на величину l > l_an, де l_an визначають за формулою . Тут w_an дорівнює 0,9 та 0,65 для стержнів періодичного профілю та 1,55 і 1 для гладких; l_an відповідно дорівнює 20 та 12; l_an не менш як 250 та 200 мм (перші значення для розтягнутої арматури в розтягнутому бетоні, другі — для стиснутої або розтягнутої арматури в стиснутому бетоні). На кінцях гарячекатаних гладких стержнів класу А-І загинають гаки, на довжині стику ставлять додаткову поперечну арматуру, площа якої має становити не менш як 50% площі арматури, що стикується (рис. 2.6, а).

Рис. 2.6. Стикування стержнів та сіток унапусток і стержнів зварюванням: а — стержнів; б — сіток у напрямі робочої арматури; в — те саме, у напрямі розподільної арматури; г — стикування стержнів зварюванням устик; д — ванним зварюванням; е — з накладками при односторонніх швах; ж — те саме, при двосторонніх швах; з - унапусток при односторонніх швах; 1 — додаткові хомути площею не менш ніж половина площі арматури, що стикується; 2 — в’язальний дріт; 3 — робоча арматура; 4 — розподільна арматура

 

Кількість стикованої в перерізі арматури має не перевищувати 50% усієї арматури при стержнях періодичного профілю і 25% при гладких стержнях класу А-І. У центрально розтягнутих стержньових елементах стикувати робочу арматуру унапусток не допускається.

Довжину напуску сіток l у напрямі робочої арматури визначають розрахунком (рис. 2.6, б). Якщо робоча арматура сіток періодичного профілю класу А-ІІІ, то поперечних стержнів у зоні стику не ставлять. Довжину напуску сіток у напрямі розподільної арматури приймають 50 або 100 мм залежно від діаметра розподільної арматури (рис. 2.6, в).

Контактним зварюванням стикують стержні, виготовляючи каркаси з арматури класів А-І, А-ІІ та А-ІІІ діаметром 10...40 мм або заготовляючи напружувану арматуру класів А-ІV, A-V, Aт-IVc та Ат-Vск діаметром 10...25 мм (рис 2.6, г). Стержні діаметром 20...40 мм під час монтажу збірних залізобетонних конструкцій з’єднують ванним зварюванням (рис. 2.6, д). Практикують також стикування арматури з накладками зі стержнів, проте ці стики не завжди можна розмістити в опорних перерізах конструкцій і, крім того, влаштування таких стиків погіршує умови бетонування (рис. 2.6, е... ж).

Нині застосовують спосіб стикування стиснутих стержнів періодичного профілю з’єднуванням сталевою перфорованою трубкою, заповненою розчином.

 

Контрольні запитання

1. Як класифікують арматуру за функціональним призначенням?

2. Для чого призначені поздовжня та поперечна робочі арматури?

3. Для чого призначена конструктивна арматура?

4. Для чого призначена монтажна арматура?

5. Як поділяють арматуру за способом виготовлення та за видом поверхні?

6. Викресліть діаграму напруження – деформації для гарячекатаної арматури та поясніть її.

7. Викресліть діаграму напруження – деформації для термічно зміцненої арматури та поясніть її.

8. Викресліть діаграму напруження – деформації для дротяної арматури та поясніть її.

9. Охарактеризуйте зварюваність та холодноламкість арматури.

10. Як впливає високотемпературний нагрів на арматурну сталь?

11. Які класи арматури Ви знаєте? Як їх розрізнити між собою?

12. Яку арматуру застосовують для виготовлення попередньо напружених залізобетонних конструкцій? Чому?

13. Яку арматуру використовують для виготовлення залізобетонних конструкцій без попереднього напружування? Чому?

14. Розшифруйте запис марки сталі 20ХГ2Ц.

15. Як відрізнити за зовнішнім виглядом арматуру класу А-ІІ від арматури класу А-ІІІ?

16. Як розрізнити між собою за зовнішнім виглядом арматуру класів А-ІV…А-VІІ?

17. Для яких арматурних виробів використовують арматуру класу Вр-І?

18. Яку арматуру використовують як поперечну?

19. Яку арматуру використовують як монтажну та конструктивну?

20. Охарактеризуйте арматуру класів К-7 та К-19.

21. Які зварні сітки використовують для армування плит? Дайте їх характеристику.

22. Розшифруйте марку сітки .

23. Розшифруйте марку сітки .

24. Яким способом можна виготовляти сітки для армування залізобетонних конструкцій?

25. Яким способом можна виготовляти каркаси для армування залізобетонних конструкцій?

26. Який мінімальний розмір кінцевих випусків поздовжніх та поперечних стержнів у зварних сітках і каркасах?

27. Опишіть метод армування в’язаною арматурою. Які його переваги та недоліки?

28. При яких прольотах конструкцій використовують стержньову, а при яких дротяну попередньо напружувану арматуру? Чому?

29. У яких випадках попередньо напружувану арматуру необхідно встановлювати у стиснутій зоні елементів, що працюють на згинання?

30. У чому полягає суть сталефібробетону?

31. Які існують способи стикування арматури?

32. Як стикують арматурні стержні унапусток?

33. Як стикують арматурні сітки унапусток?

34. Яку арматуру і як можна стискувати зварюванням?

Р о з д і л 3

Залізобетон