Физико-механические свойства арматурных сталей

Они зависят от химического состава стали, из которой сделана арматура, способа изготовления и обработки.

Характеристики прочности и деформативности арматуры опре­деляют по диаграмме , получаемой путём испытаний стан­дартных образцов. Арматурные стали условно подразделяются на "мягкие", основной гарантированной характеристикой которых яв­ляется предел текучести σ_у, и "твёрдые" с основной гарантирован­ной характеристикой в виде временного сопротивления разрыву σ_и.

Зависимость между напряжениями и деформациями при растя­жении образцов горячекатаной арматуры из малоуглеродистой ста­ли марки Ст3 ("мягкая" сталь) определяется следующей диаграм­мой (рис. 3.1 а).

Поскольку при сжатии диаграмма деформирования стали суще­ственно отличается от диаграммы при растяжении (рис. 3.16), то для сжатых образцов с уверенностью можно говорить лишь о преде­ле текучести; величину временного сопротивления при сжатии уста­новить практически невозможно.

Рис. 3.1. Диаграмма деформирования малоуглеродистой стали: а — при растяжении; б — при сжатии

Во избежание чрезмерных деформаций в конструкциях горячекатаная арматура может быть использована в них до напряжений σ_s < σ_у. Значит, основной характеристикой прочности для "мягких" сталей является σ_у, для "твёрдых" — σ_и.

Увеличение содержания углерода в арматурной стали сверх 0,5% значительно снижает её пластические свойства и ухудшает сварива­емость. Поэтому дальнейшее повышение σ_у и σ_и горячекатаной ста­ли достигается легированием. В строительстве в основном применя­ются низколегированные арматурные стали с общим содержанием легирующих добавок обычно не более 2%.

Легированные стали переходят в пластическую стадию без площадки текучести. Для арматуры без физической площадки текучести определяется условный предел текучести σ_0,2, то есть напряжение, при котором остаточные относительные деформации 0,2%. Деформации ε – 0,02% соответствуют пределу упругости (σ_е).

Однако, многие легиру­ющие добавки, повышая прочность стали, одновременно снижают её деформативность, ухудшают свариваемость и др. полезные свой­ства, повышают стоимость.

В связи с этим для повышения прочности стали, кроме легиро­вания используется также термообработка. При этом сначала осу­ществляется закалка арматурной стали (нагрев до температуры 800...900°С и быстрое охлаждение), а затем отпуск (нагрев до тем­пературы 300...400°С и медленное плавное охлаждение). Причём за­калке могут быть подвергнуты стали, содержащие не менее 0,25% углерода.

Упругие свойства металла определяются модулем упругости E = tg α, где α – угол наклона линии деформирования металла к оси абцисс и пределом упругости σ_е.

4. Классификация арматуры по основным характери­стикам. Сортамент арматуры

По виду применяемой арматуры различают железобетон с гибкой арматурой в виде стальных стержней круглого или периодическо­го профиля сравнительно небольших диаметров (до 40 мм включи­тельно) и конструкции с несущей или жёсткой арматурой. К жёст­кой арматуре относится профильная прокатная сталь (уголкового, швеллерного и двутаврового сечения) и горячекатаные стержни диа­метром более 40 мм. Основным видом арматуры является гибкая.

Вся арматура, используемая в железобетоне, по своим основным характеристикам делится на ряд классов, причём в один класс мо­жет входить арматура из сталей нескольких марок.

Основным нормируемым и контролируемым показателем качества стальной арматуры является класс арматуры по прочности на растяжение, обозначаемый:

А - для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры;

В - для холоднодеформированной арматуры;

К - для арматурных канатов.

Класс арматуры соответствует гарантированному значению предела текучести (физического или условного) в МПа, устанавливаемому в соответствии с требованиями стандартов и технических условий, и принимается в пределах от A 240 до A 1500, от B 500 до B 2000 и от K 1400 до K 2500.

Классы арматуры следует назначать в соответствии с их параметрическими рядами, установленными нормативными документами.

Кроме требований по прочности на растяжение к арматуре предъявляют требования по дополнительным показателям, определяемым по соответствующим стандартам: свариваемость, выносливость, пластичность, стойкость против коррозионного растрескивания, релаксационная стойкость, хладостойкость, стойкость при высоких температурах, относительное удлинение при разрыве и др.

Дадим краткие характеристики арматуры перечисленных клас­сов.

Арматуру класса A240 изготовляют из стали марки Ст3. Она имеет гладкую цилиндрическую поверхность и применяется глав­ным образом в качестве монтажной арматуры, хомутов, поперечных стержней; из неё изготавливают монтажные петли. Хорошо свари­вается. Прокатывается, начиная с диаметра 6 мм (σ_v = 230 МПа, σ_u = 380 МПа и δ≥25%).

Остальные классы стержневой арматуры представляют собой стальные стержни, поверхность которых имеет периодический про­филь. Выступы, имеющиеся на поверхности стержней периодиче­ского профиля, резко (в 2...3 раза) повышают сцепление арматуры с бетоном и уменьшают ширину раскрытия трещин в бетоне растя­нутой зоны.

Например, для арматуры класса А300 периодический профиль имеет вид, показанный на рис. 3.2.а.

Как видно из этого рисунка, арматура класса А300 представляет собой круглые стержни с часто расположенными выступами и с двумя продольными рёбрами.

Рис. 3.2. Арматура периодического профиля: а, б — стержневая; в — проволочная

Арматура класса А300 хорошо сваривается и используется в каче­стве рабочей в обычном железобетоне. Для её изготовления исполь­зуются стали марок Ст5, 10ГТ, 18Г2С. Прокатывается, начиная с номинального диаметра 10 мм. Основные её характеристики σ_у = 300 МПа, σ_и = 500 МПа и δ≥19%.

Арматура класса A400 (рис.4б)имеет на своей поверхности выступы, об­разующие "ёлочку" (рис. 3.2). Эта арматура является основной рабочей арматурой в обычном железобетоне. Хорошо сваривается. Выпускается диаметрами 6, 8, 10 мм в мотках массой до 1300 кг и диаметрами 12...40 мм в прутках длиной до 13,2 м. Изготавливается из низколегированной стали марок 18Г2С, 35ГС, 25Г2С по усмотре­нию завода-изготовителя. Для неё σ_у = 400 МПа, σ_и = 600 МПа и δ≥ 14%.

Обыкновенная низкоуглеродистая проволока класса В500 (ГОСТ 6727 — 80) выпускается диаметрами 3, 4, 5 мм. Изготовляют её во­лочением катанки из низкоуглеродистой стали группы Ст2 — Ст3 и используют преимущественно в сварных изделиях — сетках и кар­касах; σ_и = 550...525 МПа в зависимости от диаметра, а σ_у и δ не нормируются.

Периодический профиль проволоки класса В500 (рис. 3.2в) об­разуется расположенными на её поверхности вмятинами (рифами). Размеры вмятин зависят от диаметра проволоки. Проволока хоро­шо сваривается, что позволяет её использовать для изготовления арматурных изделий.

Выбор класса арматурной стали при проектировании произво­дится в зависимости от типа конструкции, условий возведения и эксплуатации.

При проектировании железобетонных конструкций пользуются сортаментом арматуры. Сортамент арматурной стали — это перечень типоразмеров каждого вида арматурных стержней, выпускае­мых в настоящее время металлургической промышленностью. Сор­тамент арматуры у нас в стране существует единый для гладкой арматуры и арматуры периодического профиля. Он со­ставлен по номинальным диаметрам стержней, выраженным в мм. Номинальный диаметр гладкого стержня совпадает с его фактиче­ским диаметром. Для стержневой арматуры периодического профи­ля номинальный диаметр (номер) стержня, указанный в сортаменте, соответствует диаметру гладкого круглого стержня, равновеликого ему по площади поперечного сечения.