Методы обработки арматурной стали

Бетон хорошо работает на сжатие, но имеет плохую сопротивляемость растяжению и изгибу. Поэтому конструкции, работающие на растяжение и изгиб, изготовляют из армированного бетона — железобетона. В зонах конструкции, подверженных растяжению и изгибу, укладывают стальную арматуру, хорошо сопротивляющуюся растягивающим и изгибающим усилиям. Так, например, при нагружении железобетонной балки (или плиты) в верхней зоне появляются напряжения сжатия, а в нижней — напряжения растяжения. Отвердевшая бетонная смесь надежно сцепляется с арматурой, и изделие при его нагружении работает как одно целое.

Несущая способность железобетонных изделий (конструкций) определяется с учетом предельных состояний: в бетоне — по пределу прочности на растяжение, а в стальной арматуре — по пределу текучести.

При достаточно большом нагружении железобетонного изделия напряжение растяжения бетона в нижней его зоне может оказаться больше его предела прочности, а величина напряжения в арматуре меньше предела текучести. В этом случае в нижней (растянутой) зоне могут появиться трещины. С ростом нагрузки эти трещины увеличиваются, нарушается сцепление бетона с арматурой и изделие оказывается негодным к эксплуатации, несмотря на то, что растягивающие напряжения в арматуре не достигли предела текучести. При появлении трещин в результате воздействия атмосферной воды арматура корродирует. Основное требование, предъявляемое к железобетонным изделиям, — прочное сцепление бетона с арматурой. Прочностные свойства стальной арматуры используются более полно при применении арматуры периодического профиля, сварных сеток, каркасов.

Весьма эффективным методом повышения прочности и трещино-стойкости железобетонных изделий является предварительное напряжение арматуры. Благодаря сжатию в изделии создается внутреннее напряженное состояние и бетон освобождается от не свойственных ему деформаций растяжения. Величина предварительного обжатия изделий 50—60 кгс/см2 и для напорных труб 100— 120 кгс/см2.

Величина натяжения арматуры должна находиться в пределах упругих деформаций арматурной стали. Для обычных сталей она не должна превышать 85—90% предела текучести и для углеродистых сталей (не имеющих достаточно выраженной площадки текучести) 65—75% предела прочности на разрыв.

Преднапряженные железобетонные изделия по сравнению с обычными имеют преимущества: исключается появление трещин в растянутой зоне бетона, более рационально используются высокопрочные стали и бетоны, повышается жесткость самого изделия.

При производстве сборных и сборно-монолитных железобетонных изделий и конструкций применяют всевозможные закладные и накладные детали. Эти детали весьма ответственны, так как через них передаются нагрузки — они работают в местах соединений (стыках) и подвержены действию воды, сейсмических нагрузок и т. п.

В большинстве случаев закладные детали являются соединением плоских элементов проката со стержнями (прямыми или изогнутыми), закладываемыми в бетон.

Арматурную сталь, применяемую для обычных и преднапряжен-ных железобетонных изделий (конструкций), классифицируют по следующим признакам: – по технологии изготовления — на стержневую, получаемую способом горячей прокатки, и проволочную, изготовляемую волочением стали в холодном состоянии; – по профилю — на гладкую и периодического профиля (сечения); – по условиям применения — на обычную и напрягаемую.

Арматурную сталь диаметром менее 10 мм поставляют в мотках, а диаметром свыше 10 мм в пачках. Длина прутков в пачках обычно 6—12 м и по отдельным заказам — до 25 м.

В последнее время нашла применение неметаллическая арматура — стеклопластиковые стержни и плоские ленты, состоящие из параллельно собранных стеклянных волокон, связанных полимерами (эпоксидными, фенольными и др.). Временное сопротивление разрыву такой арматуры составляет 15 000 кгс/см2, а относительное удлинение к моменту разрушения — 2,5—3%.

Стержневую арматуру подразделяют на горячекатаную, которая не подвергается упрочнению, упрочненную вытяжкой в холодном состоянии и термически упрочненную.

Проволочную арматуру подразделяют на арматурную проволоку и проволочные изделия. Различают обыкновенную (низкоуглеродистую) и высокопрочную (углеродистую) арматурную проволоку.

Проволоку обоих видов изготовляют как гладкой, так и периодического рифления.

Проволочные изделия подразделяют на арматурные пряди (две и более проволок), имеющие правую свивку, арматурные канаты, сварные и тканые арматурные сетки. Арматурные (проволочные) канаты скручены из нескольких прядей. Канаты имеют левую свивку.

Известно, что прочность стали зависит от ее химического состава, т. е. содержания углерода и легирующих добавок. С повышением содержания углерода значительно возрастают ее временное сопротивление разрыву, а также (в меньшей степени) предел текучести. Одновременно с этим ухудшаются пластичность и свариваемость стали.

Прочностные характеристики уже изготовленных арматурных сталей можно улучшить механическим упрочнением в холодном состоянии (вытяжкой, волочением и сплющиванием) или термическим упрочнением.

При механическом упрочнении арматурной стали повышается ее предел упругости, а тем самым и допускаемое напряжение арматуры, благодаря чему арматурную сталь можно более эффективно использовать в железобетонном изделии.

Под влиянием механического упрочнения стали в холодном состоянии в сечении прутка (стержня) создаются напряжения, превышающие предел текучести стали. Вследствие пластических деформаций изменяются механические свойства металла (явления «наклепа»), так как после прекращения механического воздействия структура металла не восстанавливается и металл приобретает новые механические свойства. После упрочнения предел текучести повышается, а показатели пластических свойств несколько снижаются.

Для механического упрочнения вытяжкой применяют специальные механические или гидравлические установки. Величина вытяжки определяется в зависимости от класса арматурной стали и колеблется в пределах 3,5—5,5%.

Для механического упрочнения волочением используют волочильные станки. Волочение заключается в протягивании арматурной стали через калибровочное очко — фильеру («волоку»); при этом поперечное сечение арматуры уменьшается, появляются пластические деформации и металл получает наклеп. Упрочненную волочением арматурную сталь (проволоку) называют холоднотянутой.

Виды арматурной стали: стержневая периодического профиля:
а) – класса А(300) (А-II);
б) – классов А(400) (А-III) – А(800) (А-V);
в) – круглая классов А(240) (А-I), В-I, В-II;
г) – проволочная периодического профиля классов Вр –I, Вр-II;
д, е) - канат

Для механического упрочнения сплющиванием служат специальные прокатные станы с профилированными валками, при этом арматурная сталь не только упрочняется, но приобретает периодический профиль, что улучшает условия сцепления ее с бетоном.

Термическое упрочнение арматурной стали состоит в нагреве ее до необходимой температуры, в последующем отпуске и медленном охлаждении. Этому виду упрочнения можно подвергать углеродистые и низколегированные стали. Для термического упрочнения (нагрева) используют специальные установки, в которых применяется электрический ток.

Поступающая на заводы сборного железобетона арматурная сталь проходит механическую обработку: правку, чистку, резку, гнутье и холодное упрочнение.

Арматурная сталь, поступающая на завод в бухтах, на станках-автоматах разматывается, правится и режется на отдельные стержни требуемой длины.

Станок для правки и резки арматурной стали состоит из механизмов правки, подачи, резания и приемно-отмеривающего устройства. Арматурная сталь (проволока диаметром до 12 мм) с бухты поступает в устройство для правки (барабан), приводимое в движение электродвигателем через клиноременную передачу. В устройстве для правки проволока выпрямляется. Проволока подается тянущими роликами, а режется во время ее движения ножами, закрепленными на режущих роликах.

Тянущие и режущие ролики получают движение от одного электродвигателя. При движении по лотку проволока упирается в передвижной стержень электровыключателя, замыкает контакты цепи привода ножей. При быстром повороте режущих роликов ножи режут проволоку на требуемый размер. Прутки падают в приемный лоток, откуда их забирают вручную. Позиция — электропитание привода ножей.

Принципиальная схема станка для правки и резки
а — схема станка; б — схема механизма правки и резки;
в — барабан для правки

На рис. б приведена схема механизма правки и резки (барабан для правки), тянущих роликов и режущих ножей. Тянущими роликами арматурная сталь протягивается через вращающийся барабан для правки. Длина отрезаемого прутка регулируется передвижным упором 15, который электрически соединен с механизмом включения режущих роликов 6. Скорости подачи арматурной стали и режущих роликов 6 согласованы между собой.

На станках правки и резки другой модификации длина отрезаемых прутков отмеряется катящимся по арматуре роликом, связанным специальным устройством с муфтой включения режущих роликов с ножами.

Барабан для правки (рис. в) представляет собой цилиндрический корпус, в котором имеются центральное (осевое) и десять радиальных отверстий с плашками и регулирующими пробками с резьбой. В торцах корпуса вмонтированы направляющие втулки. Плашки не только правят проволоку, но и очищают ее от окалины и коррозии. Барабан для правки имеет шкив для клиноременной передачи и вращается со скоростью 1200— 3000 об/мин.

В некоторых конструкциях станков устройство для правки состоит из семи пар роликов, расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, и при протягивании между ними арматурной стали она изгибается и выправляется.

Для чистки арматурной стали применяют специальный ротор с металлическими щетками, установленный между тянущими роликами. Прутковая арматура диаметром свыше 12 мм и до 40 мм обычно правится и чистится вручную или на станках с металлическими щетками.

Кроме рассмотренного станка для резки арматурной стали применяют ручные (для стали диаметром до 20 мм) и приводные (для стали диаметром до 40 мм) станки. Используют также пресс-ножницы и станки с гидравлическим управлением (для стали диаметром 40— 70 мм).

Резка высокопрочной проволоки осуществляется на автоматической установке, состоящей из механизма подачи проволоки, двух столов (правого и левого) с механизмами резки, гидропривода и электрооборудования. Проволока подается вращающимися роликами. В момент нажима конца проволоки на рычаг конечного выключателя она отрезается одновременно с двух концов; после сброса прутка цикл повторяется.

Гнутье арматурной стали заключается в отгибе арматурных стержней, гибке крюков, хомутов, спиралей и т. д., а также в гибке сварных сеток, навивке спиралей и т. д.

Станки для гнутья стержней сконструированы примерно по одной схеме, которая представлена на рис. IV-3. На рабочем диске закреплены центральный палец и гибочный ролик. Упорный ролик закреплен неподвижно на станине станка. Рабочий диск может поворачиваться в обе стороны (вправо и влево). Для гибки стержень закладывается между центральным пальцем и роликами. (Ролик и конец стержня показаны пунктиром.) При повороте рабочего диска стержень роликом загибается вокруг центрального пальца.

Станок приводится в движение от электродвигателя через трех-кнопочный выключатель («вперед», «стоп» и «назад»).

Схема станка для гнутья стержней

Мощные станки для гнутья арматуры диаметром соответственно до 70 и 90 мм имеют автоматизированное управление, обеспечивающее остановку рабочего диска по достижении требуемого угла загиба. При снятии готового изделия рабочий диск автоматически возвращается в исходное положение.

Закладные и накладные детали в зависимости от конструкции необходимо подвергать механической обработке, например нарезке пластин или стержней, сверлению или пробиванию отверстий в пластинах, гнутью стержней, приварке. Эти детали должны иметь антикоррозионное покрытие, которое наносят распылением (металлизацией) расплавленного цинка и алюминия, горячим цинкованием и гальванизацией.