Высокопрочная арматурная сталь

Раздел: Учебники

Горячекатаная стержневая арматурная сталь выпускается в соответствии с требованиями ГОСТ 5781—82 и подразделяется исходя? из ее механических свойств на шесть классов прочности: А—I, А—II, А—III, А—IV, А—V и А—VI. Эксплуатационные свойства горячекатаной арматурной стали определяются технологией производства и химическим составом. Поэтому вся горячекатаная арматурная сталь как в СССР, так и за рубежом поставляется с гарантированными механическими свойствами, химическим составом и площадью поперечного сечения или массой 1 м прутка арматуры. Для сталей, применяемых для районов Севера, дополнительно гарантируется ударная вязкость при температуре — 60 иС.

Арматурную сталь классов А—I, А—II и А—-III применяют как правило в качестве ненапрягаемой арматуры в виде сварных или вязаных каркасов, сеток или других арматурных элементов.

Арматуру класса А—I изготовляют из низкоуглеродистых сталей группы СтЗ и применяют в основном в качестве конструктивной и вспомогательной арматуры. Сталь марок ВстЗсп2, ВСтЗГпс2 и ВСтЗпс2 используется так же как рабочая арматура конструкций, эксплуатируемых при низких температурах (ниже — 40 °С). Для изготовления монтажных петель сборных железобетонных изделий применяют стали марок ВСтЗсп2, БСтЗГис2 и ВСтЗпс2. В случаях, если монтаж конструкций предполагается проводить при расчетной температуре ниже — 40°С, применение стали ВСтЗпс2 не допускается. Арматура класса А—I сваривается всеми видами сварки. Стержни арматуры этого класса имеют круглое сечение без периодического профиля.

Арматуру класса А—II изготавливают из углеродистой стали марок ВСт5сп2 (диаметром 10—40 мм) и из низколегированной стали 18Г2С диаметром 40—80 мм, а также из низколегированной стали марки 10ГТ диаметром 10—32 мм класса Ас—II (северного исполнения). Сталь 10ГТ имеет повышенную хладостойкость, очень пластична, отличается повышенным сопротивлением усталости. Ее целесообразно применять в конструкциях, подвергаемых воздействию низких температур до — 70СС (в мостовых пролетах, подкрановых балках и т. п.). Рекомендуется применение этой стали для изготовления монтажных петель. В этом случае благодаря повышенному нормативному усилию на петлю по сравнению со сталью класса А—1 достигается экономия металла около 20%.

Арматуру А—III в основном изготавливают из низколегированных сталей марок 35ГС и 25Г2С диаметром от 8 до 40 мм. Химический состав и механические свойства этих сталей регламентируются ГОСТ 5781—82. Помимо указанных двух марок стали арматура класса А—III диаметром 6—18 мм изготавливается из стали марок 32Г2Рпс и ЗЗГТ (ТУ 14—1— 2352—78). Области применения и расчетное сопротивление этих сталей аналогичны 35ГС. Арматурная сталь класса А—III всех марок является свариваемой. Однако с этой точки зрения наилучшими свойствами обладает сталь 25Г2С, применение которой в виде сварных арматурных каркасов и сеток допускается в конструкциях, эксплуатируемых при низких отрицательных температурах до — 70 °С включительно.

Объем ее применения в СССР превышает 5 млн. т в год, что составляет около 45% общего объема производства и применения арматурной стали всех видов.

Расчетные сопротивления растяжению и коэффициенты надежности арматурной стали приведены в табл. 4. ГОСТ 5781—82 для горячекатаной стали гарантирует минимально возможное значение предела текучести с обеспеченностью Р = 0,999 на уровне 0,9 от браковочного значения предела текучести.

Сравнение прочностных свойств и показателей пластичности ненапрягаемой горячекатаной стержневой арматуры, выпускаемой в СССР и за рубежом, показывает, что механические свойства, а в ряде случаев и деление по классам арматуры в СССР и странах СЭВ практически совпадают, что объясняется унификацией требований к арматурным сталям.

В то же время временное сопротивление отечественной горячекатаной ненапрягаемой арматурной стали, как правило, выше, чем аналогичных сталей, выпускаемых в США, ГДР, Финляндии и Японии. Значения браковочных минимумов предела текучести,, либо одинаковы, либо даже превышают показатели отечественной стали при равных величинах ав. Это объясняется тем, что расчетные характеристики арматуры определяются величиной, предела текучести и поэтому зарубежные фирмы стремятся обеспечить возможно более высокие значения <гт при равных сгв. В результате среднее соотношение ав/ав для горячекатаной стали- аналогичной отечественной стали 35ГС составляет 1,25—1,4 против 1,5 для стали класса А—III марок 35ГС, 25Г2С и 32Г2Рпс по ГОСТ 5781—82.

Значения коэффициентов надежности по нормам ФРГ (Din 488, Betonstahl), Великобритании, США и Португалии составляют в среднем около 1,15 против 1,07 по СНиП-21—75.

За рубежом арматурную сталь получают со значительно меньшими фактическими минусовыми допусками на массу 1 м длины стержня, со средней площадью поперечного сечения, равной номинальной.

Специфика механических свойств горячекатаной стали, выпускаемой за рубежом объясняется в значительной мере ее химическим составом. Эти страны изготавливают свариваемую арматуру с содержанием углерода не выше 0,30% (табл. 5). В ряде стран для обеспечения требуемых свойств низкоуглеродистую крем немарганцовистую сталь дополнительно легируют медью, ниобием и др. Причем содержание марганца в этих сталях, например, по стандарту ФРГ ДИН 488 (выпуск 2) не превышает 1%, что даже ниже, чем в стали 35ГС (см. табл. 3 и 5). Вместе с тем, в стандартах Великобритании, США, ФРГ, Японии, ГДР и др. стран для свариваемых сталей устанавливаются требования к углеродному эквиваленту, что является гарантией свариваемости. Очевидно, что этот показатель должен быть предусмотрен и в ГОСТ 5781—82.

В СССР высокопрочная арматурная сталь с условным пределом текучести 600 МПа и выше выпускается в виде горячекатаных (табл. 2) и термомеханических (табл. 6) стержней диаметром 10—18 мм (более 95% объема выпуска) и в существенна меньшем количестве — диаметром 20—42 мм, хотя потребность в высокопрочной стержневой арматурной стали диаметром 20— 40 мм составляет не менее 20% от всей потребности в стержневой напрягаемой стали. Средний годовой объем выпуска стержневой арматурной стали классов А—lV-s-Ат—VI в 1976—1980 гг. превысил 600 тыс. т.

В ФРГ, Японии и Великобритании высокопрочная арматурная сталь диаметром G—16 мм в виде прямых прутков, т. е. в виде стержневой арматуры практически не выпускается, а поставляется в виде термически упрочненной проволочной арматуры в бунтах [8J.

Основной же сортамент напрягаемой стержневой арматурной стали, выпускаемой в этих странах—прутки диаметром 20—40 мм, общий объем производства которых в ФРГ, Японии и Великобритании не превышает 30—50 тыс. т в год.

Горячекатаную стержневую арматуру изготавливают в нашей стране из стали класса А—IV марок 80С и 20ХГ2Ц (20ХГ2Т), класса А—V марки 23Х2Г2Т и класса А—VI марок 22Х2Г2АЮ, 22Х2Г2Р, 20Х2Г2СР (см. табл. 2 и 3). Сталь классов А—V и А—VI сразу после прокатки должна подвергаться специальному низкотемпературному отпуску при 250—300 С в течение 10—12 ч для повышения пластичности путем удаления водорода и снижения структурных напряжений.

Арматурная сталь перечисленных выше классов и марок, кроме 80С, является свариваемой, причем сталь класса А—VI — самая высокопрочная в мировой практике. Преимуществом стали марки 80С является относительно низкая стоимость и возможность применения в железобетонных конструкциях, эксплуатируемых практически в любых агрессивных средах.

Свариваемая арматура классов А—V и А—VI предназначена главным образом для изготовления длинномерных преднапряжен- ных железобетонных конструкций, таких как стойки опор ЛЭП, фермы, балки и т. п. В таких изделиях она имеет преимущества перед другими видами высокопрочной стали.

Однако объем производства и сортамент этих перспективных видов стали существенно отстает от потребности строительства, поэтому строители вынуждены широко применять в виде сварной напрягаемой арматуры менее прочную упрочненную вытяжкой сталь класса А—Шв. Следовательно, расширение массового производства арматурной стали классов А—V и А—VI диаметром 10—32 мм является важнейшей задачей металлургической промышленности.

В ФРГ с 1974 г. выпускают горячекатаную стержневую арматурную сталь BST 1080/1320 диаметром 20, 26 и 32 мм с условным пределом текучести не ниже 1100 МПа, временным сопротивлением ав>1350 МПа и относительным удлинением бю>7%. Химический состав такой стали: 0,3% С; 1,3% Si; 0,7% A'ln; 2,7% Сг. Эта сталь по механическим свойствам аналогична стали класса А—VI и широко применяется в ФРГ при строительстве атомных электростанций, мостов и др. сооружений. Подобную арматуру выпускает по лицензии ФРГ японская фирма «Нейчурен»