10. Требования, предъявляемые к арматурной стали

По химическому составу, назначению, степени раскисления и свариваемости арматурные стали подразделяются на марки.

По химическому составу арматурную сталь разделяют на три группы в зависимости от содержания в ней углерода (%):

- низкоуглеродистая…...... …..менее 0,25

- среднеуглеродистая….. …...от 0,25 до 0,6

- высокоуглеродистая………..от 0,6 до 2

Количество углерода в стали весьма резко влияет на ее свойства. С увеличением содержания углерода прочность и твердость стали увеличиваются, но она становится более хрупкой и хуже сваривается.

Для улучшения некоторых свойств стали в сплав дополнительно вводят так называемые легирующие добавки (хром, марганец, никель, вольфрам, молибден, ванадий, кремний), иногда до 5-6 различных металлов. Таким путем получают различные легированные стали, которые обладают в одних случаях повышенной прочностью, в других - повышенной твердостью, коррозионной стойкостью и пр.

Легированные стали по суммарному количеству содержащихся в них легирующих добавок (%) делят на три группы:

- низколегированная……….. до 0,5

- среднелегированная………от 0,5 до 1

- высоколегированная………свыше 1

Для изготовления арматуры железобетонных конструкций в настоящее время применяют низко-, средне- и высокоуглеродистые и низколегированные стали.

Содержание различных элементов в стали, (ее химический состав) указывается в ее марке. В стандартных обозначениях марок сталей приняты следующие обозначения металлов, добавляемых к стали: X - хром; Г- марганец; С - кремний; Т - титан; Ц - цирконий; М - молибден. Первые цифры марки указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Цифры после буквенных обозначений указывают содержание элемента, соответствующего этому обозначению, в сотых долях процента. Отсутствие цифры указывает, что удержание элемента не превышает 1%.

Например, марка арматурной стали З5ГС обозначает, что среднее содержание в ней углерода составляет 0,35%, а марганца и кремния не более чем по 1%. Марка арматурной стали 20ХГ2Ц означает, что содержание кислорода составляет 0,2%, хрома не более 1%, марганца не более 2% и циркония не более 1%.

В зависимости от назначения и гарантируемых характеристик стали подразделяют на три группы (А, Б. и В).

К группе А относится сталь, поставляемая по механическим свойствам, к группе Б - сталь, поставляемая по химическому составу, и к группе В - сталь, поставляемая по механическим свойствам с дополнительными требованиями к химическому составу. К арматурной стали предъявляют в основном требования группы А и В. При маркировании сталей для обозначения степени раскисления в индекс их марок, приведенных в таблице 2, добавляют: кп - кипящая; пс - полуспокойная; СП - спокойная. С учетом этого индекс марки стали будет следующим: СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, БСтЗсп, ПСтЗсп. Категория стали обозначается соответствующим номером, располагаемым в конце ее индекса, например: СтЗпс2, БСтЗкп2, ВСт4пс2. Первую категорию в обозначении марки стали не указывают, например: БСтЗкп, ВСтЗпс. В тех случаях, когда нет необходимости указывать степень раскисления стали, в индексе марки ее номер и категорию стали отделяют тире, например: СтЗ-2, БСтЗ-2. В индекс полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца вводят дополнительно после марки стали букву Г, например: СтЗГпс, ВСтЗГпс, ВСтЗГпсЗ.

Арматурную сталь класса A-I изготовляют из углеродистой стали групп А и В марок СтЗспЗ, СтЗпсЗ, СтЗкпЗ, ВСтЗпс2, ВСт2сп2, ВСтЗГпс2, ВСтЗкп2, а класса А-II - из углеродистой стали марок ВСт5сп2, ВСт5пс2, 18Г2С.

По свариваемости арматурную сталь подразделяют на три группы: свариваемые, ограниченно свариваемые и несвариваемые. Все виды стержневой стали, предназначенной для ненапрягаемой арматуры, хорошо свариваемые, т.е. сварные соединения их равнопрочны с исходным материалом. В качестве напрягаемой арматуры производят несвариваемые стержневую термомеханически упрочненную арматуру, углеродистую проволоку и арматурные канаты.

Физико-механические свойства арматурной стали

К сталям, используемым в качестве арматуры железобетонных конструкций, предъявляются следующие основные требования: прочность, пластичность и свариваемость.

Прочностью называют способность материала (в данном случае стали) сопротивляться разрушению под действием различных внешних сил (нагрузок). Силы могут действовать на материал по-разному: растягивать его, сжимать, изгибать, скручивать, срезать. Соответственно по характеру действующих сил различают прочность материала на растяжение, сжатие, изгиб, кручение и срез.

Для арматурной стали наиболее характерна работа под действием растягивающих нагрузок, поэтому наиболее важно знать прочность на растяжение. Прочность арматурных сталей на растяжение характеризуется временным сопротивлением разрыву и пределом текучести.

Временное сопротивление разрыву, предел текучести, относительное удлинение арматурной стали, а также величина угла ее загиба и число перегибов в холодном состоянии характеризуют механические свойства стали и называются механическими характеристиками, или показателями прочности и пластичности стали.

Пластичностью называется свойство материала изменять форму и сечение под действием внешней нагрузки и сохранять их в измененном состоянии после смятия этой нагрузки. Пластические свойства арматурных сталей имеют большое значение для работы железобетонных конструкций под нагрузкой, механизации арматурных работ, удобства натяжения напрягаемой арматуры и др. Арматурная сталь обладает достаточной пластичностью, однако понижение ее пластических свойств может явиться причиной хрупкого (внезапного) разрыва арматуры в конструкциях под нагрузкой, хрупкого излома напрягаемой арматуры в местах резкого перегиба или при закреплении в захватах и т.п. Пластические свойства арматурных сталей характеризуются относительным удлинением при испытании на разрыв образцов длиной, равной пяти диаметрам стержня, или 100 мм, а также оцениваются испытанием на загиб в холодном состоянии вокруг оправки толщиной 3-5 диаметров стержня.

Под свариваемостью понимают способность какого-либо металла давать доброкачественные соединения с другим или с тем же металлом при сварке определенным методом. Свариваемость стали зависит от ее химического состава, способа выплавки, диаметра стержней, конструкции сварных соединений и технологии их выполнения. Свариваемость имеет существенно важное значение для механизированного изготовления сварных сеток и каркасов, выполнения стыков стержневой арматуры, анкеров, различных закладных деталей и т.п. Хорошо свариваются горячекатаные малоуглеродистые и низколегированные арматурные стали. Нельзя сваривать арматурные стали, упрочненные термической обработкой или вытяжкой, так как при сварке утрачивается эффект упрочнения - происходят отпуск и потеря закалки термически упрочненных сталей, отжиг и потеря наклепа проволоки, упрочненной вытяжкой.

Реологические свойства арматурной стали характеризуются ползучестью и релаксацией. Ползучесть арматурной стали нарастает с повышением напряжений и повышением температуры. Релаксация, или уменьшение напряжений, наблюдается в арматурных стержнях при неизменной длине - отсутствии деформаций. Релаксация зависит от механических свойств и химического состава арматурной стали, технологии изготовления и условий применения и др. Значительной релаксацией, обладают упрочненная вытяжкой проволока, термически упрочненная арматура, а также высоколегированная стержневая арматура. Высокотемпературный нагрев арматурных сталей приводит к изменению структуры металла и снижению прочности. Так, при нагреве до 400°С предел текучести горячекатаной арматуры класса А-III уменьшается на 30%, классов А-II и А-I - на 40%, модуль упругости уменьшается на 15%. Заметное проявление ползучести арматуры в конструкциях под нагрузкой наблюдается при температуре свыше 3500С. При нагреве происходит отжиг и потеря наклепа арматуры, упрочненной холодным деформированием, поэтому временное сопротивление у высокопрочной арматурной проволоки снижается интенсивней, чем у горячекатаной арматуры. После нагрева и последующего охлаждения прочность горячекатаной арматурной стали восстанавливается полностью, а прочность высокопрочной арматурной проволоки - лишь частично динамическое упрочнение арматурной стали происходит при нагрузках большой интенсивности, действующих на сооружение за весьма короткий промежуток времени.Усталостное разрушение арматурной стали наблюдается при действии многократно повторяющейся нагрузки, оно носит хрупкий характер. Предел выносливости арматурной стали в железобетонных конструкциях зависит от числа повторений нагрузки n, характеристики цикла р=σмин/σмак, качества сцепления и наличия трещин в бетоне растянутой зоны и др.