3.2. Металлы, получение, свойства, армирование изделий

Металлами, как известно, считаются вещества, обладающие своеобраз­ным металлическим блеском, пластичностью, высокой прочностью, электро­проводностью и теплопроводностью, ковкостью и свариваемостью, что обу­словлено особой природой металлической связи. У металлов своеобразные не только физические, но и химические свойства: способность к окислению и восстановлению в реакциях.

Большинство химических элементов (76 из 106) относится к металлам. Среди них металлические элементы Fe, Al, Ci и др. Кроме чистых металлов в технике чаще применяют металлические сплавы. Последние представляют

собой сложные вещества из нескольких элементов-металлов, а также в смеси с элементами-неметаллами. Свойства сплавов обычно резко отличаются от свойств чистых исходных металлов и их можно регулировать.

Металлы разделяют на черные и цветные. К черным относятся железо и сплавы на его основе - стали и чугуны; остальные металлы являются цвет­ными. Основную часть вырабатываемых в мире металлов составляет сталь как сплав железа с углеродом. В строительстве в основном применяют чер­ные металлы-чугуны и стали для каркасов зданий, мостов, труб, кровли, ар­матуры в железобетоне и многих других металлических конструкций и изде­лий.

Строение металлов. Общим химическим свойством металлов является способность атомов сравнительно легко отдавать внешние (валентные) элек­троны, вследствие чего образуются положительно заряженные ионы.

Размеры атомов у металлов больше, чем у неметаллов, внешние элек­троны значительно удалены от ядра и поэтому сравнительно слабо связаны с ним, чем и объясняется легкость отделения внешних электронов от атомов. К тому же внешние электронные оболочки атомов металлов обычно содержат мало (1-2) электронов, тогда как у неметаллов их много (5-8). Внешние элек­троны относительно свободно и непрерывно перемещаются между положи­тельно заряженными ионами. Они не принадлежат отдельным атомам, а яв­ляются общими («свободными»), образуя электронный газ, который подобно подвижному «клею» распространяется по всему металлу и, свободно двига­ясь между положительно заряженными ионами, скрепляет их друг с другом. Но электронный газ является клеем универсальным для всех атомов почти независимо от химической валентности.

Таким образом, металл является веществом, состоящим из положитель­но заряженных ионов и свободно перемещающихся между ними электронов. Взаимодействие (электрическое притяжение) между положительно заряжен­ными ионами и общими электронами (электронным газом) называют метал­лической связью. Наличие последней приводит к образованию кристалличе­ских структур. Свободные электроны служат переносчиками электрического тока; они поглощают, а затем и испускают большую часть световой энергии, что придает металлам непрозрачность и блеск. Кроме того, свободные элек­троны переносят тепловую энергию и поэтому металлы теплопроводны. Ато­мы (ионы) металла стремятся расположиться ближе друг к другу, вследствие чего плотность у металлов выше, чем у неметаллов.

Металлические сплавы. Железо в чистом виде применяют редко и только для специальных целей. Обычно используют металлические сплавы, содержащие два, иногда больше, металлических элемента. В сплавах могут содержаться также неметаллические элементы, главным образом углерод и кремний.

В зависимости от характера взаимодействия между элементами сплавы

образуют механические смеси, твердые растворы и химические соединения.

Механическая смесь состоит из компонентов, которые не способны взаимно растворяться в твердом состоянии и не способны образовывать хи­мические соединения. Такой сплав состоит из кристаллов-компонентов, явля­ясь двухфазной системой.

Твердые растворы представляют собой сплавы, в которых имеется ос­новной металл-растворитель и растворенное вещество, атомы которого вхо­дят в кристаллическую решетку растворителя и располагаются в ней беспо­рядочно. Растворителем называют тот компонент, у которого в сплаве сохра­няется кристаллическая решетка. Атомы растворенного компонента изменя­ют размеры элементарной кристаллической ячейки растворителя. Твердые растворы разделяют на два вида: твердые растворы замещения - с частичным замещением в кристаллической решетке атомов основного металла атомами растворенного компонента; твердые растворы внедрения - с расположением атомов растворенного компонента между атомами металла растворителя.

Некоторые сведения о диаграммах состояния сплавов. Графики, вы­ражающие зависимость температур равновесной кристаллизации от состава металлического сплава, носят название диаграмм состояния или диаграмм плавкости (иногда фазовых диаграмм). Они строятся по экспериментальным данным. Сущность получения данных и построения по ним диаграмм заклю­чается в следующем.

В жидком состоянии сплавы обладают неограниченной растворимостью компонентов. При их охлаждении, как уже отмечалось, образуются твердые растворы, химические соединения, но чаще - механические смеси.

При равномерном охлаждении расплавленного чистого металла из одно­го компонента температура снижается также равномерно до появления кри­сталлической фазы. Полная кристаллизация протекает при постоянной тем­пературе, что на кривой охлаждения отмечается площадкой. Последующее охлаждение твердого кристаллического сплава снова сопровождается равно­мерным снижением температуры на графике «температура — время», хотя и с другой скоростью.

На диаграмме (рис. 3.3) даны фазовый состав сплавов и их структура в интервале по составу чистого железа до цементита (6,67% С).

На оси абсцисс показано содержание углерода (С) в процентах по массе, а на параллельной ей линии - содержание цементита, на оси ординат - тем­пература.

Точка А на диаграмме отмечает температуру плавления чистого железа (1539 °С), а точка D - цементита (1500 °С). Линия ABCD является линией ли­квидуса, a AHIECF - линией солидуса. Выше линии солидуса существует жидкий сплав (Ж) - жидкий раствор углерода в железе.

Рис. 3.3. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов

При охлаждении жидких сплавов сначала происходит кристаллизация, а затем после отвердевания - фазовые структурные превращения вследствие полиморфизма железа и изменения растворимости углерода в аустените и феррите. Все эти изменения наблюдаются на диаграмме железо - углерод, причем эту сложную диаграмму при ее изучении разделяют на части, рас­сматривая каждую из них как двухкомпонентную диаграмму.

По содержанию углерода железоуглеродистые сплавы разделяют на ста­ли, содержащие до 2,14% углерода, и чугуны с содержанием углерода более 2,14%. Принятая граница между сталями и чугунами соответствует наиболь­шей растворимости углерода в аустените.

Стали по содержанию углерода разделяют на доэвтектоидные, эвтекто-идные и заэвтектоидные.

Доэвтектоидными называют стали, содержащие 0,02 0,8% углерода. Весьма малоуглеродистые сплавы, содержащие до 0,02% (на диаграмме точ­ка Р), называют техническим железом. Кристаллизация доэвтектоидных ста­лей происходит между линиями ABC и AHIE, и в этом интервале они состоят из жидкой фазы и феррита или аустенита. После окончания кристаллизации доэвтектоидные стали состоят из аустенита, не изменяющегося при охлажде­нии вплоть до линии cos (A₃). При дальнейшем охлаждении сталей ниже cos образуются зерна феррита, а количество аустенита уменьшается.

На линии PSK при температуре 727 °С происходит эвтектоидное (перлитное) превращение аустенита (точка S). Последний распадается, выде­ляя феррит и цементит, которые образуют эвтектоидную мельчайшую смесь - перлит, содержащий 0,8% углерода.

Структура перлита состоит из пластинок феррита и цементита, а на микрошлифе имеет вид перламутра (отсюда название перлита). После полно­го охлаждения доэвтектоидные стали состоят из феррита и перлита. С увели­чением содержания углерода в стали снижается количество феррита, но воз­растает содержание перлита.

Заэвтектоидными называют стали, содержащие 0,8 2,14% углерода. При температурах выше линии SE находится в стали только аустенит. С ох­лаждением эта структурная составляющая стали становится насыщенной уг­леродом и из нее выделяется вторичный цементит (ниже линии SE). От тем­пературы 727 °С и ниже заэвтектоидные стали состоят из перлита и вторич­ного цементита.

Чугуны по содержанию углерода разделяют на доэвтектические, эвтек­тические и заэвтектические.

Доэвтектическими называют чугуны, содержащие 2,14 4,3% углерода. На диаграмме они располагаются в области между линиями ВС и ЕС, состо­ят из двух фаз - жидкости и кристаллов аустенита. При температуре эвтекти­ки, равной 1147 °С, оставшийся жидкий сплав кристаллизуется с превраще­нием в эвтектику - ледебурит, которая в момент образования состоит из ау­стенита и цементита. Доэвтектические чугуны между линиями ЕС (1147 °С) и PSK (727 °С) состоят из аустенита, цементита и ледебурита. Ниже 727 °С ау­стенит превращается в перлит, а доэвтектические чугуны содержат перлит, цементит и ледебурит. С увеличением количества углерода в чугунах умень­шается содержание перлита и увеличивается ледебурита.

Эвтектическим называют чугун при содержании углерода в количестве 4,3 % (точка С); он кристаллизуется при постоянной температуре 1147 °С с образованием эвтектики-ледебурита. Эвтектический чугун и при обычной температуре состоит из ледебурита.

Заэвтектическими называют чугуны с содержанием углерода 4,3 6,67%. Они кристаллизуются по диаграмме состояния сплавов между линиями CD и CF, с образованием в жидком сплаве кристаллов первичного цементита. При дальнейшем охлаждении оставшаяся жидкость затвердевает, образуя эвтек­тику-ледебурит. Заэвтектические чугуны после отвердевания состоят из це­ментита ледебурита. При температуре 727 °С входящий в ледебурит аустенит распадается с образованием перлита: при дальнейшем снижении температу­ры заэвтектические чугуны состоят из цементита (в виде пластин) и ледебу­рита. С увеличением количества углерода возрастает и содержание цементи­та.

Углеродистые конструкционные стали. Стали, применяемые в маши-

80

ностроении и строительстве, называют конструкционными, причем они могут быть углеродистыми и легированными; содержат обычно не более 0,5...0,6% углерода, обладают высокими механическими свойствами.

Углеродистые конструкционные стали разделяют на общего назначения и качественную. В зависимости от способа раскисления с уменьшением со­держания кислорода сталь разделяют на кипящую, спокойную и полуспокой­ную.

Кипящая стань. Если расплавленная сталь не раскислена или раскислена не полностью, то при остывании происходят реакции между растворенными в ней углеродом и кислородом (а также оксидом железа FeO) с образованием газа:

(С)+(О)=СО_газ ·(FeO)+(С) →Fe+CO_газ (3.5)

Образующиеся пузырьки газа выделяются из слитка и его поверхность «бурлит». Эту сталь называют кипящей. В ней очень мало кремния (около 0,05 0,07 % Si), и она раскисляется только марганцем, а в слитке - много га­зовых пузырей, поэтому практически в нем отсутствуют усадочные раковины. Эта сталь обладает высокой пластичностью. Она более хладноломка и спо­собна к старению, хуже сваривается, чем спокойная и полу спокойная стали. Качество кипящей стали ниже качества спокойной и полуспокойной, она де­шевле их вследствие небольшого объема отходов при ее производстве.

Спокойная сталь. Сталь, содержащая кислород в растворенном состоя­нии или в виде оксида железа FeO,является красноломкой и поэтому ее нель­зя обрабатывать давлением.

Для уменьшения содержания кислорода в стали ее раскисляют. Спокой­ная сталь раскислена полностью марганцем, кремнием и др. Она остывает в изложнице с уменьшением объема, почти не выделяет газов, вследствие чего ведет себя «спокойно».

Слиток из спокойной стали имеет в верхней части усадочную раковину и рыхлость, эту дефектную часть отрубают или отрезают.

Полу спокойная сталь. При раскислении стали иногда часть растворенно­го кислорода остается в ней, вследствие чего происходит непродолжительное «кипение» стали. Такую сталь называют полу спокойной. Ее раскисляют мар­ганцем и алюминием. Она занимает промежуточное положение между кипя­щей и спокойной.

Углеродистые стали общего назначения при плавке меньше очищают от вредных примесей, чем качественные стали, и поэтому они содержат больше серы и фосфора. Из них отливают крупные слитки, которые имеют большую ликвацию.

Стали общего назначения применяют для горячекатаного проката - по­луфабриката (балок, швеллеров, уголков, листов, поковок, прутков), при из­готовлении строительных конструкций, в машиностроении и т. д.

Стали группы А (табл. 3.2) поставляют по механическим свойствам без

гарантии химического состава. Эти стали обозначают буквами Ст (сталь) и цифрами 1,2,3,4,5,6 в порядке увеличения содержания углерода, а значит в порядке повышения прочности и уменьшения пластичности. Применяют главным образом в состоянии поставки без горячей обработки (ковки, сварки и др.)

Таблица 3.2 Группа А углеродистых сталей общего назначения. Механические свойства

Марка стали	σв	σ0	δ,%
	МПа
СтО	не менее 310	-	20...23
Ст1кп	310...390	-	32...35
Ст1пс, Ст1сп	310...410	-	31...34
Ст2кп	320...410	185...215	30...33
Ст2пс, Ст2сп	330...430	195...225	29...32
СтЗ кп	360...460	195...235	24...27
СтЗпс, СтЗ сп	370...480	205...245	23...26
СтЗГпс, СтЗ Гсп	370...490	205...245	23...26; 24
	390...570	245
Ст4кп	400...510	225...255	22...25
Ст4пс, Ст4сп	410...530	235...265	21...24
Ст5пс, Ст5сп	500...630	255...285	17...20
Ст5Гпс	450...590	255...285	17...20
Стбпс, Стбсп не менее	590	295...315	12...15

* Буква Г указывает на повышенное содержание МПа.

Их разделяют на три группы в зависимости от назначения и свойств: А, Б и В.

В написании марок буквы обозначают: Ст - сталь; кп - кипящая сталь; пс - полу спокойная сталь; сп — спокойная сталь.

Стали группы Б поставляют с гарантированным химическим составом. В начале обозначения марки этих сталей стоит буква Б, например, БстО; Бст1кп; Бст1пс; Бст1сп и т. д.

Стали группы Б подвергаются горячей обработке (ковке, штамповке и др.), поэтому необходимы данные по химическому составу, т.е. содержанию С, Мn, Si и др. Так, например, сталь БстО содержит С - 0,23%, Мn - нет, Si -нет. Сталь БСт1кп: С - 0,6...0,12%, Мn - 0,25..0,5%, Si - 0,05%. Сталь БСт1сп: С - 0,06...0,12%, Мn - 0,25 ...0,5%, Si - 0,12 ...0,30% и т. д. Содержа­ние других элементов в стали строго ограничено, например, не более 0,04% Р; 0,05 S и др.

В группу В входят стали повышенного качества, которые поставляют с гарантированными механическими свойствами и гарантированным составом. В начале обозначения каждой марки таких сталей ставят букву В. Их приме­няют для сварных конструкций, в мостостроении, судостроении и т. д.

Углеродистые качественные стали имеют более высокие показатели качества, чем стали общего назначения, а также по химическому составу. Эти

стали имеют марки 05кп, 08кп, 08пс, 08, Юкп, 10, Пкп, 15кп, 15пс, 18кп, 20кп, 20пс. Числа означают содержание углерода в сталях в сотый долях процента. Их применяют для сварных конструкций, в машиностроении.

Для армирования железобетонных конструкций применяют стержневую и проволочную арматурную сталь, отвечающую требованиям соответствую­щих стандартов и технических условий. Стандарты и технические условия на арматурные стали систематически обновляются; в них вводятся новые марки стали, методика статистического определения уровня качества, совершенст­вуется профиль, повышаются нормы механических свойств стали. Для про­волочной арматуры осуществлен переход от нормирования предельных на­пряжений к соответствующим предельным усилиям, что упрощает контроль­ные испытания и позволяет в некоторых случаях использовать экономию ста­ли от минусовых допусков.

Испытание арматурной стали на растяжение проводят по ГОСТ 12004— 81*, испытание арматуры на изгиб по ГОСТ 14019-80*, испытание проволо­ки на перегиб по ГОСТ 1579-93, испытание проволоки и канатов на релакса­цию по ГОСТ 28334-89. В зависимости от механических свойств и техноло­гии изготовления арматура делится на классы и обозначается следующими буквами: стержневая арматура - А, проволока - В и канаты - К.

Для обеспечения максимальной экономии металла целесообразно при­менять арматуру с наиболее высокими, допускаемыми нормами проектиро­вания железобетонных конструкций, механическими свойствами. При этом выбор класса арматурной стали производят в зависимости от типа конструк­ций, условий их изготовления, возведения и эксплуатации.

Индустриализация арматурных работ успешно решается за счет приме­нения сварных сеток, плоских и объемных каркасов. Поэтому все виды отече­ственной стержневой стали для ненапрягаемой арматуры удовлетворительно свариваются. Промышленностью выпускаются также ограниченно сваривае­мые низкоуглеродистая арматурная проволока и некоторые виды напрягае­мой стержневой арматуры.

Стержневая арматурная сталь делится на классы от А-1 до А-У11. В на­стоящее время класс арматуры обозначается также гарантированной величи­ной предела текучести (физического или условного), выраженного в Н/мм², с доверительной вероятностью 0,95.

Принятые обозначения классов дополняются индексами для указания при необходимости способа изготовления, особых свойств или назначения арматуры. Так термомеханически и термически обработанную стержневую арматуру обозначают символом Ат, сталь специального назначения (северного исполнения) - Ас, свариваемую арматурную сталь обозначают индексом С (например, Ат-1УС), а такую же сталь с повышенной стойкостью против коррозионного растрескивания под напряжением — индексом К (например, Ат-1УК).

Поскольку промышленность выпускает высокопрочную стержневую ар­матуру диаметром более 22 мм в ограниченных количествах, строители ис­пользуют в предварительно напряженных конструкциях арматуру класса А-111, упрочненную вытяжкой. Операцию вытяжки в холодном состоянии осу­ществляют на предприятиях стройиндустрии; такую арматуру обозначают символом А-111в. Горячекатанную стержневую арматуру поставляют по ГОСТ 5781-82*, термомеханически упрочненную стержневую арматуру по ГОСТ 10884-94; новые виды арматурной стали поставляют по техническим условиям. Сталь класса А-1 (А240) изготовляют круглого сечения с гладкой поверхностью, стержневая арматура остальных классов имеет периодический профиль.

Арматурная сталь периодического профиля представляет собой круглые стержни с двумя продольными ребрами и поперечными выступами, идущими по трехзаходной винтовой линии.

Стержни арматурной стали класса А-11 (А300) имеют профиль, указан­ный на рис. 3.4,а, остальные классы - профиль, указанный на рис. 3.4,6. Раз­работан новый более эффективный профиль стержневой арматуры, который отличается от принятого в ГОСТ 5781-82* серповидной формой поперечных ребер (рис. 3.5). Такая арматура имеет значительно меньше концентраторов напряжений на поверхности и более высокие показатели по выносливости. Этот профиль может изготавливаться с продольными ребрами, а также без них.

Дефицит легирующих добавок способствовал активизации исследований по совершенствованию технологии производства и изучению свойств термо­механически упрочненной свариваемой арматуры классов А400С, А500С и А600С из сталей с низким содержанием углерода и марганца. Такая арматура изготовляется по ТУ 14-1-5254 на Западно-Сибирском металлургическом комбинате.

Арматуру классов А-1 и А-11 диаметром до 12 мм, класса А-111 диамет­ром до 10 мм включительно и класса Ат-111С диаметром 6-8 мм поставляют в мотках и прутках, остальную арматурную сталь - в прутках. Прутки изго­товляют длиной от 6 до 12 м, мерной и немерной длины. Термомеханически упрочненную арматурную сталь поставляют в прутках мерной длины от 5,3 до 13,5 м. По соглашению сторон возможна поставка стержней длиной до 26 м. Арматуру в виде прутков поставляют в связках массой до 15 т и в мотках массой до 3 т.

t t t

Рис. 3.4. Периодические профили стержневой арматуры: а - класса А-11, б - остальных классов

Рис. 3.5. Серповидный профиль стержневой арматуры

Стержневую арматурную сталь в зависимости от класса и диаметра стержней изготовляют из углеродистой и низколегированной стали. Марки углеродистой стали обыкновенного качества определяют по ГОСТ 380-94, углеродистой конструкционной стали по ГОСТ 1050-88*.

Свариваемость арматурных сталей обеспечивается технологией их изго­товления и соблюдением всех требований по химическому составу.

Маркировку стержней арматурной стали по классу прочности осуществ­ляют либо покраской концов стержней краской различного цвета в соответст­вии с ГОСТ 5781-82* и ГОСТ 10884-94, либо прокатными маркировочными знаками в соответствии с ТУ 14-2-949, как это показано на рис. 3.6.

Начало маркировки обозначают двумя точками на поперечных ребрах либо на продольных ребрах. Число поперечных ребер до следующего марки­ровочного знака обозначает номер завода изготовителя в соответствии с ТУ 14-2-793.

Число ребер между последующими маркировочными знаками обознача­ет класс стали. Концы стержней термомеханически упрочненной арматурной стали дополнительно окрашивают несмываемой краской. Маркировочные знаки, характеризующие класс и завод-изготовитель располагают на стерж­нях арматуры с периодичностью не более 1,5 м.

Рис. 3.6. Прокатная маркировка арматурной стали

Металлургическая промышленность освоила производство арматурной стали винтового профиля, стержни которой соединяют резьбовыми муфтами; это обеспечивается нормированием с высокой точностью совмещения двух¬сторонних поперечных ребер на арматуре и размеров их шага (рис. 3.7). Ме¬ханические свойства стержневой арматурной стали приведены в табл. 3.3.

А-А

Б-Б

Рис. 3.7. Винтовой профиль стержневой арматуры

Таблица 3.3

Механические свойства стержневой арматурной стали

Класс арматурной	Предел те­кучести	Временное сопротивле-	Относительное удли­нение после разрыва		Испытание на изгиб в холодном состоя-
стали	физический или услов­ный, Н/мм	ние, Н/мм2	полное, %	равномерное, %	нии (С-толщина оправки, d- диаметр стержня
А-1(А240)	235	375	25	-	180°, C=ld
А-11 (A3 00)	295	490	19	-	180°, C=3d
Ас-П(АсЗОО)	295	440	25	-	180°, С-Id
А-111(А400)	390	590	14	-	90°, C=3d
Ат-111(Ат400)	400	500	16	-	90°, C=3d
А500С	500	600	14	-	90°, O3d
А-1У(А600)	590	885	6	2	45°, C=5d
Ат-1У(Ат600)	600	800	12	4	-“-
Ат-1УС(А600С)	600	800	12	4	-“-
Ат-1УК(А600К)	600	800	12	4	-“-
А-У(А800)	785	1030	7	2	-“-
Ат-У(Ат800)	800	1000	8	2	-“-
Ат-УК(Ат800К)	800	1000	8	2	-“-
А-УЦАЮОО)	980	1230	6	2	-“-
Ат-У1(АтЮ00)	1000	1250	7	2	-“-
Ат-У1К(АтЮ00К	1000	1250	7	2	-“-
Ат-У11(Ат1200)	1200	1450	6	2	-“-

Арматурная сталь винтового профиля выпускается по ТУ 14-2-790, в ко­торых предусмотрен сортамент от 10 до 40 мм. По механическим свойствам и

химическому составу эта арматура должна соответствовать действующим стандартам на горячекатанную и термомеханически упрочненную арматур­ную сталь периодического профиля для классов А-111-АтУП.

Арматурная сталь винтового профиля, как правило, должна поставляться в комплекте с соединительными элементами (муфтами, анкерными гайками и контргайками). Такую арматуру целесообразно применять там, где сварка арматуры затруднительна или не допускается (дымовые трубы, грунтовые

анкера и т.д.).

Контроль качества упрочненной вытяжкой арматурой стали класса А-111 в производится путем испытаний на растяжение от каждой партии стали одного диаметра массой до 10 т не менее двух образцов от двух разных прут­ков арматурной стали в состоянии поставки и после вытяжки.

Арматурную проволоку диаметром от 3 до 8 мм изготавливают способом холодного волочения и подразделяют по форме поперечного сечения на гладкую и периодического профиля, а также по классам прочности. Проволо­ка обозначается следующими буквами:

гладкая - В, периодического профиля - Вр. Класс прочности соответст­вует гарантированному значению условного предела текучести проволоки в Н/мм² с доверительной вероятностью 0,95.

Арматурная проволока класса Вр400, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 6727-80*, изготавливается из низкоуглеродистой стали по ГОСТ 380-94. Проволока класса Вр600, удовлетворяющая требованиям ТУ 14-4-1322, изготавливается из стали СтЗкп и Ст5пс с термообработкой (рис. 3.8).

А-А

Рис. 3.8. Новые периодические профили арматурной проволоки: а - с трехсторонними вмятинами; б - с четырехсторонними вмятинами

Разработаны новые виды низкоуглеродистой холоднотянутой проволоки периодического профиля с трех- и четырехсторонними вмятинами (рис. 3.9) диаметром до 10 мм и классов прочности Вр500 и Вр600; их производство освоено на Орловском сталепрокатном заводе по ТУ 14-170-197 и ТУ 14-170-217. Продолжается выпуск гладкой низкоуглеродистой проволоки диаметром 3-5 мм с классом прочности В400.

Высокопрочная проволока гладкая и периодического профиля изготав­ливается по ГОСТ 7348 из углеродистой конструкционной стали марок 65-85 по ГОСТ 14959 (рис. 3.9). Высокопрочную арматурную проволоку в процессе изготовления подвергают низкотемпературному отпуску, в результате чего повышаются ее упругие свойства; развернутая из мотка и свободно уложен­ная проволока должна сохранять нормируемую прямолинейность.

Н а Череповецком сталепрокатном заводе освоено производство стабили­зированной высокопрочной проволоки диаметром 5 мм с повышенной релак­сационной стойкостью.

Рис. 3.9. Периодический профиль высокопрочной арматурной проволоки

а б

Рис. 3.10. Поперечное сечение арматурных канатов, а - семипроволочных; б - девятна-дцатипроволочных

Арматурная проволока для повышения несущей способности связывает­ся в арматурные канаты (рис. 3.10).В условном обозначении арматурных ка­натов кроме буквы К указывается число проволок в канате (К7, К19).

В процессе производства арматурные канаты подвергают низко­температурному отпуску.

Производство арматурных канатов К19 диаметром 14 мм освоено на Че­реповецком сталепрокатном заводе.

В качестве ненапрягаемой арматуры следует преимущественно приме­нять стержневую арматуру и обыкновенную арматурную проволоку классов прочности 400, 500 и 600 Н/мм². При выборе напрягаемой арматуры предва­рительно напряженных конструкций преимущество следует отдавать горяче-катанной и термомеханически упрочненной стержневой арматуре классов прочности 800, 1000 и 1200, высокопрочной проволоке и арматурным кана­там.

Для монтажных петель сборных элементов должна применяться горяче-катанная арматурная сталь класса Ас-11 марки 10ГТ и класса А-1 марок СтЗсп и СтЗпс. Если возможен монтаж конструкций при расчетной зимней температуре ниже минус 40 °С, для монтажных петель не допускается приме­нять полуспокойную сталь. Для закладных деталей и соединительных накла­док применяют, как правило, прокатную углеродистую сталь класса С 38/23.

При проектировании и производстве железобетонных конструкций в ря­де случаев надо знать величину модуля упругости арматуры Еа, расчетные значения которого равны:

А-1,А-11,Ас-11 2,1 · 10⁵Н/мм²

А-111, Ат-111С, А-1У, А500 2,0 · 10⁵

Ат-1 УС, А-У, Ат-У, А-У1, Ат-У1, Ат-У11 1,9 · 10⁵

В1200-В1500, Вр1200-Вр1500 2,0 · 10⁵

К7, К19, А-111в 1,8 · 10⁵

Вр400 1,7 · 10⁵

Вр600 1,9 · 10⁵

Для массового производства сварных арматурных сеток необходима унификация их основных размеров, что является определяющим условием для создания и нормальной эксплуатации высокопроизводительных свароч­ных машин. Это условие положено в основу ГОСТ 8487, который содержит 56 марок сеток. Для изготовления сеток принята низкоуглеродистая проволо­ка классов прочности 400 и 500, а также стержневая арматура класса 400 диаметром 6—10мм.

По виду поставки сетки подразделяют на рулонные и плоские; послед­ние изготовляют в принятой номенклатуре шириной от 1040 до 3630 мм и длиной до 9 м. Шаг продольных стержней 100, 150 и 200 мм, шаг поперечных стержней от 50 до 300 мм.

Для установления технико-экономической эффективности арматурных сталей различных видов при общегосударственной оценке и прогнозе разви­тия используют коэффициенты приведения к стали класса А-1, определенные исходя из прочностных характеристик арматурных сталей, а также конструк­ционных и технологических факторов, влияющих на расход арматуры в желе­зобетонных конструкциях.

Оптовые цены на сталь для армирования железобетонных конструкций устанавливаются франко-вагон (судно) -станция (порт) назначения, с учетом класса и диаметра арматуры, марки стали, механических свойств и условий поставки. С увеличением диаметра арматуры оптовые цены снижаются.

Стоимость сварных сеток увеличивается с уменьшением размеров ячеек и диаметра применяемой арматуры. Свариваемость арматурной стали обес­печивается химическим составом, технологией изготовления и компактно­стью сечения.

При использовании широко применяемой арматуры класса А-111 из ста­ли марки 35ГС запрещается выполнять крестообразные сварные соединения вручную дуговыми прихватками, так как это приводит к преждевременному хрупкому разрушению таких стыков.

Для монолитных железобетонных конструкций иногда используют арма­туру из стальных прокатных профилей в виде уголков, двутавров и швелле­ров, а также плоского или профилированного стального листа. Для дисперс­ного армирования тонкостенных бетонных конструкций применяют фибру, изготовляемую из стали, стекловолокна или пластика.

Для арматуры классов Ат-111С и Ат-1УС ванная сварка допускается при использовании удлиненных накладок.

При изготовлении арматурных сеток и каркасов, а также сварке встык отдельных стержней, следует преимущественно применять контактную то­чечную и стыковую сварку, а при изготовлении закладных деталей — авто­матическую сварку под флюсом и контактную рельефную сварку.

Начато использование различных видов неметаллической арматуры в виде стержней и канатов для обычных и предварительно напряженных бе­тонных конструкций.

Задача повышения эффективности и качества промышленного, сельско­хозяйственного и энергетического строительства в ряде случаев прямо или косвенно связана с проблемой долговечности конструкций, эксплуатируемых в условиях агрессивных сред. Одним из реальных путей решения проблемы является применение высокопрочного однонаправленного стеклопластика в качестве армирующего материала для бетонных, полимербетонных и дере­вянных конструкций. Исследования в этом направлении проводятся в Инсти­туте строительства и архитектуры Госстроя Белоруссии, НИИЖБ Госстроя России, ЦНИИСК имени В.А.Кучеренко. Нужно отметить, что практическое применение стеклопластиковой арматуры сдерживается недостаточной изу-

ченностью ее возможностей и сравнительно высокой стоимостью. Стекло-пластиковая арматура представляет собой гетерогенную систему, состоящую из ориентированных стеклянных волокон и полимерного связующего. Свой­ства стеклопластиковой арматуры зависят от свойств и особенностей струк­туры стеклянных волокон и полимеров, а также от физико-химического взаи­модействия этих компонентов. Стеклянное волокно, используемое для изго­товления стеклопластиковой арматуры, должно быть высокопрочным, хими­чески стойким и обладать электроизолирующими свойствами. Наиболее дос­тупным для производства арматуры в настоящее время является алюмоборо-силикатное стандартное стеклянное волокно. Однако химическая стойкость его при воздействии агрессивных сред недостаточно высока. Поэтому при из­готовлении стеклопластиковой арматуры из этого волокна к связующему предъявляют повышенные требования по химической защите арматуры от воздействия агрессивных сред. Диаметр непрерывного элементарного стек­лянного волокна находится в пределах 2-100 мкм и зависит от скорости вы­тягивания волокна, а также диаметра фильер стеклоплавильного сосуда. Эле­ментарные стеклянные волокна, вытягиваемые из сосуда, обрабатывают за-масливателем либо аппретом для предохранения их от повреждений при дальнейшей переработке, улучшения адгезии волокна к полимерным свя­зующим и повышении качества волокна. Стеклопластиковую арматуру мож­но изготавливать из первичного волокна, сматываемого с бобин, или из жгу­та, собранного в поковки.

Наиболее приемлемым является использование стекло-жгута-ровинга, в котором в меньшей степени проявляется разнодлинность волокна. На рис. 3.11 представлена схема разработанной в ИСиА Госстроя Белоруссия опыт­ной технологической линии для производства стеклопластиковой арматуры. Процесс производства арматуры начинается со сматывания из магазина 1 первичной стеклянной нити с бобин или жгута из стеклянного волокна с по­ковок. При изготовлении арматуры из первичной нити после сматывания с бобин волокно проходит через натяжители 2 для устранения разнодлинности нитей. После сматывания волокно распределяется в тонкую ленту шириной до 80 мм и направляется в электрическую печь 3 для удаления замасливателя с поверхности и из микродефектов волокна при температуре около 200 ⁽⁾С. Затем тонкая лента из стеклянного волокна поступает в ванну 4 со связую­щим для пропитки волокна полимером. После пропитки связующим лента направляется в электрическую печь 5 для удаления летучих компонентов (спирта и ацетона) из связующего.

Рис. 3.11. Схема технологической линии для изготовления стеклопластиковой арматуры

В формовочном узле 6 последовательно расположено пять-семь фильер с постепенно уменьшающимися диаметрами отверстий. За формовочным уз­лом расположен обмотчик 7, в котором производится спиральная обвивка за­готовки стержня крученой нитью из стеклянного волокна. После придания арматуре периодического профиля она поступает в электропечь для полиме­ризации связующего. Для нанесения пленочных покрытий в вертикальном участке линии последовательно располагаются резервуары со связующим 9 и 11 Стержень, пройдя резервуар. Направляется в вертикальные печи 10 и 12, в которых пленочное покрытие полимеризуется. После нанесения и полимери­зации покрытий тонкая проволочная арматура сматывается на барабан 13. Трактовым тянущим устройством 14 арматурные стержни направляются на стол с дисковой пилой 15 для резки стержней, а затем стержни требуемой длины поступают на склад арматуры 16. Стержень, направляемый трактовым устройством, концом упирается в пускатель 17, включает электродвигатель дисковой пилы 15, которая отрезает стержень заданной длины.