В настоящее время большая часть зданий и сооружений возводится из бетона и стали, представляя собой железобетонные строительные конструкции. Прочность, надежность и долговечность строений во многом зависит от наличия в них арматуры, которая, как правило, дополняет бетон и усиливает его свойства, позволяя увеличить рабочие нагрузки, как на изгиб, так и на сжатие. Использование широкого спектра арматурных изделий стало необходимым для возведения частных домов, а также строительства многоэтажек, промышленных зданий и сооружений. Прочность железобетона открыла новые перспективы для современной архитектуры, породила огромное количество инноваций в создании оригинальных фасадов зданий, их оформлении и дизайне. Здания из стекла и железобетона стали визитными карточками больших городов и мегаполисов, неотъемлемой частью современной городской архитектуры с концепцией экономии места и пространства. Разнообразие архитектурных возможностей обусловлено широким выбором железобетонных изделий и наличием богатого ассортимента строительной арматуры. Современный рынок металлопроката располагает различными видами стальных арматурных изделий, которые в зависимости от особенностей исполнения могут иметь различное назначение.
Определение и принципы классификации строительной арматуры
Арматура представляет собой изделие стального проката, представленное в виде стержня круглого или же периодического профиля. Помимо этого, в качестве арматуры выступают также сборные конструкции в виде объемных и плоских каркасов, сеток и канатов, которыми дополняют железобетонные конструктивные элементы для усиления их прочностных качеств. Требования, которые выдвигаются к арматуре продиктованы необходимостью ее практического применения совместно с бетонным раствором. По этой причине стальные изделия должны иметь высокую механическую прочность, надежность, иметь хорошее сцепление с материалом и обладать набором высоких технологических свойств и характеристик. Документом СНиП 2.03ю01-84 определяются основные виды арматурной стали.
Представленная на рынке металлопроката арматура разделяется по ряду признаков, среди которых вид стали, ориентация в конструкции, назначение, условия применения и прочие.
Технология производства
Армирующий прокат дифференцируется по способу изготовления на два вида:
- арматура холоднодеформированного типа, которая изготавливается в цехах металлургических предприятий на основе стальных заготовок без термического воздействия на металл. Благодаря этому его поверхность сохраняет привлекательных блестящий внешний вид без каких-либо загрязнений. Помимо этого, данная категория продукции отличается повышенной устойчивостью к коррозии, имея высокие показатели свариваемости. Помимо строительства, холоднокатаные стержни нередко находят применение в художественном, декоративном оформлении экстерьеров и интерьеров, где важное место занимает эстетика;
- арматура горячекатаная – самый популярный и распространенный тип арматурного металлопроката. Его производство подразумевает применение заготовок в виде блюмов, которые перед раскаткой на валках в цехах предприятий разогревают до необходимой температуры, чтобы металл обрел требуемую пластичность. Последовательная прокатка на ряде валков с различным размером позволяет продукции обрести необходимые габаритные размеры. Сферой применения горячекатаной арматуры является строительство и формирование на их основе элементов с высокой нагрузочной способностью.
Виды поверхностей арматуры
В настоящее время производство позволяет изготавливать строительную арматуру с поверхностью двух типов:
- гладкая, поверхность которой не имеет выступов и углублений, в следствие чего не может обеспечить полное сцепление с бетоном. По этой причине гладкая арматура находит применение при изготовлении железобетонных изделий, имеющих низкую нагрузочную способность. Гладкопрофильную арматурную сталь используют для крепления каркасов, усиления плиточной или кирпичной кладки, при заливке полов;
- рифленая арматура отличается от гладкой наличием на поверхности изделий насечек. Благодаря им увеличивается площадь соприкосновения стальных стержней с бетоном. Раствор в свою очередь имеет зернистую структуру, которая позволяет держаться за насечки, гарантируя надежное и прочное соединение. При этом различают рифление следующих видов:
— серповидный профиль – самый прочный вид насечки, который имеет по сравнению с кольцевым меньшую степень сцепления с бетоном;
— кольцевой профиль – формируемая поверхность с максимальным уровнем сцепления с материалом. Недостатком такой поверхности является наличие пересечения ребер, в котором достигается критическая нагрузка;
смешанный профиль – изделия данного типа сочетают в себе оба описанных выше варианта и наименее часто используются на практике по причине высокой стоимости.
Химсостав
Арматурные стальные стержни различаются по своим механическим и эксплуатационным характеристикам в зависимости от химического состава, использованного при производстве материала. В связи с этим продукция делится на:
- арматуру, изготовленную из легированной стали, которая характеризуется наличием помимо углерода в составе сплава таких примесей, как молибден, титан, марганец, хром и т. д. Каждый дополнительный компонент оказывает влияние на эксплуатационные параметры готовых изделий. Так, например, наличие кремния позволяет повысить предел текучести и упругости, марганец улучшает показатели прочности и износостойкости;
- арматура, выполненная на базе углеродистой стали. В качестве заготовок для этого применяют сплавы, которые в своем составе имеют лишь железо и углерод. При этом регулировать характеристики стали можно при помощи объемного содержания углерода в сплаве. Чем он выше, тем больше у сплава твердость и прочность. При этом значительное увеличение объема приводит и к негативным последствиям, в числе которых такие факторы, как снижение прочности на излом и показателя свариваемости.
Химсостав отражается в обозначении изделий в марке стали, имея буквенный код, где Г — это марганец, Т — титан, С — кремний, Ц — цирконий, М — молибден, а Х -хром. Первые цифры в марке при этом отражают среднее содержание углерода в сотых долях процента, справа от буквы цифры указывают на среднее содержание металлов в процентном отношении. В том случае, если за буквой нет цифрового значения, значит содержание этого металла менее 1,5%:
Назначение арматуры
В зависимости от того, какую функцию выполняют стержни в конструкции, по назначению различают следующие виды арматуры:
- рабочая – основная категория изделий данного класса, которая используется для армирования бетона и в процессе эксплуатации предназначена дял снятия напряжений, возникающих вследствие нагрузок, обеспечения целостности строений, зданий и сооружений. Как правило, арматура рабочего типа располагается параллельно с площадью конструкции. Так, например, при закладке фундаментов задний при выборе в пользу ленточных и плитных оснований усиление бетона производится при помощи горизонтально расположенных конструкций. А при установке колонн или свай арматура располагается вертикально и предназначена для нагрузок в другой плоскости. Рабочий тип арматуры в обязательном порядке имеет на поверхности рифление для усиления сцепления с бетонным раствором;
- арматура распределительная является вспомогательной. С помощью изделий данного типа производится сборка, как плоских, так и объемных арматурных каркасов. Стержни позволяют равномерно распределить нагрузку, снимая напряжения с точек концентрации создаваемых усилий. Рабочее положение таких стержней может быть, как вертикальным, так и горизонтальным. В подавляющем большинстве случаев в качестве распределительной арматуры применяются стержни с рифленой поверхностью;
- монтажная арматура – вид изделий, предназначенный для фиксации каркасов с возможностью установки в любой плоскости.
Классы арматурных изделий
В зависимости от механических свойств и характеристик горячекатаный арматурный металлопрокат дифференцируется на классы, каждый из которых имеет свои параметры и обозначения:
- изделия класса A-I (А240) изготавливаются на основе сталей марок Ст3кп, Ст3сп, Ст3пс. Арматура имеет диаметр от 6 мм до 40 мм при значении временного сопротивления разрыву 373 МПа. Относительное удлинение после разрыва – 25%;
- класс А-II (А300) принадлежит продукции, выполненный на базе сплавов марок Ст5сп, 18Г2С, Ст5пс. Диаметр профиля арматуры класса А-II – от 10 мм до 80 мм. При этом показатели относительного удлинения после разрыва и временного сопротивления разрыву достигают 19% и 490 МПа;
- класс Ас-II (Ас300) имеет диапазон диаметров профиля от 10 мм до 40 мм и производится исключительно из стали марки 10ГТ. Временное сопротивление разрыву составляет 441 МПа, относительное сопротивление насчитывает 25%, временное сопротивление разрыву – 441 МПа;
- к арматуре класса A-III (А400) относятся изделия с диаметром профиля от 6 мм до 40 мм. Материалом для изготовления стержней служит сталь марок 32Г2Рпс, 25Г2С и 35ГС. Характеристики относительного удлинения после разрыва и временного сопротивления разрыву составляют – 14% и 590 МПа;
- класс A-IV (А600) присваивают арматурному профилю с показателем временного сопротивления разрыву 883 МПа с диаметром профиля от 6 мм до 40 мм. Материалом для изготовления служит сплавы 20ХГ2Ц, и 80С. Значение относительного удлинения после разрыва составляет 6%;
- арматура класса A-V (А800) выполняется на основе стального сплава 23ХГ2Ц с диаметром профиля от 6 мм до 40 мм с относительным удлинением после разрыва до 7% и временным сопротивлением разрыву 1030 МПа.,
Арматуру четырех классов Ат-III, Ат-IV, AT-V и AT-VI подвергают термическому упрочнению, на что в обозначении указывает индекс «т». Литерой «С» маркируется продукция, которая имеет возможность для стыковки при помощи сварки. Буквой «К» отмечают коррозионностойкие изделия.
Напряженная и ненапряженная арматура
Помимо прочих характеристик арматура для железобетонных изделий может иметь предварительное напряжение. Ненапряженная арматура равномерно усиливает свойства бетона на сжатие и растяжение и не имеет целевого назначения. ЖБИ, выполненные на основе предварительно напряженных стержней могут в течение всего срока службы длительно испытывать значительные нагрузки на изгиб и излом. Чтобы железобетонные плиты и блоки не разрушались при этом, силе нагрузке противодействует сила предварительного напряжения. Таким образом, действует компенсирующее усилие, которое обеспечивает долговечность зданий и сооружений.
Для создания предварительного напряжения используют механические домкраты и специальные приспособления. В качестве альтернативы может задействоваться электротермический способ натяжения стержней. Для этого через стальной прут пропускают электрический ток, который вызывает его нагревание. Благодаря этом происходит удлинение арматуры, после чего изделие фиксируют, чтобы после остывания исключить его сжатие.