Арматурная сталь.
Сталь получается путем передела чугуна в мартеновских печах, конвертерах и электропечах. Как и чугун, сталь представляет собой сплав железа с углеродом, в котором имеются незначительные примеси марганца, кремния, серы и фосфора. Основную часть в чугуне и стали составляет железо; углерода и других элементов содержится в сплаве относительно мало. В отличие от чугуна сталью называют такой железоуглеродистый сплав, в котором углерода содержится не более 2%.
Количество углерода в стали весьма резко влияет на ее свойства. С увеличением содержания углерода прочность и твердость стали также увеличиваются, но она при этом, как правило, становится более хрупкой и хуже сваривается.
В целях улучшения некоторых свойств стали в сплав дополнительно вводят так называемые легирующие добавки (например, хром, марганец, никель, вольфрам, молибден, ванадий), иногда до 5—6 различных металлов. Таким путем получают различные легированные стали, которые обладают в одних случаях повышенной прочностью, в других — повышенной твердостью, коррозийной стойкостью и пр. Легирование стали достигается также увеличением содержания в сплаве кремния и марганца.
Содержание различных элементов в стали (ее химический состав) отражается в наименовании ее марки. 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 процентах. Отсутствие цифры указывает, что содержание элемента не превышает 1%.
Например, марка арматурной стали 35ГС 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 углерода составляет 0,2%, хрома не более 1%, марганца не более 2% и циркония не более 1%.
Химический состав стали в значительной мере обусловливает ее физикомеханические свойства. 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 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.
Пластичностью называется свойство материала изменять форму и сечение под действием внешней нагрузки и сохранять их в измененном состоянии после снятия этой нагрузки. Пластические свойства арматурной стали характеризуются относительными удлинениями после разрыва, а также величиной угла загиба или числом перегибов стали в холодном состоянии.
Под свариваемостью понимают свойство 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.
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.
Для выяснения величин временного сопротивления, предела текучести и относительного удлинения стали ее подвергают испытанию на растяжение до разрыва с помощью специальных разрывных машин. Под действием плавно возрастающей нагрузки, создаваемой машиной, закрепленный в ее захватах образец арматуры (стержень) удлиняется в продольном и утончается в поперечном направлениях, или деформируется.
Следует отметить, что при испытании образцов в разрывных машинах диаграммы растяжения могут вычерчиваться автоматически специальными приборами, установленными на этих машинах. Однако при использовании таких диаграмм для определения механических свойств стали в ряде случаев не удается получить требуемую точность.
Чтобы лучше уяснить себе физический смысл некоторых понятий, связанных с механическими свойствами стали, обратимся к примеру.
Малоуглеродистая сталь марки Ст. 3 имеет следующие показатели прочности и пластичности: предел текучести — as = = 2460 кГсм2; временное сопротивление разрыву — о = =4000 кГсм2; относительное удлинение 6 = 25%
Повышение прочности арматуры достигается путем подбора соответствующего химического состава стали при ее изготовлении, а также в результате ее упрочнения (наклепа стали) в холодном состоянии и термической обработки.
Применение высокопрочной арматурной стали по сравнению с менее прочной дает экономию металла, расходуемого в строительной промышленности, а также уменьшает затраты на армирование железобетона.
Наименьшей пластичностью обладают стали, упрочненные в холодном состоянии, относительное удлинение которых не превышает 6 = 3%, тогда как для стали марки Ст. 36 = 25%. Деформации растяжения холодноупрочненных сталей переходят в пластическую область без площадки текучести. Одним из показателей прочности таких сталей является так называемый условный предел текучести. За условный предел текучести обычно принимают напряжение 2, при котором остаточные (не исчезающие после снятия нагрузки) удлинения стали составляют 0,2% или (что практически то же самое) напряжение, при котором отклонение от линейной зависимости между напряжениями (нагрузками) и деформациями достигает величины 0,2% базы измерения. За базу измерения, например в рассмотренном нами случае испытания стали марки Ст. 3, была принята первоначальная длина образца, равная 100 мм.
Диаграммы растяжения сталей, не подвергнутых упрочнению в холодном состоянии, и диаграммы некоторых видов термически упрочненных сталей обычно имеют площадки текучести; относительные удлинения этих сталей колеблются от 6 до 20%.
Снижение пластических свойств у арматурных сталей допустимо до определенных пределов, так как в противных случаях может оказаться невозможным полное использование прочности арматуры или может возникнуть вероятность хрупкого разрушения железобетонных конструкций. Кроме того, при чрезмерном уменьшении пластичности повышается вероятность хрупкого излома самой арматурной стали при всевозможных изгибах и перегибах во время производства арматурных работ.
Возможность повышения прочности арматурных сталей и наиболее полного использования прочности при эксплуатации железобетонных конструкций связана с еще одним свойством арматуры — способностью сцепляться с бетоном. Чем выше эта способность, тем более прочную сталь и с большим эффектом можно использовать в качестве арматуры. С целью повышения сцепления арматуры с бетоном на ее поверхности создаются специальные ребра, выступы или вмятины. Арматура с ребрами, выступами или вмятинами на поверхности называется арматурой периодического профиля.
Периодический профиль арматура получает в процессе горячей прокатки стали на металлургических заводах или после сплющивания гладкой стали в холодном состоянии. Сплющиванием одновременно достигается некоторое упрочнение стали. Арматуру периодического профиля изготовляют из сталей, обладающих весьма высокими показателями прочности, в то время как в качестве гладкой арматуры целесообразно использовать стали с пределом текучести не свыше 40 кГмм2.
Требования к арматурным сталям в отношении величины рассмотренных выше основных показателей прочности и пластичности, а также геометрических характеристик (диаметр, вид и размеры периодического профиля, длина стержней и допуски на них) регламентируются соответствующими государственными стандартами — ГОСТ и техническими условиями. Соблюдение регламентированных этими документами требований и геометрических характеристик гарантируется заводамипоставщиками арматуры.
|
