Асбестовский завод ЖБИ. История и современность

К вопросу о контроле качества бетонных смесей и бетонов на строительной площадке при монолитном строительстве

Строительная энциклопедия ЖБИ

Информационный раздел

Географическая карта регионов

Арматура для ЖБИ

В своей истории арматура претерпела различные изменения. Основные виды арматуры для производства ЖБИ, используемые в СССР до 90х годов, изображены на рисунке. Такой арматурный профиль получается при прокатке с нанесением рифления. Эта арматура имеет кольцевые поперечные кольца, пересекающиеся с продольными ребрами.

С 1990 года, многие металлургические заводы стран СНГ перешли на выпуск нового проката с периодическим профилем европейского образца по ГОСТ 1088-94 и СТО АСЧМ 7-93 (рис. 1 б). В странах Европы и СНГ серповидный профиль имеет широкое применение и создается согласно нормам EN-10080-1 (1998). Как видно на рисунке, арматура внешне отличается прежде всего тем, что в профиле европейского образца серповидные выступы не пересекаются с продольными ребрами. Анализ профилей кольцевого и серповидного образцов (ГОСТ 5781 и СТО АСЧМ 7-93) показал, что те и другие виды арматуры имеют свои достоинства и недостатки, взаимоисключающие друг друга. В кольцевом профиле по ГОСТ 5781 наличие концентраторов напряжений в местах пересечений поперечных ребер с продольными ребрами, является одной из основных причин снижения прочностных характеристик. При динамических нагрузках в бетоне в случае возникновения в месте пересечения ребер трещины, она распространяется по линии поперечного ребра (по кольцу), и при достижении критического размера происходит разрыв стержня, находящегося под нагрузкой. В сравнении с кольцевым серповидным профилем, который способствует формированию более высоких (выше на 4-8%) прочностных и пластических свойств при прокатке, не имеет концентраторов напряжений в виде пересечений, однако имеет худшие показатели в прочности и жесткости сцепления арматурных стержней с бетоном.

Исследования показали, что кольцевой профиль целесообразно употреблять в массивных конструкциях с большой толщиной слоя бетона по причине высокой анкерующей способности кольцевого профиля. В тонкостенных же конструкциях, особенно в случае предварительного напряжения железобетонных изделий, объективно применение серповидного профиля арматуры. Такое использование серповидного профиля обеспечивает высокую степень эксплуатационной надежности.

В 2002 году И.Н. Тихоновым, руководителем Центра проектирования и экспертизы НИИЖБ в Москве было найдено альтернативное решение, которое позволяет объединить положительные стороны между профилями СТО АСЧМ 7-93 и ГОСТ 5781.

Такой арматурный профиль чередует по всей длине стержня вершины смежный серповидных поперечных ребер во взаимно перпендикулярных осевых плоскостях, обеспечивая тем самым прочность и жесткость сцепления при низкой частоте арматурных распор в бетоне (рис. 1 в). Новый вид профиля впервые был произведен на Белорусском металлургическом заводе в 2003 году и исследовался в виде опытных промышленных партиях на заводах ЖБИ в России.

На рисунке №2 показаны виды нового профиля и обозначены площади участков поперечных ребер, участвующих в сопротивлении его выдергиванию из бетона.

Сравнивая сопротивления поперечных ребер европейского профиля (равный шаг расположения ребер по длине С и одинаковой высотой ребра h) с профилем, представленным на рисунке 2 очевидно, что жесткость и прочность сцепления нового профиля с бетоном увеличивается за счет площадей F1, равномерно расположенных по периметру стержня с шагом с/2, F2 и F3 с шагами, равными С, смещенными по длине стержня друг от друга на величину c/2, и расположенную с вершинами во взаимно перпендикулярных осевых плоскостях. Распорность стержня в таком случае при той же нагрузке уменьшается практически в два раза из-за перераспределения нагрузки за счет дополнительных поперечных ребер на другую осевую плоскость.

Из рисунка 2 видно, что прочность сцепления с бетоном арматуры такого профиля имеет преимущества перед арматурой с серповидным и кольцевым профилями. Как показали эксперименты, арматура с новым профилем не уступает по жесткости арматуре с кольцевым профилем и превышает по данному показателю арматуру серповидного профиля.

Так, в 1990 году под руководством И.Н. Тихонова создана новая конструкция арматурного профиля, которая была запатентована в Беларуси (патент №776 "Арматурный стержень периодического профиля" с приоритетом от 06.12.1993). Вид профиля показан на рис. 3.

На сегодняшний момент арматурный профиль, произведенный способом горячей прокладки, можно разделить на кольцевой, серповидный, смешанный (новый) и трефовый (четырехсторонний).

Европейский серповидный профиль (рис. 1 б) по DIN 488 и EN-10080-1 может иметь варианты исполнения, которые отличаются шагом, углом наклона серповидных выступов по отношению друг к другу.

Поскольку арматура используется для производства ответственных железобетонных изделий и конструкций, и потребление металла на 1 метр кубический железобетона составляет в среднем 70 кг, или 10-25% от стоимости железобетона, к ней предъявляются весьма жесткие требования.

По физико-механическим свойствам и другим показателям качества строительная арматура подразделяется на классы прочности:

• высокие прочностные и пластические механические свойства;
• прочность и жесткость сцепления с бетоном;
• хорошая свариваемость;
• низкая распорность в бетоне;
• коррозионная стойкость и усталостная прочность.

Механические свойства и свариваемость арматурной стали зависят от химического состава стали и способа упрочнения (термическая обработка или термомеханическая, холодная деформация). Химический состав, механические свойства, способы прокатки и упрочнения, параметры и вид профиля в конечном счете и определяют коррозионную стойкость и усталостную прочность арматуры.

Распорность, прочность и жесткость сцепления арматуры с бетоном и другими материалами во многом определяются видом и геометрическими параметрами профиля поверхности арматурного стержня, а также свойствами бетона и технологическими параметрами его укладки. Большинство предприятий производят продукцию по собственным техническим «рецептам» и стремятся к унификации. При этом они ориентируются на СТО АСЧМ 7-93 "Прокат периодического профиля из арматурной стали". Этот документ распространяется на классы А600С, А500С, А400С - бунтовую и стержневую арматуру, производимую следующими способами:

• горячекатаную без последующей обработки;
• термомеханически упрочненную в потоке станов;
• механически упрочненную в холодном состоянии.

В странах СНГ металлургические заводы производят арматуру для строительства диаметром 6 - 40 мм и пределом текучести от 235 до 1200 Н/мм2. Транспортируется арматура в прутках и бунтах мерной и немерной длины. Арматуру делят на классы в зависимости от механических свойств: горячекатаная А-I - A-VI (обозначение старое), также указывают предел текучести и обозначают А240 - А1000, а также упрочненную термически или термомеханически: Ат400 - Ат1200 или Ат-IIIC - Ат-VII.

Необходимость использования железобетонных конструкций в значительной степени зависит от потребительских характеристик арматуры. Подсчитано, что при термомеханическом упрочнении проката, объемом 500 тыс. т в год, дает экономию 169,5 млн кВт/ч электроэнергии, или 37 тыс. т условного топлива. К тому же использование термомеханически упрочненного проката с прочностью 500-1200 Н/мм2 за счет снижения расходных коэффициентов позволяет повысить эффективность использования металла на 15-35%.

Таблица 1
Механические характеристики горячекатаной арматуры

Арматурная сталь подразделяется на классы в зависимости от минимального предела текучести (единица измерения Н/мм2) и эксплуатационных характеристик (С - свариваемая, К - стойкая против коррозионного растрескивания при напряжении). Качество свариваемости проката обеспечивается технологией производства, а также химическим составом стали. Величина углеродного эквивалента для свариваемого арматурного проката класса А400 должна быть в пределах 0,3-0,52%, для класса А500 - в пределах 0,35-0,52% и 0,4-0,65% - для класса А600. Требуемые механические свойства горячекатаной арматурной стали по ГОСТу 5781, достигаются благодаря химическому составу стали. С этой целью используются не только углеродистые стали 3-5сп, но и стали, легированные марганцем и кремнием 35ГС, 25Г2С, а также более прочные стали, легированные хромом и титаном, - 23Х2Г2Т, 23Х2Г2Ц.

Арматурную сталь производят в зависимости от классов:

• А-I(А240)- А-IV(А600) производят горячекатаной,
• А-V(А800) - с низкотемпературным отпуском,
• А-VI (А1000) - с низкотемпературным отпуском или термической обработкой в потоке прокатного стана.

Таблица 2.
Термически упрочненная арматура по ГОСТ 10884

При армировании железобетонных конструкций в соответствии с ГОСТ 10884 изготавливают термомеханически или термически упрочненную арматуру 10-40 мм из низколегированных и углеродистых сталей, марки и режимы термического упрочнения которых выбираются производящим заводом.

Арматурную сталь производят 6 классов. Наибольшей популярностью пользвется арматура Ат800 (Ат-V) Ж10-14 мм. Термомеханически упрочненная арматура для производства железобетонных преднапряженных конструкций по ГОСТ 10884 производится только мерной длины, обычно 6,8 и 7,5 м. Такая арматура предназначена для изготовления преднапряженных плит-перекрытий.

Таблица 3
Механические свойства термически упрочненной арматурной стали

Механические свойства термически упрочненной арматурной стали различных классов, в том числе свариваемой и стойкой против коррозионного растрескивания под напряжением до и после электронагрева, результаты испытания на изгиб, все свойства должны соответствовать требованиям, приведенным в таблице выше.

Доставка арматуры для железобетонных конструкций Ж6-12 мм осуществляется в бунтах массой от 500 до 2000 кг. Обычно это арматура классов А-I и А-III. В прутках идет в основном арматура А-III и А-VI классов, стержни периодического профиля Ж10-40 мм. Горячекатаная арматура производится обычно мерной длины от 6,8 до 11,2 метра. Существуют также заказы с длиной стержней до 25 м. Горячекатаная свариваемая арматура по ГОСТ 5781 поставляется также немерной от 3 до 9 метров, которая сваривается потребителями на стыкосварочных станках. Термомеханически упрочненная арматура по ГОСТ 10884 хоть и не сваривается, однако уже появляются публикации по использованию технологии стыковки немерной арматуры с помощью запрессовки арматурных стержней в специальных трубах.

В последнее время заводы редко производят арматуру класса A-I по ГОСТ 5781, вместо этого катают круглый профиль по ГОСТ 535, который не может быть использован как строительная арматура.

Поставка арматуры на рынки СНГ и в дальнее зарубежье осуществляется по СТО АСЧМ 7-93 и нормативным документам страны-потребителя. Арматурная продукция подлежит сертификации по национальным стандартам России и большинства стран ЕС. Значительное количество арматуры поставляется на внешний рынок в соответствии с требованиями Евронорм ENV 10080.1995, ISO 6935-2.1990, ISO 6934-1.1990, стандартов Германии DIN 448.1984, Великобритании BS 4449-97, США ASTM A722-90, ASTM A706/ A706M0-90, ACI 439 и 4R-89.

Следует отметить, что производство арматуры класса А500С набирает обороты. По заказам строительных предприятий выпускались и опытные партии арматуры длиной 24,2 м. С увеличением доли монолитного домостроения эта арматура пользуется возрастающим спросом. Общая тенденция производителей арматуры - это попытка унификации требований и создание свариваемых арматурных сталей класса А400С и А500С с содержанием углерода не более 0,22%, получаемых путем термомеханического упрочнения.

Выше описанное применимо только к арматуре, производимой на металлургических предприятиях способом горячей прокатки с последующим охлаждением на воздухе или термическим упрочнением в трассе водяного охлаждения. Бунтовой прокат диаметром 6-8 мм является сегодня дефицитной продукцией у строителей, так как производится на металлургических предприятиях в малых количествах из-за пониженной рентабельности в сравнении с арматурой больших диаметров. Арматура диаметром 6 мм практически отсутствует на строительных рынках.

В Европе сегодня просматривается тенденция на увеличение объема выпуска холоднодеформированной арматуры диаметром до 20 мм в бунтах. Она имеет более высокие прочностные свойства и коррозионную стойкость, выгодно отличаясь от горячекатаной по характеристикам и внешнему товарному виду.

Основным нормативным документом является DIN 488. Арматура выполняется в виде круглого в сечении профиля с нанесенным трехсторонним рифлением по периметру сечения и в основном производится в трехвалковых клетях фирм "Koche", "GSG" по схеме, приведенной на рис.

В России существует несколько производителей арматуры холодного деформирования этого вида по своим техническим условиям, например ТУ 14-1-5372-99 "Сталь холоднодеформированная периодического профиля для армирования железобетонных конструкций". Орловский сталепрокатный завод в свое время выпускал арматуру с четырехсторонним профилем по ТУ 14- 170-217-94 "Холоднодеформированная с четырехсторонним периодическим профилем для армирования железобетонных конструкций".

Подобная арматура в настоящее время освоена в Челябинске и Магнитогорске. В СНГ арматура холодного деформирования с трехсторонним профилем диаметром 6-10 мм выпускается в очень малых объемах по техническим условиям предприятий производителя. Также на строительном рынке периодически появляются внешне разнообразные виды холоднодеформированной арматуры (рис).

Характерной особенностью данных изделий, производимых в России, является пониженное значение относительного удлинения s10 не более 6%. Это связано в основном с явлением наклепа и последеформационного старения.

Производство в Беларуси холоднодеформированной арматуры начала компания Строительные ресурсы. В начале был освоен витой профиль арматуры по патенту номер 361 BY 22.01.2001 года. (см. рис.), который хорошо показал себя взамен арматурной проволоки ВР-1 диаметром 4-5 мм по ГОСТ 6727-80. Затем двухсторонний арматурный профиль по патенту номер 612 BY 04.12.2001 года, практически не отличающийся по внешнему виду от часто используемого двустороннего серповидного профиля по СТО СЧМ 7-93. На его базе разработаны и использованы технические условия ТУ РБ 190266671.001-2002, внесенные в строительные нормы РБ "Бетонные и железобетонные конструкции".

Для холоднодеформированной арматуры диаметром 6-8 мм по этим техническим условиям характерно обеспечение достаточно высокого относительного удлинения. При норме s5 = 6% по ТУ РБ 190266671.001-2002, фактическое его значение находится в пределах 13-15% без потери пластических свойств после вылеживания бунта арматуры в течение 15-20 дней. Такие результаты получены за счет новых решений при обработке металла после его деформации и перед намоткой на катушку.

В заключение следует упомянуть используемую строителями для производства кладочной сетки арматурную проволоку ВР-1 диаметром 3-5 мм и высокопрочную арматуру "Проволока из углеродистой стали для армирования предварительно напряженных железобетонных конструкций" для железнодорожных шпал и струнобетонов. Если проволока ВР-1 производится из обычной низкоуглеродистой стали, то высокопрочная арматурная проволока производится из высокоуглеродистой стали. Такая сталь обеспечивает номинальное временное сопротивление в пределах 1470-1780 Н/мм2 в готовом профиле диаметром 3-8 мм. Технология производства высокопрочной арматуры принципиально разработана, причем без традиционного патентирования, причем многими специалистами, но по организационным причинам пока не реализована на практике.

Предприятие Асбестовский завод ЖБИ при производстве всех железобетонных изделий (плиты перекрытия ЖБИ, сваи, бордюры, фбс, перемычки ЖБИ и другие...) использует только высококачественную арматурную продукцию и следит за тенденциями и нововведениями в сфере арматурных профилей. При производстве ЖБИ, завод отдает предпочтение проверенным арматурным профилям, каркасам и надежным технологиям производства.