Механические свойства арматурных сталей

Физико-механические свойства бетона

Бетон для ЖБК должен обладать вполне определенными, наперед заданными физико-механическими свойствами: необходимой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой, достаточной непроницаемостью для защиты арматуры от коррозии. Кроме того, в зависимости от назначения конструкции и условий эксплуатации могут быть предъявлены еще и специальные требования: морозостойкость при многократном замораживании и оттаивании (например, в панелях наружных стен зданий, открытых сооружениях и др.), жаростойкость при длительном воздействии высоких температур, коррозионная стойкость при агрессивном воздействии среды и др.

Чтобы получить бетон, обладающий заданной прочностью и удовлетворяющий перечисленным выше требованиям, подбирают по количественному соотношению необходимые составляющие материалы: цементы различного вида, крупные и мелкие заполнители, добавки различного вида, обеспечивающие удобоукладываемость смеси или морозостойкость, и т. п.

Кислотостойкий бетон — стойкий в условиях водной, паровоздушной среды, содержащей пары кислот. В зависимости от степени концентрации кислот в качестве вяжущих примняют пуццолановый портландцемент, шлаковый портландцемент, жидкое стекло.

Полимербетон. В качестве вяжущего применяют полимерные материалы (различные эмульсии, смолы и т. п.), существенно повышающие его прочность на сжатие и растяжение, улучшающие сцепление с арматурой, значительно повышающие стойкость в агрессивных средах.

Признаки, по которым классифицируют бетоны

Согласно ГОСТ 25192-2012, ГОСТ 7473-2010 (ранее 7473-94) классификация бетонов производится по основному назначению, виду вяжущего вещества, виду заполнителей, структуре и условиям твердения:

По назначению бетоны бывают следующих видов:

-конструктивные - для бетонных и железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений (фундаменты, колонны, балки, плиты, панели перекрытий и др.);

-специальные - гидротехнические, дорожные, теплоизоляционные, декоративные, а также бетоны специального назначения (химически стойкие, жаростойкие, звукопоглощающие, для защиты от ядерных излучений и др.). бетоны напрягающие, бетонополимеры, полимербетоны.

По виду вяжущего вещества различают цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, асфальтобетон, (полимербетон) и др.

По виду заполнителя различают бетоны: на плотных заполнителях, пористых и специальных, удовлетворяющих специальным требованиям (защиты от излучений, жаростойкости, химической стойкости и т. п.).

По структуре: плотная, поризованная, ячеистая и крупнопористая.

По условиям твердения бетоны подразделяют на твердевшие в естественных условиях; в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении; в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного (автоклавного твердения).

Дополнительно к классификации ГОСТ 25192-2012 используется следующая классификация.

По объёмной массе бетоны подразделяют на: особо тяжёлый (плотность свыше 2500 кг/м³); тяжёлый (плотность 2200—2500 кг/м³); облегченные (плотность 1800—2200 кг/м³); легкий (плотность 500—1800 кг/м³) - керамзитобетон, пенобетон, газобетон, пемзобетон, арболит, вермикулитовый, перлитовый; особо лёгкий (плотность менее 500 кг/м³).

По зерновому составу: крупнозернистые, мелкозернистые

По содержанию вяжущего вещества и заполнителей бетоны подразделяют на: тощие (с пониженным содержанием вяжущего вещества и повышенным содержанием крупного заполнителя); жирные (с повышенным содержанием вяжущего вещества и пониженным содержанием крупного заполнителя); товарные (c соотношением заполнителей и вяжущего вещества по стандартной рецептуре).

Специальный — напрягающий

Классы и марки бетона

Класс по прочности на осевое сжатие В; указывают в проекте во всех случаях как основную характеристику;

класс по прочности на осевое растяжение Вt; назначают в тех случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение и контролируется на производстве;

марка по морозостойкости F; назначают для конструкций, подвергающихся в увлажненном состоянии действию попеременных замораживания и оттаивания (открытые конструкции, ограждающие конструкции и т. п.). Характеризуется числом выдерживаемых бетоном циклов попеременных замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии.

марка по водонепроницаемости W; назначают для конструкций, к которым предъявляются требования ограниченной проницаемости (резервуары и т. п.). Характеризуется предельным давлением воды (кг/см²), при котором еще не наблюдается ее просачивание через испытываемый образец.

марка по средней плотности D; назначают для конструкций, к которым кроме требований прочности предъявляются требования теплоизоляции, и контролируют на производстве.

Заданные класс и марку бетона получают соответствующим подбором состава бетонной смеси с последующим испытанием контрольных образцов.

Оптимальные класс и марку бетона выбирают на основании технико-экономических соображений в зависимости от типа ЖБК, ее напряженного состояния, способа изготовления, условий эксплуатации и др. Рекомендуется принимать класс бетона для железобетонных сжатых стержневых элементов - не ниже В15; для конструкций, испытывающих значительные сжимающие усилия (колонн, арок и т. п.) - В20...В30; для предварительно напряженных конструкции в зависимости от вида напрягаемой арматуры — В20..В40; для изгибаемых элементов без предварительного напряжения (плит, балок) - В15. Для железобетонных конструкций нельзя применять: тяжелый и мелкозернистый бетоны класса по прочности на сжатие ниже 7,5; легкий бетон класса по прочности на сжатие ниже 3,5.

Легкие бетоны на пористых заполнителях и цементном вяжущем при одинаковых классах и марках по морозостойкости и водонепроницаемости применяют в сборных и монолитных ЖБК наравне с тяжелыми бетонами. Во многих случаях они весьма эффективны, так как приводят к снижению массы конструкции.

Вид и классы арматуры

Устанавливается преимущественно для восприятия растягивающих усилий и усиления сжатых зон конструкций.

По функциональному назначению арматура подразделяется на рабочую, конструктивную и монтажную. Основной является рабочая арматура, предназначена для восприятия растягивающих усилий (реже сжимающих), устанавливается по расчету.Устанавливаемая по конструктивным соображениям — монтажная. Монтажная арматура обеспечивает проектное положение рабочей арматуры в конструкции и более равномерно распределяет усилия между отдельными стержнями рабочей арматуры. Кроме того, монтажная арматура может воспринимать обычно не учитываемые расчтом усилия от усадки бетона, изменения температуры конструкции и т. п.

Арматуру классифицируют по четырем признакам.

В зависимости от технологии изготовления различают стержневую и проволочную арматуру. Под стержневой в данной классификации подразумевают арматуру диаметра в пределах 6...40 мм.

В зависимости от способа последующего упрочнения горячекатаная арматура может быть термически упрочненной или упрочненной в холодном состоянии — вытяжкой, волочением.

По форме поверхности арматура может быть периодического профиля и гладкой. Выступы в виде ребер на поверхности стержневой арматуры периодического профиля, рифы или вмятины на поверхности проволочной арматуры значительно улучшают сцепление с бетоном.

По способу применения бывает напрягаемая и ненапрягаемая.

Шесть классов: А-I (имеет гладкий профиль), A-II, A-III, A-IV, A-V, A-VI. Термическому упрочнению подвергают стержневую арматуру четырех классов, обозначается индексом «т»: Aт-III, Aт-IV, Aт-V, Aт-VI. Дополнительной буквой С указывается на возможность стыкования сваркой, буквой К-на повышенную коррозионную стойкость. Подвергнутая вытяжке в холодном состоянии стержневая арматура класса A-III отмечается индексом В.

Каждому классу арматуры соответствуют определенные марки арматурной стали с одинаковыми механическими характеристиками, но различным химическим составом. В обозначении марки стали отражается содержание углерода и легирующих добавок. Г- сталь легировала марганцем, далее его содержание(в процентах); С – наличие кремния; Х- хрома; Т- титана; Ц- циркония.

Арматурную проволоку диаметром 3...8 мм подразделяют на два класса: Вр-1 — обыкновенная арматурная проволока (холоднотянутая, низкоуглеродистая), предназначенная для изготовления сварных сеток; В-II, Вр-II - высокопрочная арматурная проволока (многократно волоченая, углеродистая), применяется в качестве напрягаемой арматуры предварительно напряженных элементов. «р» - периодический профиль.

Механические свойства арматурных сталей

1. Характеристики прочности и деформаций. Повышения прочности горячекатаной арматурной стали и уменьшения удлинения при разрыве достигают введением в ее состав углерода и различных легирующих добавок: марганца, кремния, хрома и др. Содержание углерода свыше 0,3...0,5% снижает пластичность и ухудшает свариваемость стали. Марганец повышает прочность стали без существенного снижения пластичности. Кремний, повышая прочность стали, ухудшает ее свариваемость.

Существенного повышения прочности стали достигают термическим упрочнением или холодным деформированием.

Вытяжка в холодном состоянии позволяет получать высокую прочность стержней большого диаметра. Многократное волочение (через несколько последовательно уменьшающихся в диаметре отверстий) в холодном состоянии позволяет получать высокопрочную проволоку.

2. Пластические свойства арматурных сталей характеризуется относительным удлинением при испытании на разрыв и на изгиб в холодном состоянии. Имеют большое значение для работы ЖБК под нагрузкой, механизации арматурных работ, удобства натяжения напрягаемой арматуры и др. Понижение пластических свойств может стать причиной хрупкого (внезапного) разрыва в конструкциях под нагрузкой, хрупкого излома напрягаемой арматуры в местах резкого перегиба или при закреплении в захватках.

3. Свариваемость стали характеризуется надежностью соединения и отсутствием трещин и пороков металла в швах и прилегающих зонах. Хорошо свариваются горячекатаные малоуглеродистые и низколегированные стали. Нельзя сваривать арматурные стали, упрочненные термической обработкой или вытяжкой, так как при сварке утрачивается эффект упрочнения.

4. Хладоломкость стали характеризуется склонностью к разрушению при пониженных температурах. Арматурные стали из высокопрочной проволоки и термически упрочненные обладают более низким порогом хладноломкости.

5. Реологические свойства стали характеризуется ползучестью и релаксацией. Ползучесть нарастает с повышением напряжений и ростом температуры. Релаксация (уменьшение напряжений) наблюдается при отсутствии деформаций

6. Усталостное разрушение стали наблюдается при действии многократно повторяющейся нагрузки, носит характер хрупкого разрушения. Термически упрочненные арматурные стали имеют пониженный предел выносливости.

7. Динамическая прочность стали наблюдается при нагрузках большой интенсивности, действующих за короткий промежуток времени.

8. Изменение структуры металла и снижение прочности происходит при высокотемпературном нагреве.