+7 (495) 737-73-47
105118, г. Москва, ул. Кирпичная, д. 20, стр. 7
Telegram Instagram youtube google+ twitter fb mail

Арматура. Классы. Профили. Их эффективность.

класс арматуры





Общеизвестна коммерческая истина: "интерес покупателя - выгода продавца". Понимая это, производители и потребители товаров начиная с древности строили свои взаимоотношения. Арматурный прокат для железобетона - это тот же продукт, что и автомобили, телевизоры, компьютеры и прочее, и стало быть, принципы взаимодействия производителей - металлургов и потребителей - строителей тоже подвластны этому несокрушимому правилу.

Главным критерием привлекательности и продаваемости товарной продукции в современных условиях является ее конкурентоспособность, обусловленная высокими потребительскими свойствами. Руководствуясь этим, строит свои отношения со строительной отраслью Управляющая компания "ЕвразХолдинг" совместно с историческим флагманом отечественного производства эффективного арматурного проката - ОАО "ЕВРАЗ Объединенный ЗСМК" (Новокузнецк).

Один из успешных результатов построения таких взаимоотношений - освоение производства и продвижение на строительном рынке арматурного проката класса прочности 500 МПа. Реализация этого проекта была обусловлена следующими обстоятельствами:
- отечественный металлопроизводитель был в этом заинтересован в связи с переходом существенной доли мирового строительного комплекса на арматуру данного класса;
- отечественный строители нуждались в замене широко используемого арматурного проката класса А400 (А-III) на А500 с целью уменьшения металлоемкости железобетонных конструкций и снижения себестоимости начинающего набирать обороты массового жилищного строительства.


При освоении производства арматурного проката класса А500 для его успешной реализации за рубежом потребовалась замена принятого в России кольцевого периодического профиля с постоянной высотой ребер по ГОСТ 5781-82 на двухрядный европрофиль с ребрами серповидной формы, получивший распространение в ряде европейских стран.

Внедрение арматуры с этим видом профиля в России и странах СНГ потребовало от производителя и потребителей разрешения ряда технических проблем, а также научно-экспериментальной оценки его эффективности.
Эффективность арматурного проката для железобетона должна оцениваться на стадиях его производства, технологической переработки, применения при проектировании и эксплуатации.
При освоении производства нового профиля арматурного проката определяется технологичность его нарезки в ручьях валков чистовых клетей прокатного стана, стойкость канавок ручьев при прокатке для обеспечения нормативных требований по геометрическим параметрам профиля, эффективность термообработки, зависящая от конфигурации профиля и его потребности, отсутствие криволинейности стержней после термообработки.

Технологическая переработка арматурного проката выполняется на специализированных арматурных участках предприятий по производству железобетонных конструкций, в сервисных металлоцентрах, а также непосредственно на объектах строительства. Для выполнения проектных требований к арматурной продукции стержни правятся, гнутся и соединяются электродуговой сваркой в сетки, каркасы и закладные детали. В этой связи очень важно, чтобы внешний контур сечения стержней арматуры был почти идеально круглый, так как его овальность вызывает неудобства при гнутье и сварке стержней и может стать причиной искривления арматурных сеток и каркасов после контактной стыковой сварки на автоматизированном оборудовании.

профили арматуры Профиль арматурного проката во многом определяет эффективность его сцепления с бетоном и, следовательно, надежность анкеровки арматуры, трещиностойкость и деформативность железобетонных конструкций при эксплуатационных нагрузок.

Прочностью и жесткостью анкеровки арматуры в бетоне определяется надежность ее нахлесточных бессварных соединений, выпусков стержней из фундаментов, анкеров закладных деталей и др.
От вида и геометрических параметров профиля зависит сопротивления арматуры различным видам динамического нагружения.

Известно, что предельный величины ширины раскрытия трещин в железобетоне закладывались преимущественно из условий защиты арматуры от коррозии. Наличие трещин и ширина их раскрытия на поверхности железобетонных конструкций при эксплуатационных нагрузках также влияют на их огнестойкость при пожарах. От величины раскрытия трещин зависит эффективность применения в изгибаемых железобетонных элементах без предварительного напряжения арматуры повышенной прочности - классов А500 и А600 взамен А400 и, следовательно, возможность снижения металлоемкости железобетона.

Зарубежными и отечественными исследованиями установлено, что с увеличением относительной площади смятия поперечных ребер fR (так называемого критерия Рема, оценивающего эффективность сцепления с бетоном периодического профиля арматуры) до уровня fR=0,075 трещиностойкость железобетона существенно улучшается. Выпускавшаяся по ГОСТ 5781-82 до начала 1990-х годов отечественная арматура кольцевого профиля с постоянной высотой ребер имела ненормируемое, но очень высокое значение критерия Рема fR > 0.1. Арматуру с таким периодическим профилем, в основном для транспортного строительства, металлургические заводы производят и в настоящее время.

По мере технического развития и увеличения производительности прокатного производства выявились недостатки кольцевого профиля при выпуске и применении арматуры.Частое расположение поперечных ребер, пересекающихся с продольными ребрами арматуры по ГОСТ 5781-82, обусловливает ускоренный износ и, следовательно, большой расход дорогостоящих чугунных валков чистовых клетей прокатного стана. Это связано с тем, что в процессе нарезки формирующих поперечные ребра канавок на поверхности рабочих калибров валков удары при входе рабочего инструмента способствует образованию микротрещин в хрупком металле валка. При прокатке арматуры на этих участках калибров чугун постепенно выкрашивается, искажается форма поперечных ребер, в результате чего продукция перестает соответствовать стандарту.

Кроме того, исследования усталостной прочности арматуры с кольцевым профилем установили, что он неблагоприятен с точки зрения работы на выносливость при циклических нагрузках, так как при этой форме профиля на поверхности стержней образуется многочисленные потенциальные очаги концентрации напряжений, приводящие к образованию и развитию усталостных трещин.

В европейских странах в последние десятилетия арматуру производят главным образом с профилем в виде двух рядов серповидных ребер, на пересекающих продольные ребра. Обычно его называют серповидным двухсторонним (двухрядным), или европрофилем (рисунок)

Предполагалось, что этот профиль будет технологичнее в прокатке по сравнению с профилем по ГОСТ 5781. Однако первые опытные прокатки показали, что стойкость калибров валков с серповидным профилем. Было сделано предположение, что причиной этого является то, что в случае отсутствия сопряжения поперечных выступов с продольными ребрами формование металла в калибре протекает в стесненных условиях и таким образом у концов выступов создается весьма сильное давление, при многократном действии которого металл валка разрушается. К сожалению, доскональных исследований этого вопроса впоследствии не проводилось, и дать ему объективную оценку не представляется возможным.

Предполагалось также, что за счет существенного уменьшения потенциальных очагов концентрации напряжений серповидный профиль обеспечит лучшие показатели по выносливости при многократно повторяющихся нагрузках. Исследованиями НИИЖБ подтверждается, что сведение поперечных выступов на нет повышает предел выносливости арматуры. В то же время установлено, что основной причиной значительного снижения стержневой выносливости для всех исследованных видов арматуры является повышенная концентрация напряжений в местах сопряжения боковых поверхностей поперечных выступов с цилиндрической поверхностью сердечника стержня, а также замкнутость по периметру сердечника линии этих сопряжений, как и в кольцевом профиле.

В начале 1990-х годов многие металлургические предприятия стран СНГ, производящие арматурный прокат, начали массово осваивать зарубежные рынки сбыта своей продукции, естественно, ориентируясь при этом на требования стандартов стран - покупателей арматуры для железобетона. С учетом положений иностранных стандартов в России были разработаны стандарты СТО АСЧМ 7-93, ГОСТ 10804-94 и ГОСТ Р 52544, где был принят периодический профиль европейского образца.

В основном из коммерческих соображений большинство отечественных металлургических заводов стали выпускать арматуру класса А400 ( А-III) и А500С с серповидным профилем как для внешнего, так и для внутреннего рынка по техническим условиям. Такая "унификация" профиля арматуры создала неблагоприятную ситуацию в отечественном строительстве, особенно в области монолитного домостроения, так как оказалось разрушенной привычная система идентификации класса арматуры по форме периодического профиля и стала возможной на стройках и заводах ЖБИ подмена предусмотренной проектом арматуры (А500) арматурой низшего класса прочности (А400)

бухтовая арматура ЕВРАЗ Объединенный ЗСМК приобрел необходимое современное оборудование и наладил производство холоднодеформированного арматурного проката класса В500С в сортаменте от 5 до 9 мм. с шагом типоразмеров 0,5 мм.

Отсутствие в серповидном двухстороннем (европейском) профиле пересечения продольных ребер с поперечными существенно снижает значения показателя сцепления относительной площади смятия поперечных ребер fR по сравнению с кольцевым профилем по ГОСТ 5781-82 при одинаковой высоте ребер. Браковочный минимум критерия Рема для этого вида арматуры установлен как fR >0.056. Сцепление стержней европейского профиля с fR >0,056 с бетоном характеризуется меньшей прочностью и жесткостью. Это особенно заметно на бетонах низких и средних классов прочности. Многочисленными опытами установлено, что fR =0.07-0.075-для всех известных видов профиля арматуры оптимальная величина.

серповидный профиль Увеличением высоты поперечных ребер и их удлинением для европейского профиля возможно достигнуть fR=0,07, что позволит компенсировать потери в жесткости и прочности сцепления. Однако это ограничено, с одной стороны, реальными возможностями прокатного производства, а с другой - возрастанием сконцентрированных, двухсторонне направленных усилий распора в окружающем арматуру бетоне, снижением предела выносливости и технологичности переработки из-за овальности контура поперечного сечения.

Фактически можно заключить, что в рамках общепринятых технологий прокатки возможности совершенствования кольцевого и двухстороннего серповидного профилей арматуры в части улучшения сцепления с бетоном путем корректировки геометрических параметров в значительной степени исчерпаны.

Видимо, из-за указанных недостатков европейского профиля в ныне действующих национальных и международных стандартах рекомендуются для применения и другие типы профиля арматуры, в том числе с пересечением поперечных ребер с продольными:
ISO 6935-2 (2007); ASTM A 615/A615M (США, 2006); CAN/CSA - G30.2192 (Канада, 2002); SI 739 (Израиль); ONORM 4200 (Австрия, 2000); CSZ: 1995 (Гон-конг); KSD 3504-1998 (Южная Корея); CSZ: Part:2: 2000 (Сингапур) и др.

Увеличение объемов продаж и обеспечение конкурентоспособности вновь основанного производства холоднодеформированной арматуры класса В500С возможно только после разработки рекомендаций по ее эффективному применению.

В НИИЖБ им. А. А. Гвоздева разработан, запатентован в России и других странах, а также внедрен в массовое производство новый профиль арматурного проката с условным названием "серповидный четырехсторонний", или "профиль НИИЖБ" (см. рис.). Этот вид профиля объединяет в себе положительные качества как кольцевого, так и серповидного двухстороннего профилей.
По сравнению с серповидным двухсторонним новый профиль позволяет при той же высоте поперечных ребер за счет их чередующегося четырехстороннего расположения увеличить относительную площадь смятия арматуры fR в 1,3-1,4 раза, при том что шаг ребер в каждом ряду увеличивается на 10-15%.

Такая конструкция профиля благодаря увеличению сопротивления смятию и срезу зигзагообразных, непрерывных по длине межреберных бетонных шпонок, а также эффективной работе внедренных в них зерен крупного заполнителя позволяет значительно повысить прочность и жесткость сцепления арматуры с бетоном.

Четырехрядная компоновка чередующихся по длине поперечных ребер делает более равномерным по контуру сечения стержня распределение расклинивающих бетон усилий распора, возникающих в зонах анкеровки или нахлестки арматуры, уменьшает опасность возникновения трещин раскалывания и исключает необходимость усиленного поперечного армирования.
Прерывистостью по периметру и умеренностью по высоте серповидных поперечных ребер обусловливается выполнение нормативных требований по показателям выносливости при многократно повторяющихся нагрузках.


Новый вид профиля используется для арматуры класса А500 с обозначением А500СП. Арматуру класса А500СП производит ЕВРАЗ Объединенный ЗСМК по ТУ 14-1-5526-2006 "Прокат арматурный класса А500СП с эффективным периодическим профилем. Технические условия". Эта продукция сертифицирована на соответствие ГОСТ Р 52544 " Применение арматуры класса А500СП в железобетонных конструкциях ". Общий объем производства арматуры с новым профилем в 2006-2012 гг. превысил 1,2 млн. т.

Одним из преимуществ арматуры класса А500СП с новым профилем является ее узнаваемость по виду поверхности, что практически исключает случайное попадание в конструкции арматуры низшего класса прочности. Это позволяет проектировщикам и строителям с гарантированной безопасностью применять арматуру класса А500СП взамен класса А400 с соответствующим экономическим эффектом.

В НИИЖБ выполнены обширные сопоставительные исследования по оценке эффективности использования при армировании железобетонных конструкций арматуры класса А500СП взамен классов А400 и А500С. Их результаты использованы при составлении СТО 36554501-005-2006.

Принимая во внимание высокую надежность анкеровки арматуры с новым профилем, в ранее разработанных типовых проектов возможна прямая замена арматуры класса А400 (А-III) по ГОСТ 5781 на А500СП без перерасчета по новым нормам проектирования (СП 63.13330.2012), изменения диаметра и длин нахлестки стержней. профили арматуры В центре проектирования экспертизы НИИЖБ переработано более 15 серий типовых проектов массовых железобетонных изделий с заменой арматуры класса А400 (А-III) на А500СП (сваи, перемычки, колонны, дорожные плиты, лотки теплотрасс, опоры ЛЭП и др.). Это позволило предприятиям, производящим данные изделия, обеспечить экономию арматуры на 5-25%. Использование арматуры класса А500СП в конструкциях для домов серии И-155 позволило снизить расход арматуры на 15%.
Сопоставительная оценка эффективности применяемых в Российской Федерации видов периодических профилей стержневой арматуры приведена в таблице, из которой видно, итоговая бальная оценка эффективности арматуры с серповидным четырехсторонним профилем НИИЖБ значительно выше, чем у арматуры с кольцевым по ГОСТ 5781-82 и серповидным двухсторонним (европейским) видами профиля. Арматура класса А600 и высокопрочная арматура классов А800 и А1000, используемая в предварительно напряженных железобетонных конструкциях, может также производиться с серповидным четырехсторонним профилем. Этому способствует подтвержденная экспериментами относительно низкая распорность профиля в бетоне и малая длина зоны передачи напряжений на бетон при отпуске натяжения арматуры. В практике индустриального производства предварительно напряженных конструкций уже имеются положительные примеры использования арматуры класса А500СП взамен упрочненной вытяжкой арматуры класса А-III в (А550). Отличительными идентификационными признаками классов ненапрягаемой и напрягаемой арматуры может служить конфигурация профиля с одинаковым или различным по противоположным сторонам стержня направлением наклона ребер. Подобный способ много лет применялся для распознавания классов арматуры А-II и А-III-А-V в ГОСТ 5781-82. профили арматуры Арматурный прокат с четырехсторонним серповидным профилем из стали с микролегированием может составить успешную конкуренцию прокату других производителей при использовании в особо ответственных зданиях и сооружениях (энергетическое, транспортное строительство, объекты оборонного значения), а также при поставке в сейсмоопасные районы мира и района строительства с низкими отрицательными температурами.
Еще одной важной проблемой строительного комплекса России является внедрений технологий безотходного использования арматурного проката на основе опыта строителей передовых зарубежных стран. Для этого целесообразно производить арматуру диаметром до 16 мм, поставляемую в мотках, переработка которой может осуществляться на заводах сборного железобетона и в цехах сервисных металлоцентров. В связи с наметившимся в жилищном строительстве ростом доли крупнопанельного домостроения эта проблема становится актуальной для металлопроизводителей. ЕВРАЗ Объединенный ЗСМК приобрел необходимое современное оборудование и наладил производство холоднодеформированного арматурного проката класса В500С в сортаменте от 5 до 9 мм. с шагом типоразмеров 0,5 мм.


В настоящее время совместными усилиями Центра проектирования и экспертизы НИИЖБ начаты работы по продвижению данной продукции на строительном рынке. Этому способствует повышение значений расчетного сопротивления арматуры В500С растяжению с 415 до 435 Н/мм 2 (то есть до уровня для арматуры А500) в новых нормах проектирования СП 63.13330.2012/1/, имеющих статус документа обязательного применения.

В программу продвижения арматуры В500С входят следующие действия:
- разработка на базе результатов исследований рекомендаций по эффективному применению арматуры;
- маркетинговые мероприятия с проведением региональных информационных семинаров;
- переработка проектной документации с целью безвозмездной ее передачи потребителям при продажах продукции.
Подобная методика продвижения на строительном рынке нового арматурного проката, как показывает опыт работы с арматурой класса А500СП, дает положительный результат.

В итоге можно сделать следующие выводы:
1. Семилетний опыт массового производства и применения в строительстве демонстрирует высокую эффективность армирования железобетонных конструкций сталью класса А500СП с серповидным четырехсторонним профилем. Это позволило сделать ряд предложений для проектирования по более рациональному и экономичному армированию конструкций зданий и сооружений при полном соблюдении требований норм к их безопасности.
2. Применение арматуры класса А500СП вместо А400 в ЖБК реально обеспечивает ее экономию до 25%. Учитывая высокую стабильность механических свойств, надежность анкеровки арматуры класса А500СП и эффективность сцепления с бетоном в стадии пластического деформирования стержней, целесообразно рекомендовать использовать ее для железобетонных конструкций в расчете на аварийные и сейсмические нагрузки.
3. Увеличение объемов продаж и обеспечение конкурентоспособности вновь основанного производства холоднодеформированной арматуры класса В500С возможно только после разработки рекомендаций по ее эффективному применению, переработки значительного объема проектной документации на производство железобетонных конструкций с рациональным использованием промежуточных размеров проката и минусовых допусков, проведения комплекса информационно-рекламных и маркетинговых мероприятий.






источник:
ИИС «Металлоснабжение и сбыт»