Арматурная сталь

Арматурная сталь

Основными показателями свойств арматурной стали являются:

  1. Предел текучести (физический) σу, МПа.
  2. Для сталей, не имеющих физического предела текучести, определяется предел текучести (условный) σ0,2, МПа — напряже­ние, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% от длины участка образца. Определяют его тогда, когда при растяжении об­разца не обнаруживается ярко выраженного предела текучести (твердые стали).
  3. Временное сопротивление (предел прочности) σи, МПа.
  4. Относительное удлинение после разрыва ε — процентное отношение длины образца после разрыва к его первоначальной длине.

Проводя испытание образца, нагрузку на него увеличивают по­степенно, ступенями. Начальную ступень нагружения следует при­нимать 5-10% от ожидаемой максимальной нагрузки. Каждая сту­пень должна составлять не более 20% от нормативной нагрузки. В конце каждой ступени увеличение нагрузки на образец приостанавливают. Под действием этой нагрузки образец находится не ме­нее 10 мин. Доведя нагрузку до нормативного значения, образец вы­держивается 30 мин. Эти выдержки необходимы для выяснения закономерности приращения перемещений и деформаций.

После достижения нагрузкой полуторной величины норматив­ного значения, дальнейшее увеличение ведут ступенями вдвое мень­шими, давая после каждой ступени выдержку не менее 15 мин. Та­кой порядок дает возможность более точно установить величину предельной (разрушающей) нагрузки.

Деформации рекомендуется замерять приборами до достиже­ния нагрузкой величины не более чем 1,25 от нормативной величи­ны. После этого приборы снимаются. Это делается с целью избежа­ния порчи приборов.

Начальная расчетная длина цилиндрических образцов из не­обработанной арматурной стали назначается равной десяти началь­ным (до испытания) диаметрам арматурного стержня.

Измерение начальной и конечной (длина расчетной части пос­ле разрыва образца) расчетных длин, а также диаметра необрабо­танного образца производится с точностью 0,1 мм. До появления деформации образца перемещение подвижного захвата происходит без нарастания или с небольшим увеличением нагрузки, которая необходима для устранения зазора как в механизме машины, так и между образцами и захватами. Поэтому на диаграмме в самом на­чале испытания появляется сначала горизонтальный, а затем кри­волинейный участок. При начальной нагрузке, составляющей 10% от разрывного усилия, на образец наносят две риски. Расстояние между рисками является начальной расчетной длиной образца.

В продолжение всего испытания ведется наблюдение за пове­дением образца по диаграмме, вычерчиваемой записывающим при­бором разрывной машины.

По оси ординат диаграммы откладываются напряжения σ, а по оси абсцисс относительные деформации образца ε, представ­ляющие отношение удлинения образца к его первоначальной дли­не (рис. ниже). Криволинейный участок в начале диаграммы рас­сматривать не следует, поэтому продолжаем прямолинейный от­резок диаграммы до оси абсцисс и получаем точку О — начало диаграммы.

На диаграмме (рис. ниже) можно выделить три участка работы стали: 1 — участок упругой работы; 2 — участок пластической ра­боты; 3 — участок упруго-пластической работы. В большинстве простейших расчетов считается, что сталь работает в пределах пер­вого участка упруго, т. е. напряжения в элементах ограничиваются пределом текучести — σу. Соответственно, нормативные и расчет­ные сопротивления, необходимые для расчета конструкций, прини­маются по пределу текучести.

Сравнительные технические характеристики композитной стеклопластиковой арматуры и стальной арматуры

Понятие равнопрочной замены представляет собой замену арматуры произведенной из стали, на арматуру из композитных материалов, которая имеет такую же прочность и схожие прочие физико-механические показатели. Под равнопрочным диаметром стеклопластиковой арматуры, будем понимать ее такой наружный диаметр, при котором прочность будет равна прочности аналога из металла заданного диаметра.

Металлическая арматура класса A-III (A400C) Арматура композитная полимерная стеклопластиковая (АКС)
6 4
8 5,5
10 6
12 8
14 10
16 12
18 14
20 16

Диаграмма растяжения. Определения предела текучести и предела прочности металлической арматуры

На рисунке 1 приведена кривая зависимости напряжения от деформации металлической арматуры.

На рисунке 2 приведено примерное расположение кривых зависимости напряжения
от деформации металлической и композитной арматуры (1).

σп- Наибольшее напряжение, до которого материал следует закону Гука, называется пределом пропорциональности. Предел пропорциональности зависит от условно принятой степени приближения, с которой начальный участок диаграммы можно рассматривать как прямую.

Упругие свойства материала сохраняются до напряжения, называемого пределом упругости σу, т.е это наибольшее напряжение, до которого материал не получает остаточных деформаций.

σт- предел текучести.

Под пределом текучести понимается то напряжение, при котором происходит рост деформации без заметного увеличения нагрузки. В тех случаях, когда на диаграмме отсутствует явно выраженная площадка текучести, за предел текучести условно принимается величина напряжения, при котором остаточная деформация составляет 0,2%.

Отношение максимальной силы, которую способен выдержать образец, к его начальной площади поперечного сечения носит название предела прочности или временного сопротивления. Предел прочности также является условной величиной.

Единица измерения предела текучести и предела прочности — паскаль Па. Более удобно предел текучести и предел прочности измерять в мегапаскалях МПа.

Преимущества и недостатки материалов

Сравнение стеклопластиковой и металлической арматуры определяется достоинствами и недостатками этих материалов. Это поможет сделать выбор для конкретного строительного проекта.

Среди плюсов стеклопластика — малый удельный вес и прочность, поэтому его легко доставлять на объект и работать, связывая сетки или каркасы. Другие преимущества композитного армирования:

  • устойчивость к агрессивным воздействиям, она не боится морской воды, перепада температур, кислот или щелочей;
  • не проводит электрический ток, поэтому хорошо проходит для жилых помещений, задний, где не требуется экранирование;
  • не теряет своих свойств в широком диапазоне температур от -60 до +90ºС;
  • большой выбор типоразмеров, при необходимости можно заказать любой нужный диаметр;
  • для скрепления прутов не требуется сварки, достаточно пластиковых хомутов;
  • прочность на разрыв превышает данный показатель у металлического аналога.

Этот материал имеет и недостатки:

  • ее невозможно изогнуть непосредственно при создании армирующей конструкции, поэтому приходится заказывать гнутые элементы на заводе;
  • сравнительно низкий модуль упругости;
  • смола, применяемая для производства стеклопластика, воспламеняется при температуре около 200ºС, что недопустимо при повышенной пожароопасности.

Металлическая арматура – классический материал. Именно она чаще используется в производстве железобетонных конструкций, для объектов промышленного назначения, тяжелых фундаментов. Без нее не обойтись при строительстве сооружений с повышенной пожарной опасностью, под высоким поперечным сжатием или динамическими нагрузками. К преимуществам стальной арматуры относят:

  • прочность;
  • модуль упругости, превышающий в 4 раза аналогичный у стеклопластика;
  • возможность сгибания металлического хлыста под любым углом;
  • длительность эксплуатации, при правильном защитном слое бетона.

Арматура из металлического прута имеет и недостатки, из-за которых строителям приходится искать альтернативные материалы:

  • высокий удельный вес, поставка в 12 метровых прутах;
  • незащищенные бетонным слоем элементы разрушаются коррозией;
  • для монтажа железа требуется сварка, в некоторых случаях спецтехника.

Другие недостатки стеклопластиковой арматуры

Кроме всех вышеперечисленных недостатков, следует добавить вот ещё что. При воздействии некоторых химических веществ на стеклопластиковую арматуру, может происходить щелочная реакция. Все это пагубно влияет на стеклопластик, что приводит к его постепенному разрушению.

Ну и, конечно же, минус стеклопластиковой арматуры связан с невозможностью использования сварки. Во многих строительных работах для соединения конструкций используется именно сварка, а не связывание арматуры проволокой. Посмотреть, как это происходит, можно на сайте про сварку mmasvarka.ru .

Читайте также  Бани из сип панелей

Поэтому, все данные недостатки стеклопластиковой арматуры, существенно сокращают область её применения, хоть и не полностью исключают возможность использования в строительстве.

Преимущества и недостатки композитной арматуры

Самым уязвимым местом ЖБИ являются армирующие вставки из металла, подверженные коррозии. Обработка грунтовками либо использование сплавов проблему полностью не решают — металл рано или поздно ржавеет, разрушая бетон. Стеклопластиковая арматура не подвержена влиянию агрессивных сред, что является лишь одним из многочисленных плюсов:

  1. Показатели прочности на разрыв превосходят характеристики металла почти в три раза.
  2. В равнопрочном отношении композитная арматура весит в 9–11 раз меньше.
  3. Материал не только недорого стоит, но и позволяет значительно сэкономить на погрузке и транспортировке.
  4. В отличие от металла не образует мостиков холода, уменьшая теплопотери.
  5. Долговечность и стойкость к температурным перепадам.
  6. Обладает коэффициентом теплового расширения как у бетона, что снижает риск появления дефектов и трещин.
  7. Полностью диэлектрична и радиопрозрачна.
  8. Может изготавливаться как в виде прутьев, так и намоткой в бухты.

Испытания показывают и оборотную сторону медали — минусы композитной арматуры:

  1. Низкий модуль упругости требует проведения дополнительных расчетов при применении такой арматуры в плитах перекрытия.
  2. Низкая огнеустойчивость связана с тем, что композиты под воздействием высоких температур попросту плавятся, превращаясь в жидкость.
  3. Невозможность использования сварки.
  4. Невозможность изогнуть готовую арматуру на объекте.

Нужно заметить, что все отрицательные нюансы успешно решаются производителями и инженерами-проектировщиками: при возведении конструкций с высокой нагрузкой проводятся специальные изыскания и расчеты, для увеличения теплостойкости применяется дополнительная обработка бетонных составов и самой арматуры, все изогнутые детали изготавливаются на заводах согласно проектам.

Виды нагрузок

При использовании металлов прилагаются разные нагрузки статического и динамического воздействия. В теории прочности принято определять нагружения следующих видов.

  • Сжатие – действующая сила сдавливает предмет, вызывая уменьшение длины вдоль направления приложения нагрузки. Такую деформацию ощущают станины, опорные поверхности, стойки и ряд других конструкций, выдерживающих определённый вес. Мосты и переправы, рамы автомобилей и тракторов, фундаменты и арматура, – все эти конструктивные элементы находятся при постоянном сжатии.

  • Растяжение – нагрузка стремится удлинить тело в определенном направлении. Подъемно-транспортные машины и механизмы испытывают подобные нагружения при подъеме и переноске грузов.

  • Сдвиг и срез – такое нагружение наблюдается в случае действия сил, направленных вдоль одной оси навстречу друг другу. Соединительные элементы (болты, винты, заклепки и другие метизы) испытывают нагрузку подобного вида. В конструкции корпусов, металлокаркасов, редукторов и других узлов механизмов и машин обязательно имеются соединительные детали. От их прочности зависит работоспособность устройств.

  • Кручение – если на предмет действует пара сил, находящихся на определенном расстоянии друг от друга, то возникает крутящий момент. Эти усилия стремятся произвести скручивающую деформацию. Подобные нагружения наблюдаются в коробках передач, валы испытывают именно такую нагрузку. Она чаще всего непостоянная по значению. В течение времени величина действующих сил меняется.

  • Изгиб – нагрузка, которая изменяет кривизну предметов, считается изгибающей. Мосты, перекладины, консоли, подъемно-транспортные механизмы и другие детали испытывают подобное нагружение.

Модуль упругости — что это?

Модулем упругости какого-либо материала называют совокупность физических величин, которые характеризуют способность какого-либо твёрдого тела упруго деформироваться в условиях приложения к нему силы. Выражается она буквой Е. Так она будет упомянута во всех таблицах, которые будут идти далее в статье.

Невозможно утверждать, что существует только один способ выявления значения упругости. Различные подходы к изучению этой величины привели к тому, что существует сразу несколько разных подходов. Ниже будут приведены три основных способа расчёта показателей этой характеристики для разных материалов:

  • Модуль Юнга (Е) описывает сопротивление материала любому растяжению или сжатию при упругой деформации. Определяется вариант Юнга отношением напряжения к деформации сжатия. Обычно именно его называют просто модулем упругости.
  • Модуль сдвига (G), называемый также модулем жёсткости. Этот способ выявляет способность материала оказывать сопротивление любому изменению формы, но в условиях сохранения им своей нормы. Модуль сдвига выражается отношением напряжения сдвига к деформации сдвига, которая определяется в виде изменения прямого угла между имеющимися плоскостями, подвергающимися воздействию касательных напряжений. Модуль сдвига, кстати, является одной из составляющих такого явления, как вязкость.
  • Модуль объёмной упругости (К), которые также именуется модулем объёмного сжатия. Данный вариант обозначает способность объекта из какого-либо материала изменять свой объём в случае воздействия на него всестороннего нормального напряжения, являющимся одинаковым по всем своим направлениям. Выражается этот вариант отношением величины объёмного напряжения к величине относительного объёмного сжатия.
  • Существуют также и другие показатели упругости, которые измеряются в других величинах и выражаются другими отношениями. Другими ещё очень известными и популярными вариантами показателей упругости являются параметры Ламе или же коэффициент Пуассона.

От чего зависит величина?

Упругость раствора зависит от множества факторов. Первое, на что обращают внимание — наполнитель. Коэффициент напрямую связан с упругостью раствора. Так, высокими показателями являются тяжелые бетоны, наполнителями в которых являются гравий и щебень. Допустимые нагрузки на постройки из такого материала самые высокие, поэтому важно выбирать правильные заполнители. Учитывают не только интенсивность нагрузок, но и частоту.

Возраст и время укладки материала играют немаловажную роль в показателях модуля упругости. Крепость материала возрастает на протяжении 50 лет с момента заливки, вне зависимости от внешних температур (до 230 ⁰C). Кроме того, характеристики завися от процесса затвердевания (автоклавный, естественный). Чтобы узнать продолжительность предполагаемых нагрузок, нужно начальный показатель перемножать с показателем: 0,7 для поризованных бетонов, 0,85 — для тяжелых легких и мелкозернистых.

Возраст залитого материала находится в прямопропорциональной зависимости с данным показателем.

Классы бетонного раствора в частной стройке варьируют в пределах В7,5—30 (марки М100—400), но таких прочностных и других характеристик хватает вне зависимости от требований и сложностей конструкций. Показатели модуля увеличивает арматура, так как характеристики арматуры повышают показатели общей конструкции. Методика укладки арматуры в бетон определяется ГОСТом 24452—80.

3. Прочность на разрыв

У стеклопластиковой арматуры она превышает 1,1 ГПа, у стальной равна 390 МПа, то есть примерно в три раза ниже. При этом относительное удлинение при разрыве (то есть величина деформации при временном сопротивлении разрыву, выраженная в процентах от первоначальной длины) у стеклопластиковой арматуры меньше в 10 раз. А значит, в конструкциях, испытывающих в основном растягивающие нагрузки (сваи, вертикальное и подошвенное горизонтальное армирования ленточных фундаментов глубокого заложения), стеклопластиковая арматура может быть тоньше стальной. Увы, это лишь теория. Методики точного расчёта для стеклопластика пока не разработано.