CC BY
20
kuNiVERSlIM:
№ 2 (95)_ДД ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_(Ьевраль. 2022 г.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
DOI - 10.32743/UniTech.2022.95.2.13162
ИССЛЕДОВАНИЕ ГОРЮЧЕСТИ БАЗАЛЬТОВОЙ АРМАТУРЫ И СРАВНЕНИЕ ЕЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК С КОМПОЗИТНОЙ И СТАЛЬНОЙ АРМАТУРОЙ
Миржалилов Улмас Таирджанович
директор частный компании «Metall Grid», Республика Узбекистан, г. Ташкент
Исмаилов Жанибек Бахадирович
докторант кафедры «Металлургия», Ташкентский Государственный Технический Университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: _ jonibekismailov1001@gmail.com
Шоазизов Фарход Нигматиллаевич
магистрант кафедры «Металлургия», Ташкентский Государственный Технический Университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Рахматалиев Шохрух Ашур угли
магистрант кафедры «Металлургия», Ташкентский Государственный Технический Университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент
STUDY COMPARATIVE CHARACTERISTICS AND ANALYSIS OF THERMAL PROPERTIES OF STEEL AND COMPOSITE REINFORCEMENTS
Ulmas Mirzhalilov
Director of the private company "Metal Grid", Republic of Uzbekistan, Tashkent
Zhanibek Ismailov
Doctoral student of the department "Metallurgy", Tashkent State
Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Farkhod Shoazizov
Master student of the department "Metallurgy", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Shokhrukh Rakhmataliev
Master student of the department "Metallurgy", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В данной статье рассматривается эффективность и область применения стальной и композитной арматуры, их преимущества и недостатки, а также сравнение их основных характеристик. Описываются испытания по определению горючести базальтовой арматуры, с целью определения возможностей ее применения.
Библиографическое описание: ИССЛЕДОВАНИЕ ГОРЮЧЕСТИ БАЗАЛЬТОВОЙ АРМАТУРЫ И СРАВНЕНИЕ ЕЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК С КОМПОЗИТНОЙ И СТАЛЬНОЙ АРМАТУРОЙ // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. Миржалилов У.Т. [и др.]. 2022. 2(95). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13162
kuNiVERSLIM:
№ 2 (95)_ДД ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_(Ьевраль. 2022 г.
ABSTRACT
This article discusses the effectiveness and scope of steel and composite reinforcement, their advantages and disadvantages, as well as a comparison of their main characteristics. Describes tests to determine the combustibility of basalt reinforcement, in order to determine the possibilities of its application.
Ключевые слова: арматура, композиты, стеклопластиковая, углепластиковая, базальтопластиковая, сталь, горячекатаная, железобетон, энергоэффективность, радиопрозрачность, холоднодеформированный, химсостав.
Keywords: fittings, composites, fiberglass, carbon fiber, basalt-plastic, steel, hot-rolled, reinforced concrete, energy efficiency, radio transparency, cold worked.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящие время развитие всех сфер про -мышленности, в том числе и развитие строительной отрасли является направлением требующее использование высококачественных материалов, которые могут также конкурировать на международном рынке. К примеру, в строительной отрасли, можно заметить, что в некоторых областях строительства вместо металлических конструкций используется композитная (стеклопластиковые, углепластиковые, базальтопластиковые) арматура вместо стальной.
Далее рассмотрим эффективность использования композитной арматуры вместо стальной, их сравнительные свойства, анализ термических свойств а также возможно применимых и неприменимых случаев.
Арматура — совокупность соединённых между собой элементов, которые при совместной работе с бетоном в железобетонных сооружениях воспринимают растягивающие напряжения (балки), а также могут использоваться для усиления бетона в сжатой зоне (колонны).
Элементы арматуры делятся на жёсткие (прокатные двутавры, швеллеры, уголки) и гибкие (отдельные стержни гладкого и периодического профиля, а также сварные или вязаные сетки и каркасы). Арматурные стержни могут быть стальными (сталь горячекатаная и холоднокатаная для армирования железобетонных конструкций), композитными (стеклопластиковая, углепластиковая, базальтопластиковая), и другие [1, с. 636].
Монолитные железобетонные конструкции зданий, в большинстве своем, являются конструкциями без предварительного напряжения. В качестве устанавливаемой по расчету арматуры таких конструкций обычно применяют стержневую арматуру периодического профиля классов А400, А500 в виде отдельных стержней и в составе сварных и вязаных каркасов, а также холоднодеформированную арматуру класса В500 и арматурную проволоку класса Вр500(Вр-1) преимущественно в сварных сетках и каркасах.
Для поперечного и косвенного армирования обычно применяют гладкую арматуру класса А240 из стали марок СтЗсп и СтЗпс (с категориями нормируемых показателей не ниже 2 по ГОСТ 535), но также и арматуру периодического профиля классов А400, А500, В500 и Вр500 [2, с. 9].
Арматура классов Вр500 (арматурная проволока Вр-1) изготовляется из стали с практически нерегла-ментированным химсоставом в сортаменте 3,0; 4,0;
и 5,0 мм, причем многие производители выпускают её с минусовыми допусками на диаметр, существенно увеличенными относительно требований ГОСТ 6727—80. Её характеристики прочности и пластичности не отвечают требованиям международных стандартов. В качестве устанавливаемой по расчету арматуру класса Вр500 целесообразно применять только в малоответственных элементах конструкций.
Горячекатаная арматура класса А400 в массовом объеме выпускается в сортаменте от 6 до 40 мм, а термомеханический упрочненная класса А50 0 — в сортаменте от 10 до 40 мм с шагом размеров от 2 до 4 мм. По специальным заказам возможна поставка арматуры А400 и А500 больших размеров (50 мм) и меньших — (5,5 — 8 мм), но из-за сложностей металлургического прокатного производства в практике проектирования железобетонных конструкций применение этих групп сортамента ограниченно [2, с. 12].
Преимуществами стальной арматуры по
сравнению с изделиями другого типа можно назвать достаточно высокую прочность, в том числе при наличии вибрационной нагрузки, а также стойкость к негативному внешнему влиянию. Не стоит опасаться, что в процессе эксплуатации армирующий стальной каркас начнет разрушаться из-за значительного внешнего воздействия или вибрации. Главное — подобрать арматуру нужной длины, диаметра и с подходящим профилем поперечного сечения.
Недостатки стальной арматуры: Много весит, способна коррозироваться в процессе эксплуатации, хорошо проводит электрический ток, имеет более высокие по сравнению с бетоном параметры теплового расширения, имеет фиксированную длину, регламентированную требованиями соответствующих нормативных документов.
В результате чего после формирования армирующего стального каркаса, как правило, остается определенный процент отходов, что еще больше повышает стоимость возводимой конструкции и арматуры в частности [2].
Композитная арматура — неметаллические стержни из стеклянных, базальтовых, углеродных или арамидных волокон, пропитанных термореактивным или термопластичным полимерным связующим и от-вержённых. Арматуру, изготовленную из стеклянных волокон, принято называть стеклопластиковой (АСП), из базальтовых волокон — базальтопластиковой (АБП), из углеродных волокон — углепластиковой.
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
Для сцепления с бетоном на поверхности композитной арматуры в процессе производства формируются специальные рёбра или наносится покрытие из песка.
Композитную арматуру применяют для армирования фундаментов и конструкций, работающих на упругом основании (дорожные плиты для покрытия внутрипостроечных, объездных, временных и прочих дорог и др.
Также композитные арматуры имеет ряд преимуществ и недостатки.
Преимущества: небольшой вес, высокая прочность, экономичность, энергоэффективность, радиопрозрачность, низкая теплопроводность, простота монтажа, долговечность.
Недостатки: низкая жесткость, отсутствие пластичности, низкая теплостойкость, низкий модуль упругости, высокая вредность, сложность производства, низкая пластичность [3, с. 10-14].
Основные сравнительные характеристики металлических и базальтовых арматур приведено в таблице 1.
Таблица 1.
Сравнительные характеристики стальной и композитной арматуры
Сравнительные характеристики А400, В500С, Вр500 Композитные
Механические свойства и области применения А400 B500C Вр500 Композитные
АСП или стеклопла-стиковая АБП или базальто-пластиковая
Предел текучести, H/mm2 390 500 500 - -
Временное сопротивление разрыву (предел прочности), H/mm2 590 600 Не нормируется 1200 1200
Относительное удлинение, % Не менее 14 % 2,5% 2,5% 2,2 1,33-1,86
Угол изгиба при диаметре оправки C=3d 90О 180О - не изгибается не изгибается
Нармативное сопротивление, Rsn, МПа 400 500 500 >1000 >1100
Расчётное сопротивление сжатию Rsc, H/mm 350 415 (380) 390 (360) 300 300
Расчётное сопротивление растяжения Rs, H/mm 350 435 415 600-1000 800-1100
Расчётное сопротивление Rsc, H/mm 390 500 - 600-1200 АСП 700-1300 АБП
Применение при отрицательных температурах до -40ОС до -55ОС до -40ОС до -55ОС до -55ОС
Применение дуговой сварки прихватками крестообразных соединений Запрещено (35ГС) Допускается (25Г2С) Допускается Запрещено Запрещено Запрещено
Модуль упругости Es, МПа 200000 170000 170000 45000 60000
Теплопроводность Теплопроводна Нетеплопроводна
Коэффициент теплопроводности Вт/(м°С) 46 56 46 0,5 0,36
Прочность на разрыв, МПа 480 -690 480 -690 480-1600 480-1600
Коэффициент теплового расширения в продольном направлении, х10 -6/С 11,7 11,7 6-10
Коэффициент теплового расширения в поперечном направлении, х10-6/С 11,7 11,7 21-23
Оптимальный температурный диапазон Нижний предел от -196 С до -40 С; верхний предел от 350 С до 750 С Нижний предел от -150С до -40 С; верхний предел от до 600 С Нижний предел от-150С до -40 С; верхний предел от 350 С до 600 С от -60 С до +90 С от -60 С до +90 С
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
Сравнительные характеристики А400, В500С, Вр500 Композитные
Механические свойства и области применения А400 B500C Вр500 Композитные
АСП или стеклопла-стиковая АБП или базальто-пластиковая
Срок службы, лет 80-100 до 50
Материал Сталь 35ГС, 25Г2С, 32Г2Рпс Сталь СтЗГпс Сталь СтЗ Стеклянные волокна диаметром 13-16 микрон связанные полимером Базальтовые волокна диаметром 10-16 микрон связанные полимером
Способ соединения вязальная проволока, сварка хомуты, фиксаторы, вязальная проволока
Экологичность Нетоксичен Малотоксичный материал, класс безопасности 4
Удельный вес По строительным нормам Легче металлической арматуры
Электропроводность Проводник Диэлектрик
Стойкость к коррозии, кислотам и щелочам подвергается не подвергается
Стальная арматура относится к классу горючести НГ1. Композитная арматура относится к классу горючести Г1, то есть это самозатухающий материал. Но предел температуры, при которой она не теряет своих физико-механических свойств, невысокий,
всего 200 градусов. То есть, применение АКП целесообразно в тех случаях, когда высокотемпературный нагрев исключен. АСП теряет несущие свойства при 150°С, АБП - при 300°С (стальная арматура работает до 500°С)[4]. Группа горючести материалов приведено в таблице 2.
Таблица 2.
Параметры и группы горючести материалов
Группа горючести материалов Параметры горючести
Температура дымовых газов Т, °С Степень повреждения по массе 8т Степень повреждения по массе 8т, % Продолжительность самостоятельного горения ^.г, с
Г1 До 135 включительно До 65 включительно До 20 0
Г2 До 235 включительно До 85 включительно До 50 До 30 включительно
Г3 До 450 включительно Свыше 85 До 50 До 300 включительно
Г4 Свыше 450 Свыше 85 Свыше 50 Свыше 300
Примечание. Для материалов, относящихся к группам горючести Г1-Г3, не допускается образование горящих капель расплава и (или) горящих фрагментов при испытании. Для материалов, относящихся к группам горючести Г1-Г2, не допускается образование расплава и (или) капель расплава при испытании
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ
В ходе опытно-лабораторных работ было проведено несколько испытаний на горючесть базальтовой арматуры.
1. При выдержке базальтовой арматуры диаметром 4 мм. в муфельной печи, нагретой до 200°С, в течение 12 мин. арматура терял 85% свойство упругости.
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
а)
б)
Рисунок 1. Базальтовая арматура диаметром 4 мм. нагретой до 200°С в муфельной печи. а) после выгрузки с печи б) вид после изгиба
2. При выдержке базальтовой арматуры диаметром 8 мм под пламенем бутанового газа (REG. M4981 UN1950) в течение 30 секунд полимерное покрытия поверхности арматуры согрелось и превратилась в мягкое волокно.
3. При выдерживании базальтовой арматуры диаметром 6 мм на расстоянии 30 см под пламенем бутанового газа в течение 15 секунд полимерное покрытия поверхности арматуры согрелось и превратилась в мягкое волокно.
а) б)
Рисунок 2. Базальтовая арматура под пламенем бутанового газ. а) горючая базальтовая арматура б) вид после затухания
4. При выдержке базальтовой арматуры диаметром 4 мм. в муфельной печи, нагретой до 50°С после 30 мин. арматура сгибался и теряла своя устойчивость.
ВЫВОДЫ
При выполнении этой работы использовалось большинство известных, широко распространенных, доступных методов и средств. Некоторые методы разработаны авторами в ходе выполнения этих исследований. Результаты лабораторных испытаний показали, что при горении бутанового газа происходит
потеря прочности и твердости базальтовой арматуры, ее размягчение и воспламенение верхнего покрытия. Следует отметить, что базальто-компо-зитная арматура относится к классу горючести Г1 и сгорания её верхний слой, нельзя её применит на основании ГОСТу Р 57270-2016. при строении залы для проведения музыкальных и физкультурных занятий в детских дошкольных образовательных учреждениях, гардеробных помещениях и в залах ожидании, помещения книгохранилищ и архивов, а также помещения, в которых содержатся служебные каталоги и описи.
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
Список литературы:
1. Государственное научное издательство «Национальная энциклопедия Узбекистана» буква А — Ташкент. 2006. — 879 с.
2. Тихонов И.Н., Мешков В.3., Расторгуев Б.С. «Проектирование армирования железобетона» — Москва. 2015. — 276 с.
3. В.В. Васильев, В.Д. Протасов, В.В. Болотин. «Композиционные материалы» — М.: Машиностроение, 1990. — 512 с.
4. ГОСТ 31938-2012 // Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия.— М., 01.01.2014.
