CC BY
51
УДК 621.778.08
НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА БУНТОВОЙ АРМАТУРНОЙ СТАЛИ*
Харитонов В.А., Петров И.М.
ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный техническийуниверситет», Россия, г. Магнитогорск
Филиал ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный техническийуниверситет», Россия, гБелорецк
Арматура железобетонных конструкций является непрерывно прогрессирующим материалом как по объёмам производства и применения, так и по механическим свойствам, показателям качества и долговечности [1]. Конкуренция на строительном рынке порождает необходимость снижения себестоимости и сокращения сроков строительства, для чего нужны эффективные строительные материалы, обеспечивающие надежность и долговечность сооружений. Арматурная сталь по своим физико-механическим и эксплуатационным признакам оказывает существенное влияние на основные признаки эффективности железобетона: металлоемкость, индустриальность, долговечность и сейсмостойкость (безопасность) [2].
Повышение эффективности отечественного строительного комплекса, надежности и безопасности эксплуатации строительных сооружений, снижение себестоимости железобетона, а также необходимость сближения показателей качества отечественной арматурной стали с европейским уровнем предполагает производство и применение бунтовой арматуры в комплексе следующих свойств [3-6]:
1. класс прочности 400, 500 и 600 Н/мм с возможностью его повышения при минимальных затратах;
2. категории пластичности в соответствии с Бигосоёе 2 «А», «В» и «С»;
3. способы упрочнения арматурной стали должны минимизировать применение операций термической обработки, в особенности для сейсмически стойкой арматуры категории «С». Предпочтительные способы: легирование, контролируемое охлаждение и отпуск, упрочнение в холодном состоянии горячекатаного проката с готовым периодическим профилем (малая степень деформации) и горячекатаного проката гладкого с нанесением периодического профиля (высокая степень деформации);
4. поставка преимущественно в бухтах рядной смотки дифференцированной массы от 2 до 5 тонн, с очищенной от окалины поверхностью (для сварного механизированного производства);
5. в интервале диаметров от 4 до 10 мм номинальный размер должен производиться через 0,5 мм, в интервале размеров от 10 до 16 (18) мм - через 1 мм в гарантированном минусовом поле допуска, предусматриваемом действующими нормативами;
6. форма и параметры периодического профиля должны обеспечивать высокие показатели сцепления, формироваться предпочтительно при горячей прокатке и полностью обеспечивать эффективную механизированную высокопроизводительную переработку;
7. технологическая свариваемость арматурной стали должна обеспечиваться не только низким содержанием углерода, но и содержанием необходимых для этого легирующих элементов, состав и доля которых могут определяться еще и способом деформационного упрочнения арматуры;
8. арматурная сталь должна быть коррозионностойкой как минимум в среднеагрессив-ных средах и морозоустойчивой до -50 °С;
9. оценка показателей качества арматурной стали должна производиться с использованием статистических показателей.
При этом при производстве арматурной стали необходимо обеспечить весь комплекс данных свойств.
* Работа проведена в рамках реализации госзадания по теме «Разработка технологии получения высокопрочных длинномерных профилей из материалов с ультрамелкозернистой структурой в условиях комбинирования процессов интенсивного пластического деформирования» (Задание № 11.1525.2014К от 18.07.2014).
Целью статьи является сравнение отечественных и зарубежных стандартов на арматурную сталь, как по показателям свойств, так и по методам их статистической оценки для определения направлений развития отечественного производства бунтовой арматурной стали.
В настоящее время в России арматурная сталь производится по большому количеству различных нормативных документов. Наиболее современным отечественным стандартом на арматурную сталь на сегодняшний день является ГОСТ Р 52544-2006. Сравнение некоторых требований ГОСТ 52544-2006 и БК 1992-1-1 приведено в табл. 1 [7].
Таблица 1
Сравнение требований ГОСТ 52544-2006 и EN 1992-1-1
Требования БК 1992-1-1 ГОСТ 52544-2006
Сортамент 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5; 7,0; 7,5; 8,0; 8,5; 9,0; 9,5; 10,0; 11,0; 12,0; 14,0; 16,0; 20,0; 25,0; 28,0; 32,0; 40,0; 50,0 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0; 14,0; 16,0; 18,0; 20,0; 22,0; 25,0; 28,0; 32,0; 36,0; 40,0
Предел текучести от, Н/мм2, не менее 400; 500; 600 500
Полное относительное удлинение при максимальном напряжении А^, %, не менее Категория А 2,5; Категория В 5,0; Категория С 7,5 Класс А -, Класс В 2,5
Минимальное значение относительной площади ребер /я, не менее (в зависимости от диаметра) 0,035-0,056 0,035-0,056
Временное сопротивление ов, Н/мм2, не менее - Класс А 600, Класс В 550
Отношение ов/от, не менее Категория А 1,05; КатегорияВ 1,08; Категория С 1,15; < 1,35 КлассА 1,08, Класс В 1,05
Из представленного сортамента арматурной стали в бунтах производят арматуру диаметром до 18 мм включительно.
Химический состав стали и значения углеродного эквивалента для арматурной стали, производимой по ГОСТ 52544-2006 и БК 1992-1-1 представлены в табл. 2 и 3, соответственно.
Важно отметить, что в европейских стандартах на низкоуглеродистую сталь устанавливаются меньшие допустимые отклонения от номинальных значений по химическому составу по сравнению с ГОСТ 380-2005.
ГОСТ 52544-2006 и БК 1992-1-1 устанавливают аналогичные зависимости для определения углеродного эквивалента:
„ „ Мп Сг + Мо + V N + Си С- = С + "Г +-5-+
где символы химических элементов представляют их массовую долю в процентах.
Таблица 2
Химический состав арматурной стали по EN 1992-1-1 (в процентах по массе)
С1) Б Р К2) Си Углеродный эквивалент1-*
макс. макс. макс. макс. макс. макс.
Анализ расплава 0,22 0,050 0,050 0,012 0,80 0,50
Поштучный анализ 0,24 0,055 0,055 0,014 0,85 0,52
1) Допускается превышение максимальных значений углерода на 0,03 % по массе при условии снижения значения углеродного эквивалента на 0,02 % по массе. 2) Допускается повышенное содержание азота при наличии элементов, связывающих достаточное содержание азота.
Таблица 3
Химический состав стали и значения углеродного эквивалента для арматурной стали по ГОСТ 52544-2006
Вид Массовая доля элементов, %, не более Углеродный
анализа С Мп Р Б К Си эквивалент
По ков-
шовой 0,22 0,90 1,60 0,050 0,050 0,012 0,50 0,50
пробе
Готового проката 0,24 0,95 1,70 0,055 0,055 0,013 0,55 0,52
Примечания
1. Для стали, содержащей нитридообразующие элементы, массовую долю азота не ограничивают.
2. Для проката диаметром более 32 мм допускается увеличение в стали массовой доли углерода до 0,26 % и углеродного эквивалента до 0,53 % (в готовом прокате - соответственно, до 0,27 и 0,57 %)._
При этом БК1992-1-1 регламентирует больший сортамент по сравнению с ГОСТ 525442006. Кроме того, в европейской и международной практике в соответствии со стандартами БК1992-1-1 Бигосоёе2 и БК 10080-2009 для арматуры, используемой в ненапряженном железобетоне, установлены три категории пластичности: «А», «В» и «С» при трёх различных классах прочности, характеризуемых пределом текучести. Также для каждой категории арматурной стали в Бигосоёе2 устанавливается отношение аУот.
На сегодняшний день в отечественной практике проблема получения высокой жесткости сцепления арматуры с бетоном решена. Для решения данной задачи в НИИЖБ был разработан профиль арматурной стали, позволяющий получить минимальное значение относительной площади ребер соответствующее требованиям современных стандартов [8].
ГОСТ 52544-2006 и БК1992-1-1 устанавливают требования к статистическим показателям характеристик арматурной стали. При этом ГОСТ 52544-2006 устанавливает данные требования только для прочностных характеристик (временного сопротивления и предела текучести) с доверительной вероятностью 90 %. Следует отметить, что БК1992-1-1 [9] устанавливает требования к статистическим показателям для большего числа характеристик ар-
матурной стали - предел текучести и максимальное отклонение от номинальной массы должны быть обеспечены с доверительной вероятностью 95 %; отношение Gg/Gm и полное относительное удлинение при максимальном напряжении с доверительной вероятностью 90%; прочность на срез с максимальной доверительной вероятностью.
На сегодняшний день при производстве арматурной стали в России используются два основных способа упрочнения арматурной стали - легирование заготовки или термоупрочнение. Использование легированной заготовки не позволяет получить требуемый уровень свариваемости арматуры. При этом в условиях отечественной практики при производстве арматурной стали с использованием термоупрочнения наблюдается нестабильность показателей качества, например, при их оценке с использованием методов математической статистики (отклонения от нормального распределения, высокие показатели асимметрии и эксцесса, значимый разброс значений в выборке и т.д.) [10]. Это может быть вызвано как нестабильностью технологического процесса, например, температурными режимами при прокатке, так и нестабильностью химического состава заготовки. Именно нестабильность используемой технологии вызывает нестабильность свойств арматурной стали.
Для повышения конкурентоспособности отечественной арматурной стали и сближения её по уровню требований с арматурой, производимой за рубежом, необходимо не только гармонизировать требования по основным показателям арматурной стали, но и ввести требования по статистической оценке качества в стандарты. Для получения удовлетворительных статистических показателей качества при производстве арматурной стали необходимо использовать заготовки из низкоуглеродистой стали с более стабильным химическим составом, исключить или минимизировать операции термоупрочнения и использовать способы упрочнения, позволяющие минимизировать неоднородность свойств. Исключить неоднородность деформации позволяет использование растяжения, совмещённого со знакопеременным изгибом (на этом основан способ «Stretching»).
Список литературы
1. Мадатян С.А. Нормативные и расчётные сопротивления арматуры // Бетон и железобетон. 2005. С. 2-5,
2. Бондаренко В.И. Проблемы производства и применения холоднодеформированной арматуры // Метизы. 2009. № 1. С. 10-12.
3. Дорохин П.С, Харитонов В.А. Прогресс в структуре потребления арматурного проката диаметром до 18 мм неизбежен // Стройметалл. 2012. № 3. С. 14-23.
4. Михайлов К.В. Задачи отечественной строительной науки в области арматуры и предварительно напряженных железобетонных конструкций // Бетон и железобетон. 2001. № 3. С. 2-3.
5. Взгляд в будущее / СВ. Снимщиков, В.А. Харитонов, И.Н. Суриков, В.В. Аникеев // Стройметалл. 2013. № 5. С. 7-13.
6. Харитонов В.А., Петров И.М. Оценка и направления повышения конкурентоспособности бунтовой арматурной стали // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2013. № 4. С. 65-69.
7. Харитонов В.А., Петров И.М. Совершенствование технологических процессов производства низкоуглеродистой бунтовой арматурной стали // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: Материалы трудов 71-й науч.-техн. конф. Магнитогорск: Изд-во. Магнитогорск, гос. техн. ун-та им. Г.И.Носова, 2013. Т. 1. С. 273-276.
8. Тихонов И.Н., Мешков В.З., Судаков Г.Н. эффективная стержневая арматура для железобетонных конструкций // Бетон и железобетон. 2004. № 5. С. 18-23.
9. Алмазов В.О. Проектирование железобетонных конструкций по ЕВРОНОРМАМ. Научное издание. Москва: Издательство АСВ, 2011. 216 с.
10. Снимщиков СВ., Харитонов В.А., Харитонов Вик. А. и др. Анализ уровня качества арматурного проката класса В500С на основе методов математической статистики // Бюллетень «Черная металлургия». 2013. № 8. С. 48-59.
