CC BY
53УДК 666.982.24
DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-774-9-67-75
И.Н. ТИХОНОВ, д-р техн. наук (niijhb_tikhonov@mail.ru)
АО «НИЦ «Строительство» (109428, г. Москва, ул. 2-я Институтская, 6)
Разработка, производство и внедрение инновационных видов арматурного проката для строительства
Внедрение высокопроизводительных технологий и «европейского» профиля с двухсторонним (двухрядным) расположением поперечных ребер при производстве арматурного проката снижает его коррозионную стойкость, свариваемость, сцепление с бетоном. Внесенные изменения в СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции», привели к перерасходу арматуры в железобетонных конструкциях на 5-30% по сравнению с требованиями СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции». Отечественная инновационная разработка арматуры с четырехрядным винтовым профилем класса Ав500П позволяет повысить качественные показатели ее потребительских свойств и эффективность применения в различных отраслях строительства. Новая арматура рекомендуется для массового внедрения Советом по железобетонным конструкциям при РААСН. Предполагается высокая перспективность ее применения в мостостроении, высотном, атомно-энергетическом, оборонном и сейсмостойком строительстве.
Ключевые слова: арматурный прокат, непрерывная разливка стали, слиттинг-процесс, двухсторонний (двухрядный) профиль, четырехрядный профиль, шестирядный профиль, винтовая арматура, инновации, конкурентоспособность, импортозамещение.
Для цитирования: Тихонов И.Н. Разработка, производство и внедрение инновационных видов арматурного проката для строительства // Строительные материалы. 2019. № 9. С. 67-75. 00!: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-774-9-67-75
I.N. TIKHONOV, Doctor of Sciences (Engineering), (niijhb_tikhonov@mail.ru)
JSC «Research Center of Construction» (6, 2nd Institutskaya Street, Moscow, 109428, Russian Federation)
Development, Production and Implementation of Innovative Types of Reinforcing Bars for Construction
The introduction of high-performance technologies and "European" profile with double-sided (double-row) arrangement of transverse ribs in the production of rebars reduces its corrosion resistance, weldability, adhesion to concrete. The changes made to the SP 63.13330.2012 "Concrete and reinforced concrete structures", taking into account what happened, led to overspending of reinforcement in reinforced concrete structures by 5-30% compared with the requirements of SNiP 2.03.01-84* "Concrete and reinforced concrete structures". Domestic innovative development of rebar with a quadrilateral (four-row) helical profile of Av500P class makes it possible to improve the qualitative indicators of its consumer properties and efficiency of application in various sectors of construction. The new reinforcement is recommended for mass implementation by the Council for reinforced concrete structures at RAACS. High prospects of its application in bridge construction, high-rise, nuclear power, defense and earthquake-resistant construction are assumed.
Keywords: rebar, continuous casting of steel, slitting process, double-sided (double-row) profile, four-sided (four-row, six-row) profile, screw reinforcement, innovation, competitiveness, import substitution.
For citation: Tikhonov I.N. Development, production and implementation of innovative types of reinforcing bars for construction. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2019. No. 9, pp. 67-75. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-774-9-66-75
Арматурный прокат, применяемый в строительной отрасли для производства железобетона, является одним из самых массовых видов продукции черной металлургии. Учитывая приоритет сборного строительства, в СССР исследования свойств арматурного проката были направлены в основном на ее совершенствование для железобетонных конструкций, производимых заводами ЖБИ. В результате этого требования к арматурному прокату, производимому в СССР, отличались от требований к арматуре зарубежного производства, используемой преимущественно в приоритетном на западе монолитном домостроении.
Наиболее значимыми свойствами арматуры, применяемой при производстве сборного железобетона, кроме прочности и деформативности являются ее сцепление с бетоном и свариваемость.
От эффективности сцепления зависит длина анке-ровки арматуры на опорах сборных железобетонных плит и балок, прочность их наклонных сечений, момент образования и ширина раскрытия трещин, дли-
на анкерующих стержней закладных деталей и пр. В предварительно напряженных железобетонных элементах от вида профиля поверхности арматуры и его распорности в бетоне зависит эффективность и целесообразность применения высокопрочной стержневой арматуры классов выше А800 из-за опасности разрушения опорных участков элементов при спуске высоких значений предварительных напряжений в арматуре на затвердевший бетон. По результатам многочисленных исследований, несмотря на ряд существенных недостатков, касающихся в основном технологии производства и низкой выносливости, для массового применения был принят кольцевой вид профиля, производимый по ГОСТ 5781—82 «Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций» (рис. 1, а) [1].
Учитывая большое распространение сварных соединений арматуры в сборном железобетоне, а также горячекатаный способ ее производства, используемый в то время, в строительстве применялись марки сталей с повышенным содержанием легирующих
добавок, а именно марганца, кремния и других химических элементов.
Эти добавки обеспечивали хорошую свариваемость металла и его прочность, но значительно увеличивали себестоимость арматуры.
Для обеспечения прочности низколегированной арматуры при сохранении достаточно низкой себестоимости приходилось увеличивать массовую долю содержания углерода в металле.
Так, в строительстве была допущена для массового применения в железобетоне без предварительного напряжения арматура класса А-Ш (А400) из марки стали 35ГС, считающаяся за рубежом условно свариваемой из-за содержания углерода более 0,24%.
Для обеспечения безопасности ее применения в нормах того времени были приняты ограничения по сварке электродуговыми прихватками, которые являлись причиной образования микротрещин и разрушения металла в сварных соединениях. К сожалению, эти ограничения не всегда выполнялись в построечных условиях, что приводило к трагическим последствиям.
В транспортном строительстве до настоящего времени широко используется для производства арматуры марка стали 25Г2С.
Для производства горячекатаной арматуры повышенной прочности класса А-ГУ (А600), используемой для предварительно напряженных железобетонных конструкций, по ГОСТ 5781—82 допускалась для применения высокоуглеродистая марка стали 80С с содержанием углерода 0,6—0,7%, сварка которой категорически запрещалась. Для свариваемой арматуры классов А-ГУ (А600), А-У(А800) и А-УГ(А1000) с пониженным содержанием углерода были рекомендованы и использовались дорогостоящие марки сталей 20ХГ2Ц, 23Х2Г2Т, 22Х2Г2АЮ, 22Х2Г2Р и 20Х2Г2СР, в которых свойства обеспечивали химические добавки хрома (Х), марганца (Г), циркония (Ц), титана (Т), азота (А), алюминия (Ю), бора (Р), кремния (С).
Для снижения себестоимости арматурного проката с 1990 г. стал массово внедряться метод термомеханического упрочнения металла [2]. Был разработан ГОСТ 10884—94 «Сталь арматурная термомеханиче-ски упрочненная для железобетонных конструкций». Этот способ упрочнения позволяет получить высокие прочностные характеристики арматуры из металла с низким содержанием легирующих добавок, что значительно уменьшает ее себестоимость. К сожалению, данный способ упрочнения снижает показатели свариваемости арматуры из-за потери достигнутой прочности после повторного тепловложения при сварке.
В результате в процессе внедрения термомеханиче-ски упрочненной арматуры пришлось выполнить корректировку режимов и способов сварки, что значительно усложнило процесс сварочных работ и снизило их качество как в заводских, так и в построечных условиях. В РТМ 393-94 [3] и ГОСТ 52544-2006 «Прокат арматурный свариваемый периодического профиля классов А500С и В500С для армирования железобе-
тонных конструкций» ужесточены требования к контактно-стыковой сварке термомеханически упрочненных арматурных стержней, не рекомендуется ванная сварка со съемными накладками, сварка под слоем флюса, а также значительно усложнена технология некоторых других видов сварных соединений.
В это же время металлургическая промышленность начала внедрение технологии производства непрерывно-литой заготовки и использование метода продольного разделения проката в потоке стана (слиттинг-процесса). Значительное увеличение производительности металлургического производства арматуры в результате внедрения инновационных разработок привело к ухудшению ее качества.
В процессе непрерывной разливки металла в центральной части заготовки сохраняются участки, загрязненные неметаллическими включениями, которые группируясь в ее срединной части, формируют неоднородную структуру и снижают качественные показатели готового проката. При прокатке арматуры с интенсивным водовоздушным охлаждением в одну линию (нитку) эти микронесовершенства скрыты от внешнего воздействия защитной поверхностной оболочкой из тонкого слоя мартенсита (не превышающего для 016 мм А500С(СП) 0,4-0,6 мм) и не представляют значительной опасности при эксплуатации железобетона в агрессивной среде.
В случае использования слиттинг-процесса, например разделения заготовки на две части (нитки), эти микронесовершенства в виде запятой выходят на поверхность стержней и служат мостиком для проникновения внутрь арматуры агрессивной внешней среды, содержащейся в составе бетона или проникающей снаружи через имеющиеся в нем трещины.
При разделении заготовки на 3-4 нитки качество прокатанной арматуры еще более неопределенно, так как основные микронесовершенства будут закатаны в металл средних ниток. Дефекты арматуры, произведенной таким способом, могут значительно снизить срок службы железобетонных конструкций и безопасность их эксплуатации.
Проведенные исследования убедительно показали снижение коррозионной стойкости арматурного проката, произведенного по новой технологии с использованием непрерывной разливки стали и слиттинг-процесса, в 2-10 раз относительно арматуры, изготовленной из слитка и прокатанной в одну нитку [4].
Во избежание снижения коррозионной стойкости не следует также нарушать поверхностный слой тер-момеханически упрочненной арматуры путем нанесения на нее резьбы механической нарезкой, что значительно снижает область использования резьбовых механических соединений арматуры. В этом случае следует использовать метод холодной накатки резьбы или использовать горячекатаную арматуру.
С 1990 г. металлурги России стали массово производить арматурный прокат для его экспортной поставки в другие страны. В соответствии с рекомендациями евростандартов, принятых в нормах многих
^Вл' н
щ
:
Рис. 1. Виды профилей арматурного проката: в, г - инновационные
б - обычные;
стран, поставка на зарубежный рынок арматуры производится с так называемым «европейским» профилем, который отличается от кольцевого, производимого в СССР по ГОСТ 5781—82, незамкнутым по периметру (без пересечений с продольными ребрами) двухсторонним (двухрядным) расположением поперечных серповидных ребер (рис. 1, б). С целью унификации производства арматура с «европейским» видом профиля стала массово внедряться в России, несмотря на то что ее показатели сцепления с бетоном значительно ниже, чем у кольцевого профиля по ГОСТ 5781-82 [5].
Внедрение нового вида профиля арматуры привело к необходимости гармонизации требований по ее сцеплению с бетоном, трещиностойкости и де-формативности железобетона отечественных стандартов с зарубежными нормами, выполненной в СНиП 52-01-2003 и СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции», что, в свою очередь, значительно увеличило (до 30%) расход арматуры в железобетонных конструкциях [6].
Таким образом, подводя итог сказанному выше, можно сделать следующие выводы.
Потребительские свойства арматурного проката зависят в основном от технологии его изготовления, химического состава металла, профиля поверхности арматуры.
Производство современного арматурного проката осуществляется по технологии, позволяющей значительно снизить его себестоимость за счет непрерывной разливки стали, термоупрочнения металла, увеличения производительности прокатных станов, методом продольного разделения заготовки и применения дешевых исходных металлов, но, к сожалению, в ущерб качеству выпускаемой продукции.
Гармонизация производства отечественного и зарубежного арматурного проката и вынужденное
А-А
внедрение в результате этого новых требований по проектированию железобетонных конструкций в СП 63.13330.2012 к СНиП 52-01-2003 увеличило расход арматуры в железобетоне до 30% и более и привело к увеличению его себестоимости.
Для повышения качества и снижения себестоимости строительства необходима разработка и внедрение инновационных видов арматурного проката, отвечающих потребностям металлургической и строительной отрасли России и конкурентоспособных на мировом рынке.
Арматурный прокат нового поколения должен производиться по современным высокопроизводительным технологиям металлургического производства, без усложнения технологического регламента, с уровнем качества, обеспечивающим потребности строительства. Он должен отвечать всем требованиям отечественных и зарубежных стандартов на изготовление и применение арматуры и железобетонных конструкций без каких-либо дополнительных затрат относительно результатов проектирования по требованиям норм, действующим до 2003 г.
Отечественный арматурный прокат нового поколения должен иметь свойства, обусловливающие его патентную защищенность и конкурентные преимущества относительно всех известных видов арматурного проката.
С 2003 г. в НИИЖБ им. А.А. Гвоздева ведутся исследования арматурного проката, отвечающего вышеприведенным требованиям [7].
В результате арматура с шестирядным профилем класса А500СП (рис. 1, в) внедрена и более 12 лет массово производится на ОАО «Евраз ЗСМК» (Новокузнецк). До настоящего времени этой арматуры произведено и использовано в строительстве около 4 млн т.
Экспериментально установлены более высокая прочность и меньшая деформативность сцепления с бетоном, а также меньшая ширина раскрытия трещин в железобетоне с арматурой данного вида. Установлена высокая энергоемкость сцепления арматуры класса А500СП после достижения в ее металле предела текучести, во многом обеспечивающая живучесть конструкций при действии особых видов нагрузок (сейсмических, взрывных, ударных и т. п.).
Полученные результаты исследований объясняются более низкой распорностью арматуры с многорядным расположением поперечных серповидных ребер по поверхности стержня, чем при их двухрядном расположении, как это имеет место у «европейской» арматуры [7].
Рис. 2. Конструкция четырехрядного винтового профиля
а
в
г
а
Арматура с продольными ребрами (двухрядная)
Материалы проведенных опытов позволили разработать для проектирования СТО 36554501-005—2006** «Применение арматуры класса А500СП в железобетонных конструкциях». Положения этого норматива, касающиеся назначения расчетного сопротивления, длины анкеровки стержней и ширины раскрытия трещин, позволяют обеспечить экономию арматуры в железобетонных конструкциях с ее применением до 10-30%.
Наиболее успешно зарекомендовал себя опыт массового внедрения арматуры класса А500СП на строительных объектах Чувашии, Удмуртии, Татарстана, Сибири и Дальнего Востока. Эта арматура использована при строительстве олимпийских объектов и реконструкции морского порта г. Сочи, в высотном монолитном и сборном строительстве Москвы, Санкт-Петербурга, Астаны и Алматы (Казахстан), Космодрома Восточный, атомной электростанции Нововоронежская и многих других объектов промышленного и гражданского строительства России.
В развитие достигнутого успеха в 2016 г. начата разработка нового вида арматурного проката, сохра-
№ 2
Арматура без продольных ребер (четырехрядная винтовая)
№ 3
А= -194,6мм2 а, = 17,з
/
А5г=184,4мм; =17.8
Н=
Аз "Ль 201 - 196,4 -^ х 100 --——-х 100 = 2.34%
196,4
Ач — Ач
100 = ■
201 - 184,4
184.4
-Х100 = 9%
2,34 + 9 ^ср" —3-= 5,67%
N кН 160
140
120
100
р 80
з
: 60 40 20
-1
от= 600 Н /мм2
ов= 713 Н /мм2
о3 Н/мм2 822
2 4 6 8 10 12 14 16 Относительные деформации
617
411
308
206
Н юз
£ %
>
т а м
N кН 160
140
120
100
а
^
£ 80
з
Н 60 40 20
—-
г 1
от =640 Н/мм 2
ов =734 Н/мм 2
о3 Н/мм2 867
2 4 6 8 10 12 14 16 Относительные деформации
759 651 542 434 325 217 108 £%
Рис. 3. Механические испытания на разрывной машине 1пв^оп 5984 арматуры d=16 мм с четырехрядным винтовым профилем: № 1 - общий вид и номинальные размеры обычной арматуры по ГОСТ 34028 с двухсторонним (двухрядным) профилем; № 2 - общий вид, размеры и результаты испытаний винтовой арматуры производства АО «Евраз ЗСМК»; № 3 - то же производства Тульского МПЗ
научно-технический и производственный журнал ©"^ЯЙ^ГХл/ШгАЙ^З "70 сентябрь 2019 ¡ЩЛ/ЗЙЙШШ) ®
г Усилия вытягивания арматуры из бетона, кН 180
Напряжение в арматуре, Н/мм2
160 140 120 100 80 60 40 20
В. — qc 10 tí
"и Обрлэ PaifbJ&ap .'ÚTVpE i < 1
01 да и1 Оби* / . ™/ JÍ
if ,=S1 ,4 № vr N ry V. У/.
\\ У/. V/,
\\ £ V/. У шГ w 0,5. = 20
\ 1 % l # // //
Я У
У £ £ У
869 761 652 543 435 326 217 109 £ %
Перемещения свободного конца арматуры, мм
Относительные деформации загруженного конца арматуры, %
^^^ Образец № 1: А3=184 мм2; Rь=51,4 Н/мм2; от=652 Н/мм2; ов=783 Н/мм2; N=144 кН, разрушение от разрыва арматуры, длина анкеровки стержня 9d
Образец № 2: А3=184 мм2; Rь=35,2 Н/мм2; от=6602 Н/мм2; ов=777 Н/мм2; N=143 кН, разрушение от разрыва арматуры, длина анкеровки стержня 10d
Рис. 4. Испытания четырехрядной винтовой арматуры на сцепление с бетоном: а - проведение испытаний; б - разрушение от разрыва и вытягивания арматуры; в - вид вытянутого из бетона арматурного стержня; г - результаты испытаний
няющего конструктивные особенности и преимущества многорядного профиля — его низкую распор-ность в бетоне, но имеющего более высокие динамические показатели (выносливость при циклическом нагружении), необходимые для транспортного и других видов строительства.
Профессор С.М. Скоробогатов по результатам теоретических и экспериментальных исследований установил, что для достижения высоких показателей выносливости арматуры она должна иметь периодический профиль на поверхности из спиралеобразно расположенных серповидных поперечных ребер, незамкнутых по периметру и не имеющих пересечений с продольными ребрами из-за их отсутствия [8].
При создании арматуры с новым профилем ставилась также задача по практическому осуществлению ее производства на имеющемся у металлургов серийном двухвалковом прокатном оборудовании без каких-либо значительных материальных затрат на его переделку.
Поставленные задачи были успешно осуществлены в конструкции четырехрядного профиля арматуры с двухзаходным винтообразным расположением по поверхности серповидных ребер (рис. 1, г; рис. 2) [6].
Для оценки эффективности новой арматуры произведены опытные прокатки на Тульском ООО «МПЗ» и ОАО «Евраз ЗСМК» и исследования в НИИЖБ им. А.А. Гвоздева. Установлено, что в процессе проката арматуры с новым профилем выполнение выше
поставленных условий, по четырехстороннему и спиралеобразному расположению поперечных ребер с отсутствием продольных ребер, практически осуществимо без каких-либо дополнительных материальных затрат и технологических трудностей.
Для производства арматуры с винтообразным (резьбовидным) расположением поперечных ребер, позволяющим осуществление стыковки арматуры муфтами и анкеровку гайками, необходима синхронизация прокатных валков, что несколько усложняет процесс изготовления арматуры, но обеспечивает преимущества, присущие этому виду продукции. На рис. 3—5 и в таблице приведены материалы исследований новой винтовой арматуры и механических муфтовых соединений.
Результаты испытаний при растяжении новой винтовой арматуры, приведенные на рис. 3, позволяют сделать следующие выводы.
Механические характеристики соответствуют требованиям отечественных (ГОСТ 34028—2016 «Прокат арматурный для железобетонных конструкций. Технические условия») и зарубежных (Еврокод 2) нормативных документов к арматуре класса прочности 500 МПа (Евраз ЗСМК) и 600 МПа (ТМПЗ).
Значения деформаций при максимальной силе (6тах; Лд1), равные 15 и 12%, значительно превышают нормируемые максимальные величины ГОСТ 34058 (7%) и Еврокод 2 (7,5%).
Значения отношений сопротивления арматуры при растяжении (ов, f) к пределу текучести арматуры
мм
Г; научно-технический и производственный журнал
120 и: и:г
100
Текучесть арматуры
Разрушение от разрыва арматуры Предельная нагрузка 138,7 кН, ов=734 Н/мм2
80
S. 60
40
20
0,1
0,2 ----- 0,3
Деформация, мм
0,4
0,5
Рис. 5. Испытания муфтовых соединений арматуры с четырехрядным винтовым профилем: а - методика испытаний; б - результаты испытаний (экстензометр на базе 200 мм, включая муфтовое соединение. Прочность арматуры: от=640 Н/мм2; ов=734 Н/мм2; А3=184,4 мм2)
(от, fy) равны 713/600=1,19 и 734/640=1,15. Они превышают минимальные величины, нормируемые ГОСТ 34028—2016, ов/от >1,05 и Еврокодом 2 в зависимости от пластичности арматуры — f /f >1,05 — 1,15, но не больше нормируемого Еврокодом 2 верхнего предела для класса «С» K=f /f <1,35.
У новой арматуры выполняется требование Еврокода 2 по ограничению максимального значения предела текучести (f.max) относительно его нормируемого значения по классам (fK), f.max<1,3fK.
Вычисленные по замеренной погонной массе площади сечения арматуры с четырехрядным винтовым расположением поперечных ребер (As1, As2) меньше нормативной (As) для диаметра 16 мм у арматуры «Евраз ЗСМК» на 2,23%, ТМПЗ - на 9%. При этом номинальные габаритные размеры сечений d и h остались в допустимых нормируемых пределах. Данное снижение As и погонной массы при сохранении номинальных габаритных значений сечений стало возможным из-за отсутствия продольных ребер.
На рис. 4 приведены результаты испытания образцов четырехрядной винтовой арматуры на сцепление с бетоном. Исследования проводились по методике НИИЖБ им. А.А. Гвоздева путем вытягивания арматуры из бетонных кубов при одновремен-
ных замерах смещения незагруженного и деформаций загруженного концов арматуры. В данных опытах установлено, что при прочности бетона Лв=30—50 Н/мм2 четырехрядная винтовая арматура 016 мм класса Ав500П и Ав600П с длиной анкеров-ки, равной 1ап=9—10ё, не теряет сцепления с бетоном до разрыва загруженного конца. Таким образом подтверждается ранее установленный эффект высокой энергоемкости сцепления арматуры с четырехсторонним расположением поперечных ребер после достижения предела текучести (от), т. е. в запредельной стадии деформирования [7].
В таблице приведены результаты испытания новой винтовой арматуры на выносливость при динамическом циклическом нагружении. В задачи исследований входило определение ограниченного предела выносливости (ом), т. е. напряжения, приводящего к усталостному разрушению при заданном числе циклов нагружений (п=2000000), характеризуемого двумя величинами, одна из которых принимается постоянной в течение испытаний одной серии [9].
В нашем случае постоянной величиной является коэффициент асимметрии цикла р=от^п/отах=0,5. Испытаниями был достигнут ограниченный предел выносливости Одт=400 Н/мм2, что в 1,33 раза выше
Рис. 6. Сопоставительный компьютерный анализ* распределения напряжений на поверхности контакта арматуры и бетона. Демонстрация равномерного распределения расклинивающих усилий от поверхности арматуры с многорядным профилем: а - двухсторонний двухрядный профиль; б - шестирядный профиль А500СП; в - четырехрядный профиль Ав500П
0
научно-технический и производственный журнал 6'j'fJCJHJ'SJiiJj-JiiJ5 ~72 сентябрь 2019 ¡ЩЛ/ЗЙЙШШ) ®
Экспериментальная оценка предела выносливости арматуры 016 класса Ав500П
Номер образца Поперечные размеры образца, мм2 Напряжение цикла, Н/мм2 Пройденное число циклов Отметка о разрушении образца
max min размах
01* 196,3 300 0,6 Rsrl** 150 150 2 000 000 Нет
02 197,1 320 0,64 RSn 160 160 2 000 000 Нет
03 196,4 340 0,68 RSn 170 170 2 000 000 Нет
04 196,3 360 0,72 RSn 180 180 2 000 000 Нет
05 196,3 400 0,8 RSn 200 200 2 000 000 Нет
* Требования ГОСТ 34028-2016. ** Язп - нормативное сопротивление арматуры по СП 63.13330.2012.
нормируемой величины отах=300 Н/мм2 по ГОСТ 34028—2016. На рис. 5 приведены испытания муфтовых соединений арматуры с четырехсторонним винтовым профилем диаметром 16 мм. Муфта изготовлена из шестигранника с размером «под ключ» d=24 мм, длиной I=120 мм и марки стали 45. С концов муфты на соединяемые стержни навинчивались контргайки с затяжкой гаечным ключом без замера усилия.
В процессе испытаний производились автоматические замеры деформаций муфтового соединения до начала текучести арматуры. Испытания закончились разрывом арматуры вне зоны муфтового соединения. Использовалась трехстадийная методика испытаний.
1-я стадия. Подъем нагрузки до 0,6 от величины нормируемого предела текучести (от) арматуры класса А500. #=0,6-500-184=55200 Н=55,2 кН. Разгрузка до N=0 и замер остаточных деформаций муфтового соединения.
2-я стадия. Затяжка контргаек и подъем нагрузки до 0,85 предела текучести испытываемой арматуры (рис. 3). N=0,85 640 184=100096 Н=100,1 кН. Разгрузка до N=0 и замер остаточных деформаций муфтового соединения.
3-я стадия. Затяжка контргаек и подъем нагрузки до разрыва арматуры. Прочность соединения составила 138,7 кН и превысила требуемую для арматуры не только класса А500, но и А600; ов-Д$=700-184=128 800 Н=128,8 кН. Деформативность Д при растяжении до 0,6 от, где от=500 Н/мм2 (А500), составила Д=0,0285 мм, что значительно ниже нормируемой величины, равной 0,1 мм.
По результатам испытаний можно сделать заключение о соответствии испытанного муфтового стыкового соединения арматуры с четырехрядным винтовым профилем требованиям ГОСТ 10922—2012 «Арматурные и закладные изделия, их сварные, вязаные и механические соединения для железобетонных конструкций. Общие технические условия» по прочности и деформативности.
В [10] выполнено моделирование совместной работы арматуры различного периодического профиля с тяжелым бетоном в программном комплексе Abaqus. На основании сопоставления результатов теоретических и экспериментальных исследований показано, что арматура с многорядным расположением поперечных ребер (А500СП и Ав500П) имеет лучшие прочностные и деформативные показатели сцепления, чем арматура с двухрядным («европейским») и кольцевым профилями (рис. 6).
Выводы.
1. Металлургическое производство арматуры за последние десятилетия с целью увеличения производительности претерпело кардинальные изменения путем внедрения: технологии непрерывной разливки стали; термомеханического упрочнения при прокатке; метода продольного разделения заготовки (слит-тинг-процесс); «европейского» профиля арматуры с двухсторонним расположением серповидных поперечных ребер на поверхности.
2. Многолетние исследования влияния данной технологии производства арматуры на ее потребительские свойства установили:
— значительное снижение коррозионной стойкости арматуры, произведенной с использованием перечисленных технологий;
— снижение показателей свариваемости арматуры при ее термомеханическом упрочнении;
— уменьшение прочности и увеличение деформа-тивности сцепления арматуры, изготовленной с «европейским» профилем.
3. Для уменьшения влияния последствий от снижения качественных показателей свойств арматурного проката приняты нижеприведенные изменения в требованиях нормативных документов.
В СП 28.13330.2012 «Защита строительных конструкций от коррозии» рекомендовано в железобетонных конструкциях без предварительного напряжения, эксплуатируемых в среднеагрессивных и сильноагрессивных средах, допускать примене-
ние термомеханически упрочненной арматуры классов А400 и А500, горячекатаной арматуры класса А500 и холоднодеформированной арматуры классов А500 и В500, выдерживающих испытания на стойкость против коррозионного растрескивания по ГОСТ 10884-91 и ГОСТ 31383-2008 в течение не менее 40 ч [4], что зафиксировано в новом ГОСТ 3402-2016 «Прокат арматурный для железобетонных конструкций».
В СП 63.13330.2012 рекомендованы методы расчета и конструктивные требования, учитывающие массовое внедрение в России «европейского» профиля арматуры, его пониженную прочность и повышенную деформативность сцепления с бетоном относительно арматуры с «кольцевым» профилем, ранее применяемым по ГОСТ 5781-82.
Длина анкеровки и нахлестки стержней, а также ширина раскрытия трещин по новым нормам увеличена относительно старых норм на 30-40%, что приводит к перерасходу арматуры в железобетонных конструкциях на 5-40% [6].
4. Исследованиями, выполненными в НИИЖБ им. А.А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство», установлено, что наиболее перспективным направлением в развитии новых видов арматурного проката для повышения его качественных и экономических показателей является освоение производства арматуры с многорядным расположением поперечных ребер. Опыт производства на АО «Евраз ЗСМК» и применения в строительстве арматуры с шестиряд-ным расположением поперечных ребер класса А500СП в объеме около 4 млн т позволил сделать заключение о высоких экономических показателях внедрения, выражаемых в экономии арматуры до 30% при производстве железобетонных конструкций [7].
5. Исследования новой винтовой арматуры с четырехрядным расположением поперечных ребер класса Ав500П и Ав600П открывают новые перспективы использования арматурного проката отечественного производства, а именно:
Список литературы
1. Мулин Н.М. Стержневая арматура железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1974. 233 с.
2. Тихонов И.Н., Мартынов А.А., Красовская К.М., Стеблов А.Б., Дышлевич В.Ф. Высокопрочная стержневая арматура производства мини-заводов // Бетон и железобетон. 1990. № 6. С. 9-11.
3. Руководящие технические материалы по сварке и контролю качества соединений арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций (РТМ 393-94). M.: НИИЖБ. 1994.
4. Тихонов И.Н., Елщина Л.И. О влиянии свойств новых видов арматурного проката на надежность и экономическую эффективность железобетонных конструкций // Вестник НИЦ «Строительство». 2017. № 1 (12). C. 54-67.
— отсутствие продольных ребер при сохранении номинальных контурных размеров поперечного сечения у новой арматуры позволяет обеспечить ее стабильное производство с минусовыми допусками по погонной массе в зависимости от диаметра (минус 1—8%), предусмотренных ГОСТ 34028—2016, для поставки групп арматуры ОМ2. Это обеспечит при определенных условиях снижение расхода арматуры в среднем на 3—5%;
— высокие показатели сцепления с бетоном позволят откорректировать формулы для определения длины анкеровки и нахлестки стержней, а также ширины раскрытия трещин в железобетоне и снизить расход арматуры до 5—40%, по аналогии с применением арматуры класса А500СП по СТО 36554501-005-2006** [7];
— полученные результаты исследований позволяют предположить высокую перспективность использования арматуры с четырехрядным винтовым профилем в железобетонных конструкциях, подверженных динамическим воздействиям, особенно в мостостроении;
— новая винтовая арматура позволит обеспечить импортозамещение винтовой двухрядной арматуры (GEWI), поставляемой зарубежной фирмой.
6. Арматура класса Ав500П с новым четырехрядным винтовым профилем рекомендована для массового внедрения постановлением Совета по железобетонным конструкциям при РААСН, а также для предпочтительного применения в сейсмостойком строительстве согласно СТО 36554501-059—2018 «Строительство в сейсмических районах».
Разработка по теме «Арматура нового поколения с четырехрядным винтовым профилем» включена в «Реестр инновационных решений, технологий, продукции, изделий, материалов, высокотехнологичных услуг в сфере капитального строительства объектов использования атомной энергии» (База НДТ) Госкорпорации «Росатом». Она рекомендована для использования при строительстве сооружений атомных электростанций Госкорпорации «Росатом» в России и за рубежом.
References
1. Mulin N.M. Sterzhnevaya armatura zhelezobetonnyh konstrukcij [Core reinforcement of reinforced concrete structures]. Moscow: Stroyizdat. 1974. 233 p.
2. Tikhonov I.N., Martynov A.A., Krasnovskaya K.M., Steblov A.B., Breathlevich V.F. High-strength bar reinforcement production mini-factories. Beton i zhe-lezobeton. 1990. No. 6, pp. 9—11. (In Russian).
3. Guidelines for welding and quality control of reinforcement joints and embedded parts of reinforced concrete structures (RTM 393—94). Moscow: NIIZHB. 1994. (In Russian).
4. Tikhonov I.N., Elshchina L.I. On influence of properties of new types of reinforcement rolled stock on reliability and economic effectivity of reinforced concrete structures. VestnikNITs«Stroitel'stvo». 2017. No. 1 (12), pp. 54—67. (In Russian).
5. Мадатян С.А. Арматура железобетонных конструкций. М.: Воентехлит, 2000. 256 с.
6. Тихонов И.Н., Блажко В.П., Тихонов Г.И., Каза-рян В.А., Краковский М.В., Цыба О.О. Инновационные решения для эффективного армирования железобетонных конструкций // Жилищное строительство. 2018. № 8. С. 5—10.
7. Тихонов И.Н., Мешков В.З., Звездов А.И., Саврасов И.П. Эффективная арматура для железобетонных конструкций зданий, проектируемых с учетом воздействия особых нагрузок // Строительные материалы. 2017. № 3. С. 39—45.
8. Скоробогатов С.М. Основы теории расчета выносливости стержней арматуры железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1976. 108 с.
9. Городницкий Ф.М., Михайлов К.В. Выносливость арматуры железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1972. 151 с.
10. Квасников А.А. Методика расчета взаимодействия бетона и арматуры железобетонных конструкций в программном комплексе Abaqus // Строительная механика и расчет сооружений. 2019. № 1. С. 65—70.
5. Madatyan S.A. Armatura zhelezobetonnyh konstruk-cij [Reinforcement of reinforced concrete structures]. Moscow: Voentechlit. 2000. 256 p.
6. Tikhonov I.N., Blazhko V.P., Tikhonov G.I., Kaza-ryan V.A., Krakovsky M.B., Tsyba O.O. Innovative solutions for efficient reinforcement of reinforced concrete structures. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2018. No. 8, pp. 3—10. (In Russian).
7. Tikhonov I.N., Meshkov V.Z., Zvezdov A.I, Savra-sov I.P. Effective reinforcement for reinforced concrete structures of buildings, designed taking into account the impact ofspecial loads. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 3, pp. 39-45. (In Russian).
8. Skorobogatov S.M. Osnovy teorii rascheta vynoslivo-sti sterzhnej armatury zhelezobetonnyh konstrukcij [Fundamentals of the theory of calculating the endurance of rods of reinforcement of reinforced concrete structures]. Moscow: Stroyizdat. 1976. 108 p.
9. Gorodnicki F.M., Mikhailov K.V. Vynoslivost' arma-tury zhelezobetonnykh konstruktsii [Endurance of reinforcement of reinforced concrete structures]. Moscow: Stroyizdat. 1972. 151 p.
10. Kwasnikov A.A. Method of calculation of interaction of concrete and reinforcement of reinforced concrete structures in Abaqus. Stroitel'naya mekhanika i raschet sooruzhenii. 2019. No. 1, pp. 65-70. (In Russian).
г. Москва
21 ноября 2019 г.
НИИЖБ им. А.А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство»
II Международные научно-технические «Гвоздевские чтения»
Тематика: Состояние и перспективы развития бетона и железобетона и примеры его применения в жилищном, гражданском, промышленном, транспортном, энергетическом, военном, высотном, арктическом и других видах строительства, а также доклады по отдельным аспектам его конструктивных решений в виде сборного, монолитного, предварительно напряженного и составляющих его материалов: легкие,
высокопрочные, специальные бетоны и т. д.
междунэрх^ые нвучно-темкеские
ГВОЗДЕВСКИЕ
ЧТЕНИЯ
Заявки на участие направлять до 31 октября на адрес эл. почты niizhb-marketing@cstroy.ru с пометкой «Гзоздевские чтения 2019» и указанием Ф.И.О., должности, наименования организации, телефона, эл. почты для связи (количество мест ограничено).
Место проведения: конференц-зал НИИЖБ им. А.А. Гвоздева (г. Москва, Рязанский проспект, 61, корпус 5, 4 этаж)
Более подробно на сайте: http://niizhb-fgup.ru/press-center/news/317/
Информационный партнер:
Строительные Материалы
