Металлическая арматура: виды и классы

Арматура марки AI (А240С) производится в диапазоне диаметров от 5.5 до 40 мм. В процессе ее изготовления используются различные виды стали, такие как 3СП, Д16 и Ст3. Данная арматура предназначена для эксплуатации в условиях, где необходима высокая стойкость к растягивающим деформациям. Она применяется для формирования несущих каркасов и сеток, что обеспечивают дополнительную прочность и надежность конструкций.

Классификация и виды строительной арматуры

Современные архитектурные решения, а также вспомогательные конструкции, во многом зависят от качества используемых материалов. Практически все современные здания и сооружения возводятся из железобетона, который состоит из бетона и стали. Ключевыми факторами, определяющими прочность, надежность и долговечность этих конструкций, является наличие арматуры, дополняющей бетон. Арматура усиливает прочностные характеристики бетона, что позволяет улучшить его способности как при воздействии на изгиб, так и при сжатии. Поэтому использование различных видов арматурных изделий стало необходимым как для строительства жилых домов, так и для многоэтажных зданий и промышленных сооружений. Прочность железобетона открыла новые горизонты для архитектуры, способствуя внедрению инновационных решений в дизайне фасадов и общем оформлении зданий. Стеклянные и железобетонные постройки ныне стали знаковыми для крупных городов и мегаполисов, обеспечивая концепцию экономии пространства и функциональности. Такое разнообразие архитектурных возможностей возникло благодаря широкому выбору железобетонных изделий и богатому ассортименту строительной арматуры, доступной на современном рынке металлопроката.

Определение и принципы классификации строительной арматуры

Арматура представляет собой изделия стального проката, изготовленные в форме круглых или периодических профилей. Кроме стержней, к арматурным конструкциям также относятся объемные и плоские каркасы, сетки, и канаты, которые используются для повышения прочностных свойств железобетонных элементов. К требованиям к арматуре относится необходимость ее совместного применения с бетонным раствором, что подразумевает наличие высокой механической прочности и надежности, а также хорошего сцепления с бетоном. Арматура должна обладать множеством высоких технологических характеристик. Основные виды арматурной стали определяются в документе СНиП 2.03.01-84.

На рынке металлопроката арматура классифицируется по различным критериям, включая вид стали, конструктивную ориентацию, назначение и условия эксплуатации.

Виды арматуры из металла

Арматура подразделяется на категории по следующим критериям:

• способу изготовления
• типу профиля
• назначению
• химическому составу

По способу изготовления

Изготавливают сортовой прокат, к которому относится арматура, двумя основными способами:

• Горячекатаным — стальные заготовки нагреваются до пластического состояния и потом пропускаются через специальные машины. Готовые стержни маркируются буквой А и характеризуются повышенной прочностью и стойкостью к нагрузкам.
• Холоднодеформированным — стержни проходят через оборудование без предварительного нагрева, такие изделия отмечаются буквой В и сматываются в мотки. Проволочная арматура обладает высокой коррозионной устойчивостью и легкостью сварки, что делает ее популярной для соединения главных элементов каркаса.

Проволочная арматура также используется для производства канатной стали, которая обозначается буквой К, но в индивидуальном строительстве практически не используется.

По типу профиля

• Гладкая — имеет ровную поверхность, что приводит к ненадежному сцеплению с бетоном. Она используется для слабонагруженных элементов, таких как стяжки пола и укрепления стен. Эта арматура более экономична в производстве и в каркасах применяется для монтажных задач, таких как фиксация во время переноски и заливки бетоном.
• Рифленая — по всей длине прута имеются насечки, которые обеспечивают лучшее сцепление с бетоном. Рифленая арматура бывает трех видов:
  • кольцевидное — обеспечивает хорошее сцепление с бетоном, однако теряет прочность в местах пересечения ребер при сильной нагрузке;
  • серповидное — более прочное по сравнению с кольцевидным, не имеет зон для накопления напряжения, но сцепление с бетоном ниже;
  • смешанное — объединяет преимущества первых двух видов, улучшая сцепление примерно на 20% и жесткость на 30%. Эта арматура стоит дороже и применяется к материалам не ниже класса А500.

По назначению

Арматурные стержни часто соединяются для формирования каркаса железобетонной конструкции. Их предназначение и принимаемые нагрузки зависят от расположения в каркасе:

• Рабочая — основной тип арматуры, который предназначен для восприятия внешних нагрузок и собственного веса конструкции, обеспечивая тем самым надежность и долговечность железобетонных сооружений. В фундаментах и межэтажных перекрытиях рабочая арматура располагается горизонтально, а в колоннах и несущих перегородках — вертикально. Рабочая арматура подлежит напрягаемым нагрузкам.
• Распределительная — связывает рабочие арматурные прутья и принимает на себя нагрузки, возникающие в результате усадки и расширения. Она равномерно распределяет напряжение по каркасу.
• Монтажная — используется для соединения рабочих и конструктивных сеток, обеспечивает фиксацию каркаса при переноске и процессе заливки бетоном. Такой вид арматуры не принимает на себя нагрузок.

По химическому составу

• Из углеродистой стали — состоит из двух элементов: железа и углерода, при этом высокая доля углерода обеспечивает прочность стержня.
• Из нелегированной стали — содержит небольшое количество других металлов, что положительно сказывается на характеристиках, таких как пластичность, коррозионная стойкость и сопротивляемость к износу.

Общая классификация арматуры

Согласно советскому ГОСТ 5781-82, арматурная сталь делится на 6 классов, маркированных А-I — А-VI. Однако в связи с появлением новых видов арматуры, а также введением стандартов ГОСТ 52544-2006 и ГОСТ 34028-2016, возникла новая система обозначений.

Современная маркировка включает в себя несколько компонентов:

1. Первая буква указывает на тип изделия: А — стержневая арматура, В — проволочная, К — канатная. После этого к индексу может добавляться буква:

• т — термически упрочненная;
• в — арматура, упрочненная вытяжкой.

2. Следующая часть состоит из трех- или четырехзначного числа, обозначающего предел текучести в Н/мм², который служит для расчета допустимых напряжений.

3. На этом уровне можно добавлять дополнительную маркировку, если она имеется:

• С — возможность использования электросварки;
• К — коррозионная стойкость;
• СК — свариваемая и устойчивая к коррозии.

4. В конце указывается диаметр арматуры.

С увеличением классов стали появилась большая разнообразие, представленная в таблице арматуры с характеристиками стандартных классов:

Класс арматурной стали

Диаметр профиля

Временное сопротивление Н/мм²

Маркировка арматуры

На современном рынке строительных материалов значительное количество арматурного сортамента. Для ориентирования потребителей в технических характеристиках, классе и типах арматуры применяются общепринятые правила её маркировки согласно стандартам ГОСТ:

• 12 А400С по ГОСТ 5781 – число 12 обозначает диаметр арматуры (в миллиметрах), А400 – это класс прочности АIII, а С указывает на свариваемый прокат.
• 12 А500Е по ГОСТ 5781 – арматура диаметром 12 мм, класс прочности АIV, а Е — прокат повышенной пластичности.

Маркировочные обозначения наносятся непосредственно на изделие (пруток) и должны быть хорошо читаемыми. Также маркировка включает информацию о производителе: знак идентификации, аббревиатуру, товарный знак и прочее.

Строительная арматура является важным видом унифицированного стального проката, который используется для армирования бетонных конструкций. Технические характеристики арматуры, необходимые для вычисления нагрузки и рабочих параметров строений, регулируются ГОСТ 5781-82. С учетом разнообразных потребностей строительства производится широкий ассортимент арматурного проката, отличающегося по назначению, форме, образцам профиля и прочностным характеристикам.

Классификация строительной арматуры

Разнообразие строительных технологий и архитектурных решений, а также с учетом технической сложности возводимых объектов, стальная арматура классифицируется по многим критериям.

Функциональность

По своему назначению строительная арматура делится на следующие категории:

• Рабочие – основной тип стержней, предназначенный для восприятия и равномерного распределения внутренних и внешних нагрузок в железобетонной конструкции. Рабочая арматура функционирует в растянутых зонах, обеспечивая максимальное сцепление с бетоном;
• Конструктивные – располагаются перпендикулярно к рабочим арматурным стержням, используются в качестве поперечных связей в каркасах и отвечают за распределение нагрузки в колоннах и сводах;
• Монтажные – выполняют функцию опорных стержней в крепежных узлах и обеспечивают проектное расположение прутьев в каркасе. Их основное назначение заключается в равномерном распределении нагрузок между силовыми стержнями каркаса.

Отдельной категорией функциональной арматуры является анкерная арматура, которая в железобетонных конструкциях служит закладными элементами.

Ориентация в ЖБК

При проектировании зданий и сооружений стальная арматура закладывается в виде горизонтальных или вертикальных стержней, выполняющих разные функции. Стержни могут быть как отдельно стоящими, так и использоваться в качестве элементов для формирования плоских и пространственных силовых каркасов:

• Поперечные – располагаются под углом 90 градусов к рабочим стержням. Их применение позволяет минимизировать растрескивание бетона по краям наклонных железобетонных конструкций и обеспечивает прочную связь между растянутым и сжатым слоями бетона;
• Продольные – рабочие арматурные стержни могут быть расположены как горизонтально, так и с отклонениями в плоскости до 30 градусов.

Определить принадлежность арматурных стержней в конструкции к определенной группе можно исключительно по чертежам. В таблице спецификаций указывается стандарт, класс, диаметр и количество арматуры.

Диаграммы σ_s-ε_s

Термическое упрочнение стали включает в себя процесс закалки, достигаемой путем нагрева до 800 °C с последующим быстрым охлаждением в масле, а также частичный отпуск, когда металл сначала нагревается до 300-400 °C, а затем охлаждается медленно. При термической обработке арматурная сталь переходит в пластическую область работы постепенно, как это показано на кривой 4.

Для таких сталей задается условный предел текучести σ_0,2, который представляет собой напряжение при котором остаточные деформации составляют 0,2% от исходного значения.

В зависимости от метода упрочнения, сталь может значительно варьироваться по своим характеристикам, достигая уровня твердых сталей, разрушающихся хрупко (при удлинениях 3-4%). К прочным сталям относятся также составы, содержащие углерод и легирующие добавки (марганец, хром, кремний и др.).

Для правильной работы железобетонных конструкций под нагрузками, а также для механизации арматурных работ, важны такие свойства арматурных сталей, как пластичность, свариваемость, усталостное разрушение, ползучесть и релаксация. Снижение пластических свойств могут привести к хрупкому разрыву арматуры под нагрузкой, а также вызвать излом напрягаемой арматуры в анкерах и т. д. Пластические свойства арматурных сталей выражаются через относительное удлинение образцов при испытании на разрыв. Длина образцов должна составлять пять диаметров стержня. Не допускается сварка арматурных сталей, которые были термически упрочнены, за исключением специальных видов, поскольку в этом случае теряется эффект упрочнения. Поэтому их использование ограничивается только в вязаных каркасах.

Классификация арматуры и ее применение в конструкциях. В процессе проектирования железобетонных зданий и сооружений должны быть соблюдены требования к бетону и железобетону, которые включают выбор вида арматуры, а также ее нормируемые и контролируемые показатели качества.

Для железобетонных конструкций должны применяться следующие виды арматуры, определяемые соответствующими стандартами:

• горячекатаная гладкая и периодическая сечением диаметром 3-80 мм;
• термомеханически упрочненная периодическая сечением диаметром 6-40 мм;
• механически упрочненная в холодном состоянии (холоднодеформированная) периодическая или гладкая диаметром 3-12 мм;
• арматурные канаты диаметром 6-15 мм;
• неметаллическая композитная арматура.

Кроме того, в конструкциях с большим пролётом возможно применение стальных канатов (спиральные, двойной свивки, закрытые).

Для дисперсного армирования бетона рекомендуется применять фибру или сетки с частым расположением прутьев.

Для сталежелезобетонных конструкций, состоящих из стальных и железобетонных элементов, актуально использование листовой и профильной сталей, основанной на действующих нормах и стандартах.

Выбор вида арматуры определяется согласно функциональному назначению конструкции, конструктивному решению, а также характеру нагрузок и воздействием окружающей среды.

Основным нормируемым и контролируемым показателем качества стальной арматуры является её класс по прочности на растяжение. Он обозначается следующим образом:

А — для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры;

В — для холоднодеформированной арматуры;

К — для арматурных канатов.

Класс арматуры соответствует гарантированному значению предела текучести (физическому или условному) в мегапаскалях (МПа). Эти значения устанавливаются в соответствии с требованиями стандартов и технических условий и варьируются в диапазоне от А240 до А1500, от В500 до В2000, и от К1400 до К2500.

Маркировка арматуры

Класс арматуры представляет собой буквенно-цифровое обозначение, где:

1. Буква в начале указывает на способ производства арматуры:
   А – горячекатаная стержневая арматура;
   В – холоднодеформированная проволочная арматура;
   К – канатная арматура.
2. Цифра обозначает нормативное сопротивление арматурной стали на растяжение по пределу текучести, выражая его в МПа. Возможно, вы ещё встретите график, который демонстрирует предел текучести стали. На графике видно, как до 500 МПа арматурный стержень растягивается, не теряя прочностных характеристик, после чего следует участок текучести и, наконец, момент разрушения.
3. Буква в конце маркировки обозначает специальные характеристики продукции:
   С – возможность соединения методом сварки;
   К – коррозионная стойкость;
   Т – термомеханически упрочненная сталь;
   СП – специальная.

А500С и А400С имеют рифленый профиль.

А240 — это гладкая арматура.

Вся информация о арматурных изделиях доступна в следующих нормативных документах:
ГОСТ 52544-2006 / ГОСТ 5781-82 / ГОСТ 34028-2016.

Защитный слой арматурных стержней

Все арматурные стержни устанавливаются с определенным смещением от поверхности элемента. Это смещение называется защитным слоем арматуры.

Основная цель защитного слоя — предотвратить воздействие таких факторов, как огонь и влага, а также других агрессивных сред на арматуру и гарантировать эффективную совместную работу всех компонентов железобетона.

Толщина защитного слоя варьируется в зависимости от среды, в которой расположена конструкция, а также от типа самой конструкции, видов и диаметра арматурных стержней, что может существенно повлиять на долговечность и надежность сооружения.