Арматурная сталь: свойства и ключевые применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Арматурная сталь, обычно называемая арматурой, является важным компонентом в строительной отрасли, в основном используемым для армирования бетонных конструкций. Эта марка стали обычно классифицируется как низкоуглеродистая мягкая сталь, характеризующаяся своей пластичностью и прочностью на растяжение, которые необходимы для повышения несущей способности бетона. Основными легирующими элементами в арматурной стали являются углерод (C), марганец (Mn) и кремний (Si), каждый из которых вносит вклад в общую производительность и свойства материала.
Общее представление
Арматурная сталь предназначена для улучшения прочности на растяжение бетона, который изначально слаб на растяжение. Добавление стальных прутков позволяет бетонным конструкциям выдерживать различные нагрузки и напряжения, делая их более прочными и устойчивыми. Наиболее значительными характеристиками арматурной стали являются ее высокая предельная прочность, пластичность и свариваемость, которые критически важны для конструктивных применений.
Характеристика | Описание |
---|---|
Предельная прочность | Обычно колеблется от 250 МПа до 600 МПа, в зависимости от марки. |
Пластичность | Позволяет деформацию без разрушения, что необходимо для сейсмических приложений. |
Свариваемость | В целом хорошая, но зависит от конкретной марки и обработки. |
Преимущества:
- Высокое соотношение прочности к весу: Арматурная сталь обеспечивает отличную прочность без добавления чрезмерного веса конструкциям.
- Пластичность: Это свойство позволяет поглощению энергии во время сейсмических событий, снижая риск катастрофического разрушения.
- Экономическая эффективность: Широко доступна и относительно недорога по сравнению с другими материалами.
Ограничения:
- Подверженность коррозии: Без надлежащей обработки или покрытий арматурная сталь может корродировать в суровых условиях.
- Тепловое расширение: Разница в тепловом расширении между сталью и бетоном может привести к растрескиванию, если это не учесть должным образом.
Исторически арматурная сталь играла ключевую роль в современном строительстве, позволяя развивать небоскребы, мосты и другую инфраструктуру. Ее рыночная позиция остается сильной благодаря постоянному спросу в строительстве и гражданском инженерии.
Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты
Стандартная организация | Обозначение/Марка | Страна/Регион происхождения | Заметки/Комментарии |
---|---|---|---|
ASTM | A615 | США | Широко используется в США для армирования бетона. |
ASTM | A706 | США | Низколегированная сталь с улучшенной свариваемостью. |
EN | 500 (B500B) | Европа | Европейский стандарт для арматурной стали. |
JIS | G3112 | Япония | Стандарт для рифленых прутков, используемых в бетоне. |
ISO | 6935 | Международный | Общий стандарт для арматурной стали. |
Заметки/Комментарии:
Хотя марки такие как A615 и A706 часто считаются эквивалентными, A706 имеет более низкое содержание углерода, что улучшает его свариваемость. Это может быть критичным в приложениях, где необходимо сварка, например, в сейсмических зонах.
Ключевые свойства
Химический состав
Элемент | Процентный диапазон (%) |
---|---|
C (углерод) | 0.25 - 0.60 |
Mn (марганец) | 0.30 - 1.50 |
Si (кремний) | 0.10 - 0.40 |
P (фосфор) | ≤ 0.04 |
S (сера) | ≤ 0.05 |
Основная роль углерода в арматурной стали заключается в повышении ее прочности; однако, более высокое содержание углерода может снизить пластичность. Марганец улучшает закаляемость и прочность, в то время как кремний может повысить стойкость к окислению во время термической обработки.
Механические свойства
Свойство | Состояние/Температура | Типичное значение/Диапазон (метрическая система) | Типичное значение/Диапазон (имперская система) | Ссылка на стандарт |
---|---|---|---|---|
Прочность на растяжение | Горячекатаная | 400 - 600 МПа | 58 - 87 ksi | ASTM A615 |
Предельная прочность (0.2% отпуска) | Горячекатаная | 250 - 500 МПа | 36 - 73 ksi | ASTM A615 |
Удлинение | Горячекатаная | 12 - 20% | 12 - 20% | ASTM A615 |
Твердость (Бринелля) | Горячекатаная | 150 - 250 HB | 150 - 250 HB | ASTM E10 |
Ударная прочность | Комнатная температура | 20 - 30 Дж | 15 - 22 фунт-футов | ASTM E23 |
Сочетание высокой прочности на растяжение и предельной прочности делает арматурную сталь подходящей для приложений, требующих значительных нагрузочных способностей. Ее пластичность позволяет поглощать энергию во время динамической нагрузки, например, во время сейсмических событий.
Физические свойства
Свойство | Состояние/Температура | Значение (метрическая система) | Значение (имперская система) |
---|---|---|---|
Плотность | Комнатная температура | 7850 кг/м³ | 490 фунтов/фут³ |
Температура плавления | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
Теплопроводность | Комнатная температура | 50 Вт/м·К | 29 BTU·дюйм/ч·фут²·°F |
Коэффициент теплового расширения | Комнатная температура | 11 - 13 x 10⁻⁶ /°C | 6 - 7 x 10⁻⁶ /°F |
Плотность арматурной стали способствует ее прочности, в то время как теплопроводность важна в приложениях, где рассеиваемое тепло критично. Коэффициент теплового расширения необходимо учитывать при проектировании, чтобы предотвратить растрескивание в бетоне.
Коррозионная стойкость
Коррозионный агент | Концентрация (%) | Температура (°C/°F) | Рейтинг устойчивости | Заметки |
---|---|---|---|---|
Хлориды | 3 - 5 | 20 - 60 / 68 - 140 | Удовлетворительно | Риск локальной коррозии. |
Серная кислота | 10 - 20 | 20 - 40 / 68 - 104 | Плохо | Не рекомендуется. |
Гидроксид натрия | 5 - 10 | 20 - 60 / 68 - 140 | Хорошо | Может привести к напряженной коррозии. |
Арматурная сталь подвержена коррозии, особенно в средах с высоким содержанием хлоридов, таких как прибрежные районы. Риск локальной и стрессовой коррозии требует защитных мер, таких как покрытия или коррозионноустойчивые сплавы.
В сравнении с нержавеющими сталями арматурная сталь демонстрирует значительно более низкую коррозионную стойкость, что делает ее менее подходящей для высококорросивых сред. Тем не менее, она более экономична и широко используется в общем строительстве.
Теплостойкость
Свойство/Предел | Температура (°C) | Температура (°F) | Заметки |
---|---|---|---|
Максимальная температура длительного обслуживания | 400 | 752 | После этого свойства могут ухудшаться. |
Максимальная температура кратковременного обслуживания | 500 | 932 | Только кратковременное воздействие. |
Температура образования окалины | 600 | 1112 | Риск окисления. |
При повышенных температурах арматурная сталь может потерять прочность и пластичность, что критично в пожароопасных приложениях. Необходимо учитывать эти ограничения при проектировании.
Свойства изготовления
Свариваемость
Процесс сварки | Рекомендуемый наполнитель (классификация AWS) | Типичный защитный газ/флюс | Заметки |
---|---|---|---|
SMAW | E7018 | Нет | Хорошо для общих приложений. |
GMAW | ER70S-6 | Смесь аргону и CO2 | Подходит для тонких секций. |
Арматурная сталь обычно демонстрирует хорошую свариваемость, особенно с низкогидрогенными электродами. Предварительный нагрев и термическая обработка после сварки могут быть необходимы для предотвращения растрескивания, особенно в марках с высокой прочностью.
Обрабатываемость
Параметр обработки | Арматурная сталь | Эталонная сталь (AISI 1212) | Заметки/Советы |
---|---|---|---|
Относительный индекс обрабатываемости | 50% | 100% | Сложнее обрабатывать из-за большей прочности. |
Типичная скорость резания | 20 м/мин | 30 м/мин | Подгоните инструменты соответственно. |
Арматурная сталь обычно не обрабатывается из-за высокой прочности и прочности. Когда обработка необходима, важно использовать соответствующие инструменты и скорости резания, чтобы избежать чрезмерного износа.
Формуемость
Арматурная сталь может быть холодной обработкой до определенной степени, позволяя изгибать и формировать. Тем не менее, чрезмерная холодная обработка может привести к упрочнению, что может повлиять на ее пластичность. Горячая формовка предпочтительнее для больших сечений, чтобы достичь желаемых форм без ухудшения механических свойств.
Термическая обработка
Процесс обработки | Диапазон температур (°C/°F) | Типичное время выдержки | Метод охлаждения | Основная цель / Ожидаемый результат |
---|---|---|---|---|
Отжиг | 600 - 700 / 1112 - 1292 | 1 - 2 часа | Воздух или вода | Улучшить пластичность и снизить твердость. |
Закалка | 800 - 900 / 1472 - 1652 | 30 минут | Вода или масло | Увеличить твердость и прочность. |
Процессы термической обработки, такие как отжиг и закалка, могут значительно изменить микроструктуру арматурной стали, улучшая ее механические свойства. Понимание этих превращений критически важно для оптимизации производительности в конкретных приложениях.
Типичные применения и конечные использования
Отрасль/Сектор | Пример конкретного применения | Ключевые свойства стали, используемые в этом применении | Причина выбора (кратко) |
---|---|---|---|
Строительство | Мосты | Высокая прочность на растяжение, пластичность | Для выдерживания динамических нагрузок. |
Инфраструктура | Небоскребы | Коррозионная стойкость, свариваемость | Критически важна для структурной целостности. |
Гражданское строительство | Укрепительные стены | Несущая способность, формуемость | Для поддержки нагрузок земли и воды. |
Другие применения включают:
- Дороги и шоссе: Используется в асфальтобетоне и дорожных структурах для повышения прочности.
- Фундаменты: Критически важны для стабильности фундаментов зданий.
- Тоннели: Обеспечивает структурную поддержку в подземном строительстве.
Арматурная сталь выбирается для этих приложений из-за ее способности повышать структурную целостность бетона, обеспечивая безопасность и долговечность.
Важные соображения, критерии выбора и дополнительные идеи
Особенность/Свойство | Арматурная сталь | Альтернативная марка 1 | Альтернативная марка 2 | Краткая заметка о плюсах/минусах или компромиссах |
---|---|---|---|---|
Ключевое механическое свойство | Высокая предельная прочность | Умеренная предельная прочность | Высокая предельная прочность | Арматурная сталь экономична, но может потребовать защитных мер. |
Ключевой аспект коррозии | Удовлетворительно | Отлично | Хорошо | Альтернативные марки имеют лучшую коррозионную стойкость. |
Свариваемость | Хорошо | Отлично | Удовлетворительно | Учтите требования к сварке при проектировании. |
Обрабатываемость | Умеренная | Высокая | Низкая | Арматурная сталь менее обрабатываема, чем некоторые альтернативы. |
Примерная относительная стоимость | Низкая | Умеренная | Высокая | Экономическая эффективность делает ее предпочтительным выбором во многих приложениях. |
Типичная доступность | Высокая | Умеренная | Низкая | Легко доступна на большинстве рынков. |
При выборе арматурной стали важны такие факторы, как стоимость, доступность и конкретные требования проекта. Хотя арматурная сталь широко используется благодаря своим экономическим преимуществам, альтернативные марки могут быть более подходящими для специализированных применений, особенно в коррозионных средах или там, где требуется повышенная свариваемость.
В заключение, арматурная сталь остается основным материалом в строительстве, предлагая баланс прочности, пластичности и экономической эффективности. Понимание ее свойств и применений важно для инженеров и архитекторов, чтобы обеспечить безопасность и долговечность конструкций.