Д. А.КОРШУНОВ, канд. техн. наук (НИИСК, Киев), Стандартизация свариваемости арматуры
Известно, что отечественная строительная практика при возведении железобетонных конструкций предусматривает широкое использование сваривания не только при изготовлении арматурных изделий, но и (в отличие от западной) для соединения арматурных стержней и закладных деталей. Уточним с самого начала, что свариваемость мы понимаем здесь как характеристику способности арматурной стали создавать сварное соединение, свойства которого близки к свойствам основного металла арматурного стержня или проволоки. Требования к свариваемости арматуры (главным образом стержневой) установлены несколькими документами нормативного характера.
Вначале напомним, как этот вопрос решен потребителями арматуры в строительных нормативных документах.
Прежде всего следует назвать общестроительные нормы проектирования железобетона — СНиП 2.03.1.
Здесь установлена номенклатура арматуры, которую:
В случае преимущественного и возможного применения сварных соединений их наличие при расчете конструкции, как правило, не учитывают — за исключением соединений поперечной арматуры (коэффициент ys2=0,9) и расчета на выносливость (коэффициент YS4=1 •¦•0,15).
Следующим привлекает внимание ГОСТ 14098, где регламентирован сортамент сварных соединений стержневой арматуры видов “А” и “Ат”, а также проволочной классов Bp-I и Вр 600. Он включает:
тип и обозначение соединения арматурных стержней как между собой — крестовое “К” (включая проволоку) и стыковое “С", так с листовым и фигурным прокатом — с напуском “Н” и тавровое “Т";
способ сваривания (контактное “К” и ручное “Р”) и его технологические особенности;
конструкцию и основные размеры соединения;
структуру его условного обозначения на чертеже. Отметим, кстати, ее информационную избыточность, так как каждому отдельному типу соединения соответствует вполне определенные технологические характеристики.
Здесь же для конкретных класса стержневой арматуры, марки стали, диаметра стержней, а также типа соединения и температуры его осуществления или эксплуатации определено (правда,только в справочном порядке) трехбалльное ранжирование эксплуатационных качеств сварных соединений (табл.1) и отмечены условия, при которых их устройство нецелесообразно или недопустимо.
Сопоставление описания характеристик вскрывает не только разграничение этих двух видов арматуры одного назначения, но и практически пятиуровневую градацию ее свариваемости:
уровень V (балл 5А). Его описание можно понять как сравнение результатов испытания отобранной от одного стержня пары образцов — цельного и сварного. При этом гарантировано, что разрушение сварного образца происходит вне зоны сварки либо по ней, но без ухудшения механических свойств (добавим, и пробу на изгиб) по сравнению с цельным образцом-близнецом;
уровень IV (баллы 4А и 5Ат). Он соответствует предыдущему за исключением гарантии. Правда, для арматуры вида “А" не оговорено пластичное разрушение, но ведь оно является неотъемлемым элементом стандартизованного комплекса механических свойств;
уровни III (балл 4Ат) и II (балл ЗАт). Они касаются уже только одного элемента такого комплекса — временного сопротивления разрыву, причем допускают снижение стандартизованного требования к нему на 5 и 10% соответственно.
Подчеркнем, что стандартизованные требования к прочностным характеристикам от02) или ав арматуры установленыназванными в табл. 1 стандартами на статистической основе с учетом их обеспеченности на уровне 95%, а для арматуры классов до А-Ill включительно — даже 98% Их контролируют, как правило, с использованием обобщения результатов испытаний образцов генеральной совокупности (не менее 50 предыдущих партий) — в таком случае каждую последующую партию включают в эту совокупность и оценивают по результатам испытания двух образцов. В случае необходимости дополнительной проверки потребитель может оценить и отдельную партию арматуры по среднему значению результатов испытания шести ее образцов. При этом порядок контроля качества сварных соединений не рассматривается;
уровень I (балл ЗА), Его основой служат совсем иные требования, которые нуждаются в дополнительном анализе.
Конкретные требования к механическим свойствам сварных соединений арматуры и их контролю установлены ГОСТ 10922. Они предусматривают контроль отдельной партии по результатам испытания на растяжение отобранных от нее трех образцов сварного соединения определенного типа (без сравнения с реальными свойствами арматуры в этой партии) и с оценкой ее по трем показателям;
1 — размах R опытных значений предела прочности (очевидно, речь идет о временном сопротивлении разрыву), который должен не превышать 118 МПа (12 кгс/ мм2). Отметим, что это обозначение давно зарезервировано нормами проектирования для сопротивления силовому воздействию материалов и грунтов. Кроме того, технические требования к арматуре оперируют понятием среднеквадратического отклонения — при названном объеме выборки S= =R3/1,69;
2 — минимальное среднее значение С этого предела в зависимости от опытного значения размаха (в табл.2 приведен анализ требований к прочности сварного соединения). Это обозначение тоже нельзя признать удачным — оно уже давно использовано в ГОСТ 8829 как коэффициент запаса прочности железобетонного изделия;
3 — уменьшение исходного диаметра стержня в месте разрыва, которое должно быть не менее 20%. Заметим, что в большинстве случаев такие измерения затруднены.
Сопоставление описанных приемочных условий свидетельствует о том, что даже наибольшее (при R= 118) значение С не отвечает условиям табл.1 для баллов 5А, 4А и 5Ат. Наименьшее же допускаемое (при R=39)значение С во всех случаях составляет менее 0,9аср — вот что означает указанный выше балл ЗА для горячекатаной стали. Дополнительно отметим, что при этом минимальное значение временного сопротивления сварного соединения в партии асв оказывается заметно меньше стандартизированного для арматуры браковочного значения ст6р.
Теперь нужно обратиться к правилам, выработанным для себя изготовителями арматуры. Правда, они согласованы потребителями (интересы последних традиционно представляет Госстрой по рекомендации НИИЖБа).
Оба стандарта технических условий для стержневой арматуры постулируют, что “свариваемость арматурной стали обеспечивается химическим составом и технологией изготовления". Здесь, однако, не уточнено, чего именно; только выплавки стали или также получения из нее арматуры. В развитие этого ГОСТ 5781 содержит требования к маркам и химическому составу стали (вместе с тем, правда, допускает и изготовление арматуры класса A-IV (А600) из стали 80С с оговоркой о недопустимости ее сваривания). Ссылки же на ГОСТ 10922 и ГОСТ 14098 здесь отсутствуют. В ГОСТ 10884 сведения о марках и химическом составе стали приведены лишь как рекомендуемые. Но наряду с этим имеется ссылка на ГОСТ 14098. Однако допускается выпускать арматуру только с минимальным уровнем качества — по баллу ЗАт. Дополнительно в обоих этих стандартах ограничено значение так называемого углеродного эквивалента (он учитывает содержание в стали магния и кремния) — сходный показатель используется и в зарубежной практике.
Проведенные сопоставления приводят к выводу о явном несоответствии между собой содержания названных нормативных документов в части свариваемости арматуры. Но одновременно нужно признать, что такое игнорирование норм проектирования не привело на практике к привлекающим внимание отказам железобетонных конструкций. Спрашивается, почему же? По мнению автора данной статьи, нас выручают три обстоятельства:
во-первых, минимальные значения асв все же несколько превышают расчетное сопротивление арматуры Rs, хотя в большинстве случаев и не обеспечивают требуемый по ГОСТ 8829 запас прочности железобетонного изделия при разрушении его от текучести арматуры (табл.З);
во-вторых, сказывается осторожность квалифицированного проектировщика, который обычно назначает количество арматуры с некоторым запасом;
наконец, в-третьих, дополнительный запас надежности обеспечивает наличие в большинстве случаев нескольких совместно работающих стержней, а также малая вероятность попадания сварного соединения в место максимального напряжения арматуры. Да и грамотный производственник представляет себе, где не следует стыковать растянутый стержень.
Таким образом, уже не первый год продолжается массовый эксперимент по ревизии нормированного уровня требований к надежности железобетона. Вроде бы его результаты свидетельствуют о наличии некоторых дополнительных запасов. Однако, прежде всего из- за стихийности этого эксперимента, кто сможет назвать ту грань, за которой начнутся массовые аварии? Тем более — сейчас, когда в проектирование и производство приходит много не очень опытных людей, да и арматура попадает к потребителю преимущественно та, которая осталась у металлургов в отходах от экспорта, причем осуществленного еще и через многих часто безответственных посредников.
Это мотивирует предложение четко разделить подлежащую сварке арматуру по эксплуатационному качеству наиболее распространенных стыковых соединений типов С1 и С21 на два сорта; “супер” — свариваемая. Она должна соответствовать уровню V (балл 5А по ГОСТ 14098); и рядовой — ограниченно свариваемая (в том числе для больших диаметров). Она должна обеспечивать гарантию определенной части временного сопротивления, может быть, даже (с учетом реальных условий выпуска арматуры) несколько менее 0,9 ав. Впрочем, возможен и иной вариант: признать, что теперь строители будут получать арматуру только с ограниченной свариваемостью. Вероятно, сегодня он даже наиболее реален.
Но такое решение должно быть принято. И при любом его варианте представляется необходимым;
1 — ввести в стандарты технических условий для стержневой арматуры требования обоснованной гарантии изготовителя в части уровня ее свариваемости — по результатам систематического (каждой партии) контроля сварных (типа С1) образцов наряду с цельными. И ничего страшного не произойдет, если от партии в десятки тонн вместо двух будут испытаны четыре образца;
2 — привести в соответствие с таким (любым согласованным Госстроем от имени потребителя) уровнем свариваемости строительные нормативы. Одновременно следует учесть в нормах проектирования рекомендованное НИИЖБом “серповидное" рифление поверхности арматуры
Нормативные ссылки
ГОСТ 5781-82. Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия.
ГОСТ 8829-94. Изделия строительные бетонные и железобетонные сборные. Методы испытаний нагружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости.
ГОСТ 10884-94. Сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций. Технические условия.
ГОСТ 10922-90. Арматурные и закладные изделия сварные, соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Общие технические условия.
ГОСТ 14098-91. Соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Тилы, конструкции и размеры.
СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции.
Бетон и железобетон, 2001 №2