Стальные стержни: сердечник стального каркаса бетонных конструкций

Арматурный стержень — это полосовая сталь, специально разработанная для повышения прочности бетонных конструкций. Благодаря синергии с бетоном (бетон выдерживает сжатие, арматура — растяжение), она компенсирует его недостаточную прочность на растяжение и служит незаменимым «несущим каркасом» для зданий, мостов, проектов водопользования и других объектов. Арматурный стержень обычно бывает круглым или ребристым (с продольными и поперечными ребрами на поверхности), в основном из углеродистой стали. Ключевые показатели эффективности включают прочность на растяжение, предел текучести и сейсмостойкость.

I. Классификация арматуры: адаптация к строительным требованиям по форме и эксплуатационным характеристикам

(I) По технологии производства и форме: три основных типа

Горячекатаная круглая арматура: это круглая, гладкая арматура, изготовленная методом горячей прокатки. Её обозначение начинается с «HPB» (например, HPB300), и обычно она имеет диаметр 6–22 мм. Она имеет гладкую поверхность и легко сцепляется с бетоном (требуются крюки для лучшей анкеровки). Однако его прочность относительно невысока (предел текучести ≥ 300 МПа). Он в основном используется для распределительной арматуры (например, для арматуры плит перекрытий), хомутов и небольших сборных элементов (например, цементных плит). Горячекатаные арматурные стержни периодического профиля: это горячекатаные стержни с равномерно расположенными поперечными (или спиральными) ребрами на поверхности. Обозначения таких стержней начинаются с «HRB» (например, HRB400, HRB500), и имеют диаметр от 6 до 50 мм. Поперечные ребра значительно улучшают сцепление с бетоном, устраняя необходимость в дополнительных крюках. Они являются основной арматурой, используемой в строительстве.

Обычные горячекатаные арматурные стержни периодического профиля (например, HRB400): имеют предел текучести ≥ 400 МПа и используются в качестве основной арматуры для балок, колонн и плит перекрытий в общем строительстве.

Сейсмостойкие горячекатаные арматурные стержни периодического профиля (например, HRB400E): Эти арматурные стержни, помимо обычных, предъявляют дополнительные требования к сейсмостойкости, такие как предел текучести ≤0,85 и относительное удлинение ≥16%. Они используются в качестве основных несущих конструкций в сейсмоопасных районах.

Холоднокатаные арматурные стержни периодического профиля: Изготавливаются из горячекатаных круглых прутков методом холодной прокатки при комнатной температуре для придания им ребристой формы. Обозначения таких стержней начинаются с «CRB» (например, CRB550), и имеют диаметр от 4 до 12 мм. Обладают высокой прочностью (предел текучести ≥ 550 МПа) и высокой точностью размеров, но несколько меньшей пластичностью. Они в основном используются для несущей и распределительной арматуры в плитах перекрытий и стеновых панелях малого и среднего размера и не подходят для большепролетных или высоконагруженных конструкций.

(II) По классу прочности: общепринятая классификация в строительной отрасли

Низкопрочная арматура: предел текучести ≤ 335 МПа (например, HPB300 и HRB335, которые постепенно снимаются с производства в некоторых проектах);

Среднепрочная арматура: предел текучести 400 МПа (например, HRB400/HRB400E, в настоящее время является основным материалом в строительстве, на долю которого приходится более 70%);

Высокопрочная арматура: предел текучести ≥ 500 МПа (например, HRB500/HRB500E, используется в большепролетных мостах и ​​сверхвысотных зданиях, что сокращает расход арматуры примерно на 30%).

II. Ключевой производственный процесс: производство горячекатаной арматуры с ребристым профилем (основа строительства)

Подготовка документации: отбираются заготовки из низкоуглеродистой стали (содержание углерода 0,2–0,5%, например, Q235) диаметром 150–200 мм. Для обеспечения бездефектности сырья производится очистка поверхности (удаление окалины и трещин).

Горячая прокатка: заготовки подаются в проходную нагревательную печь и нагреваются до 1100–1200 °C (температура аустенизации). Затем они поступают в стан горячей прокатки, где проходят черновую и промежуточную прокатку для уменьшения поперечного сечения. Оребрение производится на чистовом стане (высота поперечного ребра рассчитывается в соответствии с классом прочности; для HRB400 высота поперечного ребра ≥0,8 мм). Скорость прокатки регулируется (15–25 м/с) для обеспечения четкой формы ребра и однородных размеров.

Водяное охлаждение: После прокатки горячая арматура быстро проходит через «устройство водяного охлаждения» (водяной туман высокого давления), охлаждая поверхность до 400–500 °C, что обеспечивает «прочный поверхностный слой и хорошую вязкость сердцевины». Улучшенная микроструктура, предел текучести и сейсмостойкость.

Отделка и испытания: После охлаждения арматура выпрямляется на многовалковой правильной машине для устранения изгибов и разрезается на отрезки фиксированной длины (обычно 9 и 12 м) летучими ножницами. Затем образцы подвергаются выборочным испытаниям на механические свойства (испытание на растяжение на предел текучести/прочность на растяжение, испытание на изгиб на пластичность) и отклонения размеров. Отгружается только сертифицированная арматура.

III. Основные области применения: «скелет» строительных проектов
Здания:
Основные конструкции: Стержни периодического профиля HRB400E/HRB500E служат основной арматурой балок, колонн и стен жесткости, воспринимая вертикальные нагрузки здания и горизонтальные сейсмические нагрузки. Например, для колонн каркаса высотных жилых зданий требуется арматура HRB400E диаметром 25–32 мм для обеспечения как сопротивления сжатию, так и сдвигу.
Панели перекрытий и стен: Холоднокатаные арматурные стержни периодического профиля (CRB550) или горячекатаные арматурные стержни периодического профиля малого диаметра (HRB400, диаметром 8–12 мм) служат несущими и распределительными стержнями, предотвращая образование трещин при изгибе в плитах перекрытий.
Хомуты и анкерные стержни: Круглые стержни HPB300 (диаметром 6–10 мм) изгибаются в хомуты для фиксации основных стержней и повышения сопротивления сдвигу конструкции.
Мосты и дороги:
Мостовые балки: Стальные стержни периодического профиля HRB500E большого диаметра (диаметром 32–50 мм) используются в качестве основной арматуры сборных или монолитных балок, воспринимая растягивающие усилия, возникающие при движении транспортных средств. Основание дорожного покрытия: Холоднокатаная ребристая стальная сетка (сваренная из арматуры стали CRB550) укладывается на цементное основание дорожного покрытия для предотвращения образования трещин.
Обделка тоннелей: Ребристые стальные стержни HRB400 служат несущей арматурой в бетонных обделках тоннелей, выдерживая давление грунта.
Гидротехническое и коммунальное строительство:
Плотины водохранилищ: Ребристые стальные стержни HRB400 используются в бетонных противофильтрационных стенках плотин для повышения трещиностойкости и сопротивления просачиванию.
Городские трубопроводы: Железобетонные трубы (со стальной арматурой HRB300/HRB400) используются в городских канализационных и ливневых трубах для выдерживания давления грунта и нагрузок от грунта.

IV. Тенденции развития: Удовлетворение требований строительной отрасли к «безопасности, низкому содержанию углерода и высокой эффективности»

Высокопрочная сталь: Стимулировать использование высокопрочной стальной арматуры HRB500E вместо HRB400. В настоящее время эта стальная арматура применяется более чем в 40% случаев в сверхвысотных зданиях и большепролетных мостах. В будущем она будет распространена и на обычные здания, что позволит снизить расход стали и затраты на строительство.

Повышенные сейсмостойкости: Обязательное использование «сейсмостойкой стали класса E» (HRB400E/HRB500E) для зданий в сейсмоопасных районах. В некоторых регионах введен более строгий стандарт «коэффициента текучести ≤ 0,83» для повышения сейсмостойкости конструкций.

Трансформация в экологичное производство:

Сырье: Содействие использованию короткого процесса электросталеплавильного производства (с использованием стального лома в качестве сырья, что снижает выбросы углерода более чем на 50% по сравнению с конвертерным производством) для производства арматуры.

Технологический процесс: Оптимизация процесса охлаждения горячей прокатки водой для снижения энергопотребления нагревательной печи. Содействие внедрению технологии обработки поверхности арматуры без травления для сокращения сброса сточных вод.

Интеллектуальные приложения:

Производство: Внедрение искусственного интеллекта. Система визуального контроля выявляет дефекты поверхности (такие как трещины и отсутствующие ребра) в режиме реального времени, увеличивая процент успешного выполнения работ до более чем 99,5%.

В строительстве активно продвигается технология «BIM + Rebar Sample Reproduction» для точного расчета расхода арматуры и сокращения отходов. Для повышения точности и эффективности обработки используются гибочные станки с ЧПУ и станки для резки арматуры.