Арматурний дріт періодичного профілю для армування залізобетонних конструкцій

Изобретение относится к области арматуры для бетона и может быть использовано при изготовлении строительных конструкций. Арматурная проволока, закладывается в железобетонные конструкции (ЖБК), безвозвратно теряется для оборота металла и в дальнейшем не может использоваться в качестве металлолома. В ЖБК арматура, в основном, работает на сжатие, растяжение и изгиб. Возможна комбинация этих напряженных состояний. Первое обстоятельство обусловливает необходимость уменьшения линейной массы металла т, закладываемого в бетон, при сохранении прочности ЖБК. Это может быть достигнуто уменьшением сечения арматуры при увеличении ее прочности. Второе обстоятельство предъявляет требования обеспечения прочности и пластичности арматуры, минимального уровня остаточных напряжений в металле при достижении достаточной сцепляемости арматуры с бетоном (анкеровки). В качестве показателей прочности и пластичности принимаются: разрывное усилие Рb, относительное удлинение d и способность проволоки выдерживать требуемое количество перегибов n, определяемые по ГОСТ 10446-80, ГОСТ 1497-84 и ГОСТ 1579-80. Разрывное усилие Рb определяется произведением предела прочности sb металла и площади поперечного сечения. В свою очередь величина sb зависит от химсостава металла и суммарной степени деформации. Количество перегибов n определяется химсоставом металла, его сечением и суммарной степенью деформации. Относительное удлинение d зависит от химсостава и суммарной степени деформации металла и не зависит от сечения проволоки. Зависимость указанных параметров от степени деформации качественно разная в разных диапазонах ее изменения. При суммарной деформации выше 3…5% с ее увеличением sb возрастает, а n и d уменьшаются. Как правило, увеличение суммарной степени деформации связано с уменьшением площади поперечного сечения проволоки. Поэтому разрывное усилие Рb с ростом суммарной степени деформации может увеличиваться, уменьшаться или оставаться без изменения. При степени деформации меньше указанной на изменение указанных параметров существенное влияние оказывает неравномерность деформации по объему металла. Неравномерность деформации в свою очередь зависит от глубины проникновения пластической деформации в металл (проработки его структуры). Проработка структуры прямо пропорциональна суммарной степени деформации металла. При малой глубине вмятин (малой суммарной деформации) и большом расстоянии между ними неравномерность деформации и уровень остаточных напряжений при холодном волочении увеличиваются, что приводит к уменьшению пластичности (величин d и n) - см., например, в кн. Перлин ИЛ., Ерманок М.З. Теория волочения. М.: Металлургия, 1971, При использовании такой арматуры в ЖБК остаточные напряжения в сочетании с рабочей нагрузкой могут вызвать снижение эксплуатационных свойств (вплоть до разрушения) ЖБК. Сцепление арматуры с бетоном характеризуется показателем ребристости f r в соответствии с регламентом Стандарта IСО 6934-5-89 по формуле: где К - количество рядов вмятин; Fr - площадь боковой поверхности ребра; d - номинальный диаметр; S - шаг вмятин. Большему значению f r соответствует большая сцепляемость арматуры с бетоном. При этом уменьшается площадь поперечного сечения в местах вмятин на проволоке и, следовательно, линейная масса и величина разрывного усилия арматуры. Таким образом, одним из важных параметров арматуры является величина d, которая характеризует пластичность, т.е. способность металла деформироваться без разрушения. Достижение повышенной пластичности (при прочих равных условиях) обеспечивается сочетанием геометрических характеристик профиля арматуры, которые также определяют уровень проработки структуры металла и остальные параметры арматуры (показатель ребристости, прочность, линейная масса). Известна холоднотянутая арматурная проволока периодического профиля с весьма частыми четырехсторонними вмятинами на цилиндрической поверхности, расположенными симметрично оси проволоки, имеющей номинальный диаметр 3...5 мм, с глубиной вмятин 0,006...0,026 номинального диаметра проволоки, описанная в кн.; Юхвец И.А. Производство высокопрочной арматуры. М.: Металлургия, 1973. Недостатком аналога является малая относительная глубина вмятин, которая обусловливает возникновение неравномерности деформации, появление остаточных напряжений в металле, уменьшение его пластичности. Одновременно уменьшается показатель ребристости, прочность ЖБК и увеличивается линейная масса арматуры. Известна холоднотянутая проволока периодического профиля для армирования ЖБК номинальным диаметром 4...12 мм, имеющая на цилиндрической поверхности і три ряда вмятин, симметричных оси проволоки, и составляющих с нею угол 60°, с длиной 0,5...1,0 и глубиной 0,033...0,050 номинального диаметра проволоки. Расстояние между вмятинами - 7,5... 10,0 максимальной глубины вмятины, описанная в Стандарте DIN 488, часть 1. 1984. Недостатком аналога являются недостаточная глубина вмятин, большие длина вмятин и расстояние между ними и малое количество рядов вмятин. Это приводит к увеличению остаточных напряжений в объеме металла, связанных с малой проработкой его структуры. В результате уменьшается пластичность арматуры, прочность ЖБК, имеют место низкие значения показателя ребристости и увеличение линейной массы арматурной проволоки. Наиболее близкой к предлагаемой является холоднотянутая арматурная проволоке периодического профиля для армирования ЖБК диаметром 3...5 мм, имеющая на цилиндрической поверхности два ряда вмятин, расположенных симметрично оси проволоки, с длиной 0,40...0,47 и глубиной 0,05 ее номинального диаметра, с расстоянием между вмятинами 3,0...6-5 их максимальной глубины, описанная в ГОСТ 6727-80. Недостатком прототипа является недостаточная глубина вмятин и параметры профиля поперечного сечения, вызывающие значительную неравномерность деформации в металле. В результате уменьшается пластичность арматуры и эксплуатационная прочность ЖБК. Одновременно увеличивается линейная масса арматурной проволоки и уменьшается ее показатель ребристости. Вышеуказанные аналоги и прототип не способны разрешить техническое противоречие, возникающее при изготовлении холоднотянутой арматурной проволоки периодического профиля. Суть технического противоречия состоит в том, что для достижения высокой (при прочих равных условиях) пластичности арматуры и прочности ЖБК необходимо обеспечить минимальную неравномерность деформации металла при достижении максимальных показателя ребристости, разрывного усилия и минимальной линейной массы. При этом получению минимальной неравномерности деформации по объему металла препятствует наличие периодичности, деформации (наличие вмятин) по длине арматурной проволоки, а глубокая проработка структуры металла, сопровождаясь уменьшением линейной массы (при увеличении глубины вмятин)входит в противоречие с достижением высоких значений разрывного усилия изза уменьшения площади сечения арматуры в местах ее обжатия. Кроме того глубокие периодические вмятин на заготовке при значительном расстоянии между ними могут вызвать увеличение неравномерности деформации металла со всеми указанными выше негативными последствиями. В основу изобретения поставлена задача - усовершенствовать холоднотянутую арматурную проволоку для армирования ЖБК путем изменения ее профиля и соотношения размеров, характеризующих его параметров при неизменных номинальном диаметре, шаге вмятин и расстоянии между ними, что приведет к повышению эксплуатационных свойств арматуры в ЖБК путем уменьшения неравномерности внутренних напря-жений, которое сопровождается повышением пластичности арматурной проволоки. Одновременно достигается повышение показателя ребристости (сцепляемости арматуры с бетоном) и уменьшение линейной массы металла, закладываемого а бетон при сохранении его прочности. Поставленная задача решается тем, что в предложенной арматурной проволоке периодического профиля на цилиндрической поверхности имеются вмятины, расположенное симметрично оси проволоки с длиной 0,40-0,47 ее номинального диаметра и расстоянием между ними равным 3.0,..Б,5 их максимальной глубины. Вмятины располагаются с 4-х сторон проволоки. Максимальная их глубина при этом составляет 0,055...0,066 номинального диаметра проволоки. Такая геометрия поперечного сечений проволоки способствует повышению равномерности распределения деформации по объему металла, что снижает остаточные напряжения и сохраняет его пластичность. Кроме того, значительно повышается степень ребристости и снижается линейная масса арматуры. Это улучшает эксплуатационные свойства (при сохранении разрывной прочности). На чертеже изображен общий вид и сечение новой холоднотянутой проволоки периодического профиля дли армирования ЖБК. Она представляет собой цилиндрическое тело номинальным диаметром с вмятинами, расположенными симметрично оси с четырех сторон проволоки, на расстоянии Ь (по оси проволоки) друг от друга, каждая из которых выполнена максимальной глубиной h (no оси поперечного сечения) и длиной! (по оси проволоки). Улучшение качества проволоки согласно формуле изобретения обеспечивается следующим соотношением размеров: Вмятины на поверхности проволоки обеспечивают ее сцепление с бетоном. Симметричное расположение вмятин на поверхности проволоки уменьшает зависимость ее эксплуатационных свойств при изгибе ЖБК от направления нагрузки. Длина вмятин 0,40...0,47 от номинального диаметра арматурной проволоки обеспечивает оптимальное сочетание ее эксплуатационных свойств. При длине вмятин, меньшей, чем .0,40 * d увеличивается количество концептраторов напряжений, уменьшается пластичность и увеличивается линейная масса. При длине вмятин большей, чем 0,47 * d уменьшается степень развития поверхности арматуры и ее анкерующие свойства. Расстояние между вмятинами равное 3,0...6,5 их максимальной глубины необходимо для выполнения качественного профиля и обеспечения эксплуатационных свойств арматуры. Расстояние меньшее, чем 3,0 максимальные глубины вмятины не обеспечивает выполнение профиля изза затрудненного затекания металла в полости калибра инструмента, формирующие выступы арматуры при ее изготовлении. Это ухудшает анкерующие свойства арматуры в бетоне. Кроме того, уменьшается прочность элементов арматуры, работающих в бетоне на срез, и возрастает линейная масса проволоки. Расстояние большее, чем 5,5 максимальной глубины вмятины увеличивает линейную массу проволоки и ухудшает равномерность проработки структуры по длине арматуры, что приводит к увеличению остаточных напряжений, снижению пластичности и эксплуатационных свойств ЖБК. Максимальная глубина вмятин величиной 0,055...0,067 номинального диаметра проволоки необходима в сочетании с остальными геометрическими параметрами профиля для достижения оптимальных уровней проработки структуры металла и анкерующих свойств арматуры при минимальной линейной массе проволоки. Глубина вмятин менее чем 0,055 номинального диаметра проволоки в сочетании с остальными параметрами арматуры не обеспечивает необходимую проработку структуры металла, уменьшает анкерующие свойства арматуры и повышает линейную массу проволоки. Глубина вмятин более чем 0,067 номинального диаметра проволоки в сочетании с остальными параметрами арматуры уменьшает ее прочность и пластичность. Расположение вмятин с 4-х сторон проволоки практически исключает зависимость ее эксплуатационных свойств при изгибе ЖБК от направления нагрузки. Расположение вмятин с 3-х сторон проволоки не обеспечивает полную проработку структуры металла и ухудшает анкерующие свойства арматуры. Кроме того, существенно усложняется процесс изготовления проволоки. Расположение вмятин с 5...6 сторон проволоки несущественно изменяет проработку структуры металла и анкерующие свойства арматуры, но вызывает значительные трудности при ее изготовлении. Пример реализации. В соответствии, с решением указанной задачи был изготовлен ряд сорторазмеров нового вида арматурной проволоки периодического профиля, геометрические параметры которых представлены в таблице 1. Полученная арматурная проволока прошла механические испытания по ГОСТ 10446-80, ГОСТ 1497-84 и ГОСТ 1579-80. Результаты этих испытаний, а также линейная масса и показатель ребристости арматурной проволоки в сравнении с прототипом представлены в таблице 2. Анализ выполнен для проволоки с номинальным диаметром 3 мм и 5 мм согласно номенклатуре продукции по прототипу. Анализ представленных результатов свидетельствует о том, что сочетание параметров арматурной проволоки в заявленном диапазоне увеличивает показатели пластичности на 13...30%, уменьшает линейную массу на 0,7...2,9% и увеличивает показатель ребристости на 9...27% по сравнению с прототипом. Выход за заявленный диапазон параметров арматуры ухудшает показатели ее эффективности до 50%, делая их в ряде случаев хуже прототипа.