К металлической арматуре относится целая группа изделий, получаемых из стальных сплавов. Она может иметь разный внешний вид, профиль и геометрические размеры. Сортамент представляет собой – прутки гладкие и рифленые; швеллера; двутавры; уголки; сетки (каркасы). Все они служат для укрепления бетонных конструкций и в зависимости от расположения элементов в строении, могут работать на изгиб, растяжение или сжатие.
Арматура, закладываемая в бетон, несет на себе часть общей нагрузки здания. Поэтому важно правильно рассчитать максимально допустимое воздействие на нее, чтобы не допустить разрушения в период эксплуатации.
Учитывая высокий уровень ответственности данных металлоизделий, все испытания, определяющие возможность сопротивления нагрузкам без разрушения, проводятся в соответствии с действующими в отрасли стандартами.
Напряжение в металле при растяжении арматуры
Арматура, закладываемая в бетон в продольном направлении, испытывает на себе нагрузки растяжения и сжатия.
Рассмотрим тот вид нагрузки, который чаще всего дает разрушение металла. Это растяжение металлических прутков, швеллеров и прочих типов арматуры. Оно возникает, когда армирующие элементы закладываются в строительной конструкции в горизонтальном направлении по своей длине. Например, в плитах перекрытия, при использовании их в качестве поддерживающих кронштейнов и прочего.
В этом случае, при появлении силы, которая пытается прогнуть металлическую арматуру, на нижней стороне (кромке, поверхности) появляются зоны растяжения, тогда как верхняя часть, наоборот сжимается. Вероятная локация появления трещин (разрушений) – нижняя сторона металлоизделия, где происходит сначала растяжение, а потом разрыв кристаллической решетки, если нагрузка превышает возможную допустимую.
Чтобы не допустить этого, строители и инженеры обязаны выполнить 2 основных действия:
- Рассчитать тот уровень нагрузки, который будет приходиться непосредственно на расчетную зону.
- В соответствии с полученными цифрами правильно подобрать размер металлической арматуры, сортамент и сплав, из которого она выполнена.
Только в этом случае можно обеспечить не только нужную жесткость всей строительной конструкции, но и предупредить ее разрушение во время длительной эксплуатации.
Но здесь всплывают 2 ключевых пункта, которые следует учесть. Если первый расчетный параметр – нагрузка на определенный элемент здания – это мера ответственности самих инженеров-строителей. То приобретаемая на основе этих расчетов арматура, прежде чем попасть на рынок, должна в обязательном порядке пройти испытания, которые гарантируют заявленные характеристики.
Методы испытания на растяжение
Проводятся все испытательные действия исключительно на основе установленных стандартов. ГОСТ 12004-81 – является действующим на сегодняшний день официальным документом, который регламентирует и определяет порядок действий с точки зрения применения методов испытаний к стальной арматуре на разрыв.
Отбор образцов
Образцы, которые будут подвергнуты испытанию на разрыв, отбирают непосредственно после технологического получения. К испытанию допускают:
- Арматуру круглого или профилированного поперченного сечения, которая не подвергалась предварительной обработке.
- Диаметр или максимальный размер в поперченном срезе может варьироваться от 3 до 80 мм.
- Температура во время всего испытательного процесса должна находиться в заданном диапазоне +20±2°C.
- Отбирается длина образца таковой, какова будет применена в реальной конструкции.
- Важен анализ степени отклонения образца от заданных ГОСТом параметров. Так, например, для плоских видов арматуры – швеллеров, двутавров и уголков, при длине образца более 200 мм, его прогиб по продольной оси не должен превышать показатель в 10% от толщины (при этом в числовом параметре не превышать 4 мм). Если стрела прогиба не укладывается в указанный параметр, то допускается незначительная рихтовка при помощи молотка, чья твердость будет несколько ниже, чем твердость испытуемого образца. При этом под арматуру при совершении манипуляции обязательно подкладывается смягчающая ткань или войлок.
- Для проведения испытания берут 2 полностью идентичных образца, если иное не предусмотрено нормативно-технической документацией.
- Рассчитывают их рабочую длину с округлением по стандартному ряду до ближайшего значения (шаг в котором соответствует 5 мм). Проводят торцевую обрезку по выполненным отметкам длины.
Виды испытаний по обеспечиваемой нагрузке
Важно понимать, что арматура, соединенная с бетоном, в рабочем состоянии может подвергаться разным типам нагрузки. Поэтому, в соответствии с конкретным требованием, к ней может быть применен один из следующих вариантов испытаний металла на разрыв:
- Статический. В этом случае обеспечиваемая нагрузка либо не меняется с течением времени, либо изменяется плавно и в небольшом диапазоне от заданного числового значения. Чаще всего подобное нагружение испытывает стальная арматура в таких сооружениях, как здания различного типа назначения, за исключением промышленных заводов. В таких видах конструкций на стенки или перекрытия уровень нагрузки может быть изменен одномоментно.
- Динамический. В этом случае прикладываемая сила существенно меняется по своей величине за небольшой промежуток времени. Поэтому фактически такое испытание сводится к оценке ударной вязкости.
Применяемое оборудование при проведении испытаний металлической арматуры на разрыв
Категория всего многообразия машин, которые допускаются к проведению испытаний металлических изделий на разрыв (включая арматуру разного профиля сечения), строго регламентируется ГОСТом 1497-84. По международной системе менеджмента качества, это документ ISO 6892-84.
В соответствии с этими документами, на разных этапах испытания, включая предварительную подготовку, допускается использовать:
- Для вырезки заготовки нужной длины – специальные ножницы, металлорежущие станы, штампы с анодно-механической и кислородной подачей резки. После этого реализуется обязательное охлаждение, которое исключает нагрев образца и изменение его основных технических характеристик из-за температурного расширения.
- Заусенцы на поверхности убираются – металлическими щетками, вырубным станком, шлифмашиной, струей воды под высоким давлением. Не допускается нарушение поверхностного слоя.
Эти перечисленные инструменты и аппаратура используются для предварительной подготовки. А непосредственно для выполнения испытания на разрыв применяют разрывные или универсальные машины, чьи характеристики и особенности конструкции обязаны соответствовать ГОСТ 28840-90. Нагрузка в них может вызываться электромеханическим или электрогидравлическим возбуждением.
Узел, который задает и точно определяет уровень подаваемой на образец силы, может работать по принципу – рычажно-маятникового механизма, торсионного или электрического измерителя силы.
После того, как проведено испытание арматуры на разрыв, для получения точных числовых данных используют для измерения – штангенциркули и микрометры.
Методика проведения испытания арматуры на разрыв
Когда реализованы все предварительные действия любым из перечисленных методов, приступают непосредственно к испытанию. Оно состоит из следующих действий:
- Замера испытательного образца с точностью (погрешностью), не более 0,5 % от исходного размера. Один и тот же параметр должен быть промерян в 3 точках, максимально отстоящих друг от друга, после чего получают усредненный результат.
- Расчетным способом с помощью тензометра определяют предел пропорциональности.
- Устанавливают образец в разрывную или универсальную машину и дают на него нагрузку в размере не более, чем 10 % от полученной расчетной. Устанавливают тензометр на образец.
- Увеличивают нагрузку. Если это статический способ, то ее доводят до 70-80 % от расчетного параметра в несколько заходов равными долями (количество ступеней увеличения нагрузки должно быть не менее 4). На каждом этапе выдерживают зафиксированную нагрузку не мене 5-7 с.
- Дальнейшие нагружения реализуют более мелкими долями до тех пор, пока получаемое в реальном времени удлинение не превышает среднестатистический параметр. После этого увеличение нагрузки прекращают. Определяют то усилие, которое вызвало такое изменение в металлической арматуре.
- Расчетными методами определяют предел пропорциональности.
Аналогично определяют модуль упругости металлической арматуры.
После получения модуля упругости и предела пропорциональности можно установить предел текучести. Это такое состояние, когда металл испытывает необратимые разрушения при превышении уровнем нагрузки определенного числа и когда эта сила прекращает расти, но необратимый процесс уде невозможно остановить. Его верхнюю и нижнюю границу можно определить при помощи специальных диаграмм растяжения.
Но можно воспользоваться и другим более точным для конкретного образца методом. В этом варианте также:
- Устанавливают образец в машину, которая задает уровень нагрузки сначала не более, чем 10 % от того предела текучести, который можно установить по таблицам (диаграммам).
- Затем образец нагружают до величины, которая должна равняться 2 предполагаемым пределам текучести – но реализуется такая нагрузка поэтапно и равными долями. По достижении указанной величины, выдерживается образец при заданном нагружении от 10 до 12 с. Потом производится постепенная разгрузка до первоначального уровня нагружения.
- Измеряют остаточное удлинение.
- Так выполняется несколько раз, пока финальное удлинение не превысит заданный предел.
Все удлинения измеряются штангенциркулем или микрометром, которые способны задать нужную точность получаемых цифр. Так получают цифру максимального усилия, которое предшествует необратимым процессам разрушения.
После чего допускается увеличить силу в разрывной машине для еще большего нагружения арматуры. После чего произойдет разрыв металлического образца. Так тензометр покажет ту силу, которая вызывает подобное состояние. А получаемое при этом удлинение оценивают измерительными приборами и используют расчетные формулы, чтобы получить конкретное число.
Ситуации-исключения во время проведения испытания
Иногда возникают ситуации, которые не допускают учета результатов проведения испытания. Сюда можно отнести:
- Если разрыв сформировался по кернам, а ряд технических характеристик не соответствует установленным в нормативной документации.
- Если разрыв произошел в местах наличия производственного дефекта или в самих зажимах испытательной машины.
Формирование отчета
После того, как было выполнено испытание в полном объеме, полученные результаты в обязательном и установленном порядке записывают в протокол.
По нему выдается заключение, в котором фиксируется либо соответствие арматуры характеристикам, заявленным в ГОСТе, либо отсутствие такого соответствия. Также в заключении могут быть даны рекомендации.