СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Стальная арматура для железобетонных конструкций

Для армирования железобетонных конструкций применяют стержневую и проволочную арматуру гладкого и периодического профиля и канаты из низкоуглеродистых и низколегированных ста­лей, упрочненную закалкой с прокатного нагрева, холодной или теп­лой деформацией (основные классы арматурной стали приведены в гл. XIX).

Этим требованиям в большей мере удовлетворяет высокопроч­ная стержневая (A-IV — A-VI; At-IVC(K) — At-VIC(K) и др.), проволочная (B-II, Вр-П) и канатная (К-7, К-9) арматура с пределом текучести 590-1410 МПа и относительным удлинением 8-14% соот­ветственно, используемая для изготовления предварительно напря­женных железобетонных конструкций. При этом, наряду с повыше­нием прочности и трещиностойкости конструкций на 20-30%, со­кращается расход арматурной стали по сравнению с ненапрягаемой А-I (А-240), A-II (А-300), A-III (А-400), Bp-І. Однако с точки зре­ния коррозионного поведения высокопрочная, особенно преднапря- женная арматура, потенциально более уязвима. Коррозионное пове­дение арматуры в бетоне характеризуют главным образом изменени­ем прочности, пластичности и характера ее излома, а также глуби­ной коррозионного поражения (мм/год) или потерей массы (г/м2-сут или г/м2 ч). Пассивное состояние арматуры в бетоне, термодинами-

чески склонной к реакциям окисления, обеспечивается высокоще­лочным характером среды (рН> 12) и достаточно толстым (0,01— 0,035 м) и плотным защитным слоем бетона. В соответствии с ок­сидно-пленочной теорией пассивное состояние арматуры в окисли­тельной среде возникает вследствие образования на поверхности ме­талла тонкой оксидной пленки y-Fe203 или Fc0Fc203 толщиной 2,5- 10 нм. Равновесный потенциал образования такой пленки положите­лен и составляет примерно 0,63 В, а железа в активном состоянии около 0,4 В. Как только поляризация анодных участков металла дос­тигает потенциала образования оксидной пленки, плотность тока растворения резко снижается и металл переходит в пассивное со­стояние. Этот характерный потенциал называется Фладе - потенциалом и обозначается EF. С увеличением pH он уменьшается: ЕР = 0,63-0,059pH. (7.6)

Пассивирование арматуры в бетоне при температуре 20±5 °С за­вершается через 32-36 ч, причем не только с чистой поверхностью, но и имеющей ржавчину. Однако значение pH среды неоднозначно характеризует состояние арматуры в бетоне; оно во многом опреде­ляется присутствием активирующих ионов, особенно SOl" и С1, которые смещают потенциал растворения металла в отрицательную сторону; металл при этом переходит в активное состояние. Объек­тивно судить об электрохимическом состоянии арматуры в бетоне можно только по ее поляризуемости, т. е. изменению электродного потенциала и плотности тока.

Не все бетоны характеризуются высоким значением pH среды. В автоклавных, гипсовых и с активными минеральными добавками бетонах с момента их изготовления pH < 12. В таких бетонах арма­тура требует защитного покрытия. Депассивация арматуры может возникать также в карбонизированном защитном слое бетона (где расположена арматура), особенно в местах трещин, что необходимо учитывать при назначении толщины и плотности защитного слоя в зависимости от вида, назначения, условий эксплуатации и срока службы железобетонных конструкций. Локализованные коррозион­ные поражения поверхности металла действуют аналогично концен­траторам напряжений. У пластичных мягких сталей около очагов этих поражений происходит перераспределение напряжений, вслед­ствие чего механические свойства сталей практически не меняются. У высокопрочных малопластичных сталей гладкого и периодическо­го профиля, например, B-II и Вр-11, испытывающих растягивающие напряжения, близкие к пределу текучести (и по этой причине хуже поддающихся анодной поляризации), местные коррозионные пора­жения вызывают большую концентрацию слабо релаксирующих на­пряжений и вероятность Хрупкого разрушения стали. Поэтому высо­копрочные арматурные стали. Рекомендуемые для преднапряженных конструкций, как правило, сложнолегированные, прошедшие терми­ческую и термомеханическую обработку, нормализацию и высокий отпуск при 600-650 °С. Они имеют мелкозернистую ферритно - цементитную структуру — сорбит отпуска, обеспечивающую повы­шенные значения ов, о0,2, 8, |/, KCU, хладостойкость и малую чувст­вительность к концентраторам напряжений.

Введение в арматурные стали небольшого количества легирую­щих добавок Сг, Мл, Si, Си, Р, А1 и других наряду с термической и термомеханической обработкой, значительно улучшает механиче­ские и в 2-3 раза антикоррозионные свойства сталей.