Строителна стомана

характеристики и приложение

Поради високите свойства на стоманата в строителството стана възможно да се построят съвременни по-високи сгради, по-просторни помещения, стадиони, мостове и др. Конструкционните стомани са категория стомани, използвани за производство на строителни детайли в различни форми - греди или пръти, които представляват профил с определено напречно сечение. Те се характеризират със специфични свойства, като якост на огъване, устойчивост на пластична деформация.
В статията ще разкажем за приложението на стоманата в строителството, за армировъчната стомана, за стоманените профили, листове, въжета, сапани и телове.

Чистото желязо е много крехък и мек метал. Ако се разтопи желязото и се добави малко въглерод към него, тогава след втвърдяване се получава твърда и здрава стомана. Именно от нея се правят много неща около нас, които неправилно наричаме железни. Стоманата е втвърдена смес от желязо и въглерод и представлява тяхната желязо-въглеродна сплав. В желязо-въглеродните сплави се съдържат винаги повече от два елемента. Неизбежно съпътстващи са силицият, манганът, фосфорът и сярата. Свойствата на въглеродната стомана се определят в голяма степен от съдържанието на тези елементи. Тяхното съдържание трябва да е минимално. Особено важно за механичните свойства на стоманата е съдържанието на фосфора и сярата, които се смятат за вредни. То не трябва да бъде по голямо от 0,05% за всеки един от тях. Въглеродът придава на сплавите якост и твърдост, намалявайки пластичността и жилавостта. В зависимост от условията на кристализация и състава на стопилката, структурата и съотношенията на компонентите се променят значително. Следователно променят се физикохимичните свойства на получените сплави. Съдържанието на въглерод в стаманата варира в границите от 0,025% до 2,14%. Свойствата на стоманите силно се влияят от термичната им обработка, която причинява промени в съотношението на съединенията в структурата на сплавите. Така при бавно охлаждане (отвръщане) стоманата придобива по-голяма твърдост и известна чупливост.

Желязовъглеродните сплави със съдържание на въглерод от 2,14% до 4% се наричат чугуни. Чугунът се стапя при 1135°C. Последният се преработва в стомана. При преработката на чугуна в стомана се цели да се намали съдържанието на въглерод и другите вредни примеси. Процесът може да се проведе по два начина-конверторен и сименс-мартенов.

Приложение на стоманата в строителството
Основният материал на металните строителни конструкции е конструкционната стомана от различни марки. Чугунът в строителството се използва по-рядко. Поради високите си механични характеристики и структурна хомогенност, строителните стомани имат огромни предимства пред чугуна. Те се срещат в почти всички видове строителни конструкции. Строителните стомани са разделени на нисковъглеродни стомани с обикновено качество и ниско легирани. Нисковъглеродните стомани съдържат от 0,09 до 0,37% въглерод, което увеличава якостта на опън на стоманата, но намалява нейната пластичност. По принцип почти всички нисковъглеродни стомани са конструкционни. Стоманата съдържа примеси - манган, силиций, сяра и фосфор. Наред с посочените примеси, ниско легираните стомани включват легиращи добавки-хром, мед, никел и други, които повишават механичните характеристики на стоманите и тяхната устойчивост против корозия. Конструкционните строителни стомани съдържат въглерод до 0,65%. Те се използват за производство на строителни детайли в различни форми. Много конструкционни стомани са под формата на греди или пръти, които представляват профил с определено напречно сечение. Конструкционните стомани трябва да отговарят на изискванията стандарта БДС EN10025. В маркировката на стоманите според EN 10027 се прикрепя представката „S” за „конструктивна стомана - „стомана за стоманени конструкции”. Следващото число показва границата на провлачване - Re в N/mm². Например, „S355J2+N”. S-стомана, 355N/mm²- якост на провлачване при най-малката дебелина на продукта, J2-здравина по отншение на удар по Charpy, +N-финозърнеста стомана

В строителството конструкционната стомана се изразходва основно за производство профили и армировка за стоманобетон. Арматурната стомана е гладка и оребрена, с диаметър до 32 mm. Продуктите от стомана -валцувани изделия (металопрокат) подлежат на задължителна сертификация. Основните изисквания за строителната стомана са нормативните параметри за якост, добър показател за заваряемост, значителна пластичност. Сглобяването на елементите от метал се извършва основно със заваряване, по-рядко с болтови съединения.

Армировъчна стомана
Армировката е съвкупност от стоманени пръти с различни форми и напречни сечения, които поемат напрежения, възникващи в стоманобетонните конструкции, когато са изложени на външни натоварвания и от тежестта на конструкциите.

Според „Норми за проектиране на бетонни и стоманобетонни конструкции” във връзка с приложението на армировката, армировъчните стомани се разделят на следните класове. Клас А-I е топловалцувана нисковъглеродна армировъчна стомана с ниска граница на провлачване и голяма пластичност. Тя е гладка с кръгло напречно сечение. Диаметър от 4 до 40 mm. Използва се за монтажна, разпределителна и носеща армировка. Доставя се на кангали, включващи диаметри от 4 до 18 mm. Клас А-II, e средновъглеродна, топловалцувана армировъчна стомана с кръгло напречно сечение с ребра по винтова линия. Диаметър от 10 до 40 mm. Доставя се на пръти с дължина до 12 m. Използва се като носеща армировка. Клас А-III е ниско легирана горещо вълцувана армировъчна стомана с кръгло напречно сечение и оребряване по рибена кост. Диаметър от 8 до 120 mm, като диаметри от 36 до 120 mm се правят по поръчка от заводите производители. Доставя се на пръти с дължина до 14 метра. Използва се като носеща армировка. Клас А-IV, В500 и S500, е горещо валцувана армировъчна стомана с диаметър от 10 до 32 mm, якост на опън 500 mPa, граница на провлачване 60kN/сm2. Профилът е периодично прищипнат за приложение в напрегаема армировка. Стоманата е приложима съгласно стандартите БДС ЕN 10080:2005 и БДС 9252:2007. Използвава се при проектиране по ЕВРОКОД на стоманобетонови конструкции. Телове клас В-I и Вр-I. Диаметри от 3 до 6 mm. Използват се за заварени мрежи и скелети и се получават от стомана „А-I” при студено изтегляне.

В България се произвежда в по-глямо количество горeщовалцувана, уякчена, оребрена и заваряема армировъчна стомана по клас на пластичност В500B. Ппоизвеждат се арматурни елементи с гладък или периодичен профил, характеризиращи се с висока якост, отлична заваряемост, голяма дуктилност и носеща способност. Използваната студенообработена стомана е нисковъглеродна и отговаря на изискванията на клас на пластичност S500А по БДС ЕN 10080:2005. Продуктовата серия S500С-SD (Super Ductility) отговаря на изискванията на новите европейски стандарти Eurocode 8, за строителство в земетръсни райони - категория „C” по сеизмична устойчивост.

Армировъчната стомана се произвежда под формата на пръти, кангали и мрежи. Сертифицирана е по немския стандарт DIN 488 в клас BSt500S, с възножност за продажби в други страни.

Съвременните арматурни пръти се характеризират с модул на еластичност от 200 000 до 210 000N/mm2 по отношение на техните деформационни свойства и класифицирането им в класове на пластичност. В Германия съществува нормалният клас на пластичност „А” за студено обработените стомани със съотношение якост на опън и граница на провлачване най-малко 1,05 и удължение на стоманата при максимално натоварване най-малко 2,5%. Високопластчичният клас „В” за горещо-обработените стомани е със съотношение 1,08 и удължение при натоварване 5%. Освен това трябва да се спомене висококачествената стомана за земетресения от клас „C” със съотношение, най-малко 1,15 и удължение при максимално натоварване от най-малко 8%. Тази стомана се използва в някои части на Европа. Има ниска граница на провлачване 450N/ mm2.

Стоманени профили
В строителството се използват П-образни и Т-образни профили, ел. заварени прозоречни, квадратни и правоъгълни профили - включително и поцинковани, плътни квадратни профили, плоски профили-шина, ъглови профили-винкел, метални тръби.

Всеки профил се произвежда в няколко размера според списък, определен от стандарта-асортимента. Линейните размери и техническите изисквания за всеки тип профил се регулират от хармонизираните български стандарти с европейските, БДС ЕN.

Стоманените профили са много широко използван строителен материал в качеството на основа на строителни конструкции - сгради, ограждения, детски площадки и др. П-образният профил придава на конструкциите повишена устойчивост, здравина и стабилност. Произвежда се в два варианта - горещо валцуван и студено огънат. Горещо валцуваните П-образни профили се използват най-често в качеството на носещи метални конструкции и изграждането на мостове. Студено огънатите П-образни профили пък се изработват без нагряване на стоманата. Тяхната якост е по-малка в сравнение с горещо валцуваните профили, поради което се използват в метални конструкции без големи натоварвания. Използването на студеноогънатите профили позволява чувствително поевтиняване на различните видове метални конструкции, тъй като те успешно заменят горещо изтеглените профили при равни или по-големи инерционни и съпротивителни моменти и значително по-ниско тегло на линеен метър.

Производителите на стоманени профили в Европа най-често използват следните стандатрти. EN 10025-за П-профил-hot rolled chanel-UPN, за двойно „T“ образен профил-european parallel flange reams-IPE, European standard beams-IPN, European beams with lightened wide flanges-HEA, European beams with standart wide flanges-HEB. DIN 59413- за П-профил студено огънат-gold formed channel. DIN 1029/ST37,2-за разностранен винкел-unequal angle.

ЕN 10219-2:1997-за квадратни и правоъгълни кухи профили от нелегирани и дребнозърнести стомани(square hollow sections и rectangular hollow sections).

През последните години в Европа се формира тенденция за увеличаване на обема на строителството на базата на леки метални конструкции. Лекият стоманен профил се използва при изграждането на големи селскостопански, граждански и промишлени обекти, както и при индивидуално и нискоетажно строителство. За изграждането на леки конструкции са разработени нови структурни профили със сечение C, CW, U, Z, ZW. Студено огънатите тънкостенни профили с повишена твърдост се произвеждат на ленти от поцинкована стомана с дебелина 0,7 – 2mm с относително удължение от поне 18% и граница на провлачане 250-350МРа. Общата маса на цинк на двете повърхности е най-малко 200g/m. Спазването на това изискване гарантира корозионната устойчивост на профилите от поцинкована стомана за най-малко 25 години при условие на работа в неагресивна или леко агресивна среда.

Стоманени листове
Листовата стомана е много популярна от много години и това не е случайно. Всъщност висококачествените метални листове често служат като надеждна обвивка или дори опора.

В зависимост от производствения метод стоманените листове могат да бъдат горещо и студено валцувани. Горещовалцувана стоманена ламарина се произвежда в съответствие с европейските стандарти и обикновено се използва за създаване на различни конструкции. Например, Hot rolled sheets & Co -DIN: St 37.2; RSt 37.2; St 52.3. Студено валцуваната листова стомана, произведена в съответствие със стандартите, се използва за различни строителни работи на открито, както и за щамповане. Листовете не надвишаващи 2 mm се използват главно за вътрешна работа, тъй като на открито такъв метал бързо се разваля.

Горещовалцуваният стоманен лист е конструктивен, може да се произвежда в широк диапазон от дебелини и има високи конструктивни характеристики. Тези листове се използват активно за строителни конструкции, както отвън, така и отвътре в сградата.

Валцуваната стомана може да се доставя на листове или на рула. Ако дебелината на стоманения лист е по-малка от 3,9 mm, тогава той се счита за тънък лист. Листовата нисколегирана горещовалцувана стомана е високоякостна. Произвежда се с дебелини от 4 mm до 160 mm. По отношение на здравината и износоустойчивостта, такива листове могат да се конкурират дори с висококачествена армировка за основата. Според метода на производство стоманеният лист може да бъде изработен от стомана със стандартно качество и висококачествена въглеродна стомана. Рифелованият лист-Hr tear drop & chequered sheets, е направен чрез прилагане на конкретен модел-рисунка. Използваният материал е въглеродна стомана. Максималната дебелина на такъв лист може да бъде 12 mm. Тези листове са чудесни за изработка на настилки и платформи.

Поцинкованата листова стомана също често е използвана в строителството. Такава стомана има цинково покритие, така че е надеждно защитена от корозия и има дълъг експлоатационен срок. Благодарение на цинковото покритие, материалът придобива "бляскава" повърхност.

Според точността стоманените листове са разделени на два класа - нормална и висока. По външния вид на ръба стоманеният лист може да бъде подрязан и не подрязан. Листовата стомана е удобен и ефективен материал, който може лесно да се използва за различни работи, за механична обработка, огъване, заваряване.

Стоманени въжета, сапани, телове
Стоманените въжета съдържат един или няколко слоя от наложени телове, положени спираловидно около една или няколко централни телове или около сърцевина. Конструкцията на снопа се обозначава чрез броя на теловете, индивидуално разположени, започващи от най-външния, например 12+6+1 или 15+9+FC. FC указва вида на сърцевината. Стоаманените въжета на строителните подемници са специализирани. В тях се наблюдава специфичната конструкция - 8х19. Тази съвременна конструкция гарантира бавното износване на каналите на фрикционните шайби. При тях външните контактуващи с шайбите телове, са по-меки за да не се уврежда шайбата на асансьорната машина. Вътрешните телове са с по-висока якост. Така се осигурява по-голяма разкъсваща сила. Подобен продукт за асансьори са поцинкованите стоманени въжета-DIN 3055, 6х7 с органична сърцевина. Това са въжета, които работят под тежко напрежение, поради наличието в най-горния слой на телове с по-голям диаметър. За целта каналите на барабаните трябва да са с по-широки отвори.

Стоманените въжета - BS 5896-1980, PREN 10138-3-2006, за мостове и пренапрегнати конструкции, се използват при строителство на големи инфраструктурни проекти, мостове, пътища, язовири, тунели, летища, и още много други. Възможността им за минимално отпускане на въжето позволява на подсилените бетонови съоръжения да нямат никакви конструктивни изменения. Също така стоманените въжета намират приложение в предварително напрегнати траверси, колони.

Сапаните от стоманени въжета се използват в строителството и отговарят на EN 13414-1. Използват се там, където е необходима по-голяма здравина на повдигащите устройства. Според нуждите на потреблението и спецификацията на товара, въжените сапани могат да се образуват от едно, две, три или четири броя стоманено въже завършващи с уши или поставени куки, халки или други компоненти. Всеки сапан е придружен с информационна табела, където са записани данните на продукта - работно натоварване, брой, дължина, сериен номер, дата, и декларация за съответствие.

Горената тел се произвежда с диаметър от 0,20 до 6,00 mm. Нарича се горена тел, защото преминава през терминачна обработка. Намира приложение в строителството като арматурна и кофражна тел. Изходният материал е стомана SАЕ 1006, профилът на тела е кръгъл и гладък. Когато диаметърът на тела е от Ф 0,8 mm до 1,8 mm, същият се използва като арматурна тел. При Ф 1,8 mm до 6,0 mm - като кофражна тел.