«Строительная газета», 2013 г., №№45, 46

О.Н. Лешкевич,

Заместитель генерального директора

РУП «Институт БелНИИС», к.т.н.

НЕНАПРЯГАЕМАЯ АРМАТУРА ДЛЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА –

НОРМИРОВАНИЕ И ПРАКТИКА.

В последние два десятилетия в практике строительства произошли глобальные

изменения, однако в отношении использования арматуры в железобетоне ситуация ме-

няется очень медленно и, как правило, вопросы требующие безотлагательного решения,

остаются без внимания.

1 Терминология.

До настоящего времени в дополнении к термину «арматура» для железобетонных

конструкций используют вперемешку: «арматурная сталь», «арматурный прокат», «про-

волока». Четкой границы между определениями ни чем не установлено, в нормативной

документации их применяемость совершенно произвольна. В частности, до последнего

времени существовала терминологическая путаница, связанная с трактовкой понятий

«арматура» и «проволока». В соответствии со сложившейся на территории бывшего

СССР традицией раздел между этими терминами проводили по способу упаковки. К при-

меру, если упаковка выполнялась в виде мотков, то принято было считать, что так упако-

вывается проволока. Соответственно упакованной в связки представлялась арматура (в

виде прямолинейных стержней). В действительности речь идет об одном и том же. На се-

годняшний день технологии производства и упаковки позволяют упаковывать в мотки ар-

матуру до 18 мм диаметром. В результате производители могут поставлять арматуру од-

ного вида одновременно в мотках и связках. В таком случае принцип разделения по спо-

собу упаковки не работает. В ряде случаев проволоку и арматуру разделяли по способу

производства. Однако и такой подход не корректен, при существующих технологиях одну

и ту же номенклатуру можно производить различными способами. Таким образом, ис-

пользование термина «проволока» не имеет никакого практического смысла, поэтому для

арматуры диаметром от 3 до 40 мм необходимо использовать единый термин.

Термин «арматурная сталь» вызывает наибольшие вопросы. В соответствии с

ГОСТ 10884-94 – «арматурная сталь периодического профиля - стержни с равномерно

расположенными на их поверхности под углом к продольной оси стержня поперечными

выступами (рифлением) для улучшения сцепления с бетоном». Т.е. если следовать логи-

ке сталь это стержни. В связи с таким определением дополнительно возникают вопросы:

- можно ли применять низколегированную сталь вместо арматурной?

- как измерить геометрический размер стали, к примеру, конструкционной?

- могут ли бы выступы на также и конструкционной стали?

- продольные выступы забыты или не допускаются?

- как быть с композитной арматурной сталью?

- вяжут /гнут сталь или стержень?

и т.д.

В ГОСТ Р 52544-2006 та же формулировка распространена не на арматурную

сталь, а уже на арматурный прокат. Учитывая, что «прокат – продукция, получаемая на

прокатных станах путем прокатки», использование термина«арматурный прокат» вместо

«арматурная сталь» вызывает новые вопросы:

- как быть с композитным прокатом?

- как соотносятся сортовой и арматурный прокат?

- армируют прокатом или арматурой?

- как соотносятся прокатные и арматурные изделия?

и т.д.

Очевидно, сам факт возможности формирования перечисленных вопросов являют-

ся следствием отсутствие правильной терминологии, поэтому взамен терминов «арма-

турная сталь», «арматурный прокат», «проволока» логично использовать единый термин,

исключающие двоякие толкования: «Арматура для железобетонных конструкций – изде-

лие круглого или близкого к кругу сечению применяемое для армирования бетона».

Помимо отсутствия в нормах адекватного термина, дополнительные сложности со-

здает отсутствия понимания у их разработчиков стандартов какой из существующих тер-

минов необходимо считать единственным верным. Иллюстрацией может служить ГОСТ

10922-2012,в тексте которого применен весь спектр всевозможных терминов (обознача-

ющих одно и тоже – арматуру) в различных комбинациях и без какой-либо логической

связи с содержанием.

2 Арматура различных классов

Класс прочности ненапрягаемой арматуры определяется возможностью реализа-

ции ее прочности в железобетонных конструкциях без предварительного напряжения.

Иными словами, слишком прочная арматура не будет использована с полными расчет-

ными характеристиками, что позволяет вывести экономически обоснованный максималь-

ный уровень ее прочности в среднем для отрасли. Как правило, в мировой практике в

этом качестве принят условный или физический предел текучести со значением 500 МПа.

В данный момент в РФ регламентируется три класса ненапрягаемой арматуры с перио-

дическим профилем – А400, А500 и А600 (с различными индексами). Горячекатаная ар-

матура класса А400 (A-III) является морально устаревшей, себестоимость ее производ-

ства может быть даже выше чем А500, поэтому учитывая меньшую прочность, ее приме-

нение А400 (A-III) абсолютно неоправданно. Новым трендом стало возобновление произ-

водства арматуры класса А600, которая за счет большей прочности призвана снизить

себестоимость армирования. Между тем надо учитывать, что в большинстве конструкций

повышенная прочность не будет реализована, поэтому при большей стоимости класса

А600 в среднем по отрасли никакой экономии от ее применения извлечь не удастся. Бо-

лее того, наличие различных классов ненапрягаемой арматуры с разными видом перио-

дического профиля не решают никаких проблем потребителя, т.к. любой класс арматуры

при правильном применении обеспечит заданные характеристики конструкции, но при

этом сам факт их разнообразия создает почву для манипуляций проектировщикам, про-

изводителям и контролирующим органам. Т.о.в результате попытка достижения экономии

по отрасли, увеличивая прочность ненапрягаемой арматуры, может привести лишь к удо-

рожанию конечного продукта – железобетонной конструкции.

3 Арматура с новым периодическим профилем

С середины 2000-х на рынок продвигается арматура с новым периодическом про-

филем, отличающимся от кольцевого и серповидного, и условно названный«серповидный

четырехсторонний». Класс соответствующей арматуры обозначают А500СП. Существуют

различные мнения о сцеплении данной арматуры с бетоном. Однако все дискуссии о

наличии либо отсутствии влияния такого профиля на увеличение сцепления с бетоном не

имеют смысла. Известно, что место пересечения продольных и поперечных ребер явля-

ется концентратором напряжений, из-за которого усталостная прочность стержня армату-

ры может снижаться. Арматура при повторно-переменной растягивающей одноосной

нагрузке должно выдерживать нормированное количество циклов нагружения. Практиче-

ски все национальные нормы на арматуру, в т.ч. общие европейские EN 10080:2005 (рус-

скоязычная редакция – СТБ EN 10080-2011), по этой причине не предполагают такой

конфигурации профиля (с пересечением продольных и поперечных ребер). Интересен тот

факт, что данное требование к арматуре было озвучено еще в 70-х годах в работах С.М.

Скоробогатова, однако проигнорировано в настоящее время. Т.о. учитывая, что терми-

чески упрочненная сталь более склонна к усталостному разрушению, чем горячекатаная,

арматуру с периодическим профилем именуемым «серповидный четырехсторонний»

внедрять в практику строительства недопустимо. Использовать в качестве примера арма-

тура класса A-III(А-400) не корректно, т.к. в отличие от класса А500СП, арматура класса

A-III(А-400) является горячекатаной и обладает меньшей прочностью, что нивелирует по-

тери усталостной прочности от наличия места пересечения продольного и поперечного

ребер.

4 Сварка арматуры

Множество проблем со сваркой арматуры возникает опять же из-за неправильного

понимание того что является арматурой. Снова анализируя термин из ГОСТ 10884-94,

можно сделать вывод о том, что в российском нормативном пространстве арматурой яв-

ляется по сути продукция которая поступила на склад после того как приемка завода-

изготовителя признала ее соответствующей стандарту. Аналогов такого подхода не су-

ществует, в мировой практике арматурой условно принято считать изделие, которое че-

рез мгновение будет залито бетонной смесью. Последствия данного подхода весьма су-

щественно влияют на возможность технологических переделов арматуры. До того как ар-

матуру переместят от склада производителя до места изготовления железобетонной кон-

струкции или изделия, она может подвергнуться различным воздействиям, ухудшающим

ее механические характеристики. К таковым воздействиям в первую очередь относится

сварка. Разница в трактовке понятия «арматура» приводит к тому, что в одном случае

необходимо обеспечить все требуемые свойства арматуры только лишь в состоянии по-

ставки, в другом случае требуется гарантировать свойства, как арматуры, так и всевоз-

можных изделий из нее, в т.ч. сварных. Известно, что практически все виды сварки для

термомеханически упрочненной арматуры, за исключением частично контактно-точечной,

не обеспечивают в сварном изделии заданные стандартом механические характеристики

арматуры, в первую очередь предел текучести и усталостную прочность. Важный момент

– действующие нормативы не подразумевают контроль предела текучести, от которого

изначально принимается расчетное сопротивление для расчетов прочности железобе-

тонных конструкций. Современные виды арматуры являются термомеханическими упроч-

ненными либо холоднокатаными, из чего следует их разупрочнение при тепловложении,

коим является сварка. При этом снижение прочности по показателю предел текучести бо-

лее значителен, чем по временному сопротивлению. В результате после приемки сварно-

го арматурного изделия остается невыясненным вопрос о том, допустимо ли использо-

вать его рабочую арматуру с расчетным сопротивлением исходной (в состоянии постав-

ки) арматуры, что является небезопасным. Т.о. сварка рабочей арматуры, используемой

с полными расчетными характеристиками, фактически может выполняться при условии

приемки сварного арматурного изделия по показателям как для исходной арматуры. Ев-

ропейская практика показывает, что массовые сварные арматурные изделия возможны

лишь в виде сварных сеток, выполненных контактно-точечной сваркой, во всех остальных

случаях изготавливают исключительно вязаные изделия либо изделия с механическими

соединениями.

Дополнительную неразбериху в ситуацию вносит ГОСТ 14098-91 «Соединения

сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Типы, конструкции

и размеры». Аналогов такого стандарта не существует более ни в одной стране мира.

Стандарт в строительстве это технический нормативный правовой акт, регламентирую-

щий методы либо изделия. Сварное соединения не является изделием, его невозможно

упаковать, отгрузить или каким-то образом применить, точно также как периодический

профиль невозможно поставлять отдельно от арматуры. Сварное соединение является

основой сварного арматурного изделия. В виду наличия ГОСТ 14098-91 возникает труд-

ность в понимании отличия сварного соединения от арматурного сварного изделия. Ситу-

ацию еще более усугубила корректировка ГОСТ 10922, которая была выполнена в корне

ошибочно. Необходимо объединять требования к сварным арматурным изделиям и к

геометрии сварных соединений в единый стандарт.

5 Многообразие ГОСТ и ТУ

В мировой практике (за исключение некоторых постсоветских стран) не существует

примеров, когда производители арматуры самостоятельно устанавливают требования к

ней. Здесь следует учитывать, что интересом производителя является извлечение мак-

симальной прибыли, что подразумевает минимизацию затрат на производство. В тоже

время, потребитель заинтересован в получении продукции с заданными характеристики в

независимости от интересов производителя. Очевидно, интерес потребителя и произво-

дителя может входить в противоречие, поэтому недопустимо наличие каких-либо завод-

ских технических условий на арматуру. Наличие множества государственных стандартов

на одну и ту же арматуру также недопустимо. Расчетные показатели в нормах на проек-

тирование железобетонных конструкций для арматуры одного класса едины, поэтому

наличие различных стандартов подразумевает наличие разных требований к арматуре

одного класса, что нелогично, учитывая два этих обстоятельно.

6 Композитная арматура

Ситуация, происходящая вокруг применения композитной арматуры (стекло - и базаль-

топластиковой), при дальнейшем ее развитии в прежнем русле, может угрожать безопасности

населения. Рекомендации некоторых производителей заменять стальную арматуру на компо-

зитную меньшего диаметра в несущих конструкциях приводят к значительному снижению их не-

сущей способности. Апеллирование к более высокой прочности композита относительно стали

не выдерживает никакой критики, особенно учитывая его меньший в 4-5 раз модуль упругости.

При этом даже на обывательском уровне никому не приходит в голову применять стальную

напрягаемую арматуру классов А800 и более без предварительного напряжения в обычных

конструкциях, т.к. очевидно, что реализовать ее прочностные характеристики в них невозможно.

Поверочные расчеты композитобетонных изгибаемых конструкций, выполненные по американ-

ским нормам ACI 440.1R-06 “GuidefortheDesignandConstructionofStructuralConcreteReinforcedwith

FRP Bars” демонстрируют – в среднем напряжение в растянутой рабочей арматуре изгибаемого

композитобетонного элемента при достижении второй группы предельных состояний составля-

ют не более 80 МПа; при достижении первой группы предельных состояний - не более 240

МПа. Т.о. низкий модуль упругости композитной арматуры приводит к абсолютной бессмыслен-

ности значений ее временного сопротивления более200 МПа. Тем самым ошибочные маркетин-

говые концепции ее продвижения приведут к дискредитации весьма необходимого продукта в

очень узкой сфере применения. Особая роль в ухудшении перспектив внедрения композитной

арматуры принадлежит ГОСТ 31938-2011 «Арматура композитная полимерная для армирова-

ния бетонных конструкций». Помимо того, что он содержит ряд положений, в целом делающим

невозможным применение композитной арматуры в строительстве, при разработке совершена

принципиальная методологическая ошибка. Прежде чем разрабатывать стандарт на композит-

ную арматуру, необходимо было разработать стандарт на методы контроля либо, что более

правильно, принять прямым действием ISO 10406-1:2008 «Fibre-reinforcedpolymer (FRP)

reinforcementofconcrete – Testmethods – Part 1: FRP barsandgrids». Если этого не сделать, то:

1) композитной арматурой в РФ будет признаваться большинство того на нее

внешне похоже и выполнено из похожих материалов;

2) композитная арматура в РФ при ее пересечении государственной границы, этот

статус может ожидаемо терять, т.к. результаты оценки композитной арматуры за

рубежом не будут сопоставимыcвыполненными внутри РФ.

Важнейшим показателем безопасности железобетонных конструкций является ог-

нестойкость. Испытания показали, что композитобетонные изделия обеспечивают огне-

стойкость в пределах 13-18 минут, что значительно меньше требуемого показателя для

зданий любого назначения. Т.о. учитывая вышеизложенное, в настоящее время пока

весьма сомнительны юридические основания применения композитной арматуры в Рос-

сийской Федерации.

Заключение

Существующая нормативная база, регламентирующая качество арматуры для же-

лезобетонных конструкций, способствует консервации и усугублению технологической

отсталости в области строительства. За последние десятилетия никаких принципиальных

изменений в нормативной документации, способствующих кардинальному изменению си-

туации, сделано не было. Модернизация строительной отрасли невозможна без глубокой

модернизации всей нормативной базы. Отсутствие внимания к проблемам, кажущимся

незначительными, к примеру, таким как терминология, в результате приводит к искаже-

нию понимания требований к арматуре и в результате к железобетону, что в свою оче-

редь влияет на долговечность, надежность, безопасность и экономичность железобетон-

ных конструкций. Практика подтверждает – в настоящее время экономичность железобе-

тонной конструкции обеспечивается уже не высокой прочностью арматуры и сцеплением

ее с бетоном, а применяемыми нормами проектирования и технологией их изготовления.

Ненапрягаемая арматура должна быть исключительно одного класса и с одним един-

ственным видом периодического профиля. Тогда возможно устранения всех противоре-

чий в действующей нормативной документации, это же позволит раз и навсегда навести

порядок в применяемости арматуры, что в перспективе позитивно скажется на себестои-

мости самой арматуры, а также на общей надежности железобетонных конструкций. Не

будет проблем ни с прокатной маркировкой, ни с перепутыванием арматуры разных клас-

сов; не надо будет думать, как производить замену при наличии сложностей со снабже-

нием; конструктивные требования и решения станут единообразны и вероятность ошибок

резко снизится; снизится себестоимость арматуры, т.к. меньшая номенклатура продукции

повышает эффективность металлургического производства в пересчете единицу продук-

ции; не будет проблем связанных с внедрением и/или сертификацией новых видов арма-

туры и т.д.

Для устранения противоречий в действующих нормативах относительно арматуры

(стальной)для железобетонных конструкций, необходимо:

- разработать и ввести в действие единый стандарт, предусматривающий единый

класс ненапрягаемой арматур периодического профиля - А500 и иную терминологию;

- отменить все иные действующие стандарты и технические условия, регламенти-

рующие качество ненапрягаемой арматуры;

- взамен ГОСТ 14098-91 и ГОСТ 10922-2012 разработать единый стандарт, регла-

ментирующий требования к арматурным сварным изделиям;

- полностью переработать всю серию стандартов, регламентирующих правила вы-

полнения испытаний арматуры.

Стальная арматура класса А500 фактически является вершиной эволюции нена-

прягаемой арматуры, т.к. для обычного железобетона более не требуется никаких иных

свойств арматуры. Все что необходимо от железобетонной конструкции в настоящее

время достигается путем ее правильного проектирования. Т.о. разработка «новых» и/или

«эффективных» видов ненапрягаемой арматуры не может иметь никакого практического

содержания, и при любом результате может привести лишь к удорожанию конечной стро-

ительной продукции. Однако возможности существенного снижения себестоимости желе-

зобетонных конструкций при одновременном увеличении их надежности и долговечности

имеются, однако не за счет арматуры. Реализовать это можно существенно изменив тре-

бования к самимжелезобетоннымизделиям/конструкциям, методам проектирования, а

также их приемке. К примеру, в настоящее время требует полной переработки ГОСТ

8829-94 «Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления.

Методы испытаний нагружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностой-

кости». Опыт испытаний сборных железобетонных изделий и сравнительной приемке по

ГОСТ 8829-94 и в соответствии с европейскими стандартами свидетельствует о следую-

щем – при равных проектных требованиях изделия полностью успешно прошедшие испы-

тания в соответствии с ГОСТ 8829-94 в подавляющем большинстве случаев признаются

негодными в соответствии с европейскими стандартами. После зачастую длительной

корректировки производственных процессов удается добиться пригодности, как по ГОСТ,

так и по евронормами, при этом существенно снижается себестоимость продукции. Вы-

вод в данной ситуации один – действующая нормативная база не предоставляет инстру-

ментария для управления качеством и себестоимостью строительной продукции, все не-

достатки проекта и технологий компенсируются повышенной ресурсоемкостью. При этом

правильное применение ненапрягаемой арматуры класса А500 устраняет влияние арми-

рования на данный процесс. Любые предложения относительно «снижения расхода ар-

матуры» также уже давно потеряли актуальность, т.к. расход арматуры нельзя снижать в

ущерб прочности, а больше чем необходимо ее там просто не должно быть. Учитывая

все вышеизложенное можно однозначный вывод – до тех пор пока нормативная база для

строительства в целом действует в сегодняшнем ее виде – ни снижения себестоимости,

ни увеличения надежности и долговечности железобетона теоретически невозможно. В

масштабах экономики столь затратное строительство выливается в огромные финансо-

вые потери, а в перспективе и социальные.