Многие страны испытывают проблемы, создаваемые разрушающейся железобетонной инфраструктурой. Железобетоннные сооружения зачастую требует дорогостоящего ремонта или замены важных конструкций – некоторые из них после сравнительно короткого срока эксплуатации.
Столкнувшись с этими проблемами, руководящие органы все чаще требуют в рамках проекта указывать затраты на обеспечение длительного жизненного цикла новых строительных конструкций, в противоположность затратам на первоначальное строительство. Этот подход помогает сосредоточить внимание на совокупных затратах, включая периодичность и себестоимость дальнейшего технического обслуживания и ремонта сооружения.
Например в США закон «о национальной дорожной системе (NHS)» вступил в силу в ноябре 1995 года. В соответствии с законом каждому проекту требуется более $25 миллионов для осуществления анализа затрат на поддержание жизненного цикла.
Стоимость анализа для ряда автомобильных мостов, показали, что избирательное использование нержавеющей арматуры увеличивает первоначальные финансовые расходы по проекту на 1% - 15%, в зависимости от размера и сложности моста. Эти «скромные» увеличение первоначальной стоимости в будущем компенсируются за счет снижения эксплуатационных расходов, как показано в следующем примере:
Адаптировано из: С.Р. Килуэрт и Д. Фаллон "Нержавеющая сталь для армирования", 2-ая Региональная конференция по прочности бетона в Арабском заливе, Бахрейн. Общество Инженеров, 1995.
В вышеупомянутом примере увеличение объёма первоначальных инвестиций составляет 4% для стали 304 (аналог ГОСТ 08Х18Н10) и 8% для стали 316 (аналог ГОСТ 08Х17Н13М2).
Если к затратам на восстановление и ремонт добавить затраты на техническое обслуживание, довод в пользу применения нержавеющей стали становится еще более веским. В случае ремонта стратегических мостов или удалённых шоссе дополнительные затраты включают потерю производительности, являющуюся следствием удалённости объекта, затраты на топливо, задержки поставок материала и оборудования т.д. Эти затраты достаточно сложно оценить, но они могут быть очень высокими для мостов на трассах федерального значения.
Совместно с вышеупомянутыми негативными последствиями можно подвести итог, процитировав североамериканского политического лидера: «Дороги являются артериями нашего экономического процветания; забитые артерии вредны для нашего экономического благосостояния». Преимущества применения арматуры из нержавеющей стали:
• Изначально высокая коррозионная стойкость.
• Снижение стоимости обеспечения рабочего состояния железобетонных конструкций.
• Высокая эксплуатационная прочность.
• Хорошая свариваемость для обычных марок арматуры.
• Хорошая пластичность для обычных марок арматурных стержней (способность 3d и U-образных изгибов).
• Отсутствие необходимости покрытия.
• Применение магнитных и немагнитных сплавов.
Прочностные свойства нержавеющей стали применяемой при изготовлении арматурных стержней.
|
Тип |
Предел текучести (MPa) |
Прочность при растяжении(MPa) |
Относительное удлинение(%) |
Магнитный |
|
Аустенитная сталь |
205-500 |
550-860 |
30-60 |
Нет |
|
Дуплексная нержавеющая сталь |
330-560 |
570-1000 |
25-40 |
Да |
В настоящее время существует два стандарта, имеющие дело с арматурными стержнями из нержавеющей стали: BS 6744 (2001) и ASTM A955/A995M (2004).
Британский стандарт BS 6744:2001 «Стержни из нержавеющей стали для армирования и использования в бетоне – Требования и методы тестирования» вступил в силу 15 сентября 2001. Этот стандарт заменяет BS 6744:1986.
Документ содержит классы и уровни прочности, отсутствующие в стандарте 1986 года.
Информативные приложения содержат указания на выбор сорта арматуры, магнитные свойства, коэффициенты теплового расширения и сертификаты соответствия.
Определение различных сплавов в соответствии со стандартом:
|
Идентификатор сплава BS EN 10088 |
Идентификатор сплава AISI или UNS |
|
1.4301 |
AISI 304N |
|
1.4436 |
AISI 316 |
|
1.4429 |
AISI 316LN |
|
1.4462 |
UNS S 31803 |
|
1.4529 |
UNS N 08367 |
|
1.4501 |
UNS S 32750 |
В соответствии с (новым) стандартом BS EN 10088-1 сплавы арматурных сталей обозначаются числами.
Стержни во всем диапазоне сортамента представлены диаметрами от 3 мм до 50 мм (номинальный диаметр). В данном стандарте для различных сплавов предоставлены номинальные площади поперечного сечения и погонная масса стержней.
Три уровня прочности покрытий, классы: 200, 500, 650, соответствующие минимальному уровню прочности, соответственно 200 МПа, 500 МПа и 650 МПа (см. стандарт для более подробной информации).
ASTM A955/A995M: 2004 « Стержни из нержавеющей стали для армирования бетона»
Этот стандарт ASTM, пересмотрен в 2004 году, касается арматурных стержней широкого спектра сплавов, в том числе 304 (UNS S30400), 316, 316 L (UNS S31603) LN (UNS S31653) и UNS S31803. Дальнейшие подробные спецификации и условия термообработки для этих сплавов описаны в A276 стандарта ASTM. Таким образом, у проектировщика или спецификатора есть широкий спектр прочностных свойств и коррозионной устойчивости, из которых можно выбрать подходящий материал арматурного стержня.
• Широкий спектр доступных сплавов
• Номинальные размеры: 9.5-57.3 мм диаметром
|
Класс |
Минимальный предел текучести* |
|
40 [300] |
300 MPa |
|
60 [420] |
420 MPa |
|
75 [520] |
520 MPa |
* Другие прочностные свойства можно получить от производителя
Тестирование на магнитную проницаемость рассматривается в разделе «Дополнительные требования».
Снижение характеристик железобетона, вызванного коррозией арматурных стержней углеродистой стали (арматурные стержни), является глобальной проблемой. Продукт коррозии («ржавчина») занимает больший объем, чем оригинальный арматурный стержень, вследствие чего возникает избыточное давление, вызывающее карбонизацию, растрескивание и последующее расщепление защитного слоя бетона. Коррозия арматурных стержней углеродистой стали значительно ускоряется, когда в бетоне присутствуют хлориды. Хлориды могут содержаться в оригинальных соединениях из-за их присутствия в песке, заполнителе или воде. Чаще всего хлориды проникают через «покрытие», когда наружные поверхности бетона подвергаются воздействию морской воды, морской атмосфере или антиобледенительным солям.
В настоящее время используют некоторые методы, используемые в попытке уменьшить коррозию арматурных стержней углеродистой стали. Они включают: покрытия арматурного стержня (эпоксидная смола, цинкование); увеличение защитного слоя бетона; снижение водоцементного отношения; ингибиторы коррозии, добавляемые в бетонные смеси, шпатлёвка бетонной поверхности, катодная защита; бетонные покрытия или мембраны.
Однако существует растущий интерес к использованию армировочных материалов, которые изначально имеют высокую коррозионная стойкость, что сводит к минимуму необходимость обслуживания и мониторинга структуры. Нержавеющие стали являются такими материалами, они с успехом используются во многих странах мира.