Армированные сетки из выштампованной стальной ленты в строительстве. Безотходная технология

В регионах с развитой промышленностьюскапливается огромное количество отходов производства. Источниками отходовявляются предприятия химии, нефтехимии, металлообработки, стройиндустрии и др.Большинство случаев накопления отходов свидетельствует о незавершенноститехнологических схем производства, о подходе к переработке природного сырья,направленном только на извлечение целевого продукта. Экологические проблемы,связанные с вынужденным размещением минеральных побочных продуктов металлургиии энергетики вблизи крупных городов, вопросы экономии энергии и ресурсов, всёвозрастающая стоимость цемента диктуют промышленности производства цемента,бетона, железобетона необходимость использования промышленных отходов — зола-унос,шлаки, микрокремнезем, отходы металлообработки. Последние не часто обсуждаютсяна страницах печати, хотя стоимость металла непрерывно возрастает. Наметаллообрабатывающих предприятиях ежемесячно накапливаются крупные объемыотходов металла в виде высечки, металлических кружков, выштампованных листов. Один«Завод приводных цепей» (г. Киров) накапливает металлоотходов в количестве 20тыс. т в год, которые сдает на переплавку как металлолом.

Высечка — это отход от стальныхлент после выштамповки. Как правило, для изготовления стальных лентиспользуется сталь марок Ст50, Ст3, 08ПС и др., имеющих высокие механическиехарактеристики. Толщина ленты до 1,9 мм., ширина 70–120 мм, длина — произвольная. Лентапоступает в барабанах (рис. 1).

Рис. 1. Образцы металлической высечки

В период Великой отечественнойвойны в ЦНИПС были составлены «Указания по проектированию и производствужелезобетонных конструкций», в которых в качестве арматуры в ряде элементов допускаласьметаллическая высечка. Выдающийся отечественный ученый в области железобетона,д. т. н., профессор К. В. Сахновский писал в работе «Железобетонныеконструкции»: «Возможно в отдельных случаях в качестве арматуры применять такназываемую «высечку» в виде стальных полос с отверстиями различной формы,являющуюся отходом при штамповке деталей из тонких стальных листов. <...>Для рабочей арматуры (вместо катанки до 8 мм) высечка должна иметь толщину не менее 2 мм; для конструктивнойарматуры — не менее 1,3 мм.Расчетная площадь высечки определяется по ломаному сечению, имеющему наименьшуюплощадь. Расчетный предел текучести принимается 2500 кг/см2, но приспециальном испытании может быть повышен» [4].

В 1950 году в Киеве техническимуправлением Министерства жилищно-гражданского строительства УССР была выпущена«Инструкция по применению высечки и других отходов металла в железобетонных икаменных конструкциях жилых зданий. Инструкция была составлена в Украинскомнаучно-исследовательском институте сооружений МЖГС УССР (к. т. н. А. Д.Либерман) с учетом материалов Наркомстроя.

В инструкции говорилось:«Высечка и другие отходы металла применяются в качестве арматуры в конструкцияхи изделиях из тяжелого, легкого и пробужденного бетонов, гипсобетона и вкаменных конструкциях.

Инструкция рекомендуетиспользование этого металла в конструкциях жилых зданий, армированных обычнокатанкой или арматурой малых диаметров, как-то: сборные и монолитные плиты перекрытий,подоконники, ступени, перемычки, кирпичные столбы с сетчатым армированием и др.В качестве рабочей арматуры применяются, как правило, полосы толщиной не менее 2 мм. В качествераспределенной, монтажной или конструктивной арматуры, а также для столбов ссетчатым армированием применяются полосы толщиной не менее 1,3 мм» [1].

В инструкции дается расчет иконструирование для монолитных и сборных железобетонных плит, балок перекрытий,ступеней, труб, рядовых железобетонных перемычек, кирпичных столбов с сетчатымармированием и т. д. (рис. 2).

Рис.2.Расчетное сечение высечки

В 1989 году НИИЖБ, совместно с ЛатНИИС,выпустил ТУ на ленту перфорированную для армирования железобетонных конструкцийи изделий. ТУ распространялись на ленту, перфорированную арматурную дляармирования железобетонных конструкций, получаемую из отходов «Завода приводныхцепей» (г. Даугавпилс).

Перфорированная арматурная лентапрактически одинакова для всех заводов приводных цепей. Приведем ее данные: см.табл. 1.

Тип ленты	Толщина ленты, мм	Ширина ленты, мм	Количество отверстий	Средняя линейная плотность, кг/???
I	1,6	90	7	1,130?0,29=0,33
II	1,75	75	6	1,030?0,28=0,29
III	1,9	83	6	1,238?0,28=0,35

Таблица 1

Лента перфорированная арматурнаяявляется отходом штампованного производства. Исходный материал — лента 50-Т-С-НГОСТ 2284-79.

Разрывное усилие ленты I категории прочности не ниже12,0 кН. Разрывное усилие ленты IIкатегории прочности не ниже 9,0 кН,

В 1992–1993 годах были проведеныинтересные исследования по сварке перфорированных стальных лент. Исследования былипроведены ЛатНИИС совместно с кафедрой строительного производства Рижского техническогоуниверситета.

Было установлено:

— Просечки (перфорация) лентвносят существенные коррективы в процессе формирования сварного соединения.

— Из-за малых сечений перемычек,отсутствия постоянства суммарного сечения в месте сварки плотность тока иудельное давление колеблются в широких пределах и, как следствие происходитчередование непроваров, пережогов и не всегда удается добиться равнопрочногосоединения.

— Для каждого типа соединяемыхперфорированных лент режим подбирается экспериментально в каждом конкретномслучае.

Результаты исследований сведеныв табл. 2.

Наименование	Марка ленты	Марка стали, состояние	Толщина и ширина ленты, мм	Временное сопротивление, Н/мм (кгс/мм2)	Относительное удлинение, %	Свариваемость
Лента холоднокатаная из низкоуглеродистой стали (ГОСТ 503-81)	08ПС-ОМ-Т-2-К	08ПС, особо мягкая	1,05?831; 2,5?93; 1,50?80	270–390 (28–40)	>23	хорошая
Лента холоднокатаная из углеродистой конструкции стали (ГОСТ 2284-79)	50-Т-С-НI	50, нагартованная	1,05?110; 1,3?80; 1,3?80; 1,5?90; 1,75?75; 1,9?83	740–1080 (75–110)	не регламентировано	удовлетворительная
	70-Т-СНI	70, нагартованная	1,3?80; 1,3?80	740–1130 (75–115)	не регламентировано	неудовлетворительная
То же (ТУ 14-4-865-78)	70	70	1,3?40

Таблица 2

Исследования по применению высечкив строительстве были продолжены кафедрой железобетона и армокаменныхконструкций СПбГАСУ (д. т. н., проф. Г. Н. Шоршнев), ЛенЗНИИЭП (д. и. н. И. Н. Легалов,к. т. н. Б. Н. Миранков) и ЗАО «Экспериментальный завод» (к. т. н. В. С. Стерин,технический директор С. В. Старин).

В результате совместныхисследований были разработаны ТУ на изготовление армированных сеток из высечки.В 2001 году вышла инструкция по применению перфорированных стальных лент дляармирования армокаменных конструкций. В инструкции указаны четкие техническиетребования к высечке, стальным сеткам из нее, и укладке сеток в армокаменныеконструкции.

Сетка представляет собой металлическуюрешетку, собранную из стальных выштампованных полос, соединенных между собой спомощью сварки, и предназначенную для армирования кирпичной кладки. Сетка можетсобираться в решетку из выштампованных стальных полос непосредственно впроцессе выполнения кирпичной кладки (рис. 3). Как правило, сетка имеетследующие размеры: длина 1200–6000 мм, ширина 350–680 мм, толщина 1,3–3,0мм.

Рис. 3. Фрагментстальной сетки из высечки

Высечка поставляется в видебарабанов весом 150–200 кг, что позволяетмеханизировать процесс изготовления сеток.

Стоимость 1 т высечки равнастоимости 1 т металлолома, что способствует резкому снижению стоимостиарматурных сеток. Их изготовление освоено ЗАО «Экспериментальный завод» (Санкт-Петербург).С ноября 2000 года строительная фирма «УНИСТО» применяет стальные сетки извысечки при строительстве жилых домов.

Использование такого вида стальныхсеток позволяет:

— улучшить качество кирпичнойкладки за счет получения более тонкого цементного шва в кладке;

— повысить сцепление металла сцементным раствором;

— благодаря тому, что стальныесетки из высечки изготавливаются из высокопрочной стальной полосы, уменьшить количествометалла на 20–30 %.

В 2005 году в журнале «Вестникгражданских инженеров» была опубликована статья Г. Н. Шоршнева и Д. В. Талантова«Исследование прочности, жестокости и трещиностойкости изгибаемых элементов,армированных ленточной высечкой». В данной работе исследовалась возможностьприменения отходов металлоштамповки — выштампованной стальной ленты (высечки) —в качестве арматуры железобетонных изделий. Из результатов испытаний авторыделают вывод о практической применимости выштампованной стальной ленты вместостержневой арматуры.

Применение «выштамповки» вкачестве арматуры позволит сэкономить металл, энергетические ресурсы, а также несколькоснизить себестоимость изделий. Авторы отмечают, что при контрольных нагрузкахпо прочности признаков разрушения образцов всех серий не зафиксировано,разрушающий момент для балок с высечкой оказался на 10–20% больше, чем для балок со стандартным армированием (при сопоставимых процентахармирования). При контрольных нагрузках по трещиностойкости видимых трещин вовсех образцах не зафиксировано, контрольная величина раскрытия трещин для балокс высечкой при изгибающем моменте в среднем на 5–10% больше, чем для балок со стандартным армированием. При контрольной нагрузкепо прогибам величина данного параметра оказалась значительно меньше предельнойвеличины изгиба. Авторы статьи резюмируют: по параметрам прочности, жесткости итрещиностойкости железобетонные элементы, армированные высечкой, пригодны дляэксплуатации.

Боровичский завод железобетонныхизделий (Новгородская обл.) освоил изготовление железобетонных перемычек иколец, армированных высечкой (рис. 4).

Рис. 4.Железобетонные перемычки и кольца, армированные высечкой

Необходимо отметить, что появилисьновые предложения по созданию рабочей арматуры из выштампованной стальнойленты. При этом учитывалось следующее:

— Высечка — отходыметаллоштамповки заводов, на которых, как правило, используется сталь свысокими механическими характеристиками и, что важно для сварки, с содержаниемуглерода до 0,5 %.

— Высечка представляет собой «бесконечную»ленту (поступает в виде барабанов), а отверстия по длине ленты имеют регулярныйшаг, что создает возможность механизировать процесс изготовления арматурныхизделий.

— Стоимость металла непрерывновозрастает, и необходимо изыскивать пути удешевления арматурных изделий, не снижающиеих прочности.

ЗАО «Экспериментальный завод» иЛенЗНИИЭП разработали рабочую арматуру из выштампованной стальной ленты, изготовлениекоторой заключается в следующем.

Рабочая арматура для армированияжелезобетонных строительных изделий включает металлические полосы, соединенныев пакет. Полосы выполнены с просечками регулярного шага, совмещенными приукладке в пакет и соединенными посредством сварки с одним или более фиксирующимэлементом, размещенным в центре пакета или с одной из наружных сторон вдольотверстий просечки. Причем фиксирующий элемент выполнен в виде металлическогостержня круглого или прямоугольного сечения. Длина стержня равна длине пакета.На данное предложение выдано свидетельство на полезную модель № 9459. Авторыизобретения — И. Н. Легалов, В. С. Стерин и др.

Интересные решения поиспользованию высечки в качестве арматуры железобетонных изделий былипредложены журналом «Сельское строительство» (1992. — № 4) (рис. 5).

Рис. 5. Сечениеразличных железобетонных элементов, армированных высечкой

На рисунке показано, как используютсяотходы металлоштамповочного производства в разнообразных конструктивныхвариантах. Авторы предлагают использовать высечку в качестве арматуры для железобетонныхизделий для одноэтажного строительства. «Варианты I–IV— длянесущих, как верхних так и нижних, балок из бетона, варианты V–VIII—для отливки колонн из балок. Единственная операция для изготовления конструкцийиз выштампованных отходов — это сварка. Варианты конструкций арматуры может бытьсколько угодно».

К сожалению, авторы неуказывают: (1) какие виды отходов используются (марка металла, геометрическиеразмеры отходов, отверстия и т. д.); (2) каковы результатынаучно-экспериментальной работы; (3) какова технологичность изготовленияарматурных каркасов.

Исходя из сказанного, можно утверждать,что уже сейчас есть возможность использовать выштампованную стальную ленту вкачестве армирующего элемента в рамках национального проекта «Доступное икомфортное жилье».

Необходимо добавить, чтоиспользование высечки в качестве арматуры для легких бетонов почти не изучалось,однако этот вопрос заслуживает внимания там, где легкие бетоны используются широко,например, в Ростовской обл., где активно применяется фибропенобетон.

Еще одно из возможныхнаправлений использования высечки — изготовление арморезиновых изделий иконструкций (опалубка, шифер, изделия для гидротехники и т. д.), но эта тема отдельнойстатьи.

Подводя итог, скажем, что в условияхрыночной экономики вопрос удешевления железобетонных элементов и конструкцийстановится все более и более актуальным, и одним из его решений является использованииотходов металлоштамповки, для чего накоплено достаточное количество научно-практическихматериалов.

Литература:

1. Инструкция по применениювысечки и других отходов металла в железобетонных и каменных конструкций жилыхзданий. — Киев: Техническое управление Министерства жилищно-гражданскогостроительства УССР, 1950.

2. Инструкция по применениюперфорированных стальных лент («высечка») для армирования армокаменныхконструкций. — СПб., 2001.

3. Лента перфорированнаяарматурная для армирования железобетонных конструкций и изделий: Техническиеусловия. — Рига: ЛатНИИС, 1989.

4. Сахновский К. В.Железобетонные конструкции. — М.: Госстройиздат, 1960.