XVII OGÓLNOPOLSKA KONFERENCJA WARSZTAT PRACY PROJEKTANTA KONSTRUKCJI
UstroÅ„, 20 ÷ 23 lutego 2002 r.
Bogdan Garbarz
STAL ZBROJENIOWA
1. Wstęp
Stal zbrojeniowa wytwarzana jest przez huty i zakłady przetwórstwa hutniczego w
postaci prętów (tj. odcinków prostych) gładkich i żebrowanych, walcówki i drutu w kręgach
z powierzchnią gładką lub żebrowaną oraz jako siatki zgrzewane maszynowo z prętów lub z
odcinków drutów. Wyspecjalizowane zakłady przetwórstwa wykonują również
znormalizowane płaskie i przestrzenne konstrukcje zbrojeniowe.
Niniejsze opracowanie dotyczy głównie tzw. zwykłych stali do zbrojenia konstrukcji
żelbetowych, to znaczy stali niestopowych i niskostopowych o nominalnej granicy
plastyczności do 500 MPa oraz  w mniejszym zakresie  stali o podwyższonej odporności
na korozję i na działanie wysokich temperatur. Stale do zbrojenia konstrukcji sprężonych są
tematem oddzielnego opracowania.
Postęp w technologii wytwarzania wyrobów stalowych do zbrojenia betonu był
ukierunkowany w minionych kilkunastu latach na uzyskanie zwiększonej wytrzymałości i
granicy plastyczności, przy jednocześnie dobrej plastyczności i spajalności. Rozwój
technologii walcowania i przetwórstwa hutniczego pozwala obecnie na uzyskiwanie
żądanego kształtu i wymiarów wyrobów hutniczych z dużą dokładnością.
Tradycyjna technologia wytwarzania prętów lub walcówki do zbrojenia betonu, polega
na walcowaniu na gorąco i naturalnym chłodzeniu w powietrzu po walcowaniu.
Uzyskanie wysokiej granicy plastyczności prętów możliwe jest przez zastosowanie jednej z
następujących technologii:
- obróbka cieplna bezpośrednio po walcowaniu (przyspieszone chłodzenie), realizowana
z zastosowaniem jednej z następujących odmian umacniania cieplnego: TEMPCORE,
QTB, THERMEX, TORSID lub TERMOCOIL;
- walcowanie z regulowaną temperaturą prętów ze stali mikrostopowych, np. z
mikrododatkiem wanadu lub wanadu i niobu;
- umacnianie na zimno prętów poprzez skręcanie, rozciąganie i/lub nagniatanie
użebrowania.
2. Charakterystyka grup gatunkowych stali zbrojeniowych
2.1. Stale niestopowe i niskostopowe stosowane bez dodatkowej obróbki
Gatunki stali niestopowych i niskostopowych stosowanych bez dodatkowej obróbki, ujęte są
w normie PN-89/H-84023/06  Stal do zbrojenia betonu. Gatunki . Dla gatunków tej grupy
stali wykazujących dobrą spajalność, określoną wartością równoważnika węgla CE
obliczonego według wzoru (1) mniejszą niż 0,50, najwyższa możliwa do uzyskania wartość
granicy plastyczności Re wynosi ok. 360 MPa.
(%Mn) (%Cr + %Mo + %V) (%Ni + %Cu)
CE = (%C) + + + (1)
6 5 15
gdzie zawartości poszczególnych pierwiastków podano w procentach masowych.
Najczęściej stosowanym gatunkiem stali spełniającym warunek CE<0,50 oraz
Remin = 355 MPa jest 18G2-b. Dalsze podwyższanie granicy plastyczności można uzyskać
poprzez zwiększenie zawartości węgla i pierwiastków stopowych, co jednak powoduje
obniżenie plastyczności i pogorszenie spajalności. Przykładem jest często stosowany
gatunek 34GS, o granicy plastyczności Remin = 410 MPa oraz dopuszczalnym
równoważniku węgla CE do max 0,59.
2.2. Stale mikrostopowe o podwyższonej granicy plastyczności
Podwyższenie granicy plastyczności, przy mniejszym wzroście równoważnika CE niż w
przypadku stali niskostopowych takich jak 34GS, można uzyskać metodą regulowanego
walcowania stali o zawartości węgla nie przekraczającej 0,20 % z mikrododatkami
pierwiastków o silnym powinowactwie do węgla i azotu, takich jak wanad i niob.
Regulowane walcowanie polega głównie na ustaleniu i dotrzymaniu obniżonej w stosunku
do standardowej technologii temperatury ostatnich przepustów. Zawartości mikrododatków
stopowych nie przewyższają zazwyczaj 0,2 %. Zastosowanie tej technologii pozwala
otrzymać granicę plastyczności na poziomie 500 MPa, przy dobrej plastyczności i
równoważniku węgla CE poniżej 0,50.
Gatunkiem stali pozwalającym uzyskać zbliżone własności do podanych powyżej, jest
20G2VY-b z normy PN-89/H-84023/06.
Przykładem nowoczesnej stali o wysokiej granicy plastyczności (powyżej 500 MPa) oraz
dobrej plastyczności i spajalności (CE < 0,48) jest gatunek 16GV [1].
2.3. Stale umacniane cieplnie o wysokiej granicy plastyczności
Umacnianie cieplne jest obróbką cieplną bezpośrednio po walcowaniu na gorąco, polegającą
na intensywnym, krótkotrwałym chłodzeniu powierzchni prętów po ich wyjściu z linii
walcowania. Podwyższenie własności mechanicznych prętów uzyskuje się w wyniku
zahartowania i samoodpuszczenia zewnętrznej warstwy pręta i rozdrobnienia struktury
ferrytyczno-perlitycznej w strefie środkowej pręta [2]. Na przekroju poprzecznym prętów
umocnionych cieplnie występuje układ trzech stref (taki jak na rys. 1), a mianowicie :
" zewnętrzna warstwa samoodpuszczonego martenzytu (rys. 2a),
" przejściowa warstwa struktury bainitycznej i mieszanej (rys. 2b),
" środkowa strefa ferrytyczno-perlityczna (rys. 2c).
Pręty charakteryzują się równomiernym rozkładem wymienionych stref na całym obwodzie.
Wyniki pomiaru głębokości zahartowania i twardości (przykłady na rys. 3) wykazały, że
pręty o tej samej średnicy posiadają zbliżoną grubość i twardość poszczególnych warstw
[3]. Technologia umacniania cieplnego pozwala na uzyskanie bardzo korzystnego zestawu
własności prętów do zbrojenia betonu: wysokiej granicy plastyczności (powyżej 500 MPa),
dobrej plastyczności i bardzo dobrej spajalności (CE < 0,50, a w praktyce < 0,40).
Struktury bainityczne
Struktura ferrytyczno - perlityczna
Odpuszczony martenzyt
Przekrój poprzeczny pręta
Rys. 1. Schemat stref mikrostrukturalnych wytworzonych w prętach umocnionych cieplnie.
Powiększenie 800x
Rys. 2a. Mikrostruktura samoodpuszczonego martenzytu wytworzona w zewnętrznej strefie
pręta umocnionego cieplnie.
Powierzchnia pręta
Powiększenie 500x
Rys. 2b. Mikrostruktura bainityczna wytworzona w pośredniej strefie pręta
umocnionego cieplnie.
Powiększenie 800x
Rys. 2c. Mikrostruktura drobnoziarnista ferrytyczno-perlityczna wytworzona
w środkowej strefie pręta umocnionego cieplnie.
250
200
150
100
Pręt Ć 10 mm
50
0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
Odległość od powierzchni, mm
300
250
200
150
100
Pręt Ć 16 mm
50
0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5
Odległość od powierzchni, mm
300
250
200
150
100
Pręt Ć 28 mm
50
0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0
Odległość od powierzchni, mm
Rys. 3. Przykładowe wyniki pomiarów twardości wzdłuż średnicy na przekroju
poprzecznym prętów umocnionych cieplnie [ 3 ].
Twardość, HV1
Twardość, HV1
Twardość, HV1
2.4. Stale umocnione na zimno
Odkształcanie stali na zimno poprzez ciągnienie, skręcanie lub walcowanie, powoduje
wzrost granicy plastyczności zależny od wielkości odkształcenia i składu chemicznego
zastosowanej stali. Z zastosowaniem tej technologii wytwarza się druty ciągnione oraz pręty
gładkie i żebrowane o średnicach nie przekraczających 16 mm, a w praktyce o średnicach
mniejszych od 12 mm. Do umacniania na zimno stosuje się niestopowe stale niskowęglowe,
np. St3S. Metodą odkształcania na zimno można uzyskać wysoką wartość granicy
plastyczności i wytrzymałość, jednak kosztem obniżonej plastyczności. Dla granicy
plastyczności Re min = 500 MPa, osiągane wydłużenie względne A10min wynosi 8%.
2.5. Pręty o specjalnych właściwościach do zbrojenia betonu
Do prętów o specjalnych właściwościach użytkowych zalicza się m. in. pręty do zbrojenia
betonu o zwiększonej odporności na korozję i pręty o podwyższonej odporności na działanie
wysokich temperatur.
Podwyższoną odporność na korozyjne działanie środowiska można uzyskać przez
cynkowanie prętów [4] lub zastosowanie stali z dodatkiem chromu (w granicach
0,45÷0,80%Cr) i miedzi (w granicach 0,25÷0,50% Cu) [5]. Stal z dodatkami Cr i Cu
charakteryzuje się gorszą spawalnością ze względu na podwyższony równoważnik węgla
CE. W środowiskach silnie korozyjnych (np. w konstrukcjach nadmorskich i niektórych
drogowych) coraz częściej stosowane są stale odporne na korozję wysokostopowe o dobrej
spawalności, np. typu 19%Cr+9,5%Ni (gatunek 304 wg ASTM) [6].
PodwyższonÄ… odporność na dziaÅ‚anie wysokich temperatur do 600 ÷ 650°C, wykazujÄ… prÄ™ty
ze stali mikrostopowych, np. zawierajÄ…ce mikrododatek wanadu (ok. 0,1% V) [7] lub
molibdenu (w ilości ok. 0,5% Mo) i mikrododatek niobu (ok. 0,03% Nb) [8].
Omówione pręty o specjalnych właściwościach nie są objęte normami na stale zbrojeniowe
powszechnego zastosowania.
3. ObowiÄ…zujÄ…ce w Polsce normy na stal zbrojeniowÄ…
Obecnie w Polsce własności prętów i walcówki do zbrojenia betonu określone są normami
PN-82/H-93215 :  Walcówka i pręty stalowe do zbrojenia betonu oraz wprowadzoną w
1999 roku normą PN-ISO 6935 :  Stal do zbrojenia betonu , część 1 - Pręty gładkie i część
2 - Pręty żebrowane. Do obydwu części dołączono  Dodatkowe wymagania stosowane w
kraju .
Norma PN-82/H-93215 obejmuje asortyment walcówki i prętów gładkich i żebrowanych w
pięciu klasach :
- w klasie A-0, Remin 220 MPa;
- w klasie A-I, Remin 240 MPa;
- w klasie A-II, Remin 355 MPa;
- w klasie A-III, Remin 410 MPa;
- w klasie A-IIIN, Remin 490 MPa.
Każdej klasie prętów przypisany jest konkretny gatunek stali. Wymagany skład chemiczny
tych gatunków podaje norma PN-89/H-84023/06.
Nowa norma PN-ISO 6935 jest tłumaczeniem dwóch arkuszy międzynarodowej normy ISO
6935 : 1991. Trzeci arkusz normy ISO 6935 :  Zgrzewane maty zbrojeniowe , nie został
włączony do normy PN-ISO 6935.
Norma PN-ISO 6935-1 :  Stal do zbrojenia betonu. Pręty gładkie obejmuje dwa gatunki
stali w stanie walcowanym na gorąco bez dalszej obróbki, w postaci prętów lub kręgów:
PB 240 o wymaganej granicy plastyczności Re = 240 MPa i wydłużeniu
względnym A5 = 20%,
PB 300 o wymaganej granicy plastyczności Re = 300 MPa i wydłużeniu
względnym A5 = 16%.
W normie PN-ISO 6935-1 określono również wymagania co do wymiarów, masy,
podatności do zginania, składu chemicznego, ale tylko w odniesieniu do siarki i fosforu
(maksymalna dopuszczalna zawartość określona została na 0,060%). Nie określono
natomiast wymagań w odniesieniu do przydatności do spajania.
Norma PN-ISO 6035-2 :  Stal do zbrojenia betonu. Pręty żebrowane obejmuje pięć
gatunków stali w postaci prętów lub kręgów. Składy chemiczne i podstawowe własności
mechaniczne tych gatunków podano w tablicach 1 i 2. Gatunki oznaczone literą W są
spawalne z zastosowaniem standardowych technologii spawania. Na oznaczenie
równoważnika węgla zastosowano symbol Ceq (w normie PN-82/H-93215 równoważnik
węgla oznaczono CE).
Tablica 1. Skład chemiczny  wartości maksymalne w % masy
(Wg normy PN-ISO 6935-2)
Gatunek
C1) Si Mn P S N2) Ceq4)
stali
RB 300
0,060 0,060
RB 400 --- --
(0,070) (0,070)
RB 500
RB 400W 0,22 0,60 1,60 0,050 0,050 0,012 0,50
RB 500W (0,24)3) (0,65) (1,70) (0,055) (0,055) (0,013) (0,52)
1)
W przypadku gatunków RB 400W i RB 500W, dla prętów o średnicach większych niż
32 mm, maksymalna zawartość węgla wynosi 0,25% (0,27%), a maksymalna wartość
równoważnika węgla (Ceq) wynosi 0,55% (0,57%).
2)
Dopuszcza się wyższą zawartość azotu gdy zawartość pierwiastków wiążących azot
jest wystarczajÄ…ca.
3)
Wartości w nawiasach odnoszą się do analizy kontrolnej wyrobu
4)
Ceq= %C + %Mn/6 + (%Cr + % V + %Mo)/5 + (%Cu + %Ni)/15
Tablica 2. Wymagane wartości charakterystyczne górnej granicy plastyczności,
wytrzymałości na rozciąganie i względnego wydłużenia próbki po zerwaniu.
(Wg normy PN-ISO 6935-2)
Górna granica Wytrzymałość na Wydłużenie
Gatunek stali plastyczności rozciąganie względne
ReH, MPa Rm, MPa A5, %
RB 300 300 330 16
RB 400
400 440 14
RB 400W
RB 500
500 550 14
RB 500W
Rm/Re > 1,05
Wydłużenie całkowite przy maksymalnym obciążeniu Agt > 2,5 %
Norma PN-ISO 6935 ma zastosowanie do prętów lub walcówki po walcowaniu na gorąco
bez dalszej obróbki, do stali walcowanej na gorąco z kontrolowanym chłodzeniem i
odpuszczaniem (umocnionej cieplnie) oraz do stali po przeróbce plastycznej na zimno. W
normie nie wskazano jaką technologię należy zastosować do określonego gatunku stali.
W państwach Unii Europejskiej, a szczególnie w Niemczech, najczęściej stosowany jest
obecnie gatunek o granicy plastyczności minimum 500 MPa i o bardzo dobrej spawalności,
mający oznaczenie BSt 500S wg normy DIN 488. Gatunek ten jest równoważny gatunkowi
RB 500W w normie PN-ISO 6935-2. Gatunek RB 500W w 2001 roku został wprowadzony
do normy PN-B-03264 : 1999  Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone  Obliczenia
statyczne i projektowe .
Własności wymagane dla gatunku RB 500W oraz wyniki badań tego gatunku prętów,
przedstawiono szczegółowo w rozdziałach 4 i 5.
W normie PN-ISO 6935 wymagane wartości granicy plastyczności Re, wytrzymałości na
rozciąganie Rm oraz wydłużenia względnego A5 podano jako wartości charakterystyczne,
które określa się w wyniku analizy statystycznej uzyskanych wyników badań próbek
kwalifikacyjnych. Dla oceny wymienionych własności dla danej partii prętów o liczności n
próbek (typowo n=15) należy określić następujące wartości:
- wszystkie poszczególne wartości dla n=15 próbek,
- wartość średnią m15 (dla n=15),
- odchylenie standardowe s15 (dla n=15).
Dana partia prętów jest zgodna z wymaganiami, jeżeli dla wszystkich własności jest
spełniony warunek (zilustrowany także na rys. 4):
m15  2,33 s15 e" fk (2)
gdzie:
fk  wymagana wartość charakterystyczna
2,33  wartość współczynnika kwalifikacyjnego k dla n=15, przy współczynniku
wadliwości równym 5 % (p=0,95), z prawdopodobieństwem 90 % (1-ą = 0,90).
Po uzgodnieniu pomiędzy producentem a zamawiającym, wartości charakterystyczne mogą
być stosowane jako gwarantowane wartości minimalne.
Należy zwrócić uwagę, że podane powyżej znaczenie wartości charakterystycznej
wytrzymałości na rozciąganie stali zbrojeniowej, różni się od definicji tej wielkości
przyjętej w normie PN-B-03264 :  Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone. Obliczenia
statystyczne i projektowanie. W normie PN-B-03264 wartość wytrzymałości
charakterystycznej stali zbrojeniowej na rozciąganie została zdefiniowana jako  0,85
minimalnej wytrzymałości stali na zerwanie . Nie stanowi to jednak zagrożenia przyjęcia
błędnych wartości do obliczeń konstrukcyjnych, ponieważ w normie PN-B-03264 podano
wartości liczbowe wytrzymałości charakterystycznej dla poszczególnych klas stali.
Dotychczas nie wprowadzono normy europejskiej dotyczÄ…cej stali do zbrojenia betonu-
propozycja tej normy prEN 10080-1÷6 ( Steel for the reinforcement of concrete-Weldable
reinforcing steel ) znajduje się od wielu lat w stadium uzgadniania. Zawartość projektu tej
normy stanowi jednak bazę, na której z pewnością oparta zostanie obowiązująca w
przyszłości norma europejska. Norma prEN 10080 obejmuje tylko trzy klasy stali, różniące
się własnościami plastycznymi : dwie klasy o wymaganej granicy plastyczności 500 MPa i
klasa trzecia o najwyższych własnościach plastycznych, o wymaganej granicy plastyczności
450 MPa (tablica 3).
m - 2,33s m + 2,33s
m
f
k
Wielkość mierzona
Rys. 4. Schemat ilustrujący warunek zgodności wyników badań własności prętów do
zbrojenia betonu z wymaganiami normy PN-ISO 6935. Partia materiału jest zgodna z
wymaganiami, jeżeli dla wszystkich własności charakterystycznych (Re , Rm , A5 ), dla
zbioru 15 próbek pochodzących z partii, spełniony jest warunek :
m15  2,33 x s15 > fk (objaśnienie oznaczeń w tekście).
Liczba badanych próbek
Tablica 3. Wybrane wymagane wartości charakterystyczne dla klas stali do zbrojenia betonu
ujętych w projekcie normy europejskiej prEN 10080 :  Stal do zbrojenia betonu-Spajalna
stal zbrojeniowa.
Średnica nominalna, mm Stosunek Wydłużenie
Granica wytrzymałości całkowite przy
Klasa stali Walcówka plastyczności do granicy maksymalnej
Pręty
lub drut Re, MPa plastyczności sile
Rm/Re Agt, %
B500A - 4 ÷ 16 500 1,05 2,5
B500B 6 ÷ 40 6 ÷ 16 500 1,08 5,0
B450C 6 ÷ 40 6 ÷ 16 450 e"1,15 d"1,35 7,5
4. Podstawowe własności mechaniczne prętów do zbrojenia betonu RB 500W
Dążenie do obniżenia masy konstrukcji i stosowania na szeroką skalę prefabrykacji
spowodowało, że w ciągu kilkunastu ostatnich lat w państwach o rozwiniętych
gospodarkach następował szybki wzrost zapotrzebowania na pręty do zbrojenia betonu o
granicy plastyczności podwyższonej do 500 MPa oraz o dużej plastyczności i bardzo dobrej
spajalności. Szczególnie istotne było zapewnienie bardzo dobrej spajalności, pozwalającej
na zastosowanie spawania w różnych warunkach, także bezpośrednio na placu budowy.
Można przewidywać, że również w Polsce stal spajalna o minimalnej granicy plastyczności
500 MPa (gatunek RB 500W wg PN-ISO 6935) będzie w niedalekiej przyszłości szeroko
stosowana. Z tego powodu własności tego gatunku prętów przedstawiono w rozdziałach 4 i
5. Gatunek RB 500W można wytwarzać poprzez regulowane walcowanie stali
mikrostopowej lub poprzez umacnianie cieplne zwykłej stali węglowej. Ze względu na
niższe koszty umacniania cieplnego stali węglowej oraz technologiczną łatwość
uzyskiwania wymaganych własności prętów, prawie wyłącznie ten proces stosowany jest do
wytwarzania prętów RB 500W.
Przedstawione w rozdziałach 4 i 5 wyniki badań uzyskano dla prętów RB 500W
wyprodukowanych z zastosowaniem umacniania cieplnego w odmianie TEMPCORE lub
QTB.
Ze względu na inną strukturę wewnętrzną prętów umocnionych cieplnie bezpośrednio po
walcowaniu (przedstawioną krótko w podrozdziale 2.2) od struktury prętów bez dodatkowej
obróbki (która jest strukturą ferrytyczno-perlityczną jednorodną na całym przekroju pręta),
charakterystyka odkształcania się tych dwóch klas prętów w próbie rozciągania jest różna w
zakresie odkształcenia plastycznego. Różnica polega głównie na tym, że w przypadku stali
umocnionych cieplnie odcinek krzywej pomiędzy końcowym punktem wyraz
nej granicy
plastyczności a najwyższym punktem na krzywej jest bardziej spłaszczony, niż odpowiedni
odcinek na krzywej dla stali nie obrobionej cieplnie. W wyniku tego stosunek Rm/Re dla
stali umocnionych cieplnie jest niższy niż dla stali nie obrobionych ferrytyczno-
perlitycznych, ale jest wystarczająco wysoki w stosunku do wymagań. Typowe przykłady
wyników rozciągania prętów ze stali nie obrobionej 18G2-b i ze stali umocnionej cieplnie
RB 500W, zamieszczono na rys. 5 i 6.
Badaniami wytrzymałościowymi objęto pręty żebrowane RB 500W o średnicach 8 mm,
10 mm, 12 mm, 16 mm, 25 mm i 28 mm. Badania wykonano według norm PN-ISO 6935-2
oraz DIN 488 na prętach reprezentujących duże partie produkcyjne [3].
Badane pręty charakteryzowały się korzystnym połączeniem wysokiej wytrzymałości i
dużej plastyczności. Średnie wartości granicy plastyczności Re, wytrzymałości Rm,
wydłużenia A5, wydłużenia A10, wydłużenia Agt i stosunku Rm/Re określone dla partii
prętów o średnicach od 8 do 28 mm zawierały się w przedziałach podanych w tablicy 5.
Wszystkie badane partie prętów spełniły wymagania norm PN-ISO 6935-2 i DIN 488
odnośnie do własności mechanicznych stawianych prętom klas RB 500W i BSt 500S, a
wyniki prób dały wyniki wyższe od wymaganych przez normę PN-ISO 6935-2 wartości
charakterystycznych.
Własności mechaniczne prętów RB 500W poddano analizie statystycznej, która objęła
następujące parametry wyznaczone w statycznej próbie rozciągania : Re, Rm, Rm/Re i A10
(A5). Na rys. 7a i 7b zamieszczono przykładowe rozkłady własności mechanicznych dla
prętów RB 500W o średnicy 12 mm.
ReH Rm A5
Nr próbki Rm/ ReH
MPa MPa %
1 390,10 543,29 1,39 32,45
2 393,44 562,50 1,43 32,02
3 395,76 557,24 1,41 32,20
Rys. 5. Typowe przykłady wykresów rozciągania i wyniki prób dla trzech prętów
żebrowanych o średnicy 14 mm ze stali 18G2-b [3].
Nr próbki ReH Rm Rm/ ReH A5
MPa MPa %
1 543,91 625,22 1,15 20,87
2 542,38 621,16 1,15 20,28
3 540,05 633,90 1,17 19,81
4 544,77 628,611,15 19,87
5 535,20 620,26 1,16 20,34
Rys. 6. Typowe przykłady wykresów rozciągania i wyniki prób dla pięciu prętów
żebrowanych o średnicy 16 mm ze stali umocnionej cieplnie RB 500W [3].
Tablica 4. Przedziały średnich wartości parametrów określonych w próbie rozciągania dla
losowo pobieranych partii prętów RB 500W [3]
I seria pomiarów
Wyniki badań
Wymagania
Nazwa
Średnica pręta, mm wg PN-ISO 6935-2 dla
parametru
gatunku RB 500W
10 16 28
Re, MPa 534÷567 551÷570 517÷554 500 *)
Rm, MPa 622÷655 642÷670 626÷655 550 *)
A5, % 27,2÷29,0 23,6÷28,0 26,3÷27,3 14 *)
A10, % 18,9÷20,8 19,4÷20,5 18,3÷18,5 10 wg DIN 488 **)
Agt, % 10,7÷13,4 11,4÷14,0 14,2÷15,7 min. 2,5
Rm/Re 1,15÷1,18 1,17÷1,18 1,18÷1,21 min. 1,05
II seria pomiarów
Wyniki badań Wymagania
Nazwa wg PN-ISO 6935-2 dla
Średnica pręta, mm
parametru prętów RB 500W
10 16 25
Re, MPa 562÷582 543÷555 548÷571 500*)
Rm, MPa 645÷665 632÷643 636÷659 550*)
A5, % 24,0÷24,9 24,9÷25,7 21,6÷22,5 14*)
A10, % 17,2÷18,2 18,4÷19,4 16,8÷17,4 10,0 wg DIN 488 **)
Agt, % 12,1÷13,3 13,2÷13,9 10,0÷10,9 min. 2,5
Rm/Re 1,14÷1,15 1,16 1,16min. 1,05
III seria pomiarów
Wyniki badań
Wymagania
Nazwa
Średnica pręta, mm wg PN-ISO 6935-2 dla
parametru
prętów RB 500W
81216
Re, MPa 567÷591 541÷658 548÷579 500*)
Rm, MPa 623÷667 627÷706 618÷635 550*)
A5, % 24,5÷28,2 19,2÷24,6 19,1÷23,2 14*)
A10, % 19,3÷20,6 13,9÷17,4 13,2÷13,4 10,0 wg DIN 488 **)
Agt, % 11,3÷13,4 9,6÷12,9 7,4÷9,0 min. 2,5
Rm/Re 1,09÷1,15 1,07÷1,17 1,09÷1,13min. 1,05
*) Są to wartości charakterystyczne, ustalone w zdefiniowany sposób
**) Norma PN-ISO 6935-2 nie wymaga wyznaczania tego parametru
110
100
90
80
70
min 506
60
max 601
50
wartość
charakterystyczna
40
30
20
10
0
480 500 520 540 560 580 600 620
Re, MPa
Liczba próbek: 240
Åšrednia: 552 MPa
Odchylenie standardowe s : 19,2 MPa
Åšrednia - 1,78 s = 518 MPa
65
60
55
50
45
40
35
30
25
wartość min 597 max 680
charakterystyczna
20
15
10
5
0
540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680
Rm, MPa
Liczba próbek: 240
Åšrednia: 636 MPa
Odchylenie standardowe s : 17 MPa
Åšrednia - 1,78 s = 606 MPa
Rys. 7a. Przykładowe rozkłady wartości Re i Rm dla
prętów RB 500W o średnicy 12 mm [3].
Liczność
Liczność
140
130
120
110
100
90
80
min 15,7
max 26,8
70
60
50 wartość
charakterystyczna
40
30
20
10
0
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
A , %
10
Liczba próbek: 240
Åšrednia: 19,8 %
Odchylenie standardowe s : 1,6 %
Åšrednia - 1,78 s = 17 %
70
65
60
55
50
45
40
35
30
max 1,20
25
min 1,12
wymagane
20
minimum
15
10
5
0
1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1,09 1,10 1,11 1,12 1,13 1,14 1,15 1,16 1,17 1,18 1,19 1,20
Rm/Re
Liczba próbek: 239
Åšrednia: 1,15
Odchylenie standardowe s : 0,02
Åšrednia - 1,78 s = 1,11
Rys. 7b. Przykładowe rozkłady wartości A10 i Rm/Re dla
prętów RB 500W o średnicy 12 mm [3].
Liczność
Liczność
5. Własności technologiczne i użytkowe prętów do zbrojenia betonu RB 500W
Podane wyniki oceny własności technologicznych i użytkowych prętów RB 500W
wykonano na próbkach z tych samych partii, dla których przeprowadzono próby rozciągania
opisane w rozdziale 4.
5.1. Spajalność
Normy PN-82/H-93215, PN-ISO 6935 oraz prEN 10080 określają przydatność stali
zbrojeniowej do spajania na podstawie równoważnika węgla Ceq, którego wartość nie może
przekraczać 0,50 dla stali charakteryzujących się dobrą spajalnością. Norma DIN 488
wymaga mechanicznego badania połączeń spawanych i zgrzewanych według ustalonego
schematu przygotowania połączeń i rodzaju obciążeń podczas badania.
W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że zabiegi spawania i zgrzewania nie
powodują obniżenia własności wytrzymałościowych prętów RB 500W. Ponadto, ze
względu na korzystny skład chemiczny stali (zawartość węgla poniżej 0,22% i wartość Ceq
poniżej 0,40) w obszarach przyspoinowych nie występuje podatność do powstawania
pęknięć. W żadnym z badanych przypadków nie stwierdzono powstawania pęknięć lub
innych nieciągłości materiału w obszarze połączeń zgrzewanych.
Przykłady obserwacji struktury i pomiarów twardości na przekroju złącza spawanego
prętów RB 500W przedstawiono na rys. 8 i 9.
Na podstawie uzyskanych wyników badań własności mechanicznych w próbach
rozciągania, ścinania, zginania i odginania połączeń spawanych i zgrzewanych prętów o
różnej kombinacji średnic i wytopów stwierdzono, że badane pręty RB 500W wykazują
dużą podatność do spawania metodami E i MAG oraz do zgrzewania oporowego i spełniają
wymagania normy DIN 488 w tym zakresie.
W celu uzyskania wymaganych własności złącza spawanego należy stosować materiały
spawalnicze odpowiednie dla prętów klasy 500 MPa umocnionych cieplnie.
Rys. 8. Struktura i rozkład twardości na przekroju poprzecznym złącza spawanego
na zakładkę prętów RB 500W o średnicy 16 mm, wykonanego metodą MAG [3].
Rys. 9. Struktura i rozkład twardości na przekroju złącza zgrzanych oporowo prętów
RB 500W umocnionych cieplnie średnicy 25 mm i o średnicy 16 mm [3].
5.2. Podatność do zginania
Na podstawie uzyskanych wyników badań prętów w próbach zginania i odginania po
starzeniu wykonanych według wymagań norm PN-ISO 6935-2 i DIN 488 (tablica 6)
stwierdzono, że wszystkie badane pręty RB 500W spełniają normy i wykazują wysoką
podatność do odkształcenia plastycznego zarówno w próbach zginania jak i w próbie
odginania po starzeniu w temperaturach 100 i 250°C. W szczególnoÅ›ci nie stwierdzono
występowania żadnych pęknięć lub uszkodzeń powierzchni w obszarze zginania i
odginania.
Tablica 6. Wymagane własności technologiczne w próbie zginania dla prętów RB 500W
i BSt 500S wg norm PN-ISO 6935-2 i DIN 488.
Próba zginania Próba odginania po starzeniu
Średnica Wstępne
Odginanie
Klasa nominalna średnica zginanie
Ä…
kÄ…t Ä…
Ä…
Ä…
prętów ds trzpienia, średnica kąt kąt
starzenie
mm mm trzpienia, Ä… Ä…
Ä… Ä…
Ä… Ä…
Ä… Ä…
temp./czas
mm
1032 50
1250 63
RB
1680 100
500W 160° - 180° 90 ° 100°C/0,5h 20°
20 100 160
25 160 200
32 200 320
6-12- 5ds
BSt
14-16- - 6ds 90 ° 250°C/0,5h 20°
500S
20-28 - 8ds
5.3. Wytrzymałość zmęczeniowa
Norma PN-ISO 6935 zawiera stwierdzenie w podrozdziale 7.4, że  Na życzenie
zamawiającego wytwórca powinien przedstawić własności zmęczeniowe wyrobu , nie
precyzując parametrów takich badań. Projekt normy europejskiej prEN 10080 zawiera
wymóg przeprowadzenia badań zmęczeniowych na prostych odcinkach prętów z
zastosowaniem podanych w normie parametrów.
Badania własności zmęczeniowych wykonano na próbkach z prętów RB 500W o średnicach
8, 10, 12, 16, 25 i 28 mm według procedury ustalonej przez Instytut Techniki Budowlanej
dla uzyskania Aprobaty Technicznej. Próbki obciążano jednoosiowymi naprężeniami
rozciągającymi zmiennymi o charakterze sinusoidalnym. Parametry badań były następujące:
- naprężenie maksymalne cyklu Ãmax=0,7 Re(nom)=350 MPa
- naprężenie minimalne cyklu Ãmin=Ãmax-2ÃA=150MPa
- częstotliwość od 8 do 15 Hz.
Kryterium uznania próby za pozytywną, stanowiła wymagana liczba cykli, którą próbka
powinna wytrzymać bez uszkodzenia. Kryterium to ustalone zostało w jednej serii badań na
poziomie 1,0x106 cykli, a w drugiej serii badań na poziomie 2,0x106 cykli. Po osiągnięciu
wymaganej liczby cykli próby przerywano i próbki poddano oględzinom. Na podstawie
uzyskanych wyników stwierdzono, że badane partie prętów RB 500W spełniają ustalone
kryteria wytrzymałości zmęczeniowej.
5.4. Własności mechaniczne w podwyższonych i obniżonych temperaturach
Cytowane w niniejszym opracowaniu normy na stal do zbrojenia betonu nie zawierajÄ…
wymagań ani komentarza odnośnie do własności w podwyższonych i w obniżonych
temperaturach w stosunku do temperatury otoczenia.
Dotychczas przeprowadzono niewiele badań nad wpływem działania wysokiej temperatury
na zmiany własności stali zbrojeniowej. Pohl i Linder przeprowadzili badania laboratoryjne
[7] z których wynika, że stale umacniane cieplnie (typu RB 500W) i stale umacniane na
zimno tracÄ… ok. 30 % wytrzymaÅ‚oÅ›ci po bezpoÅ›redniej ekspozycji w temperaturze 650 °C
przez 10 godzin. Stale mikrostopowe (z mikrododatkiem wanadu) wyprodukowane metodÄ…
regulowanego walcowania klasy 500 MPa tracÄ… w takich warunkach ok. 18 %
wytrzymałości, a wytrzymałość stali węglowo-manganowej bez obróbki cieplnej, typu
18G2, o granicy plastyczności do 355 MPa, obniża się o ok. 15 %.
W aprobatach technicznych na pręty klasy RB 500W Instytut Techniki Budowlanej podaje
temperaturÄ™ 100 °C jako górny zakres temperatur stosowania.
Normy na pręty do zbrojenia betonu nie wymagają badania odporności na obciążenia
dynamiczne (udarności). Jednak odporność na działanie obciążeń dynamicznych, zwłaszcza
w obniżonych temperaturach i w obecności koncentratorów naprężeń, jest istotnym
parametrem oceny przydatności prętów do stosowania w budownictwie i dlatego próbę
udarności włączono do badań.
Ponieważ nie jest możliwe zastosowanie znormalizowanej próby udarności do prętów
umacnianych cieplnie o zmiennych własnościach na przekroju, opracowano warunki
wykonywania technologicznej próby udarności dla prętów umacnianych cieplnie i
wykonano badania zgodnie z opracowaną metodyką. Ustalono, że najostrzejsze warunki
próby zapewni nacięcie karbu do połowy grubości warstwy utwardzonej dla danej średnicy
pręta, co zilustrowano na rys. 10 i 11.
Dla prętów zbrojeniowych nie istnieje znormalizowane ilościowe kryterium oceny
udarności. W niniejszych badaniach przyjęto bardzo ostre kryterium oparte na progowej
wartości udarności równej 50 J Charpy V. Przyjęcie takiego kryterium oznacza, że w
zakresie rzeczywistych temperatur eksploatacji udarność prętów nie może być niższa niż
50 J. Na podstawie analizy krzywych udarności stwierdzono (przykłady zamieszczono na
rys. 12 i 13), że wszystkie badane pręty RB 500W zachowują udarność większą od 50 J w
temperaturach ujemnych do -60°C.
6. Dostępność na rynku polskim prętów do zbrojenia betonu klasy RB 500W
W Polsce pręty do zbrojenia betonu wytwarzane są przez trzech głównych producentów i
kilku wytwórców o znacznie mniejszych zdolnościach produkcyjnych. Sumarycznie
krajowe zdolności produkcyjne prętów do zbrojenia betonu wynoszą ok. 915 tys. ton/rok, z
czego ok. 885 tys. ton/rok przypada na trzech głównych producentów. Z nadmiarem
pokrywa to zapotrzebowanie rynku krajowego na stal zbrojeniową, które w roku 2000
wynosiło ok. 700 tys. ton.
Technologie stosowane przez głównych krajowych producentów pozwalają na wytwarzanie
prętów do zbrojenia betonu klasy RB 500W.
Norma PN-ISO 6935-2 nie narzuca producentowi określonej technologii wytwarzania
prętów. Jednak ze względu na możliwości dotrzymania wszystkich wymagań określonych w
normie, gatunek RB 500W produkowany jest w Polsce wyłącznie z zastosowaniem
technologii umacniania cieplnego (w odmianie TEMPCORE lub QTB).
 45°
h=1,5
r=0,25
"7
27,5
powierzchnia
warstwa
surowa
utwardzona ~3 mm
55
a) b)
Rys. 10. Sposób wycięcia (a) i wymiary próbki udarnościowej (b) z pręta umocnionego
cieplnie o średnicy 25 mm. Wymiary podano w mm [3].
45° h=0,5
r=0,25



warstwa
27,5
utwardzona ~1 mm
powierzchnia
surowa
55
Rys. 11. Sposób wykonania i wymiary próbki udarnościowej z pręta umocnionego cieplnie
o średnicy 10 mm. Wymiary podano w mm [3].
10
10
0
1
300
250
200
150
100
50
0
-250 -200 -150 -100 -50 0 50
Temperatura Å‚amania, °C
Rys. 12. Krzywe udarności prętów RB 500W umocnionych cieplnie o średnicy 10 mm,
uzyskane dla dwóch serii badań obejmujących różne grupy wytopów stali [3].
300
250
200
150
100
50
0
-250 -200 -150 -100 -50 0 50
Temperatura, °C
Rys. 13. Krzywe udarności prętów RB 500W umocnionych cieplnie o średnicy 16 mm,
uzyskane dla dwóch serii badań obejmujących różne grupy wytopów stali [3].
Energia, J
Energia, J
Piśmiennictwo
[1] Żak A., Garbarz B., Molenda R., Kuziak R., Zalecki W., Wojtas J. : Opracowanie składu
chemicznego stali, wytycznych w zakresie wytapiania i odlewania oraz technologii
walcowania prętów do zbrojenia betonu spełniających wymagania norm DIN 488 oraz
BS 4449. Sprawozdanie z pracy badawczej Instytutu Metalurgii Żelaza Nr B-
00964/BM/95, 1995
[2] Garbarz B. i in. : Pręty żebrowane do zbrojenia betonu klasy 500 TECOR wytwarzane z
zastosowaniem technologii umacniania cieplnego. Prace Instytutu Metalurgii Żelaza, t.
53, 2001, nr 1, s. 20
[3] Sprawozdania z badań Instytutu Metalurgii Żelaza w Gliwicach (nieopublikowane),
1999, 2000
[4] (-) Advanced Materials and Processes, 1998, nr 4, s. 4
[5] Kumar V. i in. : Steel Technology International, 1998, s. 53
[6] Smith F. N., Tullmin M. : Materials Performance, 1999, s. 72
[7] Pohl M., Linder N. : Practical Metallogr., t. 28, 1991, s. 153
[8] Sha W., Kelly F. S., Guo Z. X. : Journal of Materials Eng. And Perf., t. 8, 1999, s. 606