Jakie są gatunki stali zbrojeniowej?

Budownictwo jest jedną z branż, w których używa się bardzo dużych ilości stali. Jest ona niezbędna przy realizacji inwestycji liniowych – czyli budowy dróg, linii kolejowych oraz wszelkiego rodzaju infrastruktury – a także kubaturowych, a zatem głównie budynków o różnym przeznaczeniu, jak również wznoszeniu obiektów inżynierskich – np. budowli ziemnych czy budownictwa wodnego. Stal jest niezbędnym składnikiem mostów, wiaduktów, kładek, elementów pomocniczych, takich jak przepusty, ściany oporowe, ale też ułatwiających późniejszą eksploatację. 

Stal jest potrzebna przy budowie odwodnień, wsporników, ekranów akustycznych i systemów oświetleniowych. Stali używa się też do wznoszenia rozmaitych konstrukcji – hali produkcyjnych i magazynowych, a także szkieletów budynków i filarów. Jest też konieczna przy wykonywaniu instalacji i inwestycjach infrastrukturalnych – bez niej nie mogłyby powstawać rurociągi, maszty linie przesyłowe czy zbiorniki. Rodzajem stali, który jest używany w budownictwie najszerzej, jest stal niskowęglowa, z której wykonuje się pręty zbrojeniowe. Wykorzystuje się ją do wzmacniania konstrukcji betonowych wszelkiego rodzaju, a także do przygotowywania elementów prefabrykowanych. Przyjrzyjmy się bliżej znaczeniu stali zbrojeniowej dla budownictwa, zobaczmy, jakie kryteria powinna spełniać oraz przekonajmy się, jakie są gatunki stali zbrojeniowej.

Dlaczego stal zbrojeniowa jest niezbędna?

Stal zbrojeniowa jest potrzebna do wzmacniania wytrzymałości betonu przez wykonywanie elementów żelbetowych. Beton będący dziś podstawowym materiałem do wznoszenia konstrukcji, które będą poddawane wysokim obciążeniom statycznym i dynamicznym, składa się w uproszczeniu z kruszywa budowlanego o odpowiednim uziarnieniu oraz cementu pełniącego funkcję spoiwa, który wiąże poszczególne drobiny w spójną całość. Tak wykonany beton charakteryzuje się dobrą wytrzymałością na ściskanie. Znakomicie przenosi więc siły działające pionowo, gwarantując wysoką nośność. Jednocześnie ma niewielką wytrzymałość na rozciąganie, co oznacza, że poddany sile zginającej dość szybko pęka.
Dla wykonania konstrukcji, która wytrzyma również obciążenia tego rodzaju, do betonu wprowadza się więc elementy stalowe, które charakteryzują się właśnie bardzo dobrą wytrzymałością na rozciąganie. Przykładami wyrobów tego rodzaju mogą być struktury stworzone z profili stalowych, jednak lepsze efekty uzyskuje się, wytwarzając swego rodzaju kompozyt, umieszczając zbrojenie bezpośrednio wewnątrz betonu. W tym celu wykorzystywane są pręty stalowe o odpowiedniej długości używane do wzmacniania stropów czy belek.
Ponieważ współdziałanie betonu i stali w przenoszeniu działających na konstrukcję sił wymaga równoczesnego poddawania się naprężeniom, pręty zbrojeniowe muszą być dobrze połączone z jego powierzchnią. W tym celu mogą one zostać zagięte na końcu, jednak oznacza to stosunkowo małą powierzchnię styku. Lepszym rozwiązaniem jest łączenie obu materiałów tak, by odpowiednio współpracowały ze sobą na całej swojej długości. W tym celu na powierzchni prętów metalowych wykonuje się specjalne żebrowania, dzięki czemu tarcie dające dobre zakotwienie prętów pojawia się w większej ilości miejsc. Sposobem na jego zwiększenie jest również sprawienie, by powierzchnia prętów była pokryta niewielką warstwą skorodowanego metalu, co znacznie zwiększa chropowatość i wzmacnia połączenie.
Pręty zbrojeniowe nie są po prostu osadzane w wylewanym betonie. Przygotowuje się z nich odpowiednie struktury przestrzenne łączone ze sobą w specjalny sposób. Układane pionowo albo poziomo pręty zbrojeniowe są wzmacniane strzemionami, które gwarantują ich właściwe ułożenie i zachowanie odległości. W przypadku elementów o większych płaskich powierzchniach pręty zbrojeniowe tworzą duże kratownice. Dla uzyskania oczekiwanej stabilności pręty zbrojeniowe są łączone za pomocą drutu stalowego, a w niektórych przypadkach spawane.
 

Gatunki stali zbrojeniowej WG PN-B-03264:2002

Stal zbrojeniowa jest wykorzystywana do przenoszenia znacznych obciążeń, dlatego musi się charakteryzować odpowiednią wytrzymałością. Tradycyjnie do projektowania zbrojeń wykorzystywano polską normę PN-B-03264:2002, możliwe jest jednak także stosowanie obowiązującej normy dopasowanej do Eurokodu 2, czyli PN-EN 1992-1-1:2008. Obie normy koncentrują się na innych cechach wykorzystywanej do zbrojenia stali, muszą więc być stosowane konsekwentnie. Według normy PN-B-03264:2002 wyróżnia się 5 klas wytrzymałościowych stali oznaczane literą A oraz cyfrą – A-0, A-I, A-II, A-III, A-IIIN. O przynależności stali zbrojeniowej do konkretnej klasy decyduje jej granica plastyczności, czyli wartość siły, która doprowadza do przekroczenia sprężystości materiału i powoduje jego trwałe odkształcenie. Rozpiętość parametrów jest znaczna – w przypadku klasy A-0 granica plastyczności wynosi powyżej 220 MPa, a przy klasie A-IIIN wynosi ona już powyżej 500 MPa. Ze względu na różnice w zastosowaniach do poszczególnych klas są zaliczane pręty zbrojeniowe o ściśle określonym przeznaczeniu.
W klasie A-0 i A-I znajdują się – pręty gładkie, które mogą być używane przy mało wymagających konstrukcjach oraz do wykonywania zbrojeń pomocniczych np. strzemion. W wyższych klasach wykonywane są pręty żebrowane. W klasie A-II są to pręty z dwoma równoległymi żebrami biegnącymi wzdłuż pręta po jego przeciwnych stronach, a także  żebrowanie poprzeczne, skośne. W klasie A-III również występują dwa żebra wzdłużne, jednak są one ułożone w jodełkę, schodząc się pod kątem 60°. W klasie A-IIIN pręty są żebrowane wzdłużnie i poprzecznie, jednak mają dodatkowe żeberka poprzeczne.
We wszystkich klasach dostępne są pręty wykonane z różnych gatunków stali, przypisanej do każdej z nich zgodnie z zapisami normy. W przypadku klasy A-0 będą to pręty ze stali St0S-b, w klasie A-I możliwe będzie użycie prętów ze stali St3SX-b, St3SY-b albo St3S-b. Przy klasie A-II dostępna będzie stal St50B, 18G2-b, jak również 20G2Y-b. Dla klasy A-III przewidziano m.in. stale 25G2S, 35G2Y czy 34GS, a także RB 400 i RB 400 W. Najwyższa klasa A-IIIN to stal 20G2VY-b, a także RB 500 i RB 500 W.

Gatunki stali zbrojeniowej WG PN-EN 1992-1-1:2008

W przypadku projektowania w oparciu o normę PN-EN 1992-1-1:2008 podstawowym parametrem stali jest jej ciągliwość. Pokazuje ona, do jakiego wydłużenia może dojść w przypadku obciążenia stali, przed przekroczeniem granicy plastyczności i nastąpieniem jej zerwania. W ramach normy występują trzy klasy stali ze względu na ciągliwość – stal A, charakteryzująca się niską ciągliwością, stal B o średniej ciągliwości oraz stal C o wysokiej ciągliwości. Wyższa ciągliwość oznacza wyższą jakość stali. Wszystkie klasy stali, które spełniają wymagania normy PN-EN 1992-1-1:2008 wyróżniają się granicą plastyczności na poziomie przynajmniej 400 MPa, co wyklucza stosowanie prętów gładkich z klas A-0 i A-I wg PN-B-03264:2002. Wszystkie pręty mają też żebrowania, które charakteryzują poszczególne gatunki.
Wśród gatunków o niskiej ciągliwości (klasa A) znajduje się stal B500A, która wyróżnia się użebrowaniem w postaci trzech rozmieszczonych na obwodzie pręta pasm żeber skośnych równoległych do siebie. Stal o średniej ciągliwości (klasa B) to aż trzy gatunki B500B, RB500W oraz BSt500S. W przypadku stali B500B występują dwa żebra podłużne zlokalizowane po przeciwnych strona pręta. Między nimi znajdują się dwa pasy użebrowań poprzecznych skośnych, które zmieniają swoją wysokość. Są na równi powierzchni pręta przy żebrowaniach poprzecznych i najwyższe w stosunku do niej w połowie odległości między żebrami wzdłużnymi, czyli na środku pasa, który tworzą. Stal RB500W ma bardziej złożone żebrowania. Poza dwoma żebrami wzdłużnymi występują w niej dwa pasy żeber poprzecznych. W jednym z nich żebrowanie składa się z żeber podłużnych skośnych równoległych do siebie, w drugim żebra skośne są ułożone naprzemiennie pod dwoma różnymi kątami – w tym jednym zbliżonym do ostrego (układ dwuskośny). W klasie C znajduje się gatunek B500SP, który ma dwa żebra wzdłużne oraz dwa pasy skośnego użebrowania poprzecznego z układem dwuskośnym, czyli położone naprzemienne żebra są ułożone pod dwoma różnymi kątami.
Gatunki stali o różnej ciągliwości mogą tak jak w przypadku stali B500A, RB500W, B500B, BSt500S oraz B500SP mieć taką samą granicę plastyczności wynoszącą 500 MPa, co sprawia, że według normy PN-B-03264:2002 są zaliczane do klasy A-IIIN.