Компания Фиксар
Москва
+7 495 646-17-46
+7 499 110-31-83
+7 495 357-35-07
info@fiksar-group.ru
Санкт-Петербург
+7 812 336-04-72
spb@fiksar-group.ru

Особенности применения шпильки с изменённой геометрией в качестве крепежного элемента для химического анкера

В последнее время ужесточение контроля со стороны технического надзора к соблюдению требований, изложенных в Технических свидетельствах (ТС) Минстроя РФ привело к определённому повышению контроля за качеством и соответствием поставляемых крепежных изделий. Практически никто, по крайне мере в Москве и Санкт-Петербурге, уже не использует на фасадах крепежные элементы из оцинкованной стали. В первую очередь, конечно, это относится к шурупам фасадных дюбелей и клиновым анкерам. Но, в равной мере, это касается и химических анкеров. Времена использования электрооцинкованных шпилек, разрезаемых в нужный размер на строительной площадке, уходят в прошлое. Востребованы шпильки нужного размера с нанесённым противокоррозионным покрытием, одобренным к применению в ТС. Такие шпильки, как правило, поставляются в комплекте с химическими анкерами.

Наша компания изготавливает и поставляет специальные шпильки с противокоррозионным покрытием для использования с химическими анкерами (Рис.1). И, при общении с представителями заказчиков, мы часто стали слышать нарекания на ранее поставленные другими поставщиками шпильки – после установки кронштейна попытка приложить требуемый по ТС момент затяжки не всегда представляется возможным. Существенная часть гаек проворачивается до достижения требуемого момента затяжки.

pic1

Рис. 1

Осмотр этих шпилек (Рис. 2) выявил несоответствие формы резьбы требованиям ГОСТ 24705-2004 (ИСО 724:1993) «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Основные размеры» (Рис. 3). Соответственно разумным является предположение, что и прочностные характеристики не будут соответствовать ГОСТ 1759.4-87 (ИСО 898/1-78) «Болты, винты и шпильки. Механические свойства и методы испытаний».

pic2

Рис. 2

pic3

Рис. 3

Мы решили проверить, насколько применение таких шпилек повлияет на несущую способность анкерных креплений. Может быть всё не так и плохо?

Для определения возможности использования таких шпилек в составе анкерного крепления с применением химического анкера были подготовлены и проведены следующие испытания:

1. В бетонных блоках В20 подготовлены 15 отверстий диаметром 12 мм и глубиной 80 мм;

2. Установлены три группы анкеров с применением химического анкера Фиксар В-410:

a) 5 анкеров (образцы 1-5) с резьбовой шпилькой Фиксар ФШ М10х110 ТД в комплекте с гайкой DIN 934 и шайбой DIN 125 (с покрытием «Термишин®»)

b) 5 анкеров (образцы 6-10) с резьбовой шпилькой с нестандартной геометрией резьбы М10х110 без гаек и шайб (с покрытием ТДЦ)

c) 5 анкеров (образцы 11-15) с резьбовой шпилькой с нестандартной геометрией резьбы М10х110 (с покрытием ТДЦ) в комплекте с горячеоцинкованными гайкой и шайбой.

3. Были проведены испытания на сопротивление осевой нагрузке. В группах a) и c) нагрузка прикладывалась к шайбе/гайке, а в группе b) нагрузка прикладывалась к специальному адаптеру.

4. Расчеты несущей способности проводились по методике в соответствии со стандартом организации СТО 44416204-010-2010.

Результаты испытаний следующие:

1. В группеa) разрушение происходило под нагрузкой 35 – 39 кН. Зависимости «нагрузка-перемещение» приведены на графике 1. Типы разрушений следующие:

a) В образце 1 и образце 5 разрушение произошло по химическому составу (Рис. 4). Разрушающие нагрузки 39,58 кН и 38,28 кН соответственно;

b) В образце 2 и образце 3 разрушение произошло по смятию резьбы. Разрушающие нагрузки 39,09 кН и 35,32 кН соответственно;

c) В образце 4 разрушение произошло по стали шпильки. Разрушающая нагрузка 39,35 кН.

Средняя разрушающая нагрузка 38,32 кН.
Коэффициент вариации 4,57%
Расчётное значение нагрузки 10,79 кН.

pic4

Рис. 4

2. В группе b) нагрузка прикладывалась к специальному адаптеру высотой 15 мм. Разрушение всех образцов произошло по стали шпильки. (Рис. 5). Зависимости «нагрузка-перемещение» приведены на графике 2. Разрушающие нагрузки в диапазоне от 19,96 кН до 20.52 кН.

Средняя разрушающая нагрузка 20,36 кН.
Коэффициент вариации 1,20%
Расчётное значение нагрузки 6,51 кН.

pic5

Рис. 5

3. В группе c) нагрузка прикладывалась к шайбе/гайке. Разрушение всех образцов произошло по смятию резьбы. (Рис. 6). Зависимости «нагрузка-перемещение» приведены на графике 3. Разрушающие нагрузки в диапазоне от 19,96 кН до 20.52 кН.

Средняя разрушающая нагрузка 13,71 кН.
Коэффициент вариации 4,62%
Расчётное значение нагрузки 3,85 кН.

pic6

Рис. 6

На графике 4 собраны зависимости «нагрузка-перемещение» по всем испытанным образцам. Здесь наглядно виден «масштаб проблемы».

Исходя из вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1. Прочность. Применение шпилек, не соответствующих ГОСТ 24705-2004 приводит к критическому снижению прочности и не соответствию ГОСТ 1759.4-87. Минимальная прочность на разрыв шпильки М10 класса прочности 4.8 должна составлять 24,4 кН. По результатам же испытаний среднее значение разрушающей нагрузки составило 20,36 кН, что почти на 20% ниже требуемой. Обусловлено это существенным снижением площади критического сечения шпильки. Накатка резьбы такого изделия осуществляется из прутка меньшего диаметра. Уменьшается вес изделия, и, соответственно, его себестоимость. Шпилька Фиксар ФШ соответствует классу прочности 5.8, где минимальная прочность на разрыв должна составлять 30,2 кН.

2. Применение шпилек с изменённой геометрией резьбы приводит к катастрофическому снижению прочности по смятию резьбы. Этот факт заставляет задуматься об изменении регламента при проведении натурных испытаний. На данный момент испытательные приборы как отечественного, так и импортного производства комплектуются специальными резьбовыми адаптерами (Рис. 7). Высота адаптера почти в два раза больше высоты гайки, благодаря чему нагрузка передаётся на шпильку на большее количество витков резьбы. Это приводит к некорректным значениям расчётных нагрузок. Фактически применение резьбовых адаптеров приводит к тому, что при натурных испытаниях исследуется прочность самой шпильки, а не работа анкерного соединения. Ведь гайка является неотъемлемой частью анкера.

pic7

Рис. 7

3. Обеспечение коррозионной стойкости. Данный пункт не имеет отношения к проведённым исследованиям, но является достаточно важным, чтобы заострить на нём внимание. Коррозионная стойкость шпилек, допущенных к применению, обеспечивается нанесением специальных покрытий. Как правило это горячее цинкование или термодиффузионное цинкование. Последний тип покрытий является преобладающим для изделий с метрической резьбой небольших диаметров – М8, М10, М12 за счёт возможности добиться равномерного покрытия требуемой толщины. А толщина эта колеблется от 35 до 50 мкм. То есть внешний диаметр шпильки увеличивается на 70 – 100 мкм, в внутренний диаметр гайки уменьшается на такую-же величину. И тут кроется ещё одна проблема – при таких толщинах покрытий на стандартных шпильке и гайке скрутить их гарантированно не представляется возможным.

У этой проблемы существуют два решения:

1. Изготовление резьбовых изделий на заказ с учётом нанесения покрытия заданной толщины. Именно таким образом изготавливаются шпильки Фиксар ФШ ТД.

2. Применение горячеоцинкованных гаек. Такие гайки после горячего цинкования подвергаются механической обработке – с внутренней резьбы снимается всё покрытие с частью метала для обеспечения скручиваемости. Считается, что при накручивании такой гайки на деталь с горячеоцинкованной внешней резьбой будет происходить миграция цинка. Но возникнет ли этот эффект со шпилькой, подвергнутой термодиффузионному цинкованию? Мне не встречалось таких исследований.

Таким образом подозрения, что применение шпилек с резьбой, не соответствующей ГОСТ 24705-2004 (ИСО 724:1993) приводит к критическому снижению несущей способности анкерного крепления подтвердилось. А коррозионная стойкость шпильки с термодиффузионным покрытием и гайки без защитного покрытия на резьбе требует дополнительного подтверждения.

graf1

График 1

graf2

График 2

graf3

График 3

graf4

График 4

Мирской Леонид Борисович

Технический директор ООО «ГК «ФИКСАР»