Предохранение каменных материалов от разрушения

Основные причины разрушения природных каменных материалов в сооружениях:

- замерзание воды в порах и трещинах, вызывающее внутренние напряжения;

- частое изменение температуры и влажности, вызывающее появление микротрещин;

- растворяющее действие воды и понижение прочности при водонасыщении;

- химическая коррозия, происходящая под действием газов (SO2, CO2 и др.), содержащихся в атмосфере, и веществ, растворенных в грунтовой или морской воде.

Конструктивную защиту открытых частей сооружений (цоколей, карнизов, поясков, столбов, парапетов) сводят к приданию им такой формы, которая облегчит отвод воды. Этому же способствует гладкая полированная поверхность облицовки и профилированных деталей. Стойкость пористых каменных материалов, которые не полируются, повышают путем пропитки поверхностного слоя уплотняющими составами и нанесения на лицевую поверхность гидрофобизующих (водоотталкивающих) составов.

Искусственные каменные материалы и изделия на основе минеральных вяжущих.

Тема Искусственные каменные материалы и изделия на основе минеральных вяжущих.

ИСКУССТВЕННЫЕ КАМЕННЫЕ ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ

• Искусственные каменные изделия получают из растворных или бетонных смесей на основе минеральных вяжущих веществ в процессе их формования и последующего затвердевания.

В качестве заполнителей для этих смесей применяют кварцевый песок, пемзу, шлак, золу, древесные опилки. Для повышения прочности при изгибе изделия армируют волокнистыми материалами — асбестом, древесиной (в виде шерсти, дробленых отходов), бумажной макулатурой, листовой бумагой и др.

Искусственные каменные изделия по виду минерального вяжущего можно разделить на следующие четыре группы: гипсовые и гипсобетонные; изделия на основе магнезиальных вяжущих; силикатные; асбестоцементные, изготовляемые на основе портландцемента с добавкой асбеста.

ГИПСОВЫЕ И ГИПСОБЕТОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ.

• Изделия на основе гипса можно получать как из гипсового теста, т. е. из смеси гипса и воды, так и из смеси гипса, воды и заполнителей. В первом случае изделия называют гипсовыми во втором — гипсобетоиными. Вяжущими для изготовления гипсовых и гипсобетонных изделий в зависимости от их назначения служат гипсовое вяжущее, водостойкие гипсоцементно-пуццолановые смеси, а также ангидритовые цементы. В качестве заполнителей в гипсобетоне используют естественные материалы — песок, пемзу, туф, топливные и металлургические шлаки, а также легкие пористые заполнители промышленного изготовления — шлаковую пемзу, керамзитовый гравий, аглопорит и др. Органическими заполнителями (их называют еще наполнителями) являются древесные опилки, стружка или шерсть, бумажная макулатура, стебли и волокно камыша, льняная костра и др.

Для получения высокопористых теплоизоляционных гипсовых изделий — газогипса — в состав гипсовой массы вводят газообразующие добавки — разбавленную серную кислоту и углекальциевые соли, едкий натр и пероксид водорода, при взаимодействии которых с гипсом выделяется газ, вспучивающий гипсовую массу.

Наряду с рядом положительных технических свойств гипс обладает значительной хрупкостью, поэтому производят искусственное упрочнение гипсовых изделий (особенно тонкостенных) п«тем применения армирующих материалов (волокнистых), вводимых в состав формовочной массы или являющихся частями конструкции самого изделия. Так, в гипсокартонных листах роль арматуры выполняет картонная оболочка, в прокатных перегородочных гипсобетонных панелях — деревянные рейки. Роль арматуры могут также выполнять металлические стержни, проволока или сетка, однако следует иметь в виду, что стальная арматура в гипсовых изделиях подвергается коррозии, поэтому ее применять без защитного слоя нельзя. В качестве арматуры Могут также использоваться органические волокна, равномерно распределенные в самой формовочной массе.

По назначению гипсовые и гипсобетонные изделия делят: на панели и плиты перегородочные; листы обшивочные; плиты теплоизоляционные; камни для наружных стен; изделия для перекрытий; изделия огнезащитные; архитектурные детали.

Изделия из гипса могут быть сплошными и пустотелыми, армированными и неармированными.

Гипсовые изделия имеют ряд ценных качеств: сравнительно небольшая плотность, несгораемы, обладают хорошей звукоизоляцией и т. д. К числу недостатков гипсовых изделий следует отнести значительное понижение прочности при увлажнении, высокую ползучесть под нагрузкой, особенно при увлажнении.

Изделия на основе гипса допускается применять в условиях, исключающих систематическое увлажнение, и в помещениях с относительной влажностью воздуха не более 60%. Для повышения влаго- и водостойкости изделия покрывают водонепроницаемыми защитными красками или пастами (масляными, казеиновыми), а также применяют добавки к гипсу молотого доменного гранулированного шлака и пуццоланового портландцемента. В последнем случае получают довольно водостойкие гипсовые изделия на вяжущем, называемом гипсоцементно-пуццолановым. Гипсовые и гипсобетонные изделия формуют различными способами: литьем, вибрированием, прессованием, прокатом,— в процессе которых изделия быстро приобретают значительную прочность. Технологический процесс производства изделий из гипсовых или гипсобетонных смесей состоит из следующих операций: дозирования всех компонентов формовочной массы (вяжущего, заполнителей, воды и материалов, регулирующих сроки схватывания гипса); приготовления растворной и бетонной смеси; формования изделий; твердения — сушки до воздушно-сухого состояния.

Изделия на основе извести

Использование извести для получения прочных и водостойких искусственных каменных изделий долгое время не находило применения, так как в естественных условиях известь твердеет очень медленно, изделия на ее основе имеют небольшую прочность (1...2 МПа) и легко размокают при действии воды.

Сущность превращения известково-песчаной смеси из легко-размокающего и малопрочного материала в прочный и водостойкий камень заключается в следующем. При естественных условиях песок в известково-песчаных смесях инертен и не способен химически взаимодействовать с известью. Приобретение прочности извест-ково-песчаными растворами в естественных условиях достигается главным образом за счет твердения извести. Однако в среде насыщенного пара (100% влажности) и температуре 170°С и выше кремнезем приобретет химическую активность и начинает быстр0 взаимодействовать с известью по уравнению CA(OHh -f j, S1O2 + (п—1)НгО = CaO-Si02-nN20, образуя гидросиликаты кальция — прочное и водостойкое вещество.

Из известково-песчаных смесей изготовляют крупноразмерные изделия для сборного строительства — блоки и панели для стен и перекрытий, а также штучные изделия — силикатный кирпич и камни для стен.

Изготовление силикатных блоков и панелей аналогично производству железобетонных изделий.

Силикатный кирпич

Силикатный кирпич по своей форме, размерам и основному назначению не отличается от керамического кирпича (см. гл. 3). Материалами для изготовления силикатного кирпича являются воздушная известь и кварцевый песок. Известь применяют в виде молотой негашеной, частично загашенной или гашеной гид-ратной. Известь должна характеризоваться быстрым гашением и не должна содержать более 5% MgO. Пережог замедляет скорость гашения извести и даже вызывает появление в изделиях трещин, вспучиваний и других де.фектов, поэтому для производства автоклавных силикатных изделий известь не должна содержать пережога. Кварцевый песок в производстве силикатных изделий применяют немолотый или в виде смеси немолотого и тон-комолотого, а также грубомолотого с содержанием кремнезема не менее 70%. Наличие примесей в песке отрицательно влияет на качество изделий: слюда понижает прочность, и ее содержание в песке не должно превышать 0,5%; органические примеси вызывают вспучивание и также понижают прочность; содержание в песке сернистых примесей ограничивается до 1 % в пересчете на S03. Равномерно распределенные глинистые примеси допускаются в количестве не более 10%; они даже несколько повышают удобоукладываемость смеси. Крупные включения глины в песке не допускаются, так как снижают качество изделий. Состав известково-песчаной смеси для изготовления силикатного Кирпича следующий: 92...95% чистого кварцевого песка, 5...8% воздушной извести и примерно 7% воды.

Производство силикатного кирпича ведут двумя способами: барабанным и силосным, — отличающимися приготовлением известково-песчаной смеси.

Известково-шлаковый и известково-зольный кирпич

• Известково-шлаковый и известково-зольный кирпичи являются разновидностью силикатного кирпича, но отличаются меньшей плотностью и лучшими теплоизоляционными свойствами, так как в них тяжелый кварцевый песок заменен соответственно пористым легким шлаком или золой. Для приготовления из-вестково-шлакового кирпича берут 3... 12 % извести и 88...97% шлака, а для известково-зольного — 20...25% извести и 75... 80% золы. Так же как и шлак, зола является дешевым сырьевым материалом, образующимся при сжигании каменного, бурого угля и другого топлива в котельных ТЭЦ, ГРЭС и т. д. Использование шлаков и зол экономически выгодно, так как расширяется сырьевая база силикатных и других строительных материалов и снижается их стоимость.

Производство известково-шлакового и известково-зольного кирпича аналогично технологической схеме производства силикатного кирпича. Шлаковый и зольный кирпич выпускают разг мером 250X120X140 мм и больше, марками по прочности при с)катии 25, 50 и 75, морозостойкостью такой же, как и у силикатного кирпича, плотностью 1400... 1600 кг/м3, теплопроводностью0,5...0,бВт/(м. °С).

Применяют известково-шлаковый и известково-зольный кирпич для возведения кладки стен зданий малой этажности (до трех этажей), а также для кладки стен верхних этажей многоэтажных зданий.

Ячеистые силикатные изделия

Ячеистые силикатные изделия отличаются малой плотностью и низкой теплопроводностью. Оии бывают двух видов: пеносиликатные и газосиликатные.

• Пеносиликатные изделия изготовляют из смеси из вест (до 25%) и молотого песка (иногда берут часть немолотого песка). Молотый песок можно заменить измельченным шлаком золой. Производство пеносиликатных изделий отличается 0т производства других известково-песчаных смесей добавкой пенообразователя: клееканифольного, состоящего из костного или мездрового клея, канифоли, едкого натра и воды; смолосапонинового — из растительного мыльного корня и воды пенообразователя ГК.— гидролизованной боенской крови.

• В газосиликатных изделиях образование ячеистой структуру происходит при введении в приготовленную смесь алюминиевой пудры.

Технологическая схема производства ячеистых силикатных пеноблоков (8.9) состоит из следующих основных операций: приготовления известково-песчаного вяжущего совместным помолом извести и части песка (количество песка берут в пределах 20...50% от массы извести); измельчения песка по сухому или мокрому способу; приготовления пено- или газобетонной массы; формования изделия. Приготовленную массу заливают в металлические формы с уложенными арматурными каркасами и закладными деталями. В формах газосиликатная масса вспучивается, образуя горбушку, которая затем срезается. Конец вспучивания должен совпадать с началом схватывания вяжущих.

В настоящее время на заводах ячеистого бетона все большее применение получает комплекная виброрезательная технология, которая позволяет управлять процессами структурообразования. Она имеет ряд технико-экономических преимуществ по сравнению с литьевой технологией: сокращается цикл приготовления смеси, улучшаются свойства ячеистых бетонов, снижается влажностью готовых изделий.

. Строительные растворы.

Тема Строительные растворы.

• Строительным раствором называют отвердевшую смесь вяжущего вещества, мелкого заполнителя (песка) и воды. По своему составу строительный раствор является мелкозернистым бетоном, и для него справедливы закономерности, присущие бетонам. Среди большого разнообразия растворов отдельные виды их имеют много общего. В основу групповой классификации положены следующие ведущие признаки: плотность, вид вяжущего вещества, назначение и физико-механические свойства растворов.

Классификация строительных растворов.

По плотности в сухом состоянии растворы делят: на тяжелые с плотностью 1500 кг/м3 и более, для их изготовления применяют тяжелые кварцевые или другие пески; легкие растворы, имеющие плотность менее 1500 кг/м3, заполнителями в них являются легкие пористые пески из пемзы, туфов, шлаков, керамзита и других легких мелких заполнителей.

По виду вяжущего строительные растворы бывают: цементные, приготовленные на портландцементе или его разновидностях; известковые — на воздушной или гидравлической извести, гипсовые — на основе гипсовых вяжущих веществ — гипсового вяжущего, ангидритовых вяжущих; смешанные — на цементно-известковом вяжущем. Выбор вида вяжущего производят в зависимости от назначения раствора, предъявляемых к нему требований, температурно-влажностного режима твердения и условий эксплуатации здания или сооружения.

По назначению строительные растворы делят: на кладочные для каменных кладок и кладки стен из крупных элементов; отделочные для штукатурки, изготовления архитуктурных деталей, нанесение декоративных слоев на стеновые блоки и панели; специальные, обладающие некоторыми ярко выраженными или особыми свойствами (акустические, рентгенозащитные, тампонажные и т.д.). Специальные растворы имеют узкое применение.

По физико-механическим свойствам растворы классифицируют по двум важнейшим показателям: прочности и морозостойкости, характеризующим долговечность раствора. По величине прочности при сжатии строительные растворы подразделяют на восемь марок: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150 и 200. Растворы М4 и 10 изготовляют на местных вяжущих (воздушной и гидравлической извести и др.). По степени морозостойкости в циклах замораживания растворы имеют девять марок морозостойкости: от F10 до F300.

Состав раствора обозначают количеством (по массе или объемУ) материалов на 1 м3 раствора или относительным соотношением (также по массе или объему) исходных сухих материалов. При этом расход вяжущего принимают за 1. Для простых растворов, состоящих из вяжущего и не содержащих минеральных добавок (цементных или известковых растворов), состав будет обозначен, например, 1:6, т. е. на 1 ч. вяжущего приходится 6 ч. песка. Состав смешанных растворов, состоящих из двух вяжущих или содержащих минеральные добавки, обозначают тремя цифрами, например 1:0,4:5 (цемент: известь: песок). Однако следует учитывать, что в цементных смешанных растворах за вяжущее принимают цемент совместно с известью.

В качестве мелкого заполнителя применяют: для тяжелых растворов — кварцевые и полевошпатовые природные пески, а также пески, полученные дроблением плотных горных пород; для легких растворов — пемзовые, туфовые, ракушечные, шлаковые пески. Для обычной кладки кирпича, камней правильной формы, в том числе и блоков, наибольший размер зерен песка не должен превышать 2,5 мм; для бутовой кладки, а также замоноличивания стыков сборных железобетонных конструкций и для песчаного бетона — не более 5 мм; для отделочного слоя штукатурки— не более 1,2 мм.

Минеральные и органические добавки применяют для получения удобоукладываемой растворной смеси при использовании портландцементов. В качестве эффективных минеральных добавок в цементные растворы вводят известь в виде теста. Добавка извести в цементных растворах повышает водоудерживающую способность, улучшает удобоукладываемость и дает экономию цемента. В качестве неорганических дисперсных добавок применяют активные минеральные добавки — диатомит, трепел, молотые шлаки и т. д.

Поверхностно-активные добавки используют для повышения пластичности растворной смеси и уменьшения расхода вяжущего, вводят в растворы десятые и сотые доли процента от количества вяжущих. В качестве поверхностно-активной органической добавки применяют сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ), гидролизированную боенскую кровь (ГК), мылонафт, гидрофобно-пластифицирующую добавку «флегматор» и др.

Требования к качеству вяжущих, заполнителей, добавок и Воды такие же, как и к материалам, применяемым для приготовления бетонов.

Свойства строительных растворов

Основными свойствами растворной смеси являются подвижность, удобоукладываемость, водоудерживающая способность, а растворов — прочность и долговечность.

Растворная смесь в зависимости от состава может иметь различную консистенцию — от жесткой до литой. Строительные растворы для каменной кладки, отделки зданий и других работ изготовляют достаточно подвижными.

•Подвижность растворной смеси определяют глубиной погру. жения в смесь металлического конуса массой 300 г с углом при вершине 30°.

•Удобоукладываемость — способность легко, с минимальной затратой энергии укладываться на основание тонким, равномерным по плотности слоем, прочно сцепляющимся с поверхностью основания. Растворная смесь, приготовленная на одном портландцементе, часто содержит мало цементного теста и получается жесткой, неудобоукладываемой. В таких случаях применяют добавки минеральных или органических поверхностно-активных пластификаторов из рассмотренных выше.

• Водоудерживающая способность характеризуется свойством раствора не расслаиваться при транспортировании и сохранять достаточную влажность в тонком слое на пористом основании. Растворная смесь, имеющая низкую водоудерживающую способность, при транспортировании расслаивается, а при укладке на пористое основание (керамический кирпич, бетон, дерево,) быстро отдает ему воду. Степень обезвоживания раствора может оказаться столь значительной, что воды будет недостаточно для твердения раствора и он не достигнет необходимой прочности. Повышают водоудерживающую способность минеральные и органические пластификаторы.

• Прочность затвердевшего раствора зависит от активности вяжущего вещества и величины цементно-водного отношения. Прочность (Па) растворов на портландцементе определяют по формуле проф. Н. А. Попова:

ЯР=0,25Я„(Ц/В-0,4),

где Ra — активность цемента, Па; Ц/В — цементно-водное отношение.

Приведенная формула верна для растворов, уложенных на плотное основание; при пористом основании, которое отсасывает из раствора воду и уплотняет этим раствор, прочность увеличивается примерно в 1,5 раза.

Прочность (Па) растворов зависит также от расхода цемента и качества песка:

ЯР~А/?ц(Ц-0,05)+4,

где k — коэффициент, для мелкого песка fe=l,4, для среднего k = 1,8 и для крупного fe = 2,2; Ц — расход цемента, т/м3 песка. Прочность смешанных растворов зависит также от вводимых в них тонкомолотых добавок. Каждый состав цементного раствора имеет свое оптимальное значение добавки, при которой смесь обладает наилучшей удобоукладываемостью и дает раствор наибольшей прочности.

• Прочность раствора характеризуется, как отмечалось, маркой. Марка раствора обозначается по пределу прочности при сжатии образцов размером 70,7X70,7X70,7 мм, изготовленных й3 рабочей растворной смеси на водоотсасывающем основании после 28-суточного твердения их при температуре 15...25°С. Средня относительная прочность цементных растворов (в том числе смешанных), твердеющих в условиях нормального влажностного режима при температуре 15...25°С в возрасте 3 суток, составляет О 25 от марочной 28-суточной прочности, в возрасте 7 суток — 0,5; 14 сут — 0,75; 60 сут — 1,2 и в 90 суточном возрасте — 1,3. Если твердение цементных и смешанных растворов происходит при температуре, отличной от 15°С, то относительную прочность этих растворов принимают по специальным таблицам.

При использовании растворов, изготовленных на шлакопортландцементе и пуццолановом портландцементе, следует учитывать замедление нарастания прочности при температуре твердения ниже 10°С. В целях экономии вяжущего для приготовления растворов на цементах высоких марок необходимо вводить минеральные тонкомолотые добавки.

Приготовление строительных растворов

• Строительные растворы приготовляют двух видов: в виде готовых растворных смесей необходимой подвижности и сухих растворных смесей, требующих перед употреблением смешивания с водой и в необходимых случаях введения специальных добавок.

Строительные растворы готовят в централизованном порядке на бетонорастворных заводах или растворосмесительных узлах. Приготовление растворов на механизированных приобъектных или передвижных установках производят лишь при малых объемах работ и отдаленном расположении централизованного производства раствора. Целесообразность изготовления и поставки сухих растворных смесей устанавливают с учетом условий перевозки и производства работ.

Составы растворов для получений заданной марки следует подбирать любым обоснованным способом, обеспечивающим получение заданной прочности раствора к определенному сроку твердения при наименьшем расходе цемента. При этом необходимо обеспечивать подвижность и водоудерживающую способность растворной смеси, соответствующие условиям применения раствора. Подобранный состав уточняется контрольными испытаниями.

Дозирование вяжущих материалов производят по массе. Сухие растворные смеси с известью- пушонкой, без цемента и активных минеральных добавок можно приготовлять на песке с естественной влажностью, а при введении цемента или активных минеральных добавок — только с просушенными песком или добавками.

Приготовление раствора производят в растворосмесителях периодического и непрерывного действия. Продолжительность перемешивания обычных растворов— 1,5...2,5 мин, легких растворов — 2,5...3,5 мин и растворов с гидравлическими и другими добавками — до 5 мин. В смесителях новейших конструкций продолжительность перемешивания растворов составляет всего 30...40 с. В настоящее время товарные растворы приготовляют централизованно на специальных установках, и на стройку они поступает в виде сухих смесей или готовых растворов определенной консистенции,1 марки и качества. Строительные растворы перевозят в специально оборудованных автоцистернах с автоматической разгрузкой или автосамосвалах; на строительных площадках растворы транспортируют растворонасосами. Для предохранения растворов от расслаивания автомобили оборудуют смесителями.

Для предотвращения преждевременного схватывания растворных смесей (при транспортировании и хранении) в них вводят добавки — замедлители схватывания.

Контроль качества при проверке исходных материалов заключается в проверке качества исходных материалов, их дозирования и времени перемешивания. Кроме того, определяют удобоукладываемость и прочность раствора в определенные сроки твердения.

Металлические материалы и изделия.

Тема Металлические материалы и изделия и Тема 5.2 Основные свойства металлов.

(Материал для 2- лекций сразу).

Из металлов в строительстве наиболее широко применяют стали и чугуны. Из стального проката возводят каркасы промышленных и гражданских зданий, мосты, изготовляют арматуру для железобетона, кровельную сталь, трубы, а также различные металлические изделия, заклепки, болты, гвозди.

Широкому использованию металла в строительстве способствует ряд ценных технических свойств: высокая прочность, пластичность, повышенная теплопроводность, электропроводность и свариваемость. Наряду с этим металлы обладают и недостатками; при действии различных газов и влаги сильно корродируют, а с повышением температуры деформируются.

Металлы, применяемые в строительстве, разделяются на две группы: черные и цветные.

• Черные металлы представляют собой сплав железа с углеродом. Кроме углерода черные металлы в небольшом количестве могут содержать кремний, марганец, фосфор, серу и другие химические элементы. Для придания черным металлам специфических свойств к ним добавляют некоторые так называемые легирующие вещества — медь, никель, хром и др. Черные металлы в зависимости от содержания углерода подразделяют на чугуны и стали.

Чугун представляет собой сплав железа и углерода 2...4,3%. В специальных чугунах — ферросплавах — количество углерода может достигать 5% и более. Присутствующие в чугуне кремний, марганец, фосфор и сера существенно влияют на его свойства: сера и фосфор повышают хрупкость чугуна, а специальная В присадка хрома, никеля, магния, алюминия и кремния придает! чугуну более высокие жаростойкость, износостойкость, повышен сопротивляемость коррозии. Чугуны с добавкой указанных веществ называются легированными. В зависимости от формы, в которой углерод находится в чугуне, различают чугуны серые (литейные) и белые (передельные). В серых чугунах углерод находится в свободном состоянии в виде графита, а в белом — в связанном состоянии в виде цемента. Пластинки графита, перерезающие металлическую структуру чугуна, понижают его прочность. Модифицированный серый чугун имеет более высокие механические свойства благодаря шаровидной и раздробленной форме графита.

Сталь содержит углерода до 2%. В отличие от чугуна — хрупкого металла — сталь пластична, упруга и обладает высокими технологическими свойствами (способностью обрабатываться). В зависимости от назначения различают стали конструкционные, содержащие 0,02...0,85% углерода, и инструментальные — 0,65...1,4%. Конструкционные стали, применяемые для строительных конструкций и арматуры железобетона, а также в машиностроении, обладают хорошей пластичностью, низкой хрупкостью. Повышение же углерода в инструментальных сталях придает им высокую твердость и хрупкость.

Механические и физические свойства сталей (жаростойкость, износостойкость, коррозионная стойкость) повышаются добавкой к ним никеля, хрома, вольфрама, молибдена, кобальта, меди, алюминия и др., называемых легирующими веществами, а стали — легированными. В зависимости от величины легирующих добавок различают стали низколегированные, содержащие до 2% легирующих веществ, среднелегированные — 2...10% и высоколегированные — более 10%. Строители широко применяют низколегированную сталь. Нержавеющая сталь является высоколегированной.

• Цветные металлы и сплавы подразделяются по плотности на легкие и тяжелые. К легким относятся сплавы на основе алюминия, магния, а к тяжелым — на основе меди, никеля. олова, свинца. За последние годы в технологии металлургии внедрены новые усовершенствования: освоен эффективный метод вакуумной обработки живой стали; получены новые виды высокопрочных сталей и чугунов; разработана эффективная технология получения алюминия из нефелинов; освоены новые виды облегченного проката, гнутого из лент и полос, диффузионный метод сварки металлов в вакууме, легирование с вакуумной обработкой, широко развивается порошковая металлургия.

• Строение металлов и их свойства. Металлы и металлические сплавы представляют собой кристаллические тела, состоящие из бесчисленного множества кристаллических образований, группирующихся в виде отдельных прочно связанных между собой зерен. Большинство их имеет кубическую объемно центрированную (хром, ванадий, молибден, вольфрам и некоторые другие) и кубическую гранецентрированную решетки (алюминий медь, никель, свинец, золото и серебро). Железо может быть в нескольких кристаллических формах с различным расположением атомов. Это явление называется аллотропией. Аллотропические превращения железа наблюдаются при изменении температуры. Железо из расплавленной массы кристаллизуется в форме решетки объемно центрированного куба 6-модификация железа; при охлаждении до температуры 1390°С она перекристаллизовывается в решетку гранецентрированного куба у модификация железа, а при 898°С снова образует решетку объемно центрированного куба и модификации. Аллотропия железа имеет большое значение в процессах горячей механической и термической обработки чугуна и стали. Главную роль при этом играют а и модификации железа. Регулируя закалкой, отжигом и другими способами содержание этих модификаций в сталях, придают им заданные механические свойства.

При затвердевании расплава металла вначале образуются мельчайшие кристаллы правильной формы, затем, по мере охлаждения, они увеличиваются в размерах и срастаются между собой в виде деформированных неправильной внешней формы кристаллов, называемых кристаллитами. Их хорошо видно под микроскопом.

Физические свойства металлов и сплавов характеризуются цветом, плотностью, температурой плавления, теплопроводностью, коэффициентом температурного расширения.

Плотность большинства металлов превышает 7000 кг/м3, а плотность легких металлов (алюминия, бериллия, магния) менее 3000 кг/м3. Чем меньше плотность металла, тем легче и эффективнее оказываются строительные конструкции из него. Вот почему конструкции из сплавов на основе алюминия все шире применяются в строительстве.

Температуру плавления металлов важно знать для выбора режима горячей обработки металлов и получения изделий литьем. Температура плавления металла изменяется при добавке к нему других веществ. Большинство сплавов, например на основе железа, имеют температуру плавления ниже, чем входное в их состав металлы. Однако некоторые сплавы цветных металлов, например никеля и алюминия, имеют более высокую температуру плавления, чем чистый никель и алюминий. Изменение температуры плавления металла от содержания в нем других веществ характеризуется диаграммой состояния.

Расширение металлов при нагревании характеризуется коэффициентом линейного и объемного расширения. Это свойство металла необходимо учитывать при проектировании металлических строительных конструкций, так как последние под действием изменяющейся температуры могут вызвать разрушение сооружения. Важно учитывать это свойство металла при сварке, так как в результате местного нагрева свариваемых деталей может произойти образование трещин. Способность металла удлиняться при нагревании эффективно используется при производстве предварительно напряженных железобетонных изделий способом электротермического натяжения арматуры.

Механические свойства металлов характеризуются их прочностью, твердостью, ударной вязкостью, усталостью и ползучестью.

Прочность — это способность металла или сплава сопротивляться действию внешних сил. В зависимости от характера этих сил различают прочность при растяжении, сжатии, изгибе, кручении. Характеризуются они соответствующим пределом прочности, т. е. условным напряжением, при котором испытуемый образец металла разрушается. Универсально испытание на растяжение, применяемое для всех металлов и сплавов. Специфическим, например, для серого чугуна, является испытание при сжатии и изгибе.

При испытании металлов при растяжении определяют предел текучести — напряжение, при котором растяжение образца происходит без увеличения растягивающей нагрузки. Этот показатель служит основным при расчете металлических конструкций.

На усталость, или выносливость, испытывают образцы из Стали и цветных тяжелых и легких сплавов, детали из которых работают в условиях повторно-переменных растягивающих, изгибающих, сжимающих, крутящих и других нагрузок.

На ползучесть, т. е. способность деформироваться под постоянной нагрузкой, испытывают металлы, непрерывно работающие под напряжением. В результате ползучести могут увеличиваться прогибы строительных конструкций, произойти потеря устойчивости. Особенно опасна ползучесть арматурной стали в предварительно напряженных железобетонных конструкциях. Как результат ее, могут произойти потеря предварительного напряжения арматуры, образование трещин в бетоне и разрушение конструкции.

Твердость металла определяет противодействие его при вдавливании в него твердого стального шарика (метод Бринелля), алмазного корпуса или алмазной пирамиды.

Вязкость различают статическую и ударную (динамическую Статическая вязкость характеризуется относительным удлине нием (в процентах длины образца при разрыве) к его первоначальной длине, а ударная вязкость — количеством работы потребной для разрушения образца ударной нагрузкой.

Технологические свойства характеризуют способность металла подвергаться обработке. К ним относятся: пластичность, позволяющая получать металлические изделия ковкой, прокаткой волочением; обрабатываемость резанием; свариваемость, характеризуемая способностью металла давать прочные соединения путем их местного нагрева до пластичного или

Дата добавления: 2014-11-16