Файл: БМ Конспект лекцій.docx

Чавуни добре стійкі проти корозії. Із ливарного чавуна виготовляють башмак під колони, тюбінги для тунелів, опорні частини залізобетонних ферм і балок, ванни, мийки, каналізаційні труби.

15.3.2. Виробництво сталі та її застосування у будівництві

Для одержання сталі використовують шихту, до складу якої входить передільний чавун, сталевий лом, а також шлакоутворюючі й легуючі речовини. Виробництво сталі – досить складний технологічний процес, що зводиться до видалення з чавуну частини вуглецю і домішок. Існує три способи одержання сталі: конвертерний, мартенівський і електроплавильний. У наш час використовують в основному киснево-конвертерний спосіб. Він полягає в продувці рідкого чавуну технічно чистим киснем у конвертері. Виплавлену сталь розливають на злитки, або переробляють у заготовки методом безперервного розливання. Сталеві злитки піддають обробці тиском з метою одержання різних сталевих виробів. Розрізняють наступні види обробки сталі тиском: прокатка, пресування, волочіння, ковка, штампування.

Сталь є одним з найважливіших конструкційних матеріалів. Високі фізико-технічні характеристики, технологічність і великі обсяги виробництва визначили її широке використання в будівництві.

Залежно від % вмісту вуглецю розрізняють сталі:

- низьковуглецеву (до 0,25%);

- середньовуглецеву (0,25-0,6%);

- високовуглецеву (більше 0,6 %).

З підвищенням вуглецю у сталі істотно зменшується пластичність, підвищується крихкість, у зв’язку з чим у будівництві переважно використовують низьковуглецеві сталі. Для підвищення технічних властивостей чавунів і сталей до них додають легуючі речовини: марганець, хром, нікель, молібден, алюміній, мідь.

Якщо вміст легуючих добавок у сталей складає до 2,5% – це низьколеговані сталі; 2,5-10% – средньолеговані; більше 10% – високолеговані. Введення легуючих добавок підвищує корозійну стійкість, ковкість, пружність сталі.

За призначенням вуглецеві сталі підрозділяються на конструкційні й інструментальні. Конструкційні сталі містять вуглець не більше 0,65%. Їх застосовують для виготовлення арматур залізобетонних конструкцій. У свою чергу, конструкційні сталі, які використовуються в будівництві, підрозділяють на сталі звичайної якості, якісні й спеціальні.

Сталь вуглецева звичайної якості підрозділяється на групи А,Б,В.

При поставці сталей групи А споживачу гарантують механічні властивості без уточнення хімічного складу. Виготовляють марки Ст 0, Ст 1 и т.д. до Ст 6. Чим більше номер сталі, тим більше в ній % вмісту вуглецю.

Сталі групи Б (БСт0,БСт1,БСт3 и т.д.) поставляють із гарантованим хімічним складом. Сталі групи В – з гарантованими хімічним складом і механічними властивостями.

Леговані сталі, на відміну від вуглецевих, містять ще й легуючі добавки, які підвищують якість сталі і надають їй певних властивостей. До легуючих добавок відносять : С - кремній, Х - хром, Г - марганець, Н - нікель, М - молібден, Д - мідь.

Легування сталі кремнієм підвищує її пружні властивості, нікель і хром – жаростійкість і корозійну стійкість, молібден – ряд механічних характеристик і т.д. При маркуванні легованих сталей перші дві цифри показують вміст вуглецю в сотих частках відсотків, наступні букви – умовне позначення легуючих елементів. Якщо кількість легуючого елемента становить 2% і більше, то після букви ставлять ще і цифру, яка вказує цю кількість. Приклад: 25 ХГС2С – це марка стали, яка вказує на вміст вуглецю 0,25%, близько 1% хрому, 2% марганцю й близько 1% кремнію.

Для зміни фізико-механічних характеристик сталі поряд з легуванням використовують також методи термічної обробки: загартування, нормалізацію, відпуск. При загартуванні сталі ( нагрівання до 800...1000⁰С і швидке охолодження) підвищується твердість і міцність, але знижується пластичність і ударна в’язкість. Повільне нагрівання сталі до 250...350⁰С , витримка при цій температурі з наступним охолодженням на повітрі (відпуск) знижує внутрішнє напруження, підвищує пластичність сталі, зберігаючи високу міцність. При нормалізації сталі (нагрівання з наступним охолодженням на повітрі) збільшується ударна в’язкість і пластичність. Велика кількість сталі використовується для виготовлення будівельних сталевих конструкцій – крупнорозмірних елементів будинків і споруд. Сталеві конструкції звичайно виконують із прокатних елементів різного профілю.

Сортова сталь (ДСТУ 2254-93,ДСТУ 2255-93,ДСТУ 3436-96,ДСТУ 2252-93) включає профілі масового попиту, швелери, двотаври й профілі спеціального призначення (рис. 5.1).

Рис. 5.1 – Прокатні вироби із сталі різного профілю: а —кутникова рівнобока;

б — кутникова нерівнобока; в — швелер; г — двотавр;

д — підкранова рейка; е — кругла; ж — квадратна;

з —штабова; и — шпунтова паля; к — листова;

л — рифлена; м — хвиляста.

Основним видом спеціального прокату для будівництва є арматурна сталь (ДСТУ 3760-98) у вигляді стрижнів гладкого й періодичного профілів, дроту та канатів (рис. 5.1).

Рис. 5.2 – Види арматурної сталі:

а — гладка стрижнева;б — гарячекатана періодичного профілю, класу Л-П;

в — те ж класу А-Ш;г — холоднокатана з чотирьох сторін;

д — те ж з двох сторін;е — кручена.

Металочерепиця – це богатошаровий виріб, який використовується для влаштування покрівель як пластичний ахітектурно-виразний матеріал. Її виготовляють з гарячеоцинкованої холоднокатаної листової сталі (прокату) товщиною 0,5 мм, покритої після пасивації та грунтування шаром кольорового полімерного покриття (поліестр, пурал, пластизол). Довжина панелі може бути від 500 до 8000 мм, а крок 275...450мм. Метало- черепиця відрізняється високими експлуатаційними характеристиками, у тому числі високою корозійною стійкістю, довговічністю та здатністю до пластичного деформування.

15.4. Кольорові метали і сплави

Вартість кольорових металів і їхніх сплавів у порівнянні з чорними значно вище, тому в будівництві вироби з кольорових металів застосовують рідше.

Алюміній і сплави на його основі

У чистому вигляді алюміній м’який, пластичний, добре відливається, прокочується, плавиться при температурі 657⁰С, має півищену стійкість до корозії, високу тепло- і електропровідність. Щільність алюмінію – 2700 кг/м³, міцність на розтягнення – 90...120 МПа. У чистому вигляді застосовується для виливки деталей, виготовлення порошкових фарб, як газоутворювач у виробництві ніздрюватих бетонів. Високоефективний утеплювач на основі алюмінієвої фольги, здатний відбивати теплові промені. У будівництві в основному застосовують сплави алюмінію з міддю, марганцем, магнієм, кремнієм, залізом, які від чистого алюмінію відрізняються більш високою технологічністю, підвищеною міцністю і твердістю. Сплави, що складаються з алюмінію, міді, марганцю й магнію називають дюралюмінієм. Міцність на розтягнення таких сплавів становить 20...500 МПа. Конструкції і вироби з дюралюмінію добре себе зарекомендували при влаштуванні віконних коробок і плетінь, дверей і дверних коробок, зовнішнього облицювання будинків і виготовлення легких тришарових панелей з пінопластовим утеплювачем.

Сплав алюмінію з кремнієм (до 23%) називається силуміном. Міцність на розтягнення становить 200 МПа. Ці сплави мають високі ливарні якості, малу усадку і пористість, вони тверді й міцні.

Основне достоїнство алюмінієвих сплавів – мала вага при досить високій міцності в сполученні з корозійною стійкістю.

Мідь і сплави на її основі

Чиста мідь – м’який, пластичний метал із щільністю 8960 кг/м³, володіє високої теплопровідністю, незначною міцністю на розтягнення 180...240МПа, температура плавлення – 1080⁰С. Мідь використовується у вигляді сплавів : латуні й бронзи.

Латунь – сплави міді з цинком(10...40%). Добре піддається прокату, штампуванню і витягувань. У порівнянні з чистою міддю має більш високу твердість і міцність на розтягання 250...600 МПа. У будівництві застосовується в основному для декоративних цілей(поручні, накладки і т.д.) і для санітарно - технічних пристроїв.

Бронза – сплав міді з оловом(до 10%), алюмінієм, свинцем. Міцність бронзи така, як і в міді, але значно вища твердість. Володіє гарними ливарними властивостями. Призначення в будівництві як латуні.

Контрольні запитання

1. Що таке метали?

2. Розкажіть про сплави.

3. Які метали відносяться до чорних?

4. Які метали відносяться до кольорових?

5. Розкажіть про будову і властивості залізовуглецевих сплавів.

6. Які основи виробництва чавуну?

7. Які основи виробництва сталі?

8. Які вам відомі вироби із сталі?

9. Що означає марка легованої сталі?

10. Які легуючі елементі покращують властивості сталі ?

Тема 5. НЕОРГАНІЧНІ В'ЯЖУЧІ РЕЧОВИНИ

5.1. Загальні відомості

Неорганічними в'яжучими речовинами називають порошкоподібні матеріали, які при змішуванні з водою утворюють пластично-грузле тісто, здатне згодом мимовільно твердіти у результаті фізико-хімічних процесів.

Властивість в'яжучих матеріалів скріплювати між собою зерна піску, гравію, щебеню в процесі переходу з пластичного стану в твердий, використовується для виготовлення бетонів, будівельних розчинів, силікатної цегли, азбестоцементу і т.д.

Неорганічні в'яжучі застосовувалися ще в стародавності. Так, при будівництві морських споруд у 1 в. н.е. в Древньому Римі було помічено, що коли вапно змішати з тонкомолотою обпаленою глиною, то отриманий на їхній основі виріб не тільки здобуває водостійкість, але і підвищує свою міцність, знаходячись у воді. Таке вапно з глиняною добавкою назвали гідравлічним. Російські будівельники назвали таке в'яжуче «цементом» і використовували його при будівництві Десятинної церкви і Софійського собору в Києві, стін Московського Кремля.

У 1825 р., в наукових працях російського військового техніка Е. Челієва з'явилося повідомлення з описом технології одержання цементу шляхом випалу до спікання суміші вапняку і глини. Одночасний винахід цементу був запатентований англійцем Аспідом, який порівнюючи затверділий стан цементного каменю з гірською породою, що добувалася біля м. Портленда, назвав свій винахід «портландцементом».

Неорганічні в'яжучі залежно від умов твердіння і експлуатації прийнято класифікувати на повітряні, гідравлічні й в'яжучі автоклавного твердіння.

Повітряні в'яжучі можуть тверднути і набирати міцність тільки на повітрі. До цієї групи відносяться гіпсові, магнезіальні, вапняні в'яжучі, рідке скло.

Гідравлічні в'яжучі тверднуть та зберігають міцність не тільки на повітрі, але й у воді. За хімічним складом гідравлічні в'яжучі являють собою складну оксидну систему – СаО - SiО₂ - Аl₂О₃ - Fе₂О₃. До гідравлічних в'яжучих відносять: портландцемент і його різновиди, глиноземистий цемент і його різновиди, гідравлічне вапно і романцемент.

В'яжучі речовини автоклавного твердіння здатні тверднути й утворювати міцній камінь в автоклавах в умовах підвищених температур, тиску і вологості. До таких в'яжучих речовин належать вапняно- кремнеземисті, вапняно-шлакові й вапняно-зольні.

5.2. Повітряні в'яжучі речовини

5.2.1. Гіпсові в'яжучі речовини

Гіпсові в'яжучі речовини (ДСТУ Б В. 2.7-82-99) – складаються головним чином з напівводяного гіпсу чи ангідриду.

С

55

В основу класифікації гіпсових в'яжучих покладена температура теплової обробки.

Низьковипалювальні гіпсові в'яжучі виготовляють тепловою обробкою природного гіпсу при температурі 110-180^оС. При зазначеному температурному режимі відбувається дегідратація сировини з одержанням напівгідрату СаSО₄ · 0,5 Н₂О:

СаSО₄ · 2Н₂О СаSО₄ · 0,5Н₂О + 1,5Н₂О.

До низьковипалювальних гіпсових в'яжучих відносять будівельний, високоміцний і формувальний гіпс.

Будівельний гіпс складається в основному з кристалів -модифікації

СаSО₄·0,5Н₂О, містить частки сировини, що не розклалася, і незначну кількість CaSО₄. Його одержують у варочних чи казанових печах. Міцність при стиску складає 10-12 МПа.

Високоміцний гіпс одержують термічною обробкою високосортного гіпсового каменю в герметичних апаратах під тиском пари. Зазначена технологія дозволяє одержати більш активну α-модифікацію напівводяного сульфату кальцію СаSО₄ · 0,5Н₂О, тому міцність високоміцного гіпсу при стиску 15-25 МПа.

Формувальний гіпс застосовується для виготовлення форм у керамічній і фарфоро-фаянсової промисловості, містить незначну кількість домішок, в основному складається з модифікації напівгідрату.

Високовипалювальні гіпсові в'яжучі (естрих-гіпс) одержують шляхом випалу гіпсового каменю при високих температурах 600-900^оС.

При вказаній температурній обробці сировини відбувається повна дегідратація з утворенням ангідриту СаSО₄:

СаSО₄ · 2Н₂О СаSО₄ + 2Н₂О.

Високовипалювальний гіпс, на відміну від будівельного, повільно схоплюється і твердіє, але його водостійкість і міцність при стиску вище (10-20 МПа).

Технічні характеристики гіпсових в'яжучих оцінюються визначенням тонкості помелу, водопотреби, строків тужавлення, міцності при згині й стиску, водостійкості.

Істинна щільність гіпсових в'яжучих – 2,6...2,75 г/см³;

Насипна щільність – 800...1100 кг/м³;

Водопотреба визначається кількістю води, потрібної для приготування тіста стандартної консистенції (діаметр розпливу 180±5 мм).

Для отримання тіста нормальної густоти з -модифікації СаSО₄·0,5Н₂О потрібно 50...70% води, а з α-модифікаціі СаSО₄·0,5Н₂О - 30...40%.

Строки тужавлення. За строками тужавлення гіпсові в'яжучі поділяють на три групи: А – швидкотверднучі (з початком тужавлення не раніше 2 хв. і кінцем не пізніше -15 хв.), Б – нормальнотверднучі (з початком тужавлення не раніше 6 хв. і кінцем – не пізніше 30 хв.), В – повільнотверднучі (початок тужавлення не раніше 20 хв.).

Міцнісні показники гіпсових визначають випробуванням зразків балочок розмірами 40x40x160 мм з гіпсового тіста стандартної консистенції через 2 години після виготовлення.

Для гіпсових в'яжучих встановлено 12 марок за міцністю при стиску (МПа): Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25, де цифра означає нормовану межу міцності при стиску.

Маркування гіпсу здійснюється з урахуванням його міцності, строків тужавлення та тонкості помелу, наприклад гіпсова в'яжуча речовина з позначкою Г-5-А-ІІ ДСТУ Б В 2.7-82-99 відповідає марці Г-5, є швидкотверднучою і характеризується середньою тонкістю помелу.