Металлы, применяемые в строительстве. Их виды и свойства
Металлы, применяемые в строительстве, разделяются на две группы:черные и цветные.Черные металлы представляют собой сплав железа с углеродом. Кроме того, в них могут содержаться в большем или меньшем количестве и другие химические элементы (кремний, марганец, сера, фосфор). С целью придать черным металлам специфические свойства в их состав вводят улучшающие или легирующие добавки (никель, хром, медь и др.). Черные металлы в зависимости от содержания углерода подразделяют на чугуны и стали.Чугун – железоуглеродистый сплав с содержанием углерода 2-4,3%. В зависимости от назначения различают чугуны литейные, передельные и специальные. Литейные чугуны применяют для отливки различных строительных деталей. Передельные чугуны используют для произведства стали, а специальные чугуны – в качестве добавок при производстве стали и чугунного литья специального назначения. Наличие в чугуне марганца, кремния, фосфора, а также легирующих добавок – никеля, хрома, магния и др. – придает ему высокие механические свойства и обеспечивает высокие жаростойкость и коррозионную стойкость. Чугуны с добавками никеля, хрома, магния и других элементов называют легированными. Высокопрочные чугуны получают модифицированием жидкого чугуна присадками Si,Са и др.Сталь – ковкий железоуглеродистый сплав с содержанием углерода до 2%. В зависимости от способа получения стали разделяют на:мартеновские, конвертерные электростали. По химическому составу в зависимости от входящих в сплав химических элементов стали бывают углеродистые и легированные. К углеродистым сталям относят сплавы железа с углеродом и примесями марганца, кремния, серы и фосфора. Углеродистую сталь, полученную различными способами, по характеру застывания принято разделять на: спокойную, полуспокойную кипящую. Легированными называют стали, в состав которых входят легирующие добавки (никель, хром, вольфрам, молибден, медь, алюминий и др).Кроме того, по суммарному содержанию добавок стали разделяют на низколегированные (с содержанием легирующих добавок до 2,5 %), среднелегированные (с содержанием легирующих добавок от 2,5 до 10 %) и высоколегированные (с содержанием легирующих добавок более 10 %)По назначению стали могут быть:конструкционные (применяемые для изготовления различных строительных конструкций и деталей машин ),специальные (характеризующиеся высокой жаро- и износостойкостью, а также коррозионной стойкостью), инструментальные.По качеству стали обычно подразделяют на:обыкновенные (рядовые), качественные,высококачественные, особо высококачественные.Цветные металлы в чистом виде весьма редко используют в строительстве. Значительно чаще находят применение сплавы цветных металлов, которые по истинной плотности разделяют на легкие и тяжелые.Легкие сплавы получают на основе алюминия или магния. Наиболее распространенными легкими сплавами являются алюминиево-магниевые и сплавы дюралюминия. Их используют для несущих (фермы и др.) и ограждающих (оконные переплеты и др.) конструкций зданий и сооружений.Тяжелые сплавы получают на основе меди, олова, цинка, свинца. Среди тяжелых сплавов в строительстве применяют бронзу (сплав меди с оловом или сплав меди с алюминием, железом и марганцем) и латунью (сплав меди с цинком). Из этих сплавов изготовляют архитектурные детали и санитарно-техническую арматуру. Физические и химические свойства.Цвет. Металлы непрозрачны, т.е. не пропускают сквозь себя свет, и в этом отраженном свете каждый металл имеет свой особенный оттенок – цветУдельный вес. Вес одного кубического сантиметра вещества, выраженный в граммах, называется удельным весом.По величине удельного веса различают легкие металлы и тяжелые металлы. Удельный вес металлов в некоторой степени зависит от способа их производства и обработки.Плавкость. Способность при нагревании переходить из твердого состояния в жидкое является важнейшим свойством металлов. При нагревании все металлы переходят из твердого состояния в жидкое, а при охлаждении расплавленного металла – из жидкого состояния в твердого. Электропроводность заключается в переносе электричества свободными электронами. Электропроводность металлов в тысячи раз выше электропроводности неметаллических тел. При повышении температуры электропроводность металлов падет, и при понижении – возрастает Теплопроводность называется переход тепла в теле от более нагретого места к менее нагретому без видимого перемещения частиц этого тела. наибольшей теплопроводностью облает медь. Теплоёмкость называется количество тепла, необходимое для повышения температуры тела на 10.2. Механические свойства.Прочностью металла называют его способность сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь.Твердостью называется способность тела противостоять проникновению в него другого, более твердого тела.Упругостью металла называется его свойство востонавливать свою форму после прекращения действия внешних сил, вызывавших изменение формы(деформацию.)Вязкость называется способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) внешним силам. Вязкость – свойство, обратное хрупкости.Пластичностию называется свойство металла деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять новую форму после прекращения действия сил. Пластичность – свойство, обратное упругости.
Применение металлов в строительстве
Металлообрабатывающая промышленность выпускает широкий ассортимент металлических изделий. К ним относятся трубы медные, стальные, алюминиевые и из алюминиевых сплавов; мелкие стальные изделия в виде болтов, гаек, шайб, заклепок; прокатная угловая сталь (уголки, швеллеры, двутавры); прокат стальной тонколистовой, рулонный (толщиной от 0,5 до 1,2 мм) с защитно-декоративным полимерным покрытием для холодного изготовления строительных конструкций; стальные листовые профили из холоднокатанного проката оцинкованные с алюмоцинковым или алюмокремниевым покрытием для кровельного настила (Н), настила и стеновых ограждений (НС) и только стеновых ограждений (С); прокатная листовая кровельная сталь, в том числе оцинкованная; прокатная круглая сталь, используемая в качестве арматуры для железобетонных конструкций (рис. 3.5).
 |
Рис. 3.5. Сортамент прокатных сталей:
а – равнобокий уголок; б – неравнобокий уголок; в – швеллер; г – двутар;
д – подкрановый рельс; е – круглая; ж – квадратная; з – полосовая; и – шпунтовая свая;
к – листовая; л – рифленая; м – волнистая
Арматуройназывают стальные стержни различной формы, сетки и объемные каркасы из них (рис. 3.6). Арматуру применяют при изготовлении железобетонных изделий и конструкций с целью повышения их прочности на изгиб и растяжение. Арматурную сталь классифицируют по способу изготовления, профилю стержней и применению. Поспособу изготовления арматурная сталь бывает стержневой (А) и проволочной (В), в зависимости от характера ее поверхности – гладкой и периодического профиля. Поназначению арматурную сталь подразделяют на ненапрягаемую, применяемую для изготовления обычного железобетона, и напрягаемую, используемую при производстве преднапряженных железобетонных конструкций. Стержневую арматуруизготавливают из углеродистой и низколегированной стали, еевыпускают горячекатаной обычной, упрочненной вытяжкой в холодном состоянии, и термически упрочненной. В зависимости от предела текучести, временного сопротивления и относительного удлинения после разрыва стержневую арматуру подразделяют на классы. Каждому классу соответствует определенный цвет масляной краски, которой окрашивают концы стержней. Из стержней методом сварки получают арматурные каркасы плоские и пространственные. В качестве ненапрягаемой арматуры применяют стержневую арматуру диаметром до 10 мм и обыкновенную арматурную проволоку периодического профиля; в предварительно напряженных конструкциях – горячекатанную и термомеханически упрочненную стержневую арматуру, высокопрочную арматурную проволоку и арматурные канаты. Проволочную арматурудиаметром от 3 до 8 мм изготавливают способом холодного волочения и подразделяют на гладкую (В) и периодического профиля (Вр). Ее используют для получения арматурных канатов (К) и сварных арматурных сеток, которые могут быть рулонными и плоскими. Канаты испытывают на растяжение, проволоку – на растяжение и перегиб. Для изготовления монтажных петель, используемых при подъеме и перемещении крупноразмерных конструкций, применяют горячекатанную арматурную сталь, для закладных деталей и соединительных накладок – прокатную углеродистую сталь.
 |
Рис. 3.6. Виды арматурной стали:
а – гладкая стержневая; б – горячекатанная периодического профиля класса А-II;
в – то же класса А-III; г – холодносплющенная с четырех сторон;
д – то же с двух сторон; е – витая
Широкое применение нашли металлы при выполнении подвесных потолковв зданиях промышленного и общественного назначения. Для несущего каркаса используют гнутые реечные или прессованные профили, из алюминиевых сплавов или стали, защищенной антикоррозионным покрытием. Лицевые элементы, которые обеспечивают потолку декоративность и акустические свойства, представляют собой листовую сталь или листы из алюминиевых сплавов, которые могут быть плоскими, объемными, гладкими и гофрированными, с перфорацией и без нее.
С целью повышения износостойкости полов в производственных помещениях, где их поверхность подвергается механическим воздействиям транспорта, верхнее покрытие выполняют из металлоцементного состава, содержащего цемент, воду и дробленую стальную обезжиренную стружку. В помещениях, где полы выдерживают большие ударные нагрузки, для покрытияиспользуют гладкие и рифленые чугунные дырчатые и стальные штампованные плиты. Чугунные плиты с опорными выступами предназначены также для горячих цехов (кузнечных, сталеплавильных, литейных, прокатных), где их применяют в зонах нагрева пола до 1000 –1400 °С (остывание на полу раскаленных металлических болванок и деталей, попадание расплавленного металла в виде брызг).
Для наружной отделки фасадовзданий все чаще применяют двух- и трехслойные панели и блоки, лицевая отделка которых выполнена из стального листа, защищенного антикоррозионной краской, оцинкованной стали с пластиковым покрытием или листов профилированного алюминия. Применение этих крупноразмерных материалов не только улучшает внешний вид зданий, повышает их долговечность, но и обеспечивает надежную теплоизоляцию, так как внутренний слой представляет собой пористый полимерный материал.
Практикой строительства доказана эффективность использования для ограждающих конструкций(наружные стеновые панели, плиты покрытия) двух- и трехслойных панелей типа «сэндвич». В них внутренний и наружный слои выполнены из листов оцинкованной стали или алюминиевых сплавов, между которыми расположен плитный утеплитель.
Для выполнения кровлив жилых зданиях применяют тонколистовую кровельную, оцинкованную сталь и металлочерепицу, промышленных – профилированный стальной оцинкованный настил. Металлочерепица представляет собой гофрированные стальные листы, реже – алюминиевые толщиной около 0,5 мм с защитным и декоративным полимерными покрытиями (полиэстер, пластизоль и др.). В зависимости от геометрии профиля выпускают изделия различного цвета с торговыми названиями «Монтерей», «Каскад» и др. площадью 8 – 10 кв.м или в виде мелкоштучных изделий площадью около 0,5 кв.м.
Алюминиевую фольгу используют при изготовлении таких рулонных кровельных материалов, как фольгоизол, фольгобитеп, фольгорубероид, которые обладают повышенной прочностью и огнестойкостью. Для устройства монтируемой гидроизоляцииподземных конструкций используют листовую низколегированную нержавеющую сталь.
Рулонную алюминиевую фольгу в сочетании с плитным или рулонным высокопористым материалом применяют для теплоизоляциистроительных конструкций, трубопроводов технологического оборудования. Алюминиевую пудру используют в качестве пигмента для получения серебряной краски и как газообразующую добавку при производстве ячеистого бетона. Применение металлов в строительстве представлено в табл. 3.4.
Металлы в строительстве
Металлы, применяемые в строительстве, разделяют на две основные группы: черные и цветные.
К черным металламотносятся чугуны и стали, представляющие собой сплавы железа с углеродом, кремнием, марганцем, серой, фосфором и др. В основу классификации черных металлов положено процентное содержание в них углерода. Сплавы железа, содержащие 2. 4,3 % углерода, называются чугунами. В зависимости от назначения чугуны подразделяются на литейные, передельные и специальные. Для отливки различных строительных деталей применяют только литейные, или серые, чугуны. Передельные чугуны предназначаются для производства стали. Специальные чугуны применяют в качестве добавок при производстве стали и чугунном литье специального назначения.
Сплавы железа с содержанием углерода до 2 % называются сталями. В зависимости от процентного содержания углерода стали классифицируются на углеродистыеилегированные. Низкоуглеродистые стали применяют в конструкциях зданий и сооружений, углеродистые – в мостостроении и в машиностроении, высокоуглеродистые стали известны как стали инструментальные.
Для повышения коррозионной стойкости и увеличения механических характеристик обыкновенных углеродистых сталей в состав стали вводят добавки: никель, хром, марганец, медь, алюминий и др. Такие стали называют легированными. При содержании легирующих добавок до 2,5 % такие стали называются низколегированными.
Цветные металлыв строительстве в чистом виде применяются очень редко. Чаще употребляются сплавы цветных металлов, которые разделяются на легкие (на базе алюминия, магния или двух этих частей вместе) и тяжелые (на базе меди, олова, свинца и цинка). Однако высокая стоимость ограничивает их применение.
Легкие сплавы, применяемые в строительстве – это алюминиево-магниевые, алюминиево-марганцевые, алюминиево-кремнистые, сплавы типа дюралюмин. Из тяжелых сплавов в строительстве применяются: бронза (сплав меди с оловом или сплав меди с алюминием, железом и марганцем) и латунь (сплав меди с цинком) в качестве архитектурных деталей или санитарно-технической арматуры.
Изготовление стальных изделий осуществляют прокаткой, волочением, ковкой, штамповкой и прессованием. Номенклатура
некоторых стальных профилей приведена на рис. 1. На рис. 2 показаны виды арматуры для железобетонных конструкций.
По способу изготовления арматурную сталь выпускают горячекатаную, стержневую и холоднотянутую проволочную. Стержневая и проволочная арматура бывает гладкой и периодического профиля.
Рис 1. Сортамент прокатных сталей: а — равнобокий уголок; б — швеллер; в — двутавр; г — рельс; д — рифленая Рис. 2. Виды арматуры: а – гладкая стержневая; б – горячекатаная периодического профиля; в – холодносплющенная с четырех сторон; г – холодносплющенная с двух сторон; д – витая Под воздействием окружающей среды металл разрушается, поэтому осуществляют защиту металла от коррозии. Для этого металл покрывают лакокрасочными составами, неметаллическими и металлическими пленками и вводят в состав легирующих элементов медь и хром. Легированные стали.Низколегированные стали наиболее часто применяют в строительстве. Содержание углерода в них не должно превышать 0,2 %, так как с его возрастанием понижается пластичность и коррозионная стойкость, а также ухудшается свариваемость стали. Легирующие добавки влияют на свойства стали следующим образом: марганец увеличивает прочность, твердость и сопротивление стали износу; кремний и хром повышают прочность и жаростойкость, а медь – стойкость стали к атмосферной коррозии; никель способствует улучшению вязкости без снижения прочности. Низколегированные стали имеют более высокие механические свойства, чем малоуглеродистые. Стали, содержащие никель, хром и медь, высокопластичны, хорошо свариваются, их используют для сварных и клепаных конструкций промышленных и гражданских зданий, пролетных строений мостов, нефте-резервуаров, труб и т. д. Средне- и высоколегированные стали (нержавеющие, например хромоникелевую и хромоникелемарганцевую) используют в строительстве только в тех случаях, когда нужно обеспечить высокую коррозионную стойкость конструкций. Положительными качествами алюминиевых сплавов являются: сравнительно небольшая плотность, высокая коррозионная стойкость, примерно в 10–20 раз выше, чем у обычной стали. Однако алюминиевые сплавы в местах контактов со сталью, бетоном и даже между собой легко подвергаются электрохимической коррозии. Эти места защищают покраской или антикоррозионными прокладками. Алюминиевые сплавы пластичны, их легко обрабатывать прессованием. Хрупкость сплавов с понижением температуры ниже 0 о С уменьшается, чем они выгодно отличаются от стали. В отличие от сталей алюминиевые сплавы имеют в несколько раз выше стоимость, в 3 раза меньше модуль упругости, что приводит к пропорциональному увеличению прогибов алюминиевых конструкций при равных условиях, и в 2 раза больше коэффициент линейного расширения. В строительстве наибольшее распространение получили алюминиево-марганцевые, алюминиево-магниевые, дюралюминиевые сплавы. Профили из алюминиевых сплавов изготовляют прессованием и прокаткой. Сечение их аналогично прокатным профилям из стали: в виде листов, уголков, швеллеров, двутавров, труб, кругов и квадратов и самых сложных прессованных алюминиевых профилей. Холодной прокаткой алюминиевых листов получают профилированный лист, гнутые тонколистовые профили открытого и замкнутого сечений. Дата добавления: 2014-01-05 ; Просмотров: 6137 ; Нарушение авторских прав? Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |