Вопрос 41. Понятие о строении бетона. Причины его пористости, виды пористости. Влияние пористости на свойства бетона.

Строение бетона - количественное содержание отдельных структурных составляющих, а также характер их распределения в каждом данном объеме бетона. Строение бетона (структура) является результатом не только состава бетона и характеристик исходных материалов, но и технологической обработки исходных материалов бетонной смеси и последующего ухода за твердеющим бетоном. Поэтому можно изменять в широких пределах свойства бетонов, приготовляемых из одних и тех же материалов.

Причина возникновения внутренних пустых образований заключается в особенностях затвердевания раствора. При этом, самую главную роль в подобном процессе играет эффективность химической реакции между водой и цементом, входящими в состав:

П = [(В – с*Ц) / 100]*100, где

В – содержание воды, вычисляемой в килограммах на кубометр.

Ц – аналогичное значение, но для цементного раствора.

С – вода, которая химически связана и её количество строго определено. Как правило, оно составляет 0,15 от итоговой массы цемента, но только после 28 суток, когда реакции практически прекращаются.

Итоговое значение получается в процентах и характеризует ту долю воды, которая не вступила в химическую реакцию с цементом и образовала в структуре затвердевшего материала поры. Это является важной характеристикой процесса удобоукладываемости раствора.

Дополнительная пористость бетона может быть непредусмотренной. В таком случае она негативно влияет на характеристики изделия и способна нанести ему значительный вред. Причины возникновения являются стандартными: неправильная укладка, несоблюдение пропорций, отсутствие грамотного уплотнения и многое другое.

Повышение содержания пор приводит к увеличению теплоизоляционных свойств, но снижает прочность.

Открытые поры нарушают структуру бетона и уменьшают его водонепроницаемость, увеличивают водопоглощение, снижают морозостойкость и стойкость против действия химически агрессивных жидкостей. Закрытые поры, наоборот, улучшают эксплуатационные свойства бетона, повышая его долговечность, в частности морозостойкость.

Уменьшить открытую пористость можно путем снижения величины водоцементного отношения и количества воды затворения. Однако приходится считаться с тем, что вода в бетоне является не только химическим реагентом, но и гидросмазкой, обеспечивающей бетонной смеси требуемую подвижность или техническую вязкость.

Избежать некоторого избыточного содержания воды в бетоне против необходимого для полноты реакции цемента с водой невозможно. Следовательно, нельзя полностью освободиться и от капиллярных пор в затвердевшем бетоне. Вместе с тем имеется много средств и приемов для изменения структуры бетона и создания материала, в зависимости от его назначения, с заранее заданными свойствами. На свойства бетона влияют технологические факторы, принятые способы приготовления и формования бетонной смеси, режим твердения бетона. Изменяя исходные материалы, состав, технологические режимы, можно регулировать структуру бетона в нужном направлении.

Вопрос 63. Понятие о способах поверхностного упрочнения металлов: химико-термическое, поверхностная закалка и металлизация напыления.

Процесс тепловой обработки металлов и сплавов в целях придания им заданной структуры и свойств называется термической обработкой. Различают собственно термическую обработку, химико-термическую и термомеханическую. Химико-термическая обработка представляет собой насыщение поверхности металла элементами, повышающими твердость, износостойкость, коррозионную стойкость. Этот процесс требует повышенных температур и длительных выдержек. К наиболее распространенным методам химико-термической обработки стали относятся: цементация (насыщение углеродом), азотирование (насыщение азотом), цианирование (одновременное насыщение углеродом и азотом), диффузионная металлизация, или поверхностное легирование.

Цементация — поверхностное насыщение малоуглеродистой стали (С<0,3 %) углеродом с последующими закалкой и отпуском с целью получения детали с твердой поверхностью и вязкой сердцевиной. Цементацию можно проводить в твердой, жидкой или газообразной среде (карбюризаторе).

После цементации изделия подвергают закалке на мартенсит с последующим низким отпуском. При такой закалке сердцевина цементированных изделий будет мягкой и вязкой, а поверхностный слой — твердым и прочным (твердость по Бринеллю повышается до 660...650 единиц).

При газовой цементации над обрабатываемыми изделиями пропускают газы (природный и смеси метана, этила и иных газов, получаемых при пиролизе керосина и других жидких нефтепродуктов), которые при нагревании до высоких температур (900...950°С) выделяют атомарный углерод. Газовая цементация обеспечивает повышение производительности труда и более точное регулирование процесса цементации, но требует более сложного оборудования.

Азотирование — процесс поверхностного насыщения стали азотом путем выдержки стали, нагретой до 500...650°С, в атмосфере аммиака NH3. Аммиак диссоциирует по реакции

2NH8-»-2N + 3Ha

с выделением атомарного азота, который диффундирует в сталь и образует нитриды, обладающие высокой твердостью. Особенно хорошие результаты получаются при азотировании легированных сталей с небольшим содержанием легирующих элементов (Al, Ti, V, Mo, Сг), которые образуют с азотом высокодисперсные стойкие нитриды. Азотирование стали значительно повышает ее поверхностную твердость (в 1,5...2 раза по сравнению с цементацией), увеличивает износоустойчивость и предел усталости стали, повышает сопротивление коррозии.

Цианирование — одновременное насыщение поверхности стального изделия азотом и углеродом, производится для повышения твердости, износоустойчивости и усталостной прочности мелких и средних деталей.

Закалка состоит из нагрева стали до температур выше на 30—50°С линии GSK с последующим быстрым охлаждением. Основная цель закалки — повышение твердости и прочности стали.

Кроме обычной полной закалки стали, может производиться поверхностная. Наиболее распространена поверхностная закалка токами высокой частоты с помощью специальных генераторов, дающих переменный ток с частотой до 10 млн. герц. Нагрев изделия осуществляется индуктором, по которому проходят токи высокой частоты. Индуктор наводит (индуцирует) токи в изделии, помещенном внутри его. Изготовляют индуктор обычно из полых медных трубок, по которым циркулирует вода. Благодаря этому сам индуктор не нагревается. Форма индуктора должна повторять форму изделия, чтобы нагрев производился равномерно по всей поверхности изделия.

В процессе отпуска уже закаленная сталь нагревается до температуры ниже линии PSK, выдерживается при этой температуре и охлаждается на воздухе или в масле. Главная цель отпуска — снизить хрупкость закаленной стали.

Температура нагрева при отпуске колеблется от 75 до 650°С.

Выбор той или иной температуры зависит от назначения изготовляемой детали. При повышении температуры нагрева твердость и прочность закаленной стали снижаются, а вязкость увеличивается.

Металлизация — покрытие поверхности детали расплавленным металлом, распыленным сжатым воздухом. Преимуществом этого метода защиты металла является то, что покрывать расплавом можно уже собранные конструкции. Недостаток заключается в том, что получается шероховатая поверхность.

Металлические покрытия можно наносить также посредством диффузии металла покрытия в основной металл— алитирование, силицирование, хромирование (см. с. 316), а также способом плакирования, т.е. наложения на основной металл тонкого слоя защитного металла (биметалл) и закрепления его путем горячей прокатки (например, железо — медный сплав, дюралюминий — чистый алюминий).

Диффузионная металлизация — процесс поверхностного насыщения стали алюминием (алитирование), хромом (хромирование), кремнием (силицирование), бором (борирование) и другими элементами. Его осуществляют путем нагрева и выдержки стальных изделий в контакте с одним или несколькими из указанных элементов, которые могут находиться в твердом, жидком и газообразном состояниях. Такая обработка изделия придает поверхностным слоям стали жаростойкость, износоустойчивость, сопротивление коррозии и создает возможность замены легированных сталей.