1.Состав, структура и свойства материалов

Строительный материал характеризуется химическим, минеральным и фазовым составами.

В зависимости от химического состава все стройматериалы делят на: органические (древесные, битум, пластмассы и т. п.), минеральные (бетон, цемент, кирпич, природный камень и т. п.) и металлы (сталь, чугун, алюминий).

Зная минералы и их количество в материале, можно судить о свойствах материала. Например, способность неорганических вяжущих веществ твердеть и сохранять прочность в водной среде, обусловлена присутствием в них минералов силикатов, алюминатов, ферритов кальция, причем при большом их количестве ускоряется процесс твердения и повышается прочность цементного камня.

При характеристике фазового состава материала выделяют: твердые вещества, образующие стенки пор («каркас» материала), и поры, заполненные воздухом и водой. Фазовый состав материала и фазовые переходы воды в его порах оказывают влияние на все свойства и поведение материала при эксплуатации. Структура строительного материала характеризует внутреннее строение материала. Не редки случаи, когда материалы одинакового вещественного состава, но разной структуры обладают различными свойствами. Например, скальная порода - известняк и мел имеют одинаковый вещественный состав, но разные свойства вследствие различной структуры. Структура строительных материалов довольно сложна, поэтому для ее изучения используют разнообразные методы. По методам изучения различают макроструктуру - строение, видимое невооруженным глазом; микроструктуру - строение материала, видимое в микроскоп; ультрамикроструктуру - внутреннее строение вещества, составляющего материала, изучаемого методами электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа. Свойства стройматериалов в большей мере связаны с особенностями их строения и со свойствами тех веществ, из которых данный материал состоит. В свою очередь, строение материала зависит: для природных материалов — от их происхождения и условий образования, для искусственных— от технологии производства и обработки материала

2.Получение, состав и свойства чугуна и стали.

К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, содержание которого превышает 2,14%, Присутствует также кремний и некоторые количества марганца, серы и фосфора, а иногда и другие элементы, вводимые как легирующие добавки для придания чугуну определенных свойств. К числу таких легирующих элементов можно отнести никель, хром, магний и др. В зависимости от структуры чугуны подразделяют на белые и серые. В белых чугунах весь углерод связан в химическое соединение карбид железа Fe₃C - цементит. В серых чугунах значительная часть углерода находится в структурно-свободном состоянии в виде графита. Получение белого или серого чугуна зависит от его состава и скорости охлаждения.

В зависимости от структуры чугуны классифицируют на высокопрочные (с шаровидным графитом) и ковкие. По степени легирования чугуны подразделяют на простые, низколегированные (до 2,5% легирующих элементов), среднелегированные (2,5- 10% легирующих элементов) и высоколегированные (свыше 10% легирующих элементов). Шире всего используют простые и низколегированные серые литейные чугуны.

Получение чугуна в доменной печи заключается в восстановлении железа из оксидов железной руды, в качестве которой используют магнитный железняк (минерал магнетит — Fe304); красный железняк (гематит — Fe203); бурый железняк (минералы лимонит — 2Fe203- ЗН20 и гетит — Fe203- Н20) и др.

Чтобы отделить примеси, содержащиеся в руде и коксе (продукте переработки каменного угля), их нужно расплавить, однако температура плавления у них намного выше, чем у чугуна. Ее понижают, вводя флюсы (плавни), чаще всего — известняк.

Производство стали осуществляется тремя способами: конверторным (бессемеровским, томассовским), мартеновским и электроплавкой. По химическому составу сталь разделяется на углеродистую и легированную. По степени качества стали могут быть обыкновенного качества, качественные и высококачественные. Для получения качественных и легированных сталей вводят специальные легирующие добавки: хром, никель, марганец, ванадий и другие. По назначению стали делятся на строительные, конструкционные, инструментальные и стали с особыми физическими свойствами. В качестве строительных используют углеродистые стали обыкновенного качества и низколегированные.

Получение стали заключается в удалении из чугуна углерода путем его окисления (выгорания). Попутно выгорают и примеси: кремний, марганец, фосфор. Сера удаляется с трудом, поэтому для получения стали используется бессернистый чугун. В отличие от доменного процесса переработка чугуна в сталь происходит при более высокой температуре, так как сталь более тугоплавка, чем чугун. Повышение температуры достигается за счет теплоты, выделяющейся в основном при выгорании примесей. Горение углерода дает слишком мало теплоты и не может обеспечить повышение температуры. Теплота может дополнительно подводиться извне.

Для разрушения растворимой закиси железа FeO в расплав вводят раскислители — специальные сплавы марганца, кремния и алюминия с железом (ферросплавы). В конце плавки сталь кипит — из нее выделяются растворенные кислород, азот и водород. Кипящая сталь является наиболее хрупкой, пористой и химически неоднородной. Азот и водород удаляют дегазацией (вакуумированием) ванны.