Виды и сортамент черных и цветных металлов, применяемых в строительстве
Из ЧУГУНОВ в современном строительстве применяют серый литейный чугун, имеющий более высокое, чем у стали, отношение предела текучести к пределу прочности при растяжении. Согласно маркировке (обозначению марок) марка литейного чугуна обозначают буквами (СЧ - серый чугун, ВЧ - высокопрочный чугун, КЧ - ковкий чугун и др.) и цифрами (для серых чугунов приводят в кгс/мм2 показатели предела прочности при растяжении, для высокопрочного и ковкого — предел прочности при растяжении удлинении в %): например, СЧ21-40 ти ВЧ60-2 и т.д.
Ряд чугунов, лишь немного уступающих углеродистой стали по прочности, могут с успехом заменять ее в элементах конструкций, подверженных действию коррозирующей среды и высоких температур. Серый чугун идет также на отливку опорных частей колонн, труб, радиаторов, санитарно-технических изделий, решеток и пр. Чугун, как и прежде, остается прекрасным материалом для литья архитектурно-художественных деталей кронштейнов, фонарей, деталей оград, малых форм и т.д.) и скульптуры.
Применяемые в строительстве СТАЛИ различают по качеству, способу обработки и назначению. По качеству стали подразделяют на обыкновенные (рядовые), качественные, высококачественные и особовысококачественные. Эти виды отличаются количеством вредных примесей (серы, снижающей механическую прочность и являющейся причиной красноломкости-хрупкости в горячем состоянии, и фосфора, усиливающего хладноломкость-хрупкость при пониженных температурах) и неметаллических включений. Основное применение в строительстве находит углеродистая сталь обыкновенного качества, маркируемая по принятой системе буквами Ст и номером (например, СтЗ, Ст5 и т. д.). Качественные углеродистые стали маркируют двухзначными числами, обозначающими содержание углерода в сотых долях процента (08, 25 и т.д.).
В строительстве применяют также легированные стали, буквенные обозначения марок которых указывают на входящие в их состав элементы (например, хром - X, алюминий - Ю, бор - Р, ванадий - Ф, вольфрам - В, кобальт - К, марганец - Г, медь - Д, молибден - М, никель - Н, ниобий - Б, кремний - С и др.), а цифровые - на их среднее содержание в сотых долях процента; первая цифра обозначает содержание углерода (например, 35ХГ2С - высококачественная сталь, содержащая 0,35% углерода, 1% хрома, 2% марганца, 1% кремния).
Основные способы обработки строительных сталей - горячая прокатка, холодная вытяжка, штамповка, гибка, протяжка, а также комбинированная обработка и др. Виды прокатных сталей весьма разнообразны; это профили различного сечения: - квадратные, круглые, полосовые, фигурные, а также листовые и трубчатые. Основная часть проката изготавливается из низкоуглеродистой стали. Перечень прокатных изделий с указанием размеров называют сортаментом проката, который стандартизуется. Весь сортамент проката делят на три группы: сортовой прокат - конечную продукцию горячей прокатки металла сплошного поперечного сечения (иногда переменного по длине), листовой прокат и трубы.
Сортамент проката строительного назначения постоянно расширяется и совершенствуется благодаря внедрению облегченных, тонкостенных, фасонных и других экономичных профилей. Листовую сталь выпускают толщиной до 60 мм, тонколистовую кровельную и оцинкованную сталь выпускают толщиной 0,4-0,8 мм. Листовая сталь может изготавливаться плоской, волнистой и с рифленой поверхностью. Освоено производство сложных профильных изделий из стали способами непрерывного литья и непрерывного прессования; их сортамент составляет около 1000 наименований. Основным направлением в производстве стального проката является увеличение доли эффективных (трубчатых, широкополочных двутавровых и др.) профилей и использование термически упрочненной углеродистой и низколегированной сталей повышенной и высокой прочностей, обеспечивающих значительную экономию металла по сравнению с применением профилей из стали марки СтЗ.
Новый эффективный вид проката, внедрение которого связано со значительным снижением массы металлоконструкций, повышением их прочности и надежности - гнутые профили, изготавливаемые из углеродистых и легированных сталей на специальных профилегибочных агрегатах, а также штамповкой, гибкой на прессах и протяжкой. Сортамент прогрессивных облегченных гнутых профилей проката включает огромное разнообразие замкнутых, листовых гофрированных, перфорированных и других профильных изделий. Внедрение 1 т гнутых профилей проката взамен обычных прокатных дает экономию около 220 кг металла и значительное сокращение трудозатрат в сфере производства и строительства.
Стальная арматура для железобетонных изделий подразделяется на стержневую и проволочную. Арматуру располагают в массе бетона, в тех местах конструкционных элементов, которые подвергаются растягивающим усилиям; поэтому арматурная сталь должна отличаться высокими показателями предела текучести и предела прочности при растяжении. Наиболее рационально использование
для перемещения и соединения (путем сварки) между собой отдельных элементов конструкций (монтажных петель, пластин, анкеров и др.). Рациональным проектированием за счет арматуры закладных деталей может быть достигнута значительная экономия металла.
Из АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ изготавливают разнообразный ассортимент листовых и профильных изделий строительного назначения. Применяемые для этой цели сплавы отличаются небольшой плотностью (2,7-2,9 т/м3), высокой коррозионной стойкостью и прочностью, приближающейся к основным маркам строительных сталей. В 60-е годы был разработан и внедрен эффективный способ прокат листов из алюминиевых сплавов, включающийся в совмещении процес непрерывного литья жидкого мета с прокаткой ленты шириной до 1,6 м. Широкое применение находят плоские и профилированные листы для трехслойных ограждающих конструкций (навесные легкие стеновые панели и др.), для наружной облицовки, пане лей покрытий пролетом до 301 с предварительно-напряженными обшивками из алюминиевых листов, подвесных декоративных и акустических потолков, ограждений балконов и поясов жесткости и т.д. Поверхность листов може иметь защитно-декоративные покрытия (анодированием, полимерной пленкой и др.). Наибольшее применение получили прессованные профили из алюминиевых сплавов, изготовляемые способом непрерывного выдавливания (экструдирования). Сортамент таких профилей составляет около 15 тыс. наименований. В зависимости от качества сплава, формы и размеров поперечного сечения прессованные профили применяют для несущих и ограждающих конструкций, окон, витрин, витражей, крепления листовых облицовочных материалов, конструкций подвесных потолков, плинтусов, раскладок и т.п. Для конструкционных профилей используют многокомпонентные сплавы, авиали, магнали и дюралюмины с пределом текучести не менее 160 МПа и пределом прочности 200 МПа и более. Для отделочных работ используют тонкие стенные облегченные профили, в то числе анодированные и с цветными полимерными, лакокрасочными и эмалевыми покрытиями.
Значительное число алюминиевых сплавов идет на изготовление метизов (заклепок, болтов, фурнитуры и пр. Области применения алюминиевых сплавов в архитектурно-строительной практике постоянно расширяются благодаря внедрению новых составе новых способов переработки в изделия и их отделки. Из листов алюминиевых сплавов, меди и латуни способами штамповки и чеканки изготавливают рельефные облицовочные панели, декоративно-художественные изделия.
4. Способы защиты металлов от коррозии и огня
Коррозия металлов - это процесс их разрушения в результате химического или электрохимического взаимодействия с внешней (коррозионной) средой. Химическая коррозия происходит в результате окислительного и восстановительного процессов, протекающих одновременно; она возможна в любой среде, но главным образом наблюдается в воздухе при высокой температуре, при действии растворов масел, нефти, бензина, сухих газов и пр. Наиболее распространенная электрохимическая коррозия происходит при взаимодействии металлов с жидкими электролитами, водой, водными растворами солей, кислот и щелочей. Коррозия может произойти и при контакте двух разнородных металлов (например, железо-медь и др.), а также из-за химической неоднородности материала. Коррозию железа и его сплавов называют также ржавлением.
В результате коррозии ежегодные потери металла в среднем составляют около 10-12% его годового производства, или 1-1,5°о всего эксплуатируемого металла. Значительная часть этих потерь приходится на строительные металлоконструкции.
По характеру коррозионного разрушения различают сплошную (равномерную и неравномерную) и местную с локальными поражениями поверхности. Наиболее опасные виды местной коррозии - межкристаллитная, которая продвигается вглубь, не разрушая зерен металла, и траскристаллитная, рассекающая металл трещиной через его зерна. Такие поражения металлов, почти не оставляя видимых следов на его поверхности, могут приводить к полному разрушению элементов металлоконструкций.
Не менее опасны виды коррозии (например, нитевидная), развивающиеся под неметаллическими защитно-декоративными покрытиями; ножевая коррозия «разрезает» металл вдоль сварного шва при эксплуатации в агрессивных растворах; подповерхностная коррозия, распространяющаяся под тонким слоем металла, приводит к вздутиям или шелушению.
Причина коррозии металлов - термодинамическая неустойчивость системы «металл-компоненты коррозионной среды», а мера оценки коррозионной стойкости металлов - скорость коррозионного процесса. Однако в результате начавшегося процесса коррозии на поверхности металла в ряде случаев образуется плотный непроницаемый слой (пленка), прекращающий либо сильно тормозящий дальнейший процесс разрушения.
Современные методы борьбы с коррозией предусматривают комплекс мероприятий направленных на защиту металлов.
Переход поверхности металла в пассивное, с замедленным взаимодействием с коррозионной средой состояние называют пассивированием (от лат. passivus-недеятельный).
Методы антикоррозионной защиты металлов подразделяют по механизму их действия и две группы: электрохимические (влияющие на потенциал металла или его критические значения) и механические (изолирующие металл воздействия коррозионной среды защитными пленками и покрытиями). Эффективными методами являются: легирование металлов; их термообработка, устраняющая структурную неоднородность; нейтрализация и понижение коррозионной активности (ингибирование) окружающей среды; нанесение защитных покрытий - металлических (металлизация, гальванические и диффузионные покрытия, плакирование) и г металлических (органические, лакокрасочные, эмалевые, фосфатные, полимерные пленочные и др.).
Поскольку алюминиевые сплавы обладают достаточно высокой коррозионной стойкостью в кислой среде, то наносимые на поверхность материалов, изделий и готовых алюминиевых конструкций покрытия являются декоративно-защитными. Основной вид таких покрытий - электрохимическое оксидирование (анодирование), заключающееся в нанесении искусственной защитной окисной пленки, имеющей красивый внешний вид. К другим покрытиям относятся окраска синтетическими эмалями, лакирование анодированных изделий, эмалирование листовых материалов легкоплавкими цветными стеклоэмалями и др.
Особую проблему представляет защита алюминиевых конструкций от контактной электрохимической коррозии, возникающей при соприкосновении их во влажной среде со сталью, медью и многими другими металлами, а также со свежими строительными растворами и бетонами. Для предотвращения такой коррозии стальные детали и конструкции, контактирующие с алюминиевыми, необходимо оцинковывать и окрашивать, а в местах прямого соприкосновения прокладывать ленточные или мастичные (битуминизированные, тиоколовые и др.) изолирующие прокладки. Стальные крепежные детали должны быть нержавеющими либо оцинкованными. Изолирующие прокладки следует применять также в местах контакта с бетонными поверхностями, которые предварительно надо окрасить.
Комплексные конструктивно-технологические мероприятия (в процессе проектирования объектов и при применении и эксплуатации всех видов металлоконструкций) следует применять с целью защиты от огня и повышения предела огнестойкости металлических конструкций, характеризующегося продолжительностью (в часах) сопротивления воздействию огня до потери прочности. Незащищенные стальные конструкции стойки до температуры 600°С. Для защиты металлоконструкций наиболее перспективны асбестоперлитовые, асбестовермикулитовые покрытия. Новый вид огнезащиты - фосфатное покрытие, наносимое толщиной 20-30 мм, представляющее собой стойкую при температуре до 1000°С монолитную легкую массу (плотностью около 200-300 кг/м3), отверждаемую на воздухе в течение 2-3 сут. Традиционные способы повышения предела огнестойкости металлоконструкций - применение облицовок и штукатурок из несгораемых огнезащитных материалов (кирпича, пустотелой керамики, гипсовых плит, растворов и др.).
Широкое применение так называемых вспучивающихся покрытий или красок на основе полимерных связующих, которые при воздействии огня образуют закоксовавшийся вспененный расплав, препятствующий нагреву металла. Такие многокомпонентные системы наносят малярным способом. Кроме защиты они выполняют функции отделки.
Для повышения предела огнестойкости металлических, в том числе алюминиевых конструкций применяют также наносимые способом пневмонапыления асбестоцементные, асбеста.
Качество сталей регулируют легированием, вакуумированием при разливке и другими способами. Мартеновскую сталь применяют для изготовления элементов несущих конструкций и высокопрочной арматуры. В электрических печах (дуговых, индукционных, электронно-лучевых) выплавляют, в основном, высоколегированные и специальные стали. Процесс выплавки электроплавильным способом схож с мартеновским. В электрических печах емкостью до 400 т перерабатывают твердую шихту, стальной лом, а также жидкие стали из мартеновских печей или конвертеров.
1 Значения в таблице относятся к основе цемента, исключая сульфат кальция и технологические добавки.
2 Содержание добавок осадочного происхождения не должно превышать 10% от массы цемента.
3 Содержание глинистых не должно превышать 1,2% по массе.
4 Дополнительными компонентами могут быть активные минеральные добавки, если они не входят в состав цемента в качестве основных компонентов, добавки-наполнители и добавки, ускоряющие твердение или повышающие прочность цемента.
5 Цемент должен содержать, помимо клинкера, не менее двух основных компонентов.
6
6 Содержание дополнительных компонентов не должно превышать 5% от массы цемента.
7 Содержание известняка, а также суммарное содержание пуццоланы и золы-уноса ограничивается 20%.
5