Металлы в строительстве

Металлы, применяемые в строительстве, разделяют на две основные группы: черные и цветные.

К черным металлам относятся 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 углеродистые и легиро­ванные. 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 металлы в 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.

а в б г д

Рис 1. Сортамент прокатных сталей: а - равнобокий уголок; б - швеллер; в - двутавр; г - рельс; д - рифле­ная

а б в г д

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 ^оС 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.