Лекции / Лекция 7

К фасонному относят прокат, у которых касательная хотя бы в одной точке контура поперечного сечения данное сечение пересекает. Поперечное сечение таких изделий напоминает латинские буквы L (уголок), U (швеллер) и H (двутавр):

уголки равнополочные размером от 20х20 до 250х250 мм и неравнополочные размером от 30х20 до 200х125 мм (ГОСТ 8509 и 8510);

швеллеры высотой от 50 до 400 мм и шириной полок от 32 до 115 мм

(ГОСТ 8240);

двутавры с уклоном внутренних граней и полок высотой от 100 до 600 мм и шириной полки от 55 до 190 мм (ГОСТ 8239) и с параллельными гранями полок высотой от 100 до 1000 мм и шириной полок от 55 до 400 мм (ГОСТ 26020);

профили специального назначения – профилированные листы (профнастил, гофролист) представляют собой стальные холодногнутые листовые профили в форме волны, прямоугольника или трапеции. Изготавливаются в стеновом и кровельном исполнении (ГОСТ 24045).

П р и м е ч а н и е ‒ Считается, что двутавровые балки в тридцать раз жестче и в семь раз прочнее балок квадратного профиля аналогичной площади сечения и превосходят прочность швеллера. Однако устойчивость двутавра к скручиванию очень мала – примерно в 400 раз меньше, чем у круглой трубы такого же сечения.

Выпускаются также:

кованые прутки квадратные и круглые (ГОСТ 1133), калиброванную холоднотянутую и холоднокатанную сталь круглого сечения (ГОСТ 7417), кованые полосы

(ГОСТ 4405);

профили гнутые различных поперечных сечений, изготовляемые на профилегибочных станах из холоднокатаного или горячекатаного проката, имеющие поперечное сечение одинаковое по всей длине (ГОСТ 14350).

Для стальных строительных конструкций используют листовую и сортовую сталь. Кроме того, применяют вторичные профили: сварные, получаемые сваркой полос или листов, и гнутые, образованные холодной гибкой полос и листов.

Из цветного металлопроката самыми востребованными в строительстве являются изделия на основе алюминия, меди и титана (ГОСТ 1535, 1628, 21488). Например, алюминиевые сплавы широко применяются для производства листов (ГОСТ 21631), плит (ГОСТ 17232), лент (ГОСТ 13726), различных профильных полуфабрикатов (ГОСТ 8617 и 24767), труб (ГОСТ 18475 и 18482), проволоки, для изготовления кровельных настилов, стеновых панелей, оконных и фонарных переплетов и других изде-

лий (ГОСТ 4784 и 22233, ГОСТ Р 57352/EN 1090-3, СТБ EN 485, 573, 755, 12020).

Профильные полуфабрикаты включают прессованные и холодногнутые профили, листы и ленты (в рулонах), профилированные листы (гофрированные), тисненые листы. Профили могут быть сплошного и переменного сечений, пустотелые (полые) и в виде панелей (рис. 7.14). Применяют их в ограждающих и несущих конструкциях (бал-

41

ки, арки, фермы, рамы), для окон и дверей, солнцезащитных устройств, при ремонте и модернизации зданий.

Рис. 7.14. Алюминиевый профиль

Медные сплавы применяют для производства водопроводных труб, фитингов, дверной и оконной фурнитуры, кровельных материалов, декоративных деталей интерьера и фасадов (рис. 7.15).

Рис. 7.15. Разновидности изделий строительного назначения из меди и медных сплавов

9. Коррозия металлов и способы защиты

Общие сведения. Коррозия (от лат. corrosio – разъедание) – это физикохимический процесс самопроизвольного разрушения металлов и сплавов под влиянием внешней среды. Сущность коррозии заключается в том, что металлы чаще всего встре-

42

чаются в природе в виде устойчивых соединений с кислородом, серой. При получении чистого металла эти соединения искусственным путем разрушают. А коррозия в большинстве случаев представляет собой восстановление этих связей в условиях эксплуатации металлических изделий.

Металл, подвергающийся коррозии, называют корродирующим, а среду, в которой металл подвергается коррозии (корродирует) – коррозионной или агрессивной (ГОСТ ISO 9223, DIN ISO 8044). Основные факторы, влияющие на коррозию металлов,

– это комплексное воздействие температуры, влажности, загрязнение диоксидом серы и солености в воздухе (соляной туман) и др. Чаще всего это могут быть жидкости или газы. При этом наибольшая скорость коррозии происходит при периодическом выпадении конденсата, однако еще больше она возрастает при достижении так называемой критической влажности, обычно принимаемой для стальных конструкций 70…75%.

П р и м е ч а н и е ‒ Под скоростью коррозии понимают потерю массы металла с единицы поверхности в единицу времени в г/см2∙час или глубину проникновения коррозии, коррозионного разрушения металла в единицу времени, мм/год. Скорость коррозии зависит от природы металла и окислителя, концентрации окислителя, содержания различных примесей в металле и в коррозионной среде (атмосфере, растворе).

Коррозия металлов чаще всего сводится к их окислению и превращению в оксиды. Например, коррозия железа может быть описана упрощенным уравнением

4Fe + 3O2 (воздух) + 2H2O (влага) = 2Fe2O3∙H2O

Образующийся гидратированный оксид железа 2Fe2O3∙H2O очень неустойчив, быстро теряет воду и превращается в оксид железа в виде рыхлого порошка светлокоричневого цвета, который называют «ржавчиной» (рис. 7.16). Вновь образованное соединение (ржавчина) не защищает поверхность железа от дальнейшей коррозии, а даже способствует ее развитию, так как на нем конденсируются пары влаги, и оно продолжает разрушаться. Поэтому со стальных конструкций необходимо удалять ржавчину.

П р и м е ч а н и е ‒ 1. По ISO 8044 под коррозией понимают физико-химическое или химическое взаимодействие между металлом (сплавом) и средой, приводящее к ухудшению функциональных свойств металла (сплава), среды или включающей их технической системы.

Ржавчина – это видимые продукты коррозии, состоящие, в случае черных металлов, главным образом, из частично гидратированных оксидов железа, образующихся на поверхности железа, и некоторых его сплавов в результате коррозии. Причем термин «ржавчина» применим только к железу, входящему в состав стали и чугуна. Другие металлы корродируют, но не ржавеют.

Кроме коррозии, металлические строительные конструкции подвергаются действию эрозии – разрушению поверхности материала под влиянием механического воздействия. Эрозию провоцируют дожди, ветры, песчаная пыль и прочие природные факторы.

43

Электрохимическая коррозия происходит в электролитах и водных растворах солей, кислот, щелочей, морской воде, во влажных газах (атмосфере), почве и характеризуется наличием двух параллельно идущих процессов – окислительного (растворение металлов) и восстановительного (выделение металлов из раствора). В результате электрохимической коррозии окисление металла приводит к образованию нерастворимых продуктов (например, ржавчины) и к переходу металла в раствор в виде ионов.

Однако строго отделить химическую коррозию от электрохимической практически невозможно. Связано это чаще всего с наличием в металлах случайных примесей или легирующих добавок. Например, ржавление железа или покрытие патиной бронзы

– это химическая коррозия. Но поскольку большинство металлических строительных конструкций эксплуатируется в природных или комнатных условиях, на открытом воздухе (в атмосферных условиях), и коррозия определяется электрохимическими процессами на поверхности металла в присутствии влаги, то ее называют электрохимической и как разновидность атмосферной. Кроме того, активаторами коррозии железа являются также соли и особенно хлориды. Способствует коррозии железа и наличие в нем серы и других соединений.

П р и м е ч а н и е ‒ Под атмосферной понимается коррозия, в которой коррозионной средой является земная атмосфера в ее собственном интервале температур. Ее подразделяют на три вида:

сухая атмосферная коррозия, протекает при относительной влажности воздуха 60% и меньше и отсутствии на поверхности металла пленки влаги;

влажная – протекает при относительной влажности воздуха менее 100%;

мокрая – при непосредственном увлажнении металлической поверхности атмосферными осадками или производственными выбросами.

Наиболее разрушительной считается влажная коррозия. Ей подвержено большинство стальных конструкций, эксплуатируемых в условиях воздействия агрессивных компонентов (агрессивные газы и коррозионно-активная пыль).

В зависимости от агрессивности среды (атмосферы) различают шесть категорий активности (С1 – очень низкая, С2 – низкая, С3 – средняя, С4 – высокая, С5 – очень высокая и СХ – экстремально высокая). В соответствии с Международным стандартом СТБ ISO 12944 агрессивность определяется типом среды эксплуатации металлоконструкций, в том числе географическим расположением, климатическими условиями и подразделяется на шесть категорий:

С1 и С2 – сельский район, слабое загрязнение. Обогреваемые здания, нейтральная атмосфера;

С3 – городская и индустриальная атмосфера. Умеренный уровень диоксида серы. Области производства с высокой влажностью;

С4 – индустриальные и прибрежные районы. Химические заводы;

С5I – индустриальные районы с высокой влажностью и агрессивной атмосфе-

рой;

45

С5М – морское побережье, открытое море, устья рек, прибрежные районы с высоким содержанием соли в морской воде.

Рис. 7.17. Виды коррозии: а – сплошная равномерная, б – сплошная неравномерная, в – структурноизбирательная, г – пятнами, д – язвами, е – точками (питтинговая), ж – подповерхностная, з – межкристаллитная

По характеру разрушения (рис. 7.17) различают коррозию:

сплошную – охватывает всю поверхность металла;

местную – охватывает отдельные участки металла. В зависимости от степени локализации различают коррозионные пятна, язвы и точки;

равномерную – протекает практически с одинаковой скоростью по всей поверхности;

точечную (питтинговую) – в виде отдельных точек диаметром до 2 мм. Точечные поражения могут дать начало подповерхностной коррозии;

язвенную в виде пятен диаметром от 2 до 50 мм;

пятнистую – в виде пятен диаметром более 50 мм и глубиной до 2 мм;

подповерхностную – вызывает расслоение металла и вспучивание слоев;

подпленочную – протекает под защитным покрытием металла;

межкристаллитную – в виде разрушения границ зерен;

селективную (избирательную) – в виде растворения отдельных компонентов

сплава;

щелевую – развивается в щелях и узких зазорах и др.

Способность металлов сопротивляться коррозионному воздействию среды называют коррозионной стойкостью. Коррозионную стойкость металлов принято оценивать по десятибалльной шкале (табл. 7.3).

И, тем не менее, практически все стальные конструкции (в т. ч. арматура) нуждаются в защите от коррозии. Защита строительных металлических конструкций от коррозии регламентируется ТКП 45-2.01-111, СП 28.13330 и другими нормативными документами.

46

очистка, осушение и модификация состава агрессивной атмосферы, удаление агрессивных реагентов среды – солей, кислот и т. п.);

электрохимическая защита и др.

Повышение химического сопротивления металлов коррозии достигается, как правило, их легированием, термо- и поверхностной обработкой и др. Легирование может быть объемным и поверхностным. Объемное легирование достигается обработкой всего объема сплава легирующими элементами (хромом, медью, никелем, молибденом и др.). Например, легирование железа хромом позволяет перевести железо в устойчивое пассивное состояние и создать целый класс сплавов, называемых нержавеющими сталями. Коррозионностойкими считаются стали с минимальным содержанием хрома 10,5% и содержанием углерода до 1,2% (СТБ EN 10088-2). Дополнительное легирование нержавеющих сталей молибденом устраняет их склонность к точечной коррозии в условиях применения материала во влажной среде. Значительно повышается (в 1,5…3 раза) коррозионная стойкость строительных сталей при введении в их состав меди.

Существенной мерой защиты металлов от коррозии является также поверхностное легирование – насыщение поверхностного слоя изделий металлом (а иногда и неметаллом), образующим прочный оксидный слой глубиной 1…2 мм. К числу таких способов относят оксидирование, фосфатирование и др. Например, оксидирование заключается в обработке поверхности металла кислотами и образовании оксидной пленки, фосфатирование – в получении на поверхности металла пленки из нерастворимых солей марганца или железа.

Защитные покрытия могут быть металлическими (металлизация поверхности), неметаллическими и образованными в результате химической и электрохимической обработки металлов. Неметаллические покрытия разделяют на органического и неорганического происхождения.

Металлизация поверхности осуществляется некорродирующими металлами гальваническим путем или распылением расплавленного металла на подготовленную поверхность стали. Материалами для металлических защитных покрытий могут быть как чистые металлы (цинк, олово, никель, хром, медь), так и их сплавы (бронза, латунь). Например, цинкование – это нанесение на металлическое изделие защитного слоя толщиной до 0,3 мм из цинка и его сплавов с целью придания поверхности определенных физико-механических свойств, и в первую очередь высокого сопротивления коррозии. Цинкованию подвергаются стальные листы, металлические конструкции, лента, проволока, трубы, крепежные и другие изделия (EN 14713).

Неметаллические покрытия получают путем нанесения на поверхность металла лакокрасочных, каучуковых, полимерных, керамических и других составов. Наибольшее распространение получили лакокрасочные покрытия (ISO 12944). Лаки и краски обладают низкой газо- и паропроницаемостью, водоотталкивающими свойствами и поэтому препятствуют доступу к поверхности металла воды, кислорода и содержащихся в атмосфере агрессивных компонентов. Вместе с тем покрытие поверхности металла лакокрасочным слоем не исключает коррозию, а служит для нее лишь преградой, т. е.

48

тормозит коррозию. Полимерными покрытиями для защиты металлов от коррозии являются составы на основе полиэстера, поливинилфторида, полиуретановых полимеров, модифицированных полиамидом и акрилом и др.

Примерная тематика учебно-исследовательских работ

1.Производство стали в РБ.

2.Цветные металлы в строительстве

3.Анализ современных методов защиты металлических строительных конструкций от коррозии

Вопросы и задания для самоконтроля

1.Что представляют собой чистые металлы и сплавы? Какие металлы относят к черным и цветным?

2.Что называется чугуном? В чем заключается доменный процесс производства чугуна?

3.Приведите классификацию чугунов и раскройте особенности их видов.

4.Что является исходным материалом при производстве чугуна и стали?

5.В чем заключается сущность процесса получения стали? Перечислите основные способы производства стали.

6.Приведите классификацию сталей и раскройте особенности их видов.

7.Приведите классификацию и маркировку углеродистых сталей. Что обозначают буквы и цифры в марках углеродистых сталей обыкновенного качества?

8.Дайте определение легированной стали. Как классифицируют и маркируют легированные стали?

9.В чем сущность термической обработки металлов и сплавов? Какими параметрами определяется режим термической обработки?

10.Назовите основные виды термической обработки металлов. Что называется закалкой, и с какой целью ее производят?

11.На какие группы подразделяются стальные прокатные изделия?

12.Перечислите основные виды фасонного профиля общего и специального назначения.

13.Что включает в себя сортамент тонколистовой и толстолистовой стали?

14.Перечислите основные виды простого сортового проката.

15.Каких видов и размеров выпускаются стальные уголки?

16.Опишите свойства меди и перечислите основные виды сплавов на ее основе.

17.Основные качественные характеристики алюминия и алюминиевых сплавов. Какие алюминиевые сплавы называют силуминами, дюралюминами и авиалями?

18.Перечислите основные виды изделий из цветных металлов.

19.Что понимается под коррозией металлов? Перечислите основные причины, вызывающие коррозию металлов.

20.Перечислите основные способы защиты металлов от коррозии.

49