КРАСОВСКИЙ_УП

растрескивание). Разрушение металла одновременным воздействием знакопеременных нагрузок и коррозионной среды называют коррозионной усталостью.

Взависимости от характера окружающей среды электрохимическая коррозия может быть подводной, атмосферной, почвенной, вызванной блуждающими токами. Электрохимическая коррозия металлов в воде обусловливается присутствием в ней растворенного кислорода. При атмосферной коррозии электролитом служит тонкая пленка влаги, сам же процесс коррозии ничем не отличается от коррозии в воде.

Врезультате коррозии стали не её поверхности появляется смесь различных

гидратированных окислов железа, имеющая состав nFeOрН2О + mFe2O3gH2O (ржавчина).

Активному протеканию процесса коррозии способствуют углекислый и в особенности сернистый газы, хлористый водород, различные соли.

Защита от коррозии. Защиту от коррозии следует начинать с правильного подбора химического состава и структуры металлов. При конструировании необходимо избегать форм, способствующих задержке влаги. Для защиты металла от коррозии применяют различные способы.

Легирование. Введение в сталь некоторых легирующих элементов повышает её антикоррозийные свойства. Например, совершенную стойкость к атмосферной коррозии показывают нержавеющие легированные стали, содержащие

вбольшом количестве хром, который, образуя на поверхности окисные пленки, приводит сталь в пассивное состояние. Существенно (в 1,5…3 раза) повышается коррозионная стойкость строительных сталей при введении в их состав меди (0,2…0,5 %). Повышенной стойкости нержавеющих сталей против коррозии способствует также их однородность и небольшое количество вредных примесей.

Защитные покрытия представляют собой пленки (металлические, оксидные, лакокрасочные и т. п.).

Металлические покрытия бывают двух типов – анодные и катодные. Для анодного покрытия используют металлы, обладающие более отрицательным электродным потенциалом, чем основной металл (например цинк, хром). Для катодного покрытия выбирают металлы, имеющие меньшее отрицательное значение электродного потенциала, чем основной металл (медь, олово, свинец, никель и др.). Металлические покрытия наносят горячим методом, гальваническим и металлизацией.

При горячем методе покрытия изделия погружают в ванну с расплавленным металлом, температура которого ниже, чем температура плавления изделия (цинк, олово, свинец).

Гальванический метод защиты состоит в том, что на поверхности изделия путем электролитического осаждения из растворов солей создается тонкий слой защищающего металла. Покрываемое изделие при этом служит катодом, а осаждаемый металл – анодом.

Металлизация – покрытие поверхности детали расплавленным металлом, распыленным сжатым воздухом. Преимуществом этого метода защиты металла

211

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

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), 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).

Оксидирование – защита окисными пленками. Для этого естественную окисную пленку, всегда имеющуюся на металле, делают более прочной путем обработки сильным окислителем, например концентрированной азотной кислотой, растворами марганцевой или хромовой кислот и их солей. Частным случаем оксидирования является воронение. В этом случае на поверхности также создается окисная пленка, но более сложными приемами, связанными с многократной термической обработкой при температуре 300…400 °С в присутствии древесного угля.

Фосфатирование состоит в получении на изделии поверхностной пленки из нерастворимых солей железа или марганца в результате погружения металла в горячие растворы кислых фосфатов железа или марганца.

Лакокрасочные покрытия основаны на механической защите металла пленкой из различных красок и лаков. Ванны, раковины, декоративные изделия для защиты от коррозии покрывают эмалью, т. е. наплавляют на металл при температуре 750…800 °С различные комбинации силикатов.

При временной защите металлических изделий от коррозии (транспортировании, складировании) используют для покрытия металла невысыхающие масла (технический вазелин, лак этиноль), а также ингибиторы, т. е. вещества, замедляющие протекание реакции (нитрит натрия с углекислым аммонием, с уротропином, ингибиторную бумагу и др.).

Контрольные вопросы

1.В чем суть процесса получения чугуна из стали?

2.Назовите виды обработки металлов. Их суть.

3.Строение металлов. Структурные составляющие металлов и сплавов.

4.Расскажите о превращениях железоуглеродистых сплавов с помощью диаграммы состояния сплавов.

5.Какие структурные составляющие сплавов вы знаете? Что они собой представляют?

6.Каким испытаниям подвергаются сплавы?

7.Расскажите о способах термической обработки стали.

8.Дайте классификацию сталей по наиболее общим признакам.

9.Расскажите об углеродистых сталях.

10.Как получают легированные стали? Их свойства, обозначение.

212

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

11.Раскажите об арматурных сталях.

12.Охарактеризуйте чугуны. Как их маркируют и применяют в строительстве?

13.Опишите цветные металлы, их свойства.

14.Что такое коррозия металлов?

16. ПРАКТИКА ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Пневматические строительные конструкции не имеют ни предшественников, ни традиций. В них все ново – и материалы, и принципы функционирования, и характер эксплуатации. Мало того, они как строительный объект не укладываются в привычные представления об инженерных сооружениях, о произведениях строительного искусства.

Пневматические строительные конструкции обычно делят на две совершенно самостоятельные группы: воздухонесомые (рис. 16.1) и воздухоопорные (рис. 16.2), отличающиеся друг от друга принципом статической работы, конструкцией и характером эксплуатации.

Рис. 16.1. Схемы воздухонесомых оболочек

Воздухонесомые (надувные) конструкции – это стержни или панели, несушая способность которых (сопротивление сжатию, изгибу, кручению) обеспечивается постоянным давлением воздуха в их замкнутом объеме. Как правило, они представляют собой отдельные конструктивные элементы с высоким внутренним давлением воздуха, требующим соответственно высокой степени герметизации. Если бы удалось преодолеть трудности достижения абсолютной герметичности, то это были бы идеальные строительные конструкции, обладающие высокой несущей способностью при необычайной легкости. В настоящее время они еще далеки от совершенства.

213

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Вохдухоопорные конструкции работают совсем по-другому. Их оболочка просто «лежит» на воздухе, которому выйти из-под нее некуда. Она «опирается» на воздух. Для противодействия внешним нагрузкам давление воздуха несколько повышается по сравнению с атмосферным. Вследствие низкого (100…400 Па) давления воздуха и непрерывной его подачи вентилятором особых требований к герметичности оболочки не предъявляется. Важно лишь, чтобы утечку воздуха компенсировало его поступление от вентилятора, что обычно трудностей не представляет. Воздухоопорные оболочки крепятся к опорному контуру (грунту или прилегающим жестким конструкциям).

Рис. 16.2. Схемы воздухоопорных оболочек

Функциональное различие между воздухонесомыми и вохдухоопорными конструкциями с точки зрения строителей состоит в том, что первые являются сравнительно небольшими конструктивными элементами (балки, стойки, арки,

214

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

панели и др.), тогда как вторые настолько велики, что предсталяют собой целое здание, в котором можно жить и работать. Отсюда их эксплуатационное различие – давление воздуха в полезном пространстве, образованном воздухонесомыми конструкциями, равно атмосферному, а под оболочкой воздухоопорного сооружения превышает его (рис. 16.3).

Рис. 16.3. Изоляция подоболочечного пространства от окружающей среды

Из этой классификации выпадает особый вид двухслойных покрытий, которые называют пневмолинзами, если они перекрывают круглый, овальный или многоугольный план, и пневмоподушками – при прямоугольном плане. Пневмолинзы по принципу статической работы следует отнести к воздухоопорому типу, а по такому признаку, как отсутствие избыточного давления в эксплуатируемом пространстве, они ближе к воздухонесомым, представляя собой не здание в целом, что является признаком воздухоопорных сооружений, а лишь один его конструктивный элемент – покрытие.

Воздухонесомые (пневмостержневые и пневмопанельные) строительные конструкции в настоящее время заметного распостранения не получили. В России насчитывается несколько экспериментальных образцов.

Воздухоопорные сооружения, наоборот, получили в строительстве очень широкое распространение. Они отличаются простотой конструкции, безопасностью и безотказностью при эксплуатации, низкой стоимостью, способностью перекрывать большие пролеты, а при условии постановки внутренних оттяжек – неограниченные площади.

Нынешнее состояние и тенденции развития строительных конструкций типа мягких оболочек характеризуются следующими чертами:

– сдвиг в сторону стационарного использования воздухоопорных оболочек (т. е. во всевозрастающем числе случаев монтаж их осуществяется на стационарных фундаментах), блокирования с капитальными сооружениями, повышения долговечности сооружений;

215

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

–расширение практики использования «мягких каркасов» – канатносетчатого усиления оболочек (например, в США около 30 % воздухоопорных зданий изготовляют с таким усилением);

–некоторая «заторможенность» развития воздухонесомых пневматических конструкций;

–повышение интереса к тентовым покрытиям, т. е. к мягким оболочкам, предварительное натяжение которых создается не аэростатическим способом, а механическим;

–зарождение «пневматической архитектуры» – появление таких пневматических зданий и сооружений, которые можно отнести к произведениям искусства.

Качественную сторону этого процесса определяют следующие технические достижения или тенденции:

∙успешная разработка новых материалов мягких оболочек – прочных, долговечных, несгораемых, недорогих;

∙повышение функциональной устойчивости (надежности) воздухоподающей системы путем использования автоматики, обеспечивающей своевременное введение в действие дублирующих вентиляторов или резервных генераторов электроэнергии по сигналам датчиков о падении давления воздуха под оболочкой, отсутствии тока в сети, повышении скорости ветра;

∙решение проблемы больших пролетов;

∙решение проблемы перекрытия больших площадей с созданием искусственного климата под оболочкой (рис. 16.4);

∙исследование возможности использования оболочек в качестве коллекторов солнечной энергии.

Рис. 16.4. Открытая разработка полезных ископаемых под оболочкой, усиленной канатами

216

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Совершенствование материалов оболочек. Принципиальные требования,

предъявляемые к материалам оболочек пневматических конструкций, сводятся к двум: прочности и воздухонепроницаемости. Этим требованиям удовлетворяют комозиционные материалы, состоящие из силовой основы (ткани или сетки) и воздухонепроницаемого слоя (полимерного покрытия или дублирующей пленки). В результате появляются два вида материалов – ткани, покрытые или пропитанные пастообразными полимерами, и двойные пленки с размещенным между ними армирующим слоем в виде сетки из синтетического волокна. Первый вид распространен значительно шире, чем второй.

Кроме этих двух требований, названных принципиальными, поскольку с ними связана возможность реализации принципа пневматической конструкции вообще, существует ряд дополнительных – несгоремости, светопроницаемости, стойкости против химической или биологической агрессии, стойкости против действия низких и высоких температур, требования технологичности в смысле массовости производства, удобства стыкования полотнищ и др. Однако в настоящее время тенденция развития материалов склоняется в сторону повышения долговечности.

Современные материалы оболочек пневматических конструкций можно разбить на две группы. Первая – материалы оболочек массового, серийного изготовления со сравнительно небольшими пролетами (до 60 м). Силовую основу материалов первой группы представляют ткани из синтетического волокна полиамидного (капрон, нейлон, дедерон, перлон, силон и др.) или полиэфирного (лавсан, дакрон, гризутен, тетерон и др.), реже поливинилспиртового (винол, винилон, куралон и др.) или полиакрилонитрильного (нитрон, орлон, дралон и др.).

Обычный срок службы оболочек из них составляет 5–10 лет, существенно уменьшаясь в районах с высоким уровнем солнечной радиации, разрушающей синтетическое волокно.

Другая группа – материалы, специально разработанные для оболочек уникальных сооружений, которые предназначены для длительной эксплуатации. Поиск волокон для силовой текстильной основы, прочных и стойких к ультрафиолетовому излучению, заставил обратиться к неорганическим материалам – стеклянному, стальному и угольному волокнам – материалам, прежде всего, несгораемым.

Долговечность материала оболочки зависит и от срока службы полимерного покрытия ткани. Эту задачу решили путем использования фторсодержащих полимеров. Покрытия из тефлона (политетрафторэтилена) могут служить 20…30 лет, обладая светопроницаемостью и способностью отталкивать грязь.

Одной из важнейших проблем в строительстве является перекрытие больших пролетов при малом расходе материалов. Пневматические конструкции в этом отношении представляют собой предел достижимого. Вряд ли появится какая-либо другая конструкция массой более 1 кг на м2 независимо от размера пролета. Увеличение пролета воздухоопорной оболочки, естественно, вызывает

217

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

в ней повышение усилий. Эту проблему решают либо повышением прочности материала, либо увеличением местной кривизны поверхности оболочки. Превращение гладкой поверхности оболочек с большим радиусом кривизны в поверхность сильно искривленную – гофрированную, ребристую, пузырчатую, бугорчатую возможно лишь при использовании дополнительных усиливающих элементов (канатов, сетей, диафрагм).

Теплотехнические показатели оболочек воздухоопорных зданий невысоки. Коэффициент теплопроводности однослойной оболочки К≈ 6 Вт/(м2К). Существенное снижение теплопотерь достигается устройством двуслойной оболочки или утеплением ее слоем поролона толщиной 7…8 мм, что снижает величину К до 3 Вт/(м2К). Внутреннюю оболочку выполняют из недорогого материала, прикрепляемого к материалу внешней оболочки в отдельных точках, при этом оставляют минимальный просвет 100…150 мм. Стоимость оболочки при использовании второго слоя возрастает на 30 %, но расходы на отопление сокращаются вдвое.

Двухслойные оболочки позволяют более активно пользоваться энергией солнца. Делая наружную оболочку светопроницаемой, а внутреннюю – поглощающей, можно межоболочное пространство превратить в своего рода «горячий ящик» и использовать энергию нагретого воздуха либо для отопления, либо для охлаждения воздуха под оболочкой.

Пневматические здания воздухоопорного типа наиболее безопасные из всех строительных сооружений. Их «обрушение» невозможно. В самом худшем случае, при полном прекращении подачи воздуха, оболочка очень медленно (в течение десятков минут) опускается на пол. Такие здания идеально сейсмостойки. В то же время пневматические сооружения – самые ненадежные в смысле их устойчивости, незыблемости из-за требований непрерывной воздухоподачи в нужных объемах и на нужном уровне давления.

Расчеты показывают, что поддутая в должной степени и надежно закрепленная по контуру оболочка не может быть разорвана даже ураганным ветром. Тем не менее именно с действием ветра чаще всего бывают связаны те аварии воздухоопорных оболочек, когда по тем или иным причинам избыточное давление воздуха под оболочкой падало ниже расчетного. Этими причинами могут быть:

–прекращение подачи электроэнергии;

–выход из строя вентиляторной установки;

–разгерметизация оболочки вследствие выдергивания анкеров из грунта, опрокидывания каркасов шлюзов, отрыва мягких воздуховодов от патрубков оболочки и др.

Некоторая неопределенность в отношении пожарной опасности является одним из факторов, сдерживающих широкое распространение воздухоопорных зданий. Привычные критерии пожарной безопасности зданий здесь неприменимы. Сам пожар в воздухоопорном здании и его последствия совершенно несопоставимы с пожаром в традиционном смысле. Огневые испытания показы-

218

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

вают, что тонкая оболочка почти независимо от степени возгораемости ее материала довольно быстро прогорает при горении имущества в помещении, а при достаточно больших размерах прогоревших дыр опускается на пол. Поэтому основные меры противопожарной профилактики должны быть направлены на предотвращение возможности прогорания больших отверстий и на увеличение продолжительности времени опускания оболочки на пол.

Несгораемые материалы не имеют явных преимуществ перед трудносгораемыми, так как при малой толщине оболочки все равно прогорают, допуская дальнейшую утечку воздуха. Однако применение трудносгораемых материалов для оболочек во всех случаях предпочтительнее, поскольку есть уверенность в том, что размеры прогоревших дыр будут оставаться небольшими.

Преспективы развития пневматических строительных конструкций определяются двумя главными свойствами, присущими оболочкам воздухоопорного типа: возможностью перекрытия больших пролетов и больших площадей и возможностью изоляции подоболоченного пространства от окружающей среды.

Контрольные вопросы

1.Что собой представляют пневматические сооружения?

2.Расскажите о конструкциях пневматических сооружений.

3.Каков материал оболочек пневматических зданий?

219

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вы познакомились с новыми для себя конструкционными материалами – основой сегодняшнего строительства – бетонами и металлами.

Последовательно от изучения материалов, употребляемых для растворов и бетонов; методов подбора составов различных растворов и бетонов, а затем процессов, протекающих в твердеющих бетонах при нормальных и отрицательных температурах, вы перешли к изучению свойств металлов, кратко познакомились с пневматическими конструкциями, используемыми в строительстве пока в качестве вспомогательных.

Но все начинается именно с первых ступеней, которые вы только что перешагнули. Для грамотной организации работ на объекте необходимо освоить методы ускорения твердения бетона, организацию работ при зимнем бетонировании, методы формирования структуры бетона с целью получения бетонов с заданными свойствами.

А сколько секретов производства работ с применением металлов вам предстоит дополнительно изучить в других специальных дисциплинах.

Каждый вид строительного материала диктует свою технологию, свои способы производства работ, тем более, что зачастую они вынуждены будут работать в широких диапазонах температур, различных ветровых, снеговых нагрузок и др. Это потребует от вас постоянного изучения новых материалов, их применения и переработки на строительных площадках, т. е. повышает требования к будущим бакалаврам и специалистам, и начинается с той ступени, которую вы только что переступили. Желаю вам успехов.

220

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com