4.8. Металлические материалы и изделия

Широкому внедрению металлов (чёрных и цветных) в строительную практику способствуют их ценные свойства: упругость, высокая прочность, пластичность, тепло- и электропроводность.

В строительстве применяют в основном низкоуглеродистую сталь (0,09–0,22% углерода), обладающую высокой пластичностью, хорошей свариваемо-стью, и низколегированную сталь (добавки не выше 2,5%), менее склонную к хрупкому разрушению. Строительная сталь должна обладать хорошей сваривае-мостью и высокой пластичностью, а также поддаваться обработке резанием. Используют, главным образом, горячекатаную сталь в виде специальных про-филей: двутавров, швеллеров, рельсов, равнобоких и неравнобоких уголков, бесшовных труб, круглого и листового профиля и т.п. Для армирования железобетонных конструкций используется горячекатаная гладкая и периоди-ческого профиля сталь, а также стальная проволока. Для изготовления колонн, тюбингов для метрополитена, опорных частей балок, ферм и других подобных изделий применяется серый чугун.

Из цветных металлов и сплавов производят лёгкие конструктивные элементы, теплообменные аппараты, электрооборудование, химически- и огнестойкие конструкции. Наиболее широко применяют медь, алюминий, магний, титан, никель, свинец, цинк, олово. В чистом виде цветные металлы используют редко, чаще применяются сплавы цветных металлов.

Наибольшее распространение получили медные сплавы: латуни и бронзы, которые обладают высокой электро- и теплопроводностью, пластичностью и коррозионной стойкостью. Свинец является одним из лучших материалов для защиты от радиоактивных излучений, для бронированных покрытий кабелей, чеканки швов тюбингов метрополитена и других ответственных сооружений и т.п. Цинк используется для кровельных покрытий, для производства скобяных изделий, в лакокрасочной промышленности. Алюминий – лёгкий металл, хорошо поддающийся прокатке, прессовке, ковке, волочению, штамповке, обладает высокой тепло- и электропроводностью. Из-за малой механической прочности чистый алюминий для строительных целей практически не пригоден, но его сплавы (с магнием, марганцем, медью, цинком и другими металлами) получили широкое распространение как высококачественные конструкционные материалы, обладающие высокой механической прочностью и коррозионной стойкостью. Поэтому алюминиевые сплавы применяют в несущих конструкциях, для облицовки стеновых панелей и собственно стен, кровельных панелей и покрытий самой кровли, подвесных потолков, элементов выставочных павильонов, рам, переплётов высотных зданий и т.п.

4.9. Материалы и изделия из древесины

Древесина как строительный материал обладает рядом положительных свойств: сравнительно высокой прочностью при малой плотности, достаточной упругостью, низкой теплопроводностью, лёгкостью обработки, простотой скрепления отдельных элементов в конструкциях. Но древесина не свободна и от некоторых недостатков: неоднородность (анизотропность) строения, наличие пороков, гигроскопичность, приводящая к короблению, растрескиванию и изменению размеров, способность к загниванию и возгоранию.

Различают следующие виды древесины:

• лесные материалы, получаемые только путём механической обработки стволов дерева (брёвна, пиломатериалы) и сохраняющие все присущие ей положительные и отрицательные свойства;

• готовые изделия и конструкции, изготовляемые в заводских условиях (сборные дома, детали, клееные конструкции и т.п.) и более рационально использующие свойства материала;

• синтетические материалы из древесины, получаемые глубокой разнообразной переработкой древесины.

При глубокой переработке достигается более полное использование древесины за счет увеличения выхода сырья для получения целлюлозы и материалов на её основе, вовлечения в переработку почти всех отходов, включая кору. При использовании отходов древесины, употребляя клеи, синтетические и минеральные вяжущие вещества, производят материалы и изделия, не уступающие по свойствам древесине и даже её превосходящие (древесноволокнистые и древесностружечные плиты, разнообразные фанеры на основе водостойких клеев и др.).

Из важнейших свойств древесины можно отметить: гигроскопичность и влажность, при этом вода в древесине может находиться в свободном и физически связанном состоянии. Усушка и разбухание вызывают изменение линейных размеров и объёма древесных материалов, что зависит от количества испарившейся или поглощенной древесиной влаги и направления волокон. Для большинства древесных пород усушка вдоль волокон не превышает 0,1 %, а в радиальном направлении – 3-6 %, в тангенциальном – 7-12 %. Усушка и разбухание сопровождаются растрескиванием и короблением древесины.

Древесина, будучи материалом высокопористым и волокнистым, обладает низкой теплопроводностью: например, для сосны теплопроводность вдоль волокон равна 0,35 Вт/(мС), а поперёк волокон – 0,17 Вт/( мС).

Прочность древесины как анизотропного материала при растяжении и сжатии вдоль волокон в 2—30 и 5-10 раз соответственно выше, чем поперёк волокон. Прочность древесины при статическом изгибе в 1,5-2 раза превышает прочность её при сжатии вдоль волокон, но уступает прочности при растяжении.

Древесина не свободна от пороков, то есть недостатков отдельных участков, снижающих её качество и ограничивающих возможности использования. Эти порки образуются как при росте дерева, так и при хранении древесины на складах и эксплуатации. К порокам древесины относятся: сучки, трещины, пороки формы ствола (сбежистость, закомелистость, кривизна), пороки строения (наклон волокон, крень, свилеватость, двойная сердцевина), грибковые поражения и червоточины.

Одной из основных мер, предупреждающих понижение качества древесины, является сушка (естественная или искусственная). Естественная сушка осуществляется на открытом воздухе, под навесами или в закрытых помещениях до воздушно-сухого состояния, то есть до влажности 15-20 %, что занимает длительное время (несколько недель или даже месяцев) и трудно регулируется. Искусственную сушку производят в сушильных камерах, в электрическом поле высокой частоты, в горячих жидких средах и контактным способом. Такую сушку можно проводить в любое время года до любой конечной влажности и в короткие сроки (несколько дней или даже часов). При этом за счёт полной регулируемости процесса обеспечивается высокое качество высушенной древесины и исключается поражение материала гнилостными грибками и насекомыми.

Для предупреждения загнивания древесины принимают конструктивные меры, предохраняющие её от увлажнения: изоляция от грунта, камня и бетона; устройство каналов для проветривания; защита от атмосферных осадков и т.п. Когда же эти меры не могут полностью предохранить древесину от увлажнения, прибегают к антисептикам – химическим веществам, убивающим грибки или делающими их жизнедеятельность невозможной.

Борьбу с дереворазрушающими насекомыми ведут, обрабатывая древесину ядовитыми веществами – инсектицидами, убивающими насекомых и их личинки. К способам обработки относятся пропитка, опрыскивание, обмазка, опыление порошками или окуривание газами.

При температуре 260-290С древесина возгорается, а при нагреве выше 350С газы, выделяющиеся из древесины, способны загореться даже при отсутствии открытого пламени. Меры защиты древесины от возгорания весьма разнообразны, и к ним относятся конструктивные меры (удаление древесных элементов от источников нагрева, устройство огнестойких перегородок и стен); покрытие деревянных элементов штукатуркой или облицовка несгораемыми материалами; окрашивание деревянных конструкций огнезащитными красками или пропитка древесины антипиренами, огнезащитное действие которых основано на том, что одни из них при нагревании древесины создают оплавленную плёнку, закрывая доступ кислорода к древесине; другие при высокой температуре выделяют негорючие газы, оттесняющие воздух от поверхности древесины. Обработка антипиренами производится так же, как и антисептирование.

Для нужд строительства из древесины готовят множество изделий. Из круглого лесоматериала чаще всего используют брёвна как в круглом виде, так и в качестве сырья для пиломатериалов. Круглые лесоматериалы в зависимости от диаметра верхнего сруба разделяют на брёвна (диаметр более 12 см), подтоварник (8-11 см) и жерди (3-7 см). Длина брёвен от 3 до 6,5 м.

Пиломатериалы по геометрической форме и размерам поперечного сечения делят на пластины, четвертины, брусья, доски, горбыль. Брусья имеют толщину и ширину более 100 мм; бруски – толщину до 100 мм и ширину не более двойной толщины; доски – пиломатериалы толщиной до 100 мм, шириной, в три т более раз превышающей толщину. Брёвна, распиленные по диаметру, называются пластинами, а по двум взаимно перпендикулярным диаметрам – четвертинами.

Детали деревянные фрезерованные (погогажные) представляют собой элементы небольшого поперечного сечения, обработанные на фрезерных станках: доски и бруски для покрытия полов, плинтусы, наличники, поручни. Среди паркетных изделий выделяют штучный паркет, паркетные доски и щиты, мозаичный (наборный) паркет.

Для получения фанеры древесину разделяют на тонкие листы (или шпон) лущением или строганием распаренных кряжей на лущильных или фанерострогальных станках, а затем склеивают листы шпона таким образом, чтобы у смежных листов волокна располагались взаимно перпендикулярно.

Из столярно-строительных изделий наиболее часто применяют оконные и дверные блоки, а также столярные перегородки и панели для зданий.

Элементы и детали сборных конструкций из древесины производят на деревообрабатывающих заводах и доставляют на строительство в готовом виде. К ним относятся комплекты сборных деревянных домов (брусковых, каркасно-обшивных, каркасно-щитовых), детали и элементы конструкций зданий из других материалов, конструкции для зданий и сооружений другого назначения (арки и части металлодеревянных ферм, сваи, шпунт, шпалы и др.). Одним из эффективных путей использования древесины в строительстве является применение клеевых конструкций на основе высокопрочных и водостойких полимерных клеев.