21. «Строительные металлы и сплавы»

Общие сведения о стр. мет-ах и сплавах и их классификация: Стр. металлами наз. в-ва обладающие металлическим блеском, высокой прочностью и технологическими свой-ми.

Все металлы подразд. на чёрные и цветные. К чёрным металлам и сплавам относятся славы железа с углеродом. Если углерода до 2%-сталь, больше-чугун.

Углеродистые стали подразд. на:

-малоуглеродистые (углерода до 0.25%)-они применяются для болтов, гаек, замков и ручек, для проволоки, кровельной листовой стали

-среднеуглеродистые (углерода от 0.25%-0.6%) прим. для несущих конструкций, ПГЗ

-высокоуглеродистые (углерода больше 0.6%)прим. для инструмента, детали машин.

В сталях кроме углерода могут быть также добавки цветных металлов (легирующие добавки) они улучшают качество стали (Cr, Ni,Al,медь, вольфрам и тд.) а стали наз. легированные.

По содерж. легирующих добавок сталь подразд. на:

-низколегированные (добавок до 2.5%)

-среднелегированные (добавок от 2.5%-10%)

-высоколегированные (добавок свыше 10%(нерж.сталь))

Для арматуры и несущих констр. прим. в осн. низколегированная сталь. Для арх.деталей при оформлении фасадов зданий прим. высоколегированную. Для спец. заказов среднелегированную

Чугуны при произ-тве получ. в виде белого передельного чугуна (переделывается на сталь), серого литейного чугуна (для отливки тех. изделий(трубы, котлы, радиаторы и тд)), декор.решётки и скульптуры.

Из цветных металлов прим. цинк, олово, свинец, медь- тяжёлые, алюминий- лёгкие. Алюминий в чистом виде не прим. – прим. его сплавы. (дюралюминий(с медью, марганца, магния, кремния) силумин(с кремнием)). Аl сплавы обладают высокими технолог. свой-ми, прим. для оформления витрин, оконных заполнений, арх. деталей и др.)

Славы меди: бронза( с оловом, марганцем, алюминием, никелем); латунь- сплав меди с цинком.

Медные сплавы- прочные, хим. стойкие, имеют высокую технологичность. Прим. в сантехнике и арх. деталях.

Цинк: синевато-белого цвета., обладает высокой коррозионной стойкостью. Для оцинкования кровельной листовой стали, закладных деталей в железобетоне и т.д.

Свинец: тяжёлый металл серовато-синего цвета. Он хорошо льётся и прокатывается, устойчив к воздействию серной и соляной кислот, обладает высокими защитным свой-ми. Прим. для защиты от ядерных излучений.

Олово: прим. для заделки стыков в железобетонных конструкциях в метро.

Классификация металлов и сплавов, их свойства.

Алюминий — легкий серебристо-белый металл, мягкий, пластичный, хорошо отливается, прокатывается, имеет повышенную стойкость к коррозии на воздухе за счет образования защитной пленки, высокую теплопроводность и электропроводность. Алюминий в строительстве применяют для отливки деталей, изготовления алюминиевой краски, фольги, электропроводов и пр. Для строительных изделий алюминий применяют в виде сплавов, в состав которых входят медь, магний, марганец, кремний и железо. Сплавы, состоящие из алюминия, меди, магния и марганца, носят название дюралюминия. Из алюминиевых сплавов изготовляют плоские и волнистые листы, прокатные, гнутые, клепаные и сварные профили и трубы. Область применения алюминиевых сплавов в строительстве с каждым годом возрастает.

Наиболее часто применяются в строительстве прокатные и штампованные изделия: прокат полосовой, прокат листовой (в том числе кровельная черная и оцинкованная сталь волнистого или плоского профиля)прокат круглый, прокат квадратный, сталь угловая — равнобокая и неравнобокая, двутавровые балки, швеллеры нормального и облегченного профиля, трубы стальные цельнометаллические и сварные, штампованные профили, применяемые в качестве балок, стоек и стержней ферм.

Довольно широко используемая в строительстве сталь углеродистая обыкновенного качества имеет сравнитель: но небольшую прочность, поэтому проектировщики вынуждены принимать меньшие расчетные напряжения. Большое сечение конструкций при этом повышает расход металла, а следовательно, и стоимость изделий из этой стали. При изготовлении элементов зданий и сооружений из легированных сталей проектировщики могут назначать большие расчетные напряжения и получать меньшие размеры сечений, что снижает расход металла и стоимость строительных изделий. Поэтому целесообразность применения того или иного вида стали определяют на основании тщательных технико-экономических расчетов. Если в результате применения легированных сталей взамен стали углеродистой обыкновенного качества экономия в металле составит более 20%, то применение легированных сталей следует считать экономически оправданным.

22. Общие сведения о стр. мет-ах и сплавах и их классификация: Стр. металлами наз. в-ва обладающие металлическим блеском, высокой прочностью и технологическими свой-ми.

Все металлы подразд. на чёрные и цветные. К чёрным металлам и сплавам относятся славы железа с углеродом. Если углерода до 2%-сталь, больше-чугун.

Углеродистые стали подразд. на:

-малоуглеродистые (углерода до 0.25%)-они применяются для болтов, гаек, замков и ручек, для проволоки, кровельной листовой стали

-среднеуглеродистые (углерода от 0.25%-0.6%) прим. для несущих конструкций, ПГЗ

-высокоуглеродистые (углерода больше 0.6%)прим. для инструмента, детали машин.

В сталях кроме углерода могут быть также добавки цветных металлов (легирующие добавки) они улучшают качество стали (Cr, Ni,Al,медь, вольфрам и тд.) а стали наз. легированные.

По содерж. легирующих добавок сталь подразд. на:

-низколегированные (добавок до 2.5%)

-среднелегированные (добавок от 2.5%-10%)

-высоколегированные (добавок свыше 10%(нерж.сталь))

Для арматуры и несущих констр. прим. в осн. низколегированная сталь. Для арх.деталей при оформлении фасадов зданий прим. высоколегированную. Для спец. заказов среднелегированную

Чугуны при произ-тве получ. в виде белого передельного чугуна (переделывается на сталь), серого литейного чугуна (для отливки тех. изделий(трубы, котлы, радиаторы и тд)), декор.решётки и скульптуры.

Из цветных металлов прим. цинк, олово, свинец, медь- тяжёлые, алюминий- лёгкие. Алюминий в чистом виде не прим. – прим. его сплавы. (дюралюминий(с медью, марганца, магния, кремния) силумин(с кремнием)). Аl сплавы обладают высокими технолог. свой-ми, прим. для оформления витрин, оконных заполнений, арх. деталей и др.)

Славы меди: бронза( с оловом, марганцем, алюминием, никелем); латунь- сплав меди с цинком.

Медные сплавы- прочные, хим. стойкие, имеют высокую технологичность. Прим. в сантехнике и арх. деталях.

Цинк: синевато-белого цвета., обладает высокой коррозионной стойкостью. Для оцинкования кровельной листовой стали, закладных деталей в железобетоне и т.д.

Свинец: тяжёлый металл серовато-синего цвета. Он хорошо льётся и прокатывается, устойчив к воздействию серной и соляной кислот, обладает высокими защитным свой-ми. Прим. для защиты от ядерных излучений.

Олово: прим. для заделки стыков в железобетонных конструкциях в метро.

23. Маркировка углеродистых сталей:

Подразделяются на 3 группы (а, б, в):

А: хар. сталь по мех. св-м. В осн. прим. в строительстве. Марки: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, …, Ст7

Б: хар. Сталь по хим. св-м. К Ст «КП» К - Кислородный конвертер

В: Сталь хар. по мех.св-м и доп. требованиям к хим. св-м. В Ст «КП»

Легированная сталь маркируется так: 25 Г2 С(0,25% углерода, Г2-марганец 2 %, С-кремний до 1%, х-хром, н-никель, ю-алюминий, д-медь и т.д.)

Серые чугуны маркируются так: С4 150-350(150-предел прочности на растяжение R_р=150МПа, R_и-350МПа)

24. Понятие конструкционных и строительных материалов охватывает множество различных материалов, применяемых для изготовления деталей конструкций, зданий, мостов, дорог, транспортных средств, а также бесчисленных других сооружений, машин и технических изделий. Возможность создания какой-либо конструкции и ее работоспособность зависят от наличия материалов с подходящими механическими свойствами. Например, для изготовления современного автомобиля необходимы легированные стали, а металлический самолет стал реальностью лишь с появлением технологичных и прочных алюминиевых сплавов. Для гидроэлектростанций необходимы те сорта бетона и цемента, из которых можно построить долговечные плотины. Современные высотные здания выглядели бы по-другому, если бы не было стеклянных материалов. Историю культуры часто делят на каменный, бронзовый и железный века - по тем материалам, из которых изготавливались орудия труда и оружие. В наши дни в распоряжении конструктора имеется широкий спектр материалов: чугуны, стали и сплавы цветных металлов, керамические, каменные материалы, бетон, стекло и полимеры. Разработка и применение таких материалов - профессиональное занятие инженера-технолога и инженера-конструктора. ЧУГУНЫ И СТАЛИ Серый чугун, содержащий 3,5-4% углерода, около 1% кремния и столько же марганца, - самый распространенный в мире литейный материал, применяемый для изготовления блоков и головок цилиндров, редукторных корпусов, тормозных барабанов, станин металлорежущих станков и многих других изделий. Белый чугун представляет собой более твердую форму серого с содержанием 2,5% углерода, менее 1% кремния и менее 1% марганца. Углерод входит в состав чугуна в виде карбидов (цементита). Белый чугун весьма тверд, но, как и серый, малопластичен. Он используется в основном в качестве износостойкого материала, например для шаров и броневых плит мельниц, размалывающих минералы. Белый чугун можно термообработкой превратить в т.н. ковкий чугун. Ковкий чугун гораздо более пластичен, чем серый и белый, но менее прочен и не так тверд. Ковкие чугуны применяются в основном для сложных отливок, таких, как трубопроводная арматура, цепи, крепеж для строительных лесов. Высокопрочные чугуны получают из серых путем модифицирования их кристаллической структуры для получения шаровидного графита. Чугун с шаровидным графитом широко применяется в автомобильной промышленности (коленчатые и распределительные валы, кронштейны, ступицы, суппорты тормозных систем, шестерни главной передачи и т.д.), в металлургии (изложницы), в тяжелом машиностроении (детали турбин, прокатные валки), в транспортном и сельскохозяйственном машиностроении. Самый распространенный вид стали, применяемой в строительстве зданий и мостов, - это конструкционная сталь, содержащая 0,1-0,25% углерода и легирующие элементы, такие, как марганец и кремний, в количествах менее 1%. Предел текучести таких сталей свыше 250 МПа, предел прочности при растяжении свыше 450 МПа. Относительное удлинение, как правило, больше 20%. Тонколистовые стали для автомобильных кузовов и бытовой техники содержат лишь около 0,05% углерода. Они менее прочны, нежели конструкционные стали, но более пластичны, что позволяет обрабатывать их методами холодного штампования и высадки. В процессе формообразования их прочность повышается (деформационное упрочнение), чем компенсируется влияние пониженного содержания углерода. Содержание примесей контролируется, в частности, содержание серы и фосфора поддерживается на уровне ниже 0,02%, при котором эти элементы не снижают вязкости и пластичности материала.

Легированные стали. Легированные стали - это стали с добавкой элементов, улучшающих те или иные свойства: прочность, ударную вязкость, сопротивление ползучести или коррозионную стойкость. Закаленные и отпущенные стали применяются для аэрокосмических и автомобильных деталей, крупных турбин, скальпелей и ножей, режущего инструмента и других изделий, от которых требуется высокая прочность. Отдельную группу составляют нержавеющие стали. Такие стали содержат много хрома (обычно свыше 12%) и могут содержать другие легирующие элементы, например никель и молибден. Они обладают повышенной коррозионной стойкостью. Типичная область их применения - химико-технологическая аппаратура, оборудование пищевой промышленности и всевозможные декоративные металлические изделия. Нержавеющие стали представляют собой сложные сплавы, и некоторые из них могут быть термообработаны на высокую прочность. Они применяются в виде отливок, а также полуфабрикатов, получаемых формообразованием в холодном или нагретом состоянии - листового проката, толстых листов, труб, прутков и проволоки. См. также МЕТАЛЛОВ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА. Еще одна группа сталей - жаростойкие (окалиностойкие) сплавы. Они отличаются высоким содержанием хрома, молибдена или никеля и применяются в паровых котлах, газотурбинных установках, авиационных двигателях, печах и печных конвейерах - всюду, где температура может составлять 400-1400° C. Самой важной характеристикой таких сталей является сопротивление ползучести при высоких температурах. Важное значение имеет также сопротивление окислению (окалиностойкость). К специальным сталям относятся инструментальные стали. Они содержат много углерода (0,8-2,0%) и достаточно много легирующих элементов для образования не только твердого мартенсита, но и твердых карбидов. Типичные легирующие элементы таких сталей - хром, молибден, вольфрам и ванадий. Инструментальные стали обычно термообрабатываются на высокую прочность. Некоторые из инструментальных сталей, т.н. быстрорежущие, способны сохранять свою твердость в режущих инструментах до температур, достигающих 600° C. Содержание легирующих элементов в инструментальных сталях обычно выше, чем в любых других легированных сталях. Прочность на растяжение таких материалов составляет 1400-2800 МПа. Ударная вязкость инструментальных сталей, как правило, низка.

25. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ Цветные металлы и их сплавы широко применяются в технике. К наиболее важным цветным металлам относятся алюминий, медь, магний, никель, титан и (в меньшей степени) мягкие металлы - олово, свинец и цинк. В сплавах часто используются такие металлы, как сурьма, висмут, кадмий, ртуть, кобальт, хром, молибден, вольфрам и ванадий. Последние четыре металла условно относят к ферросплавам, хотя они могут содержать железо лишь в виде примеси. Алюминий. Чистый алюминий широко применяется там, где важное значение имеет высокая электропроводность, например в проводах для линий электропередачи (ЛЭП). Алюминиевые сплавы пригодны также для опор ЛЭП, поскольку конструкции, выполненные из таких сплавов, стойки к атмосферной коррозии. Алюминиевые сплавы можно разделить на упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой. Сплавы, упрочнение которых термической обработкой не удается, обычно содержат кремний, магний и марганец. Сплавы же, упрочняемые термической обработкой, содержат медь, цинк и определенные сочетания магния с кремнием. Предел текучести сплавов, не упрочняемых термообработкой, составляет 50-280 МПа, а их прочность на растяжение лежит в пределах от 100 до 350 МПа. Предел текучести термообрабатываемых сплавов может превышать 500 МПа, а прочность на растяжение - 550 МПа. Термообрабатываемые сплавы (из которых наиболее известны дуралюмины и авиаль) чаще всего применяются в аэрокосмической промышленности, где требуется высокая прочность при малой массе. Но алюминиевые сплавы широко применяются и практически во всех транспортных средствах - легковых автомобилях, автобусах, железнодорожных вагонах и даже морских и речных судах. Медь. Поскольку медь довольно легко восстанавливается из руды, она явилась одним из первых металлов, которыми научился пользоваться человек. Это произошло, по-видимому, раньше 4000 до н.э. У меди высокая электропроводность, и она была первым материалом, примененным для передачи электричества. Она до сих пор широко применяется в бытовой электропроводке и электрооборудовании. Предел текучести чистой меди составляет около 170 МПа, а прочность на растяжение - около 280 МПа; относительное удлинение обычно превышает 35%. Холодная прокатка и волочение повышают указанные характеристики меди. Жесткость меди примерно вдвое меньше, чем стали. Медь чаще всего применяется в виде сплавов, в первую очередь с цинком и оловом. В сплавах с цинком, называемых латунями, содержание цинка составляет от 2 до 40%. Прочность латуней, как правило, повышается с увеличением содержания цинка. Весьма распространена т.н. патронная латунь с 30% цинка. Ее предел текучести составляет ок. 280 МПа, а прочность на растяжение - ок. 530 МПа. Сплавы меди с оловом, называемые бронзами, были одними из первых медных сплавов, использовавшихся человеком. Содержание олова в бронзах - от 2 до 30%. Используются также тройные сплавы меди с оловом и цинком. Другие широко применяемые сплавы меди - с никелем или с никелем и цинком. Такие сплавы типа нейзильбера отличаются высокой коррозионной стойкостью, а также прочностью. Высокопрочные медные сплавы содержат алюминий, кремний или бериллий. Путем термической обработки их предел текучести можно повысить до 1000 МПа и более, а прочность на растяжение - до 1300 МПа. Эти сплавы применяются там, где требуются коррозионно-стойкие, немагнитные, неискрящие материалы с высокими электропроводностью и прочностью. Многие медные сплавы, особенно с оловом и никелем, предпочитаются инженерами за их коррозионную стойкость в таком оборудовании, как теплообменники, перегонные аппараты, испарители, конденсаторы и трубопроводы. В бытовых системах для горячей воды часто используются медные трубки. Магний. Как и алюминий, магний широко применяется в промышленности благодаря своей низкой относительной плотности (около 1,7, меньше, чем у алюминия). Он часто применяется в виде отливок, и в этом случае его предел текучести составляет от 85 до 140 МПа, а прочность на растяжение - от 140 до 280 МПа. У магниевого проката (прутка, профилей, листа) предел текучести и прочность на растяжение несколько выше. Магниевые сплавы менее пластичны, чем алюминиевые и медные (относительное удлинение составляет 4-15%). Наиболее важная область их применения - аэрокосмическая промышленность, где большие преимущества дает их легкость. Аэрокосмические магниевые материалы - это по большей части термообрабатываемые специальные сплавы. В сплавах с магнием чаще всего используются алюминий, марганец и цинк (обычно в малых количествах, хотя содержание алюминия может достигать 10%). После термообработки предел текучести таких сплавов может составлять до 310, а прочность на растяжение - до 390 МПа. Титан. Титановые сплавы начали применяться в качестве конструкционных материалов лишь после Второй мировой войны. Производство титана затрудняется тем, что он очень активно взаимодействует с кислородом, водородом и азотом, а также (при высоких температурах) почти со всеми материалами плавильных тиглей. Тем не менее в настоящее время выпускается и применяется целый ряд титановых сплавов. Благодаря своей легкости (плотность ок. 4,5 г/см3) и высокой прочности, превышающей прочность алюминиевых и магниевых сплавов, титановые сплавы находят применение в ответственных деталях аэрокосмической техники. Но титан довольно дорог, что ограничивает его применение. Технический титан имеет предел текучести более 400 МПа, прочность на растяжение от 500 до 630 МПа, относительное удлинение ок. 20%. Почти весь производимый титан используется в виде сплавов, улучшаемых термической обработкой. Обычные легирующие элементы титана - алюминий, ванадий, молибден и олово. Самый распространенный титановый сплав - с 6% алюминия и 4% ванадия - применяется в аэрокосмической промышленности. Его предел текучести составляет ок. 900 МПа, а прочность на растяжение - более 1000 МПа. Прочность этого сплава можно повысить путем сложной термообоработки. Будучи стойкими к некоторым кислотам, титановые сплавы применяются в соответствующей аппаратуре. Кроме того, такие сплавы находят применение как материалы трубных коммуникаций и арматуры, деталей корпуса и обшивки высокоскоростных военных самолетов. Никель. Никель редко применяется в чистом виде, но его сплав с хромом и молибденом широко используется для высокотемпературных деталей и элементов конструкций. Такой сплав характеризуется высоким сопротивлением ползучести и высокой коррозионной стойкостью в диапазоне температуры от 800 до 1100° C. Типичное применение хромомолибденовых сплавов никеля - лопатки турбин и другие высокотемпературные компоненты. Никель применяется также в некоторых медно-никелевых сплавах для повышения коррозионной стойкости меди. Другие металлы. Олово, цинк и свинец используются главным образом для повышения коррозионной стойкости сплавов, причем олово и цинк - чаще всего в виде антикоррозионных покрытий для стальных изделий. Принцип такой "протекторной" защиты в том, чтобы корродировало покрытие, а не сталь. Цинковые "гальванические" покрытия наносят электролитическим осаждением. Свинец без дополнительных компонентов используется в качестве коррозионно-стойкого материала в виде труб и листов. Свинец применяется вместе с оловом в виде припоев, особенно в электронной промышленности. Содержание свинца в таких припоях может составлять от 50 до близкого к 100%. Цинк используется в легкоплавких сплавах для литья под давлением в некоторых отраслях промышленности, особенно в автомобильной. Прочность этих сплавов невысока, зато они пригодны для литья в сложные формы.

Особенности обработки цветных металлов

Цветные металлы прочны и долговечны, способны переносить высокие температуры. Недостаток только один — способность корродировать и разрушаться под воздействием кислорода .

Одним из самых эффективных методов защиты цветного металла от атмосферной коррозии считается нанесение защитных лакокрасочных материалов. Существуют три группы средств для защиты металлических поверхностей: грунтовки, краски и универсальные препараты «три в одном». Грунтовка — незаменимое средство борьбы с атмосферным окислением, одно- или двухслойное грунтование производится перед окрашиванием, помимо защитных свойств сообщая финишному покрытию лучшую адгезию к основанию. При выборе состава важно знать, что для разных металлов используются разные грунтовки

Для алюминиевых оснований используют специальные грунтовки на цинковой основе либо уретановые краски. Медь, латунь и бронзу обычно не красят — эти металлы поставляются на рынок с заводской обработкой, защищающей поверхность и подчеркивающей ее красоту. Если же целостность такого «фирменного» покрытия со временем нарушается , его лучше полностью удалить с помощью растворителя , после чего основание следует отполировать и покрыть эпоксидным или полиуретановым лаком .

26. Коррозия металлов и способы защиты от неё. 

Термин коррозия происходит от латинского слова corrodere, что означает разъедать, разрушать.  Коррозия - это самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды.  Коррозия металлов - разрушение металлов вследствие физико-химического воздействия внешней среды, при котором металл переходит в окисленное (ионное) состояние и теряет присущие ему свойства.  МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ Проблема защиты металлов от коррозии возникла почти в самом начале их использования. Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел, а позднее и покрытием другими металлами и, прежде всего, легкоплавким оловом. В трудах древнегреческого историка Геродота (V век до нашей эры) уже имеется упоминание о применении олова для защиты железа от коррозии В зависимости от характера коррозии и условий ее протекания применяются различные методы защиты. Выбор того или иного способа определяется его эффективностью в данном конкретном случае, а также экономической целесообразностью. Легирование Имеется способ уменьшения коррозии металлов, который строго нельзя отнести к защите. Этим способом является получение сплавов, которое называется легирование. В настоящее время создано большое число нержавеющих сталей путем присадок к железу никеля, хрома, кобальта и др. Такие стали, действительно, не покрываются ржавчиной, но их поверхностная коррозия имеет место, хотя и с малой скоростью.

Защитные пленки Одним из наиболее распространенных способов защиты металлов от коррозии является нанесение на их поверхность защитных пленок: лака, краски, эмали, других металлов. Лакокрасочные покрытия наиболее доступны для широкого круга людей. Лаки и краски обладают низкой газо- и паропроницаемостью, водоотталкивающими свойствами, поэтому они препятствуют доступу к поверхности металла воды, кислорода и содержащихся в атмосфере агрессивных компонентов. Покрытие поверхности металла лакокрасочным слоем не исключает коррозию, а служит для нее лишь преградой, а значит, лишь тормозит процесс коррозии. Для снижения смачиваемости водой лакокрасочные покрытия иногда, в свою очередь, защищают восковыми составами или кремнийорганическими соединениями. Лаки и краски наиболее эффективны для защиты от атмосферной коррозии.

Грунтовки и фосфатирование Часто под лакокрасочный слой наносят грунтовки. Пигменты, входящие в ее состав, также должны обладать ингибиторными свойствами. Проходя через слой грунтовки, вода растворяет некоторое количество пигмента и становится менее коррозионноактивной Силикатные покрытия Для защиты металлов от коррозии используют стекловидные и фарфоровые эмали, коэффициент теплового расширения которых должен быть близок к таковому для покрываемых металлов. Эмалирование осуществляют нанесением на поверхность изделий водной суспензии или сухим напудриванием. Вначале на очищенную поверхность наносят грунтовочный слой и обжигают его в печи. Далее наносят слой покровной эмали и обжиг повторяют. Наиболее распространены стекловидные эмали - прозрачные или загашенные. Цементные покрытия Для защиты чугунных и стальных водяных труб от коррозии используют цементные покрытия. Поскольку коэффициенты теплового расширения портландцемента и стали близки, то он довольно широко применяется для этих целей. Недостаток портландцементных покрытий тот же, что и эмалевых, - высокая чувствительность к механическим ударам.  Покрытие металлами Широко распространенным способом защиты металлов от коррозии является покрытие их слоем других металлов. Покрывающие металлы сами корродируют с малой скоростью, так как покрываются плотной оксидной пленкой. Покрывающий слой наносят различными методами:  горячее покрытие - кратковременное погружение в ванну с расплавленным металлом; гальваническое покрытие - электроосаждение из водных растворов электролитов; металлизация - напыление; диффузионное покрытие - обработка порошками при повышенной температуре в специальном барабане; Ингибиторы Применение ингибиторов - один из самых эффективных способов борьбы с коррозией металлов в различных агрессивных средах. Ингибиторы - это вещества, способные в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их. Ингибирующее воздействие на металлы, прежде всего на сталь, оказывает целый ряд неорганических и органических веществ, которые часто добавляются в среду, вызывающую коррозию. Ингибиторы имеют свойство создавать на поверхности металла очень тонкую пленку, защищающую металл от коррозии.

27. Минеральные вяжущие вещества

Общие сведения и их классификация. Минеральными вяжущими называются порошкообразные вещества, за исключением растворимого стекла, способные при смешивании с водой давать пластичную массу теста, которая постепенно схватывается и затвердевает, превращаясь в камни.

Схватывание – это физико-химический процесс , в результате которого тесто, приготовленное на вяжущем постепенно теряет свою подвижность без приобретения прочности.

Твердение – это физико-химический процесс, в результате которого схватившееся тесто приобретает прочность.

По условиям твердения вяжущие подразделяются на воздушные и гидравлические.

Воздушные вяжущие схватываются (твердеют) и длительно сохраняют свою прочность только на воздухе. К ним относятся: воздушная известь, гипсовые вяжущие вещества, магнезиальные вяжущие вещества, растворимое стекло

Гидравлические вяжущие схватываются, твердеют и длительно сохраняют прочность на воздухе и под водой. К ним относятся: гидравлическая известь, портландцемент

Каждое вяжущее имеет свои сроки схватывания и твердения.

Минеральные вяжущие вещества стали применять за 3000 лет до нашей эры. Сначала был известен гипс, потом известь. Использовали также необожженную глину. В Египте гипс широко использовался для кладочных и штукатурных растворов для строительства пирамид. В Китае известь использовалась для строительства некоторых участков Великой Китайской стены. Известь широко использовалась в Греции. На Руси минеральные вяжущие стали использовать в 10 веке для строительства крепостных стен, церквей, монастырей. В Беларуси известковые растворы использовались при возведении Борисо-Глебского храма, Ефрасиньевского монастыря, Спаского собора.

Гидравлические вяжущие возникли во второй половине 18 начале 19 веков. Портландцемент был изобретён в 1824-1825 гг. Существует около 100 видов различных вяжущих. В Беларуси выпускается около 30 видов цемента и других вяжущих

28. Строительная воздушная известь – это воздушное вяжущее вещество получаемое путём обжига известняков, содержащих не более 6% глины, при температуре 1000-1200◦

Сырьё: плотные известняки, мел(на заводах Беларуси), известняк-ракушечник, доломитизированные известняки и т.д. Т.е. породы содержащие кальций(CO₃) и небольшое количество магмы (MgCO₃) и глины не более 6%

После обжига получается комовая негашёная известь в виде пористых комков.

CaCo₃ -> CaO+CO₂

MgCO₃ -> MgO+CO₂

CaO и MgO – активные составляющие негашёной извести

Комовую негашёную известь можно размалывать в порошок и получается молотая негашёная известь (Смирновская), которая применяется для получения саморазогревающихся зимних растворов, т.к. при соединении её с водой выделяется много тепла. Но чаще комовую известь гасят водой и получается гашёная или гидратная известь.

CaO+H₂O=Ca(OH)₂+Q

MgO+H₂O=Mg(OH)₂+Q

Ca(OH)₂ Mg(OH)₂ - гашёная известь

Гашение извести может быть: в порошок (известь-пушинка, воды и извести поровну),в известковое тесто (воды в 3-4 раза больше), известковое молоко (воды в 10 раз больше)

Известь гасят в известегасильных машинах или ямах.

Гашение извести – экзотермический процесс, опасный процесс, с выделением большого количества тепла. Надо помнить, что гашение нужно осуществлять при избытке воды, сыпать известь в воду, а не наоборот, чтобы воды было больше.

Воздушная известь твердеет только на воздухе и прочность известковых растворов невелика

Ca(OH)₂+CO₂=CaCO₃+H₂O

Mg(OH)₂+CO₂=MgCO₃+H₂O

Воздушная известь. Различают 3 сорта.

Сорт	CaO+MgO	Непогасившиеся зёрна
І	>90%	<7%
ІІ	>80%	<11%
ІІІ	>70%	<14%

Воздушная известь широко применяется для кладочных и штукатурных растворов, изготовление селикатного кирпича, селикатного бетона, искусственных камней и т.д.

Гипсовые вяжущие вещества получаются термообработкой с последующим измельчением природного гипсового камня. CaSO₄+2H₂O – природный гипс (двуводный)

В зависимости от температуры обработки гипсового камня различают: строительный гипс(температура 110-180◦), высокопрочный гипс (температура 700-1000◦, эстрих-гипс)

Строительный гипс варят в котлах, после чего продукт тонко измельчается, он представляет собой порошок светло-серого цвета, у которого ρ_Ист.=2,6-2,75 г/см₃ и ρ_Нас 800-1000кг/м₃

При обжиге: CaSO₄*2H₂O(t= 110-180◦)=CaSO₄*0,5H₂O+1,5H₂O; CaSO₄*0,5H₂O – полуводный гипс(строительный)

Качество гипса определяется: тонкостью помола(ІІІ – тонкого помола, ІІ – среднего помола, І – грубого помола), сроки схватывания(определяются лабораторным путём. Различают: А – быстросхватывающийся, Б – нормальносхватывающийся, В – медленносхватывающийся)

У нормальносхватывающегося гипса начало схватывания не ранее 6 минут, конец – не позднее 30 минут. Проектную прочность набирает за 2 часа. При твердении увеличивается в объёме. При увлажнении теряет прочность до 60%, поэтому применяют только в сухих помещениях. Прояность гипса соответствует его марке.

Различают гипс по прочности Г2, Г3, Г4…Г25(мПа)

Марка гипса записывается так: Г5БІІ

Строительный гипс широко применяется при ремонтных работах для заделки трещин, щелей, изготовлении перегородочных плит и панелей, акустических и декоративных плит, архитектурных декоративных отливок.

29. Магнезиальные вяжущие получаются умеренным обжигом при температуре 700-800◦ природных магнезитов и доломитов.

Магнезит - MgCO₃

Доломит - MgCO₃*CaCO₃

MgCO₃ -> (t) MgO+CO₂

MgCO₃*CaCO₃ -> (t) MgO+CO₂+CaCO₃

Твердеет только на воздухе при положительных температурах не ниже 12◦, сильно гигроскопичен, нельзя долго хранить, хорошо сцепливается с древесиной, применяется для производства фибролита(теплоизоляционный материал), ксилолита(для полов), искусственного мрамора и т.д.

Растворимое стекло(жидкое, селикатное)

Получается путём варки в стекловарных печах при температуре1300-1400◦, чистого кварцевого песка, кальцемированноый соды или сернокислого натрия (реже потаж К₂СО₃), сваренная масса затем резко охлаждается и распадается на куски(селикат-глыба), которая разваливается затем в горячей воде под давлением пара и образуется жидкое стекло (вязкая жидкость, хорошо сцепливающаяся в различными строительными материалами), твердеет при высыхании на воздухе, после твердения нерастворим в воде, применяется для кислотоупорных и жароупорных растворов, бетонов и обмазок, для гидроизоляции, для искусственного закрепления грунта(селикатизация).

Жидкое стекло применяют для производства кислотоупорного цемента, при смешивании его с кремнистым натрием0 не боится кислот, но боится щелочей. Применяется в химической промышленности.

30. Гидравлические вяжущие вещества

Гидравлическая известь: получается обжигом при t=900-1000 известняков с содержанием глины от 6 до 20%. После обжига сырья получается комовая негашеная известь, в которой часть CaO свободна, а часть связана с составными частями глины. Глина: Al₂O₃*SiO₂*Fe₂O₃ CaO*SiO₂; CaO*Al₂O₃; 2Cao*Fe2O₃ – способны к гидравлическому твердению. Гидравлическая известь(порошок желтоватого цвета) схватывается не только на воздухе, но и под водой, но для этого от 10 до 21 дня она сначала должна твердеть на воздухе. Применяется гидравл. известь для кладочных и штукатурных растворов во влажных условиях, изготовления искусственных камней. Портландцемент – является продуктом тонкого помола клинкера, полученного при обжиге до спекания природных или искусственных сырьевых масс, состоящих из известняков и глин. Сырье: мергель, известняк с примесью глин 25%, мел+25%. Изобретатели портландцемента: Егор Челиев, Джозеф Асприн (1824-1825) Существуют 2а способа производства портландцемента: мокрый и сухой. Краткая схема производства портландцемента по мокрому способу: 1) Добыча сырья. 2) Грубое и мелкое дробление сырья. 3) Перемешивание шлама в шлам-бассейне. 4) Обжиг шлама во вращающихся печах при t=1400-1450, получение клинкера. 5) Выдерживание клинкера на складах для устранения примесей (2-3 недели). 6) Помол клинкера. 7) Выдерживание на складах (2-3 недели). 8) Упаковка и отгрузка на производство в специальных вагонах и автомобилях цементовозах или бумажных многослойных мешках(5, 10, 15 кг). Краткая схема производства портландцемента по сухому способу: Сырье: мергель или сухие известняки и глины. 1) Добыча сырья 2) Грубое и тонкое дробление 3) Гранулирование и получение порошка. 4) Обжиг гранул в вертикальных или укороченных вращающихся печах.

5) Получение клинкера. Химический и минералогический состав клинкера портландцемента: 3CaO*SiO₂– C₃S – трехкальциевый силикат (40-65%) 2CaO*SiO₂– C₂S – двухакальциевый силикат (15-40%) 3CaO*Al₂O₃– C₃Al – трехкальциевый алюминат (2-15%) 4CaO*Al₂O₃*Fe₂O₃–C₄AF – четырехкальциевый аммоферит (10-20%) Кроме того есть: Ca(OH)₂ и Mg(OH)₂

С₃S – быстро твердеет за счет выделения тепла, особенно в первые 3 дня, оказывает решающее влияние на прочность цемента. C₂S – медленно твердеет, выделяет мало тепла, набирает прочность на протяжении многих лет. C₃A – твердеет быстрее первого минерала, выделяет много тепла. Сильно боится сернистых соединией, вызывает цементную бациллу. C₄AF – твердеет медленнее чем первый и быстрее, чем второй.

31. Твердение портландцемента: Твердеет на воздухе и под водой На воздухе: Ca(OH)₂+CO₂+CaCo₃+H₂O – реакция карбонизации 3CaO*SiO₂+(h+1)H₂O=2CaO*SiO₂*hH₂O+Ca(OH)₂ 2CaO*SiO₂+hH₂O=2CaO*SiO₂*hH₂O 3CaO*Al₂O₃+6H₂O=3CaO*Al₂O₃*6H₂O 4CaO*Al₂O₃*Fe₂O₃+hH₂О=3CaO*Al₂O₃*6H₂O+CaO+Fe₂O₃*(h-6)H₂O Проектную прочность (марочную) набирает 28 дней. За неделю примерно 70%. В дальнейшем набирает прочность медленно, в течении многих лет. Св-ва портландцемента: ρ_Н=(1000-1100) ρ_И=(3,05-3,15) г/см³ - тонкость помола определяется ситовым анализом -удельная поверхность=(2500-300) см²/г

- водопотребность - нормальная густота =(24-28)% - сроки схватывания: Начало схватывания не ранее 45 минут, конец не позднее 10 часов - конец твердения 28 суток - равномерность изменения объема - прочность. Характеризуется маркой (400,500,550,600) 400-R_СЖ=40мПа - коррозия цементного камня. Различают 3 вида: 1) под действием пресной воды, которая размывает и уносит Ca(OH)₂ 2) под действием минеральных вод, содержащих соли, щелочи и т.д., которые образуют растворимые в воде соединения или соединения, не обладающие способностью твердеть. 3)под действием сернистых соединений (самая опасная), при этом при соединении сернистых солей с С₃А образуется цементная бацилла, которая при твердении увеличивается в объеме во много раз больше чем остальной цемент и разбивает цементный камень. Для защиты от коррозии используют: 1) Облицовка керамическими, синтетическими плитами, битумная обмазка, синтетическая смазка. 2)применение специальных цементов Применение, транспортировка и хранение: Цемент является основным вяжущим, применяется для растворов бетонов надземных, подземных и подводных сооружений. Производят в специальных машинах или ваннах, оборудованных автоматической погрузо-разгрузкой. Хранят в закрытых складах с полом над землей. При хранении прочность цемента снижается: 3мес – 15-20%

6мес – 20-30% 1 год – более 50%

32. Разновидности портландцемента: 1)Пластифицированный пц: Дает пластичные растворы и бетоны, обладающие водонепроницаемостью и морозостойкостью. 2) Гидрофобный пц: Водоотталкивающий. Можно дольше хранить без потери прочности, легче транспортируется. 3) Быстротвердеющий: 2а способа получения: 1) увеличение тонкости помола 2) подбор состава клинкера 3)Сульфатостойкий: Получают путем сокращения в клинкере С₃А. Для бетонов, работающих в сульфатной среде. 5) Белые и цветные цементы: Белый получают из белых известняков и белых глин. Цветные получают из белых, с добавлением пигмента. Применяют для архитектурно-декоративных работ. 6) Смешанные: Шлакопортландцемент, пуццелановый. Шлакопортландцемент изготавливают при добавлении в обычный пц молотого шлака. Пуццелановая добавка – это аморфный кремнезем. Эти добавки вступают в химическую реакцию с клинкерными минералами, поэтому прочность цемента сильно не снижается, а стоимость снижается сильно. Применяют также специальные цементы: 7) Глиноземнистый пц: При твердении выделяет много тепла, набирает марочную прочность 3 дня. Применяется для аварийных и срочных работ, но не для сернистых водоемов, не для массивных конструкций, не для паропрогрева. 8) Расширяющийся: Рекомендуется для заделки стыков.