4.2.2 Алюмінієві будівельні сплави
Алюмінієві сплави широко застосовуються в будівництві завдяки відносній дешевизні, багатим можливостям регулювання властивостей і технологічності.
1 Силуміни використовують для фасонного лиття. Вони мають понижену температуру плавлення, рідкотекучість, малу усадку при затвердінні і гарну здатність до обробки ріжучим інструментом.
2 Дюралюміни мають високу міцність, піддаються пластичній деформації і термообробці. Вони обробляються прокаткою, пресуванням, штамповкою, волочінням і можуть застосовуватися для клепаних несучих конструкцій (найчастіше застосовуються Д1Т і Д16Т). З них виробляють профілі, листи, стрічки, прутки, дріт.
3 Сплави, що зварюються, АМг-6, В92Т застосовуються для зварних несучих конструкцій - ферм, рам, арок, колон.
Для суміщених конструкцій, таких як покрівельні панелі, використовують сплав АМг-6, а для ненавантажених або малонавантажених елементів будівель (обшивка стінових і покрівельних панелей, арматура) – сплави АМг та АМц.
До поширення використання алюмінієвих сплавів у будівництві спонукають такі їх достоїнства:
– мала щільність;
– висока питома міцність;
– відносно висока корозійна стійкість;
– висока технологічність;
– відсутність іскроутворення при ударі;
– морозостійкість.
Завдяки цьому трудомісткість виготовлення з них виробів значно менша в порівнянні зі сталлю.
Але ці сплави мають і серйозні недоліки, які обмежують їх застосування:
– невеликий модуль пружності (в 3 рази менше ніж у сталі);
– великий коефіцієнт температурного розширення (в 2-3 рази більше ніж у сталі), що викликає необхідність збільшувати кількість температурних швів;
– понижена вогнестійкість через зниження міцності при нагріванні.
4.3 Поведінка металів і сплавів при нагріванні
На поверхні металів при їхній взаємодії з киснем повітря утворюються оксиди, що перешкоджають прямому контакту реагентів.
У летучих металів (K, Na, Li, Mg...) поверхневі окисли пористі і мають температуру плавлення вище температури кипіння металів. Тому, при контакті з джерелом запалення метал розплавляється, його пари дифундують крізь пористу оксидну плівку назовні і по досягненні достатньої концентрації можуть запалюватися.
Горіння розігріває метал до температури кипіння, плівка оксиду розривається, і горіння посилюється. Оксиди також розігріваються до температури кипіння, їхні пари дифундують в повітря, там конденсуються і перетворюються в білий дим - ознака горіння летучих металів.
У нелетучих металів (Al, Ni, Ti...), як правило, температура плавлення оксиду менше температури кипіння металу. Тому оксиди, знаходячись на поверхні металу в рідкому стані, уповільнюють його окислення (горіння). Такі метали енергійно горять у вигляді порошку, стружки і без утворення диму.
Властивості виробів з чорних металів залежать від марки сплаву та умов термообробки, бо за цими параметрами згідно з діаграмою залізо-вуглець формується структура матеріалу. Завдяки багатству алотропічних перетворень у залізі та його сплавах, за допомогою різних режимів термообробки вдається встановлювати необхідні механічні та фізичні властивості конкретної деталі.
Вплив високих температур на будівельні сталеві деталі обумовлюється дією двох факторів: термічного розширення та змін у структурі. При температурі більше 780...900 оС (в залежності від марки сталі) ліквідуються усі позитивні наслідки термічної обробки, і властивості деталей перестають відповідати умовам їх навантаження. А зміна розмірів деталей при нагріванні викликає їх деформацію за рахунок виникнення внутрішніх напружень.
Таким чином, ще задовго до плавлення металу в конструкції може відбуватися його прогрівання до критичної температури, за якої границя міцності (тимчасовий опір розтягненню) і умовна границя текучості знижуються до величин робочих напружень, що виникають від експлуатаційних навантажень та власної ваги конструкції. Цьому моменту відповідає стан, коли виникають надмірні деформації, вичерпується несуча здатність конструкції і настає її руйнування.
Порівняння поведінки різних сталей при нагріванні зручно проводити за їх відносною міцністю (t), тобто за співвідношенням межі міцності сталей за досягнутої температури (Rt) до межі їх міцності при 20 оС (R20):
Rt
t = —— .
R20
На графіку з рис.4.4 за залежністю відносної міцності сталі від температури продемонстрована різниця між легованими та нелегованими будівельними сталями. При нагріванні міцність нелегованих сталей починає неухильно зменшуватися до критичної позначки. Міцність легованих сталей спочатку зростає за рахунок зняття внутрішніх напружень і тільки потім починає зменшуватися.
Для нелегованих сталей граничною температурною областю використання фактично є 300-350 оС, бо при ній починаються рекристалізаційні явища і сукупно зі зменшенням міцності виникають деформації повзучості.
Коефіцієнт вичерпування несучої здатності для сталевих конструкцій з гарячекатаних сталей умовно дорівнює 1.6. Цьому значенню відповідають такі критичні температури (оС):
Ст.3 470; 35ГС 550;
Ст.5 470; 23Х2Г2Т 490;
25Г2С 550-570; 30ХГ2С 500; 80С 500;
Алюмінієві сплави менш стійкі до нагрівання, ніж сталі. Їх відносна міцність при підвищенні температури майже зразу ж починає зменшуватися (рис. 4.5). Критичною для алюмінієвих сплавів умовно приймається така температура, при якій один з основних механічних параметрів матеріалу (границя міцності або текучості) знижується у 2 рази. Критичні температури для різних марок сплавів приблизно мають такі значення (оС):
АЛ-8 300 ; Д16А-Т 290 ; В95-Т 200;
АМг-6 250 ; АМц-М 235.
