Конспект лекций по курсу «Строительные материалы и изделия»

МЕТАЛЛЫ

• 
  кристаллические вещества, характеризующиеся высокими показателями теплопроводности и электропроводности, способностью хорошо отражать электромагнитные волны, ковкостью и другими специфическими свойствами
  

Сплавы – системы, состоящие из нескольких металлов и неметаллов
Железо и его сплавы – это сталь с содержанием углерода <= 2.14%
чугун (углерод > 2.14%)
называются черными металлами
остальные металлы и их сплавы называются цветными: алюминий, цинк, никель, медь, магний, титан.
Чугун получают в доменных печах температурной обработкой до 1900 ⁰С из смеси железной руды, твердого топлива кокса и флюса (известняк)
В результате получается чугун (80% идет на производство стали, 20% - на производство литых чугунных изделий) и доменный шлак.
Доменный шлак – сырье для получения строительных материалов, шлакопортланд цемента, пористого заполнителя для бетона, шлаковой пемзы, шлаковой ваты, шлакоситаллов

Производство стали

Получают из чугуна и железа, металлолома и спец добавок (в том числе и легирующих элементов) плавлением в мартеновских печах, конверторах или электро печах

Термическая обработка стали

Термическая обработка придает стальным изделиям определенные механические свойства (высокую твердость), повысив при этом сопротивление износу, уменьшается хрупкость для улучшения обработки или повышения ударной вязкости.
Ударная вязкость – количество работы, необходимое для разрушения образца ударной нагрузки
1 Закалка – термическая обработка стали путем ее нагрева до определенной температуры, некоторой выдержке при этой температуре с быстрым последующим охлаждением в воде, масле, других жидкостях . При этом увеличивается твердость, прочность, но снижается ударная вязкость. Закаленная сталь обладает большой хрупкостью
2 Отпуск – подвергается сталь после закалки для уменьшения хрупкости и ослабления внутренних напряжений. Сталь нагревают ниже температуры закалки с последующим постепенным охлаждением на воздухе.
3 Отжиг – уменьшает структурную неоднородность стали, придает мелкозернистую структуру, снижает напряжение, улучшает обрабатываемость стали резанием.
4 Нормализация – по существу, это процесс отжига. Стальное изделие нагревается до температуры ниже температуры закалки, выдерживается при этой температуре , а затем охлаждаются на воздухе. В результате сталь получается более мелкозернистой, чем при отжиге, повышается твердость, прочность, ударная вязкость.
5 Обработка холодом – способствует более равномерной структуре и повышает твердость стали. В качестве охлаждающих сред, температуры которых могут достигать 200⁰С и ниже, используют жидкий азот, аммиак, кислород.
6 Химико-термическая обработка
изменение химического состава поверхностного слоя стального изделия
методы:

• 
  цементация (насыщение углеродом поверхностного слоя стального изделия при температуре среды 880-950 ⁰С содержащей углерод)
  
• 
  азотирование (насыщение азотом при 500-700 ⁰С в атмосфере аммиака). При этом повышается коррозионная стойкость, твердость, износоустойчивость. Азотированию подвергаются легированные стали, содержащие в качестве легирующего вещества алюминий и прошедшие предварительную обработку (термическую и химическую)
  
• 
  хромирование (насыщение поверхностного слоя хромом). Повышает коррозионную стойкость стали при действии пресной и морской воды, кислоты, окислительной среды при высокой температуре достигается хромированием.
  

ПРОИЗВОДСТВО МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ

Способы обработки металлов:

1.прокат (наиболее распространенный и дешевый способ)
сущность: обжатие металлов между вращающимися валиками, при этом заготовка уменьшается в сечении , вытягивается и приобретает форму соответствующую валкам, если они не гладкие
прокатывают металл в холодном и горячем состоянии
изделия : балки, рельсы, прутковая листовая сталь, арматура, трубы
2. ковка – процесс деформации металлов под действием повторяющихся ударов молота или пресса
под ударами молота заполняются формы штампа
изделия: болты, скобы, анкера
3. волочение – заключается в протягивании металлической заготовки через отверстия, сечения которых меньше сечения заготовки
изделия: трубы малого диаметра, круглые, квадратные и 6-угольные прутки
4. холодное профилирование металлов – процесс деформации листовой стали на прокатных станах
из листов стали получают гнутые профили с различной конфигурацией
плотность стали 7850 кг/м
Углеродистые стали – сплавы, содержащие железо, углерод, марганец, кремний а также вредные примеси: серу и фосфор (их содержание не должно превышать 0,05-0,06%)
Содержание углерода:

• 
  низкоуглеродистые (менее 0,25%)
  
• 
  среднеуглеродистые (0,25-0,5%)
  
• 
  высокоуглеродистые (более 0,6%)
  

По назначению:

• 
  общие
  
• 
  инструментальные
  

общие подразделяются на 3 группы
А : Ст0, Ст1 ……..Ст6, чем больше цифра, тем больше содержание углерода; стали хорошо свариваются и обрабатываются
Б: БСт0, БСт1 ……(эти марки поставляют с гарантированным химическим составом )
В: ВСт2 …..ВСт5 (поставляют с гарантированным хим. и механич. составом)
Легированные стали кроме компонентов, входящих в состав углеродистых , содержат легирующие элементы:

• 
  марганец (Г)
  
• 
  кремний (С)
  
• 
  хром (Х)
  
• 
  никель (Н)
  
• 
  молибден (М)
  
• 
  медь (Д) и др
  

Они повышают качество стали и придают ей особые свойства
Марганец – прочность, износостойкость, сопротивление ударным нагрузкам
Кремний – упругие свойства
Никель, хром – механические свойства, жаростойкость и коррозионную стойкость
25ХГ2С показывают что углерода 0,25%
Х - 1% хрома
Г - 2% марганца
С - 1% кремния
Высоколегированные стали подразделяются на три группы:

• 
  нержавеющие кислотостойкие
  
• 
  окалостойкие и жаропрочные
  
• 
  сплавы с высоким электрическим сопротивлением
  

Стальная арматура для железобетона – стальные элементы или целые каркасы, которые размещены в массе бетона
Стержневая арматура :

• 
  горячекатаная
  
• 
  термически упрочненная вытяжкой в холодном состоянии
  

стержневую арматуру делят на классы А, А-2 (класс 2)

• 
  для термически упрочненных (А)
  
• 
  для конструкций , используемых в районах севера ()
  

класс
стержни арматуры класса А-1 выпускают гладкими, а остальные- периодического профиля (с повышенной коррозионной стойкостью )
Проволочная
Два класса В-1 и В-2
Холодно катанная и низкоуглеродистая (В-1) для ненапрягаемой арматуры
(В-2) углеродистая, для напрягаемой (высокопрочная арматурная проволока Вр-1, Вр-2 - арматура периодического профиля)
Арматурные проволочные изделия:

• 
  арматурные стальные пряди П-3, П-7, П-19 (3,7,19 – количество проволок в пряди), предназначены для напрягаемой арматуры
  
• 
  канаты (К219) 2 – количество прядей, 19 – количество проволок
  
• 
  сварные арматурные сетки (для ненапрягаемой арматуры)
  
• 
  сварные проволочные сетки
  

Закладные детали
Предназначены для соединения посредством сварки отдельных изделий между собой при возведении сборных ЖБК. Представляют собой стальную пластину с приваренными к ней анкерами.

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ

Изделия из алюминиевых сплавов отличаются простотой технологии изготовления, хорошим внешним видом, сейсмо- , хладо- и огнестойкостью, долговечностью. Алюминий в «чистом» виде обладают высокой сопротивляемостью коррозии , высокой электропроводностью , пластичностью, что позволяет изготавливать детали сложного профиля.
Недостаток: незначительная прочность не позволяет использовать для несущих конструкций. Резко повышает свои механические свойства при добавлении к нему металлов: меди, марганца, магния.
Сплавы на основе меди
В чистом виде медь не применяется в строительстве.
Латунь – сплав меди с цинком
Бронза – сплав меди с оловом
Эти сплавы прочны, обладают высокой твердостью и коррозионной стойкостью. Используют для сантехнической аппаратуры: краны, вентиля, иногда для отделочных и декоративных целей.
Сплавы цинка и свинца используют для кровельных покрытий, карнизов, водосточных труб, для особых видов гидроизоляции , зачеканивания швов и стыков элементов строительных конструкций : туннели, метрополитены
Магний , титан и их сплавы из-за низкой плотности и высоких механических свойств применяют в самолетостроени.

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ, МЕРЫ ЗАЩИТЫ

1. 
   химическая коррозия (возникает при действии на металлы сухих газов и растворов масел: бензина, керосина)
   
2. 
   электрохимическая (при действии растворов кислот и щелочей, также при контакте двух разнородных металлов)
   

Защита осуществляется :

• 
  покрытие металлов лаками, красками , эмалями
  
• 
  легирование (сплавление металлов с легирующими веществами), повышают коррозионную стойкость
  
• 
  воронение (получение на поверхности изделия защитного слоя, состоящего из оксидов данного металла )
  
• 
  металлическое покрытие металлической пленкой из другого металла, менее подверженного коррозии в данных условиях: цинк, олово.
  

МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

• 
  называют тонко измельченные порошки, образующие при смешивании с водой пластическое тесто, под влиянием физико-химических процессов переходящее в камневидное состояние.
  

Воздушные – твердеют , долго сохраняют и повышают свою прочность только на воздухе.
Гидравлические – способны твердеть и длительно сохранять свою прочность не только на воздухе , но и в воде.