Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Основы строительного дела

Строительство и ремонт

§ 14.1. Чугуны и стали

Металлы, применяемые в строительстве, подразделяются на две группы: черные и цветные. Черные металлы представляют собой сплав железа с углеродом. В зависимости от содержания углерода черные металлы делятся на чугуны и стали. На долю черных металлов в настоящее время приходится около 95 % производимой в мире металлопродукции. Все нежелезные металлы и сплавы на их основе называются цветными.

Из металлов наибольшее применение в строительной индустрии находят чугуны и стали.

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода более 2 %, в состав которых входят также кремний, марганец, сера и фосфор. Различают белые, серые и ковкие чугуны. Белыми чугунами называют железоуглеродистые сплавы, в которых весь углерод химически связан с железом в виде цементита Fe3C. Белые чугуны имеют высокую твердость и хрупкость, вследствие чего в чистом виде их мало используют в технике, а применяют чаще в качестве сырья для переделки в сталь (переделанный чугун) и для получения ковких чугунов. Серыми называют чугуны, в которых углерод частично или полностью находится в состоянии графита. Эти чугуны широко применяют для изготовления различных изделий, поэтому их называют еще литейными. Ковкими называют чугуны, получаемые термической обработкой отливок из белого чугуна. Ковкие чугуны отличаются от серых большей пластичностью. По своим механическим свойствам ковкие чугуны занимают промежуточное положение между сталями и серыми чугунами. В доменных печах выплавляют также специальные чугуны, так называемые ферросплавы. Они представляют собой сплавы железа с марганцем — ферромарганец, с кремнием — ферросилиций и др. Ферросплавы применяют при получении стали как раскислители или как легирующие добавки.

Сталями называют железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 2 %. По химическому составу стали делят на углеродистые и легированные. В состав углеродистых сталей кроме железа и углерода входят кремний, марганец, фосфор, сера (не более 1 %). В состав легированных сталей для направленного улучшения их свойств вводят легирующие элементы, например никель, хром, вольфрам, ванадий и др. По применению в промышленности стали подразделяют на конструктивные, имеющие в своем составе до 0,65 % углерода, и инструментальные, содержащие 0,65—1,5 % углерода. Конструкционные стали применяют при изготовлении строительных конструкций и деталей машин, а инструментальные — для изготовления инструмента. Стали по химическому составу подразделяются на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали. В зависимости от областей применения их делят на конструкционные высокого качества, обыкновенного качества и инструментальные. Стали, применяемые в строительной индустрии, классифицируют по качеству, назначению и по способу выплавки.

По качеству и назначению сталь классифицируют на: углеродистую обыкновенного качества; углеродистую конструкционную; углеродистую горячекатаную для мостостроения; углеродистую толстолистовую и широкополосную термически обработанную; рельсовую; низколегированную конструкционную.

По способу обработки строительные стали классифицируют на три группы: горячего проката, холодной вытяжки (стальная арматура для железобетонных изделий); комбинированной обработки.

Наиболее широко применяют сталь углеродистую обыкновенного качества. Из нее изготовляют фасонные гнутые профили (14.1). В зависимости от химического состава и механических свойств углеродистую сталь обыкновенного качества классифицируют на две группы и одну подгруппу: группа А — поставляется по механическим характеристикам; группа Б — поставляется по химическому составу; подгруппа В— поставляется по механическим характеристикам с дополнительными требованиями по химическому составу.

Легированные стали. В состав легированных сталей специально вводят один или несколько элементов, улучшающих их физико-механические свойства. Легированные стали классифицируют по назначению, химическому составу и структуре. По назначению они делятся на три основные группы: конструкционные, инструментальные и стали с особыми физико-механическими свойствами. По химическому составу марки легированной стали устанавливают в соответствии с ГОСТами. Для маркировки принята буквенно-цифровая система, например: С -f кремний, Г — марганец, X — хром, Н — никель и т.д. Легированные стали отличаются высокой пластичностью и повышенной прочностью, что позволяет снизить массу металлических конструкций!

§ 14.2. Цветные металлы и их сплавы

В строительной индустрии цветные металлы в чистом виде применяются редко. Значительно шире, чем другие металлы, используют цинк, свинец, медь и алюминий. Цинк применяется для изготовления листового материала, используемого при устройстве кровель, вентиляционных коробов, водосточных труб, подоконных сливов, футеровки кислотостойких резервуаров, для особых видов гидроизоляции и др. Медь и алюминий применяют в электротехнических работах, В основном в строительстве применяют сплавы цветных металлов, отличающиеся легкостью и большой коррозионной стойкостью!

Алюминиевые сплавы. Вследствие высокой стойкости к атмосферным воздействиям алюминиевые изделия в виде листов, труб, проволоки, стержней широко применяются в строительстве. Однако в технике чаще пользуются более твердыми и прочными, чем чистый алюминий, алюминиевыми сплавами. Эти сплавы подразделяются на: литейные — для изготовления фасонных отливок; обрабатываемые давлением — для получения прокатных профилей, а также для изготовления деталей койкой и штамповкой.

Дюралюмины — элюминиевые сплавы, обрабатываемые давлением, наиболее широко применяемые в технике. Основными добавками являются медь (3,5...5 %), магний (0,4...0,8 %), кремний (до 0,8 %) и марганец (р,4...0,8 %). При высоких температурах они растворяются в алюмишри, образуя твердый раствор, вследствие чего при температуре 450...500 °С дюралюмин представляет собой однофазный сплав. Дюралюмины являются хорошими конструкционными материалами. В строительстве используются в виде уголков, швеллеров, двутавров, трур круглого и прямоугольного сечений, при изготовлении оконных и дверных блоков, стеновых панелей, панелей покрытий, перегородок! и пр.

Сплавы на основе меди. В чистом виде медь в строительной индустрии применяют/ только при выполнении электротехнических работ.  Чаще для строительных целей используют сплавы меди — бронзу и латунь. Латунь представляет собой сплав меди с цинком, а бронза — сплав меди с оловом или с каким-либо другим металлом, (алюминием, свинцом или марганцем). Однако наибольшее распространение в строительстве находят о л о в я н и с т ы е брон-з ы. Бронзы и латуни имеют достаточно высокие прочность, твердость и коррозионную стойкость. Сплавы на основе меди применяют в санитарной технике в виде запорной арматуры, кранов, вентилей и ДР-

Твердые металлические сплавы. Их изготовляют из порошков карбида, вольфрама, титана и кобальта. Применяют для изготовления режущих частей станков по обработке древесины, металла, буровых инструментов и т.п.

§ 14.3. Коррозия металлов и меры борьбы с ней

Коррозия металлов — это процесс их разрушения вследствие химического и электрохимического взаимодействия с внешней (коррозионной) средой. В результате коррозии ежегодно теряется в мире до 10 % годовой выплавки новой стали. Потери от коррозии (на воспроизводство и замену вышедших из строя конструкций и оборудования) исчисляются в миллиардах рублей, вследствие чего в народном хозяйстве применяются всевозможные средства и методы борьбы с коррозией металлов. В зависимости от характера коррозионного процесса различают химическую и электрохимическую коррозию металлов. При химической ко р р о з и и металл разрушается в агрессивных средах вследствие непосредственного соединения металла с агрессивными химическими агентами (например, железо окисляется). При электрохимической коррозии разрушение металлов происходит вследствие их растворения в жидкой среде, являющейся электролитом, и заключается в образовании на их поверхности множества микрогальванических элементов.

Эти процессы называются соответственно водородной и кислородной деполяризацией. Анодный и катодный процессы с некоторой вероятностью и в определенной последовательности протекают в любых точках металлической поверхности, где катионы и электроны могут взаимодействовать с компонентами коррозионной среды.

В железоуглеродистых сплавах анодом является феррит, а катодом ' цементит или неметаллические включения. Вторичными реакциями коррозии железа является взаимодействие катионов железа с ионами гидроксила ОН" с образованием нерастворимого в воде гидрооксида железа по реакциям

Fe^ + 2ОН" = Fe(OH)2;   4Fe(QH)2 + Ог + 2ЩО - 4Fe(OH)3

Co временем гидрат оксида железа переходит в соединение пРегОзтЩО, называемое ржавчиной. Коррозия металлов может быть местная, при разрушении поверхности в определенных участках, и равномерная, когда металл разрушается по всей поверхности, а также межкристаллитная, когда разрушение происходит по границам зерен металла.

Существует несколько методов антикоррозионной защиты металлов. По механизму действия все методы антикоррозионной защиты можно разделить на две основные группы: электрохимические, оказывающие влияние на потенциал металла или его критические значения, и механические, изолирующие металл от воздействия окружающей среды созданием защитной пленки и покрытий.

К основным методам антикоррозионной защиты относятся легирование металлов, термообработка, ингабирование окружающей среды, деаэрация среды, водоподготовка, защитные покрытия, создание микроклимата и защитной атмосферы. Способы антикоррозионной защиты указываются в рабочих чертежах конструкций, в СНиПах, технических условиях. Простейшим и эффективным способом защиты металлических конструкций от коррозии является покрытие их поверхностей различными красками, лаками, эмалями.

Существенный вред подземным металлическим коммуникациям наносит электрокоррозия от блуждающих токов. Для борьбы с ней необходимо предусматривать: 1) удаление трасс коммуникаций тепловых сетей от рельсовых путей электрифицированного транспорта и уменьшение количества пересечений с ними; 2) увеличение переходного сопротивления между трубопроводами и грунтом за счет применения электроизолирующих опор труб; 3) установка изолирующих фланцев на трубопроводах на их вводе к объектам, которые могут являться источниками блуждающих токов (тяговые подстанции, ремонтные базы и т.п.); 4) увеличение продольной электропроводимости трубопроводов на защищаемом участке путем установки продольных токопроводящих перемычек на сальниковых компенсаторах и на фланцевой арматуре; 5) уравнивание потенциалов между параллельными трубопроводами, прокладываемыми в общих строительных конструкциях путем установки поперечных электроперемычек между смежными трубопроводами при использовании электрических методов защиты.