Металлы и сплавы в строительстве

1.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
[email protected]
Автор: Урханова Л.А.

2.

ТЕМА 8. МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
ПЛАН
1. Общие сведения о металлах, их классификация
2. Структура и свойства металлов
3. Производство чугуна
4. Производство и применение стали
5. Арматурная сталь

3.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛАХ
Металлы – кристаллические вещества, характерными
признаками которых являются
высокая прочность,
пластичность,
тепло- и электропроводность, ковкость,
характерный блеск ( металлический).
Свойства металлов обусловлены их строением – в их
кристаллической решетке имеются электроны , которые могут
свободно перемещаться.
Сплавы – системы, состоящие из нескольких металлов или
металла и неметалла. Сплавы обладают всеми характерными
признаками металлов.

4.

5.

чугун
Чугун – это сплав железа с углеродом при содержании
углерода более 2,14%: от 2 до 6,67%. В его структуре
содержатся графитовые включения – размер и форма
которых определяют тип чугуна и его применение для
изготовления различных изделий.
Серый чугун содержит 2,4-3,8% углерода. Он хорошо
подается обработке, имеет повышенную хрупкость,
используется для литья изделий, неподвергающихся
ударным воздействиям.

6.

ЧУГУН
• Белый чугун – содержание углерода 2,6 – 3,8%. Он обладает
высокой твердостью, но является очень хрупким, не
обрабатывается, имеет ограниченное применение.
• Высокопрочный чугун – химический состав такой же, как у серого
чугуна, отличие – добавляют в жидкий чугун присадки марганца –
0,03 – 0,04%.Имеет высокую прочность, его используют для
отливки корпусов насосов, вентилей.
• Ковкий чугун получают при длительном нагреве при высоких
температурах отливок из белого чугуна. Он содержит 2,5-3,0%
углерода. Его применяют для изготовления тонкостенных деталей
(гайки, скобы и т.д.), для облицовки поверхностей
гидротехнических сооружений.

7.

8.

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Сталь – это сплав железа и углерода. Содержание углерода
составляет около 2%.
Легированные стали содержат небольшое содержание
легирующих компонентов – марганца, хрома, никеля и др.,
они содержат не более 0,6% углерода.
По назначению – на конструкционные, инструментальные и
специальные.

9.

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Конструкционные углеродистые стали – они содержат железо, углерод, марганец
и кремний.
Их делят на стали общего назначения и инструментальные. Стали общего
назначения делят на группы: А, Б, В.
Группа А – СтО, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6. Ст7. Гарантируются потребителю
механические свойства, не уточняя химический состав. Чем выше номер, тем
больше в стали содержание углерода.
В этой группе для изготовления металлических конструкций чаще всего
используются стали Ст3 и Ст5.
Группа Б (БСтО, БСт1, Б Ст2 ….БСт7) имеет фиксированный химический состав.
Группа В – поставляется с гарантией и механических свойств, и фиксированного
химического состава (ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5).

10.

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
• Применяемые в строительстве стали этой группы имеют
маркировку 10ХСНД, 15ХСНД, 35ХС, 25ХГ2С, 25ХГ2СА и др.
Прочность этих сталей более чем в два раза выше, чем сталей Ст3
и др.
• Обозначения приняты следующие: 25ХГ2С – 0,25%С, 1%Сr, 2% Мп,
1% SiО2.
Пример: 12Х2Н4А – легированная сталь, высококачественная, с
содержанием углерода 0,12%, хрома 2%, никеля 4%.
Г13 – легированная сталь с содержанием углерода 1% и более,
марганца 13%.

11.

свойства металлов
• Физические свойства: плотность, электропроводность, теплопроводность и другие
• Химические свойства: растворимость, коррозионная стойкость.
• Механические свойства: прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность,
хрупкость.
• Технологические свойства: ковкость, свариваемость, обрабатываемость.
Прочность - способность металла сопротивляться растягивающим нагрузкам,
устанавливают испытаниями металлического образца круглого или прямоугольного
сечения, подвергая его растяжению на разрывных машинах.
Пластичность - стальной образец, подвергаемый растягивающей нагрузке, начинает
растягиваться и тем больше, чем выше величина приложенной нагрузки. Упругость характеризует жесткость металла, т. е. его способность сопротивляться упругим
деформациям при растяжении. Чем выше модуль упругости, тем меньше деформация
металла.
Твердость - определяют вдавливанием в образец металлического закаленного шарика.
Показателем твердости металла по Бринелю служит частное, полученное от деления
величины нагрузки в кг, приложенной к шарику, на площадь поверхности лунки,
образованной в металле от проникшего в него шарика при вдавливании. Глубина
вдавливания шарика будет тем больше, чем мягче металл

12.

значения плотности металлов

13.

14.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТАЛИ
•Изготовление строительных конструкций;
•Армирование железобетонных конструкций;
•Устройство ограждений;
•Устройство кровли;
•Получение форм для железобетонных изделий.
Правильный выбор марки стали обеспечивает его
экономию и успешную работу конструкции.

15.

виды металлических материалов и изделий
• В современном строительстве стальные конструкции используют в качестве несущих
конструкций для высотных жилых зданий, уникальных общественных зданий,
промышленных предприятий, а также при строительстве мостов, телевизионных башен
и т.п.
• По назначению стальные конструкции подразделяют на колонны, прогоны, фермы.
• Колонны бывают сплошные, состоящие из одного или нескольких профилей, или
решетчатые, которые состоят из двух или четырех ветвей, соединенных между собой
решеткой. Верхняя часть колонны называется оголовком, нижняя – башмаком. Колонна
воспринимает сжимающие нагрузки.
• Прогоны (балки) обычно двутаврового сечения изготовляют или из двутавровых балок,
или в случае перекрытия больших пролетов сварными из стального листа (высота балки
при этом может достигать 2 м).

16.

виды металлических материалов и изделий
• Фермы – плоские решетчатые конструкции, перекрывающие весь пролет здания (длина
ферм 18; 24; 30; 36 м и более).
Стальная арматура
• Для армирования железобетона применяют стальные стержни и проволоку чаще всего в
виде сеток и каркасов.
• Арматуру подразделяют на ненапрягаемую – для обычного армирования и
напрягаемую, используемую в предварительно напряженном железобетоне.
• Стержневая арматурная сталь представляет собой горячекатанные стержни диаметром
4….40 мм. В зависимости от марки стали и, соответственно, физико-механических
показателей стержневую арматуру делят на шесть классов. С повышением класса
увеличивается предел прочности и снижается относительное удлинение при разрыве
арматурной стали.

17.

18.

Стальная арматура для железобетона: а, б – горячекатаные стержни периодического
профиля; в – холоднотянутая профилированная проволока; г – арматурная сетка;
д – арматурный каркас

19.

ГОСТ 34028-2016 «Прокат арматурный для железобетонных
конструкций. Технические условия»
• По назначению:
- для армирования сборных железобетонных конструкций и возведения монолитного
железобетона в зависимости от уровня предела текучести (σт), Н/кв. мм, - по классам:
А240, А400, А500, А600;
- для армирования предварительно-напряженных железобетонных конструкций в
зависимости от уровня предела текучести (σт), Н/кв. мм, - по классам: Ап600, А800, А1000.
• По геометрическим параметрам:
- гладкого профиля - класса А240;
- периодического профиля - классов: А400, А500, А600, Ап600, А800 и А1000 со
стандартным или дополнительным набором технических требований в любой
комбинации.

20.

виды металлических материалов и изделий
• Стальную арматурную проволоку изготавливают гладкой и
периодического профиля диаметром 3-8 мм двух классов:
• В-I – из низкоуглеродистой стали (предел прочности 550….580
МПа)
• В-II – из высокоуглеродистой или легированной стали (предел
прочности 1300….1900 МПа).

21.

22.

23.

24.

25.

26.

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ ПО ПРОЦЕССАМ
• Химическая коррозия металлов происходит при их разрушении в атмосфере сухих газов (при высокой температуре) и
в растворах неэлектролитов (на основе неполярных растворителей – спирта, бензина, нефти, мазута и др.).
• Распространенный случай газовой коррозии – окисление
металлов в атмосфере кислорода:
2Fе + О2 → 2FеО;
6FеО + О2 → 2Fе3О4 ;
3Fе + 2О2 → Fе3О4.
Окисление металлов, соприкасающихся
с газовой средой, происходит в котлах, дымовых трубах и т.д.
4Al + 3O2 = 2Al2O3.
Для алюминия этот процесс благоприятен, т.к. оксидная пленка плотно
прилегает к поверхности металла и не дает дальнейшего доступа кислорода
к металлу (пассивация).
То есть алюминий при высоких температурах покрывается тонкой пленкой оксида, устойчивой до температуры плавления. Эти
свойства алюминия используют, добавляя его в другие сплавы, что повышает их коррозионную стойкость.

27.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ
МЕТАЛЛОВ
При электрохимической коррозии возникает электрическая цепь.
Для возникновения электрохимической коррозии необходимо наличие кислорода и воды
(влаги), а также неоднородностей (грязь, капли).
В восстановлении кислорода
участвуют ионы Н+. Если их
концентрация понижается
(при повышении рН),
восстановление
затрудняется: в щелочной
среде (рН выше 9–10), сталь
не корродирует
Схема электрохимической коррозии
железа без контакта с другими
металлами
Участки поверхности металла, к
которым доступ кислорода
ограничен, а приток электролита
обеспечен, становятся
анодными
Материал анода
растворяется
На катоде появляется ржавчина (продукты коррозии).
Катодом становится та часть поверхности, которая лучше
всего обеспечена притоком кислорода
Образующиеся электроны
перемещаются по металлу к другим
участкам поверхности, которые играют
роль катода. На них происходит
восстановление кислорода.