Легкие бетоны

Виды легкого бетона, применяемые в строительстве:

конструкционный плотностью 1401 - 1800 кг/м³ с прочностью на сжатие 15 - 50 МПа, чаще всего используемый для легких несущих железобетонных конструкций (пролетных строений мостов, ферм, гидротехнических сооружений, элементов перекрытий и покрытий зданий и др.);

конструкционно-теплоизоляционный плотностью 501 - 1400 кг/м³ с прочностью 2,5 - 10 МПа, являющийся основным материалом ограждающих конструкций зданий;

теплоизоляционный и акустический плотностью до 500 кг/м³, широко применяемый в слоистых конструкциях как утеплитель и звукопоглощающий материал.

Для легкого бетона используют быстротвердеющий и обычный портландцементы, а также шлакопортландцемент. Применяют в основном неорганические пористые заполнители. Для теплоизоляционных и некоторых видов конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов используют и органические заполнители из древесины, стеблей хлопчатника, костры, гранулы пенополистирола и др.

Ячеистый бетон – разновидность легкого бетона; его получают в результате затвердевания вспученной при помощи порообразователя смеси вяжущего (портландцемент или молотая негашеная известь), кремнеземистого компонента (молотый кварцевый песок, зола-унос ТЭС и молотый гранулированный доменный шлак) и воды.

При вспучивании исходной смеси образуется характерная «ячеистая» структура бетонной смеси с равномерно распределенными по объему воздушными порами. Благодаря этому ячеистый бетон имеет небольшую плотность и малую теплопроводность.

Вспучивание теста вяжущего может осуществляться двумя способами: химический - в тесто вяжущего вводят соединения, вызывающие химические реакции, сопровождающиеся выделением газа; механический - тесто вяжущего смешивают с отдельно приготовленной устойчивой пеной.

В зависимости от способа изготовления и вида вяжущего ячеистые бетоны делят на газобетон (приготовляют из смеси портландцемента (нередко с добавкой воздушной извести или едкого натра), кремнеземистого компонента и газообразователя) и газосиликат(автоклавного твердения в отличие от газобетона изготавливают на основе известково-кремнеземистого вяжущего, используя местные дешевые материалы – воздушную известь и песок, золу-унос и металлургические шлаки. Изделия из газосиликата приобретают требуемую прочность и морозостойкость только после автоклавной обработки), а также пенобетон(приготавливают, смешивая раздельно приготовленные растворную смесь и пену, образующую воздушные ячейки).

Арболит – легкий бетон на минеральном вяжущем и органических заполнителях, получаемых из отходов деревообрабатывающего и сельскохозяйственного производств. В качестве вяжущего используют обычный и быстротвердеющий портландцемент, а также гипсовое вяжущее.

31. Строительный раствор - это искусственный каменный материал, полученный в результате затвердевания растворной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, мелкого заполнителя и добавок, улучшающих свойства смеси и растворов. Для изготовления строительных растворов используют неорганические вяжущие вещества (цементы, воздушную известь и гипсовые вяжущие). По виду вяжущего различают растворы цементные, известковые, гипсовые и смешанные (цементно-известковые, цементно-глиняные, известково-гипсовые и др.).

По средней плотности различают:

тяжелые растворы плотностью более 1500 кг/м³, изготовляемые обычно на кварцевом песке;

легкие растворы плотностью менее 1500 кг/м³, изготовляемые на пористом мелком заполнителе и с порообразующими добавками.

По назначению различают:

кладочные растворы для каменной кладки стен, фундаментов, столбов, сводов и др.;

штукатурные растворы – для оштукатуривания внутренних стен, потолков, фасадов зданий;

монтажные растворы – для заполнения швов между крупными элементами (панелями, блоками и т. п.) при монтаже зданий и сооружений из готовых сборных конструкций и деталей;

специальные растворы (декоративные, гидроизоляционные, тампонажные и др.).

Чаще всего растворные смеси укладывают тонким слоем на пористое основание, способное отсасывать воду из смеси (кирпич, легкие, ячеистые и т.п. бетоны). Чтобы сохранить удобоукладываемость растворных смесей при укладке на пористое основание, в них вводят неорганические и органические пластифицирующие добавки, повышающие способность растворной смеси удерживать воду.

Растворы готовят в растворосмесителях периодического действия вместимостью 50, 375 и 750 л или в растворосмесителях непрерывного действия. Продолжительность перемешивания обычных растворов 1,5…2,5 мин, легких растворов 2,5…3,5 мин и 5 мин растворов с гидравлическими и другими добавками. Строительные растворы перевозят в специально оборудованных автоцистернах с автоматической разгрузкой или в автосамосвалах; на строительных площадках раствор транспортируют растворонасосами.

32. Металлами называются химические элементы, обладающие высокой электропроводностью, теплопроводностью, пластичностью, ковкостью, а также характерным металлическим блеском. Свойства металлов обусловлены их строением: в их кристаллической решетке есть не связанные с атомами электроны, которые могут свободно перемещаться.

Сплавами называются металлические вещества, обладающие характерными свойствами металлов и получаемые при затвердевании жидких расплавов, содержащих два и более химических элемента.

Металлы и сплавы делятся на две группы: черные и цветные.

Черные металлы представляют собой сплав железа с углеродом. Кроме того, они содержат в небольших количествах кремний, марганец, серу и некоторые другие химические элементы, которые придают им особые свойства. К чёрным металлам относятся чугуны и стали.

Из цветных металлови сплавов наиболее широкое применение в строительстве нашли алюминиевые сплавы (дюралюминий, силумин), а также медные сплавы (латунь, бронза), цинковые и титановые сплавы.

Металлы и сплавы обладают высокой прочностью, причем прочность на изгиб и растяжение у них практически такая же, как и на сжатие.

Металлы очень технологичны: во-первых, изделия из них можно
получать различными индустриальными методами (прокатом, волочением, штамповкой и т. п.), во-вторых, металлические изделия и конструкции легко соединяются друг с другом с помощью болтов, заклепок и сварки.

Строение и свойства металлов и сплавов

Металлы, как и другие вещества, могут существовать в различных кристаллических формах (модификациях). Это явление называется полиморфизмом. Полиморфные превращения в металлах происходят при изменении температуры. На этом, например, основана термообработка металлов (закалка, отпуск, нормализация). В металловедении различают три типа сплавов: твердый раствор,
механическую смесь, химическое соединение. Если атомы входящих в состав сплава элементов незначительно отличаются размером и строением электронной оболочки, то они могут образовывать общую кристаллическую решетку. Сплав с таким строением называют твердым раствором. Если элементы сплава не образуют твердого раствора, а каждый из них кристаллизуется самостоятельно, то такой сплав называют механической смесью. Если элементы сплава вступают в химическое взаимодействие, образуя новое вещество, такой сплав называют химическим соединением. Практически сплавы могут сочетать в себе все три типа строения. Чистое железо - серебристо-белый мягкий пластичный металл, почти не окисляющийся на воздухе. Прочность его значительно ниже прочности стали и чугуна. При производстве в черные металлы в виде примесей к железу попадают углерод, кремний и некоторые другие вещества. Способность железа растворять углерод и другие элементы служит основой для получения разнообразных сплавов. Химическое соединение железа с углеродом - карбид железа, в котором содержится 6,67 % углерода, называют цементитом. Цементит хрупок и имеет высокую твердость. Чем больше цементита в сплаве, тем он более твердый и хрупкий.

33. Черные металлы: чугун и сталь.

Черные металлы представляют собой сплав железа с углеродом. Кроме того, они содержат в небольших количествах кремний, марганец, серу и некоторые другие химические элементы, которые придают им особые свойства. К чёрным металлам относятся чугуны и стали.

Чугуны – это железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода более 2,14%. Различают обыкновенный нелегированный чугун, ферросплав и легированный чугун. Обыкновенный чугун подразделяется на белый (передельный), серый (литейный) и ковкий.

Стали – это железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 2,14%. По химическому составу стали подразделяются на углеродистые, в состав которых кроме железа и углерода входят в небольших количествах нормальные примеси (кремний, марганец, фосфор, сера) и легированные, в состав которых для улучшения их свойств специально вводят один или несколько легирующих элементов (никель, хром, титан и др.).

По назначению стали делятся на конструкционные и инструментальные. Конструкционные стали применяются для изготовления деталей машин и различных строительных конструкций, а инструментальные – преимущественно для изготовления инструментов.

Конвертерный способ основан на продуве сжатым воздухом расплавленного чугуна в больших грушевидных сосудах – конвертерах. Конвертерный способ отличается высокой производительностью, обусловившей его широкое распространение. К недостаткам его относятся повышенный угар металла, загрязнение шлаком и наличие пузырьков воздуха, ухудшающие качество стали. Применение вместо воздуха кислородного дутья в сочетании с углекислым газом и водяным паром значительно улучшает качество конвертерной стали.

Мартеновский способ осуществляется в специальных печах, в которых углерод сплавляется с железной рудой и металлоломом. Выгорание примесей происходит за счет кислорода воздуха, поступающего в печь вместе с горючими газами и железной рудой в составе оксидов.

Электроплавление является наиболее совершенным способом получения высококачественных сталей с заданными свойствами, но требует повышенных затрат электроэнергии. По способу ее подведения электропечи делятся на дуговые и индукционные. Наибольшее применение в металлургии имеют дуговые печи. В электропечах выплавляют специальные виды сталей – средне- и высоколегированные, инструментальные, жаропрочные, магнитные.

В конце процесса окисления в стали остается большое количество закиси железа, которая вызывает хрупкость стали. Чтобы избавиться от нее, а также, чтобы довести содержание углерода до заданного количества, вслед за окислительным процессом немедленно проводят процесс раскисления. В зависимости от полноты проведения этого процесса различают спокойную, полуспокойную и кипящую сталь.

34. Углеродистая сталь

Металлические конструкции, арматуру для железобетона, трубы, крепежные детали и другие строительные изделия изготовляют, как правило, из конструкционных углеродистых сталей. В состав углеродистой стали кроме железа и углерода входят только нормальные примеси (кремний, марганец, фосфор, сера и кислород). Кремний и марганец повышают прочность стали и одновременно снижают пластичность.

Фосфор и сера при любом их содержании являются вредными примесями. Сера, соединяясь с железом, образует сернистое железо, которое снижает механические свойства стали и вызывает красноломкость. Примесь фосфора понижает ударную вязкость стали, особенно в условиях низких температур. Это явление называется хладноломкостью.

Большое количество кислорода в стали оказывает также отрицательное воздействие на механические свойства – понижает ударную вязкость, ухудшает свариваемость, сталь становится хладноломкой и красноломкой.

По назначению углеродистые стали делят на конструкционные и инструментальные.

К конструкционным относят стали с содержанием углерода до 0,56%. Их широко применяют в строительстве для изготовления конструкционных элементов зданий и сооружений.

Конструкционные углеродистые стали, в свою очередь, подразделяются на стали обыкновенного качества, качественные и специальные.

По степени раскисления углеродистые стали выпускают спокойные (сп), полуспокойные (пс) и кипящие (кп). Спокойные стали полностью раскислены и содержат минимальное количество FeO; кипящие перекислены. Полуспокойные занимают промежуточное положение. Кипящие стали имеют пониженное качество и склонны к старению, но лучше обрабатываются и более дешевы.

Углеродистые стали обыкновенного качества в зависимости от гарантируемых свойств объединены в группы А, Б и В. По группе А стали поставляют с гарантированными механическими свойствами, по группе Б – химическими, а по группе В – с теми и другими одновременно. С возрастанием номера стали растет и содержание углерода в ней, повышаются временное сопротивление, предел текучести, твердость и снижаются относительное удлинение и ударная вязкость.

Инструментальные стали содержат от 0,65 до 1,35% углерода, имеют марки от У7 до У13. Цифры указывают на среднее содержание углерода в десятых долях процента. Такие стали применяют для изготовления молотков, ножей, напильников и т.п. Высокую твердость и износостойкость инструментальной стали придают путем закалки и последующего низкого отпуска.

35. Легированная сталь

Легированной называют сталь, в состав которой для улучшения ее свойств специально вводят один или несколько легирующих элементов: марганец, кремний, хром, никель, титан, медь, цирконий, ванадий, вольфрам, молибден и др.

Свойства легированных сталей зависят от вида легирующих элементов и от их количества.

По назначению легированные стали разделяют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами (жаростойкие, износостойкие, нержавеющие и т.д.).

В маркировке этих сталей приняты следующие буквенные обозначения легирующих элементов: Х – хром, Н – никель, А – азот, В – вольфрам, Е – селен, Г – марганец, Д – медь, Б – ниобий, Р – бор, П – фосфор, С – кремний, Ю – алюминий, М – молибден, К – кобальт, Ц – цирконий, Ф – ванадий. Эти буквы в сочетании с цифрами образуют марку стали.

Если впереди марки стоят две цифры, они указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, одна цифра – в десятых долях процента, нет цифры – то количество углерода >1%. Цифры, следующие за буквами, указывают среднее содержание данного элемента в процентах (если за буквой отсутствует цифра, то содержание данного элемента около 1%). Буква А в конце марки обозначает высококачественную сталь, содержащую меньше серы и фосфора.

В строительстве нашли применение легированные стали марок 10ХСНД, 15ХСНД - для ответственных металлических конструкций (ферм, балок); марок 35ХС, 25Г2С, 25ХГ2СА, 30ХГСА и 35ХГСА - для арматуры предварительно напряженного бетона.

36.Химические обработки. Отжиг проводят для снятия внутренних напряжений в металле, размельчения его зерен и понижения твердости. При отжиге после достижения металлом требуемой температуры он выдерживается некоторое время в печи и медленно охлаждается на воздухе. Ускоренная разновидность отжига называется нормализацией.

Закалка заключается в нагреве металлических изделий до определенной температуры (800…1000°С - в зависимости от состава стали), изотермической выдержке и быстром охлаждении в воде или масле. После закалки увеличивается твердость и прочность стали. Закаленные изделия для уменьшения внутренних напряжений, стабилизации структуры, понижения твердости и повышения вязкости подвергаются отпуску. Эта операция сводится к нагреву закаленной стали до температуры 250…350^оС, изотермической выдержке и медленному охлаждению.

Для поверхностного упрочнения стали иногда производят химико-термическую обработку, например, цементацию (науглероживание), азотирование и др.