Цветные металлы в строительстве
Металлы достаточно активно используются в отрасли строительства, но в большинстве случаев это касается черных металлов. Цветные металлы нашли в этой отрасли менее широкое применение, используются они довольно редко. Связано это в основном со стоимостью цветных металлов.
Довольно часто в области строительства применяется алюминий. В основном это различные легкие конструкции, производство дверей и окон, кровельные материалы. Так же этот цветной металл достаточно популярен в виде алюминиевой фольги, порошка. Цинк, как один из представителей семейства цветных металлов, нашел себе широкое применение в качестве покрытия черных металлов. Свинец применяется как материал для заделывания и герметизации швов строительных конструкций, особенно актуально его использование в тоннелях метро. Медь в основном применяется в качестве элитного кровельного покрытия, и позволить медную кровлю может себе позволить далеко не каждый.
В большинстве случаев в области строительства применяются сплавы цветных металлов, которые обладают рядом особых преимуществ и положительных качеств. Так, можно выделить их высоко эстетические свойства, устойчивость к процессам коррозии, высокую пластичность и небольшую плотность.
Алюминиевые сплавы и конструкции сегодня достаточно популярны в строительстве. Их используют при строительстве многих конструкций, они могут выполнять функции ограждений, несущих элементов. Сплавы из алюминия востребованы при строительстве производственных зданий и цехов, где предполагается работы с агрессивными средами.
Такие цветные металлы как латунь и бронза используются в области строительства для изготовления элементов дизайна для архитектурно-строительных работ, санитарно-технической арматуры. Изделия из этих металлов начинают понемногу вытеснять другие, более новые материалы – полиамид, который нашел широкое применение в самых разных областях производства.
В настоящее время производство и поставка полиамида является достаточно выгодным и актуальным предприятием, поскольку этот материал обладает массой преимуществ перед цветными металлами и их сплавами. Он легок в обработке, его можно обрабатывать разными методами, обладает низким коэффициентом трения, возможностью работать в узлах трения без смазки. Одним из предприятий, которое производит полиамид, является группа компаний «МЕТАФРАКС».
Конструкционный материал класса полиамидов – капролон используется для производства широкого спектра деталей, изделия из него легче изделий из бронзы или стали в семь раз, он не подвержен коррозии, нетоксичен, поэтому его с большим успехом используют в разных областях промышленности. Сегодня на смену металлам приходят новые многофункциональные материалы и занимают свою нишу на рынке.
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ.
Сталь.
В строительстве сталь используют для изготовления конструкций, армирования железобетонных конструкций, устройства кровли, подмостей, ограждений, форм железобетонных изделий и т.д. Правильный выбор марки стали обеспечивает экономный расход стали и успешную работу конструкции.
Для изготовления несущих (расчетных) сварных и клепаных конструкций рекомендуют следующие виды сталей: мартеновскую – марок ВМСтЗпс (сп, кп), низколегированную – марок 15ГС, 14Г2, 10Г2С, 10Г2СД; природно-легированную – марок 15ХСНД, 10ХСНД; кислородно-конвертерную – марок ВКСтЗсп (пс, кп).
Стали марок Ст4 и Ст5 рекомендуют для конструкций, не имеющих сварных соединений, и для сварных конструкций, воспринимающих лишь статические нагрузки.
Сталь для конструкций, работающих на динамические и вибрационные нагрузки и предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур, должна дополнительно проверяться на ударную вязкость при отрицательных температурах.
К стали для мостовых конструкций предъявляют специальные требования (ГОСТ 6713-75) по однородности и мелкозернистости, отсутствию внешних дефектов, прочностным и деформационным свойствам.
Для армирования железобетонных конструкций сталь применяют в виде стержней, проволоки, сварных сеток, каркасов. Арматурная сталь может быть горячекатаная (стержневая) и холоднотянутая (проволочная). По форме сталь чаще всего бывает круглая, а для улучшения сцепления – периодического профиля. В отдельных случаях для повышения механических свойств сталь обрабатывают наклепом и применяют термическую обработку.
Стержневую арматуру в зависимости от механических свойств делят на классы: A-I, A-II, A-III, A-IV и др. При обозначении класса термически упрочненной арматурной стали добавляют индекс «т» (например, Ат-III), упрочненную вытяжкой – «в» (например, А-Шв).
Арматурная проволока может быть холоднотянутой класса B-I (низкоуглеродистой) для ненапрягаемой арматуры и класса В-II (углеродистой) для напрягаемой арматуры. Для обычного армирования преимущественно применяют арматурную сталь классов A-III (марок 25Г2С, 35ГС и др.), А-II (марок Ст5) и обыкновенную арматурную проволоку, а при особом обосновании также A-I (марки СтЗ) и А-IIв. Для предварительно напряженного армирования используют высокопрочную проволоку, арматурные пряди и арматуру класса A-IV (марок ЗОХГ2С, 20ХГСТ, 20ХГ2Ц и другие низколегированные стали), а также упрочненную вытяжкой сталь класса А-IIIв (марок 35ГС, 25Г2С).
Сортамент прокатного металла и металлоизделий в строительстве разнообразен: сортовая сталь, прокатная сталь листовая, уголки, швеллеры, двутавры, трубы и другие служат основой для изготовления металлических конструкций (балки, колонны, фермы и т.д.). На сортаменты имеются ГОСТы наиболее рациональных типов профилей и частоты их градаций.
Сортовая сталь:круглая (диаметром 10. 210 мм) применяется для изготовления арматуры, скоб, болтов; квадратная (сторона квадрата 10. 100 мм); полосовая (шириной 12. 20 мм) – для изготовления связей, хомутов, бугелей.
Сталь листовая включает листы толщиной от 4…160 мм, шириной 600. 3800 мм; тонколистовая кровельная – черная и оцинкованная толщиной до 4 мм; широкополочная толщиной 6. 60 мм, шириной 200. 1500 мм, длиной 5. 12 м.
Уголковые профили (равнополочные и неравнополочные) выпускают площадью сечения 1,0. 140 см 2 .
Швеллеры характеризуются сечением швеллеров и определяются его номером, который соответствует высоте стенки швеллера в сантиметрах.
Двутавры – основной балочный профиль – разнообразны по типам; обозначаются номером, соответствующим их высоте в сантиметрах. Трубы круглые имеют диаметр 8. …1620 мм. Трубы могут быть квадратного и прямоугольного сечения.
В строительстве также широко применяют специальные профили и металлические материалы: стальные канаты и проволоку, профилированные настилы и т.д. [2, стр. 323-325]
Чугуны.
Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2 %. углерода. Чугун обладает более низкими механическими свойствами, чем сталь, но дешевле и хорошо отливается в изделия сложной формы. Различают несколько видов чугуна.
Белый чугун, в котором весь углерод (2,0. 3,8%) находится в связанном состоянии в виде Fe3C (цементита), что и определяет его свойства: высокие твердость и хрупкость, хорошую сопротивляемость износу, плохую обрабатываемость режущими инструментами. Белый чугун применяют для получения серого и ковкого чугуна и стали.
Серый чугун содержит углерод в связанном состоянии только частично (не более 0,5%). Остальной углерод находится в чугуне в свободном состоянии в виде графита. Графитовые включения делают цвет излома серым. Чем излом темнее, тем чугун мягче. Образование графита происходит в результате термической обработки белого чугуна, когда часть цементита распадается на мягкое пластичное железо и графит. В зависимости от преобладающей структуры различают серый чугун на перлитной, ферритной или ферритоперлитной основе.
Свойства серого чугуна зависят от режима охлаждения и наличия некоторых примесей. Например, чем больше кремния, тем больше выделяется графита, а потому чугун делается мягче. Серый чугун имеет умеренную твердость и легко обрабатывается режущими инструментами. Серый чугун, применяемый в строительстве, должен иметь предел прочности при растяжении не менее 120 МПа, а предел прочности при изгибе 280 МПа.
Из серого чугуна отливают элементы конструкций, хорошо работающие на сжатие: колонны, опорные подушки, башмаки, тюбинги, отопительные батареи, трубы водопроводные и канализационные, плиты для полов, станины и корпусные детали станков, головки и поршни двигателей, зубчатые колеса и другие детали.
Ковкий чугун получают после длительного отжига % белого чугуна при высоких температурах, когда цементит почти полностью распадается с выделением свободного углерода на ферритной или перлитной основе. Углеродные включения имеют округлую форму. В отличие от серых ковкие чугуны являются более прочными и пластичными и легче обрабатываются.
Высокопрочные (модифицированные) чугуны значительно превосходят обычные серые по прочности и обладают некоторыми пластическими свойствами. Их применяют для отливок ответственных деталей.
При испытании серого и высокопрочного чугунов определяют предел прочности при растяжении, изгибе и сжатии, а при испытании ковкого чугуна – предел прочности при растяжении, относительное удлинение и твердость.
При маркировке серого и модифицированного чугуна, например СЧ12-28, первые две цифры обозначают предел прочности при растяжении, последующие две – предел прочности при изгибе. [2, стр. 325-326]
Применение металлов в строительстве
Металлообрабатывающая промышленность выпускает широкий ассортимент металлических изделий. К ним относятся трубы медные, стальные, алюминиевые и из алюминиевых сплавов; мелкие стальные изделия в виде болтов, гаек, шайб, заклепок; прокатная угловая сталь (уголки, швеллеры, двутавры); прокат стальной тонколистовой, рулонный (толщиной от 0,5 до 1,2 мм) с защитно-декоративным полимерным покрытием для холодного изготовления строительных конструкций; стальные листовые профили из холоднокатанного проката оцинкованные с алюмоцинковым или алюмокремниевым покрытием для кровельного настила (Н), настила и стеновых ограждений (НС) и только стеновых ограждений (С); прокатная листовая кровельная сталь, в том числе оцинкованная; прокатная круглая сталь, используемая в качестве арматуры для железобетонных конструкций (рис. 3.5).
 |
Рис. 3.5. Сортамент прокатных сталей:
а – равнобокий уголок; б – неравнобокий уголок; в – швеллер; г – двутар;
д – подкрановый рельс; е – круглая; ж – квадратная; з – полосовая; и – шпунтовая свая;
к – листовая; л – рифленая; м – волнистая
Арматуройназывают стальные стержни различной формы, сетки и объемные каркасы из них (рис. 3.6). Арматуру применяют при изготовлении железобетонных изделий и конструкций с целью повышения их прочности на изгиб и растяжение. Арматурную сталь классифицируют по способу изготовления, профилю стержней и применению. Поспособу изготовления арматурная сталь бывает стержневой (А) и проволочной (В), в зависимости от характера ее поверхности – гладкой и периодического профиля. Поназначению арматурную сталь подразделяют на ненапрягаемую, применяемую для изготовления обычного железобетона, и напрягаемую, используемую при производстве преднапряженных железобетонных конструкций. Стержневую арматуруизготавливают из углеродистой и низколегированной стали, еевыпускают горячекатаной обычной, упрочненной вытяжкой в холодном состоянии, и термически упрочненной. В зависимости от предела текучести, временного сопротивления и относительного удлинения после разрыва стержневую арматуру подразделяют на классы. Каждому классу соответствует определенный цвет масляной краски, которой окрашивают концы стержней. Из стержней методом сварки получают арматурные каркасы плоские и пространственные. В качестве ненапрягаемой арматуры применяют стержневую арматуру диаметром до 10 мм и обыкновенную арматурную проволоку периодического профиля; в предварительно напряженных конструкциях – горячекатанную и термомеханически упрочненную стержневую арматуру, высокопрочную арматурную проволоку и арматурные канаты. Проволочную арматурудиаметром от 3 до 8 мм изготавливают способом холодного волочения и подразделяют на гладкую (В) и периодического профиля (Вр). Ее используют для получения арматурных канатов (К) и сварных арматурных сеток, которые могут быть рулонными и плоскими. Канаты испытывают на растяжение, проволоку – на растяжение и перегиб. Для изготовления монтажных петель, используемых при подъеме и перемещении крупноразмерных конструкций, применяют горячекатанную арматурную сталь, для закладных деталей и соединительных накладок – прокатную углеродистую сталь.
 |
Рис. 3.6. Виды арматурной стали:
а – гладкая стержневая; б – горячекатанная периодического профиля класса А-II;
в – то же класса А-III; г – холодносплющенная с четырех сторон;
д – то же с двух сторон; е – витая
Широкое применение нашли металлы при выполнении подвесных потолковв зданиях промышленного и общественного назначения. Для несущего каркаса используют гнутые реечные или прессованные профили, из алюминиевых сплавов или стали, защищенной антикоррозионным покрытием. Лицевые элементы, которые обеспечивают потолку декоративность и акустические свойства, представляют собой листовую сталь или листы из алюминиевых сплавов, которые могут быть плоскими, объемными, гладкими и гофрированными, с перфорацией и без нее.
С целью повышения износостойкости полов в производственных помещениях, где их поверхность подвергается механическим воздействиям транспорта, верхнее покрытие выполняют из металлоцементного состава, содержащего цемент, воду и дробленую стальную обезжиренную стружку. В помещениях, где полы выдерживают большие ударные нагрузки, для покрытияиспользуют гладкие и рифленые чугунные дырчатые и стальные штампованные плиты. Чугунные плиты с опорными выступами предназначены также для горячих цехов (кузнечных, сталеплавильных, литейных, прокатных), где их применяют в зонах нагрева пола до 1000 –1400 °С (остывание на полу раскаленных металлических болванок и деталей, попадание расплавленного металла в виде брызг).
Для наружной отделки фасадовзданий все чаще применяют двух- и трехслойные панели и блоки, лицевая отделка которых выполнена из стального листа, защищенного антикоррозионной краской, оцинкованной стали с пластиковым покрытием или листов профилированного алюминия. Применение этих крупноразмерных материалов не только улучшает внешний вид зданий, повышает их долговечность, но и обеспечивает надежную теплоизоляцию, так как внутренний слой представляет собой пористый полимерный материал.
Практикой строительства доказана эффективность использования для ограждающих конструкций(наружные стеновые панели, плиты покрытия) двух- и трехслойных панелей типа «сэндвич». В них внутренний и наружный слои выполнены из листов оцинкованной стали или алюминиевых сплавов, между которыми расположен плитный утеплитель.
Для выполнения кровлив жилых зданиях применяют тонколистовую кровельную, оцинкованную сталь и металлочерепицу, промышленных – профилированный стальной оцинкованный настил. Металлочерепица представляет собой гофрированные стальные листы, реже – алюминиевые толщиной около 0,5 мм с защитным и декоративным полимерными покрытиями (полиэстер, пластизоль и др.). В зависимости от геометрии профиля выпускают изделия различного цвета с торговыми названиями «Монтерей», «Каскад» и др. площадью 8 – 10 кв.м или в виде мелкоштучных изделий площадью около 0,5 кв.м.
Алюминиевую фольгу используют при изготовлении таких рулонных кровельных материалов, как фольгоизол, фольгобитеп, фольгорубероид, которые обладают повышенной прочностью и огнестойкостью. Для устройства монтируемой гидроизоляцииподземных конструкций используют листовую низколегированную нержавеющую сталь.
Рулонную алюминиевую фольгу в сочетании с плитным или рулонным высокопористым материалом применяют для теплоизоляциистроительных конструкций, трубопроводов технологического оборудования. Алюминиевую пудру используют в качестве пигмента для получения серебряной краски и как газообразующую добавку при производстве ячеистого бетона. Применение металлов в строительстве представлено в табл. 3.4.