Основные виды и марки сталей, применяемых в строительстве

⇐ ПредыдущаяСтр 13 из 23Следующая ⇒

В строительстве в основном применяют углеродистые стали обыкновенного качества, качественные конструкционные углеродистые стали и низколегированные конструкционные стали.

Углеродистые стали обыкновенного качества содержат углерод в количестве 0, 06 – 0, 62 %, а также примеси кремния и марганца в нормальных концентрациях. При обозначении марок стали могут быть указаны: группы поставки (А – по механическим свойствам, Б – химическому составу,
В – механическим свойствам с дополнительными требованиями по химическому составу); метод производства (М – мартеновский, Б – бессемеровский, К – кислородно-конверторный); дополнительные индексы (сп – спокойная сталь, пс – полуспокойная сталь, кп – кипящая сталь). В группе А обозначение способа производства часто опускается, однако имеется в виду сталь мартеновская, а при отсутствии дополнительного индекса подразумевается сталь спокойная.

Углеродистую сталь обыкновенного качества группы А изготавливают марок: Ст 0, Ст 1, Ст 2, Ст 3, Ст 4, Ст 5, Ст 6, Ст 7; сталь группы Б – тех же марок, что и сталь группы А, но перед маркой стали ставят букву Б (например, Б Ст 0, Б Ст 1 кп); сталь группы В – В Ст 2, В Ст 3, В Ст 4 и В Ст 5. По мере увеличения номера повышаются содержание углерода в стали, ее прочность и твердость, но снижаются пластичность и ударная вязкость.

Качественная конструкционная углеродистая сталь поставляется по химическому составу и механическим свойствам и выплавляется в мартенах и кислородных конверторах. Установлены марки этой стали: 05 кп, 08 кп, 08 пс, 10 кп, 10 пс, 15 кп, 15 пс, 15, 20 кп, 20 пс, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60. Две цифры в марках показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

В маркировке легированной стали указывают названия легирующих добавок и их содержание. Приняты буквенные обозначения легирующих элементов: С – кремний (при концентрации выше нормальной), Г – марганец (концентрации выше нормальной), Х – хром, Н – никель, М – молибден, В – вольфрам, Т – титан и др. Первые две цифры марки указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Одна цифра в начале марки обозначает среднее содержание углерода в десятых долях процента. Если в начале марки нет цифры, то количество углерода составляет 1 % и выше. Цифры, следующие за буквами, показывают 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. Например, 35 Х Н 3 М А – это легированная сталь, высококачественная, с содержанием углерода 0, 35 %, хрома и молибдена – около 1 %, никеля – 3 %; Г 13 – это легированная сталь с содержанием углерода 1 % и выше, марганца – 13 %.

Низкоуглеродистые и низколегированные стали широко применяют для изготовления металлических конструкций мостов, опор, транспортных галерей, элементов каркаса зданий и сооружений, армирования железобетонных конструкций и др. Элементы металлических конструкций получают в горячем или холодном состоянии различными способами: прокатом, ковкой, волочением, штамповкой, прессованием (металлических порошков). После этого часто производят термическую или механическую обработку стали с целью ее упрочнения.

К термической обработкестали относят: а) закалку, б) отпуск, в) отжиг, г) нормализацию, д) обработку холодом, е) химико-термическую обработку (цементацию, азотирование, хромирование). Для низкоуглеродистых сталей термическая обработка повышает предел прочности на 20-25 %, что снижает расход стали на 13-18 %. Экономическую эффективность металлических конструкций повышают, применяя высокопрочные стали (600-1000 МПа). Для этого их легируют карбидообразующими элементами (например, хромом, молибденом, вольфрамом, ниобием).

Соединение элементов в конструкцию производят с помощью сварки, клепки, болтов. Сваркой называют процесс получения неразъемных соединений металлических изделий с применением местного нагрева. По виду энергии различают сварку химическую (газовую, термитную) и электрическую (дуговую, контактную); по состоянию металла в зоне сварки – пластическую (нагрев металла до пластического состояния) и сварку плавлением; по способу подачи металла и осуществления сварки – ручную, полуавтоматическую и автоматическую. В строительстве наиболее распространены электродуговая сварка плавлением и электроконтактная сварка в пластическом состоянии (стыковая, точечная, шовная или роликовая). Газовая сварка применяется для соединения элементов из чугуна, цветных металлов, строительных деталей малой толщины.

Основные виды металлических изделий для строительства

В строительстве применяют основные виды металлоизделий:

- сортамент прокатного металла и металлических изделий: а) сортовая сталь (круглая, квадратная, полосовая); б) листовая сталь (в том числе кровельная – черная и оцинкованная); в) профильная (уголковые профили, швеллеры, тавры, двутавры, рельсы, трубы и другие фасонные профили);

- штампованные и гнутые профили (экономичнее горячекатаных изделий);

- поковки (болты, скобы, анкеры);

- проволока, прутки (получаемые прокатом или волочением);

- арматурные изделия (стержневая и проволочная арматура, закладные детали).

Стержневая арматура бывает: а) горячекатаная – гладкая класса А240 (прежнее обозначение А-I), периодического профиля классов А300 (А-II)… А1000(A-VI); цифра в обозначении класса указывает предел текучести арматурной стали в мегапаскалях; б) термически и термомеханически упрочненная – периодического профиля классов Ат400 (Ат-III)... Ат1200 (Ат-VII).

Проволочная арматура бывает: а) холоднотянутая проволока – обыкновенная (гладкая класса В-I и периодического профиля класса Вр-I), высокопрочная (гладкая класса В-II и периодического профиля класса Вр-II); б) арматурные канаты – спиральные семипроволочные класса К-7 и девятнадцатипроволочные класса К-19.

Для закладных деталей и соединительных накладок принимается, как правило, прокатная углеродистая сталь соответствующих марок.

Защита металлов от коррозии

Различают химическую и электрохимическую коррозию металлов. Химическая коррозия происходит в результате окислительного или восстановительного процессов, протекающих под действием внешней среды (газообразной или жидких неэлектролитов – нефти, бензина, керосина). Электрохимическая коррозия – наиболее распространенный вид коррозии металлов. Она происходит при взаимодействии металлов с ионами электролитов и заключается в переносе ионов из одного слоя металла в другой, а также в газообразную или водную среду. При контакте разнородных металлов разрушается более электроотрицательный металл. Например, при контакте цинка с железом разрушается цинк. Металл, находящийся под нагрузкой, подвергается коррозии значительно быстрее ненагруженного, так как в нем нарушается целостность защитной пленки и образуются микротрещины.

Для защиты металла от коррозии применяют легирование (введением легирующих добавок до 20 % получают нержавеющие стали) и защитные покрытия. В качестве последних используют: а) металлические пленки, представляющие собой механическую (пассивную) защиту, т.е. катодное покрытие – покрытие металлом, более электроположительным, чем основной, или электрохимическую (активную) защиту, т.е. анодное покрытие – покрытие металлом, более электроотрицательным, чем основной; б) оксидные пленки, получаемые путем оксидирования (воронения); в) лакокрасочные покрытия. Ванны, раковины, декоративные изделия для защиты от коррозии покрывают эмалью, т.е. наплавляют на металл при 750-800 °С различные комбинации силикатов (кварц, полевой шпат, буру, глину и др.).

МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

Общие сведения

Древесинойназывают освобожденную от коры часть ствола дерева, имеющую слоисто-волокнистое строение. Древесина обладает рядом ценных свойств: небольшой плотностью, высокой прочностью, малой теплопроводностью, гибкостью и упругостью, высоким коэффициентом конструктивного качества. Однако при использовании древесины в строительстве необходимо учитывать такие недостатки этого материала, зависящие от его строения и состава, как неоднородность свойств по объему и направлению (анизотропию), гигроскопичность, которая приводит к изменению размеров, короблению и растрескиванию, загнивание во влажных условиях и сгораемость.

Строение древесины. На торцевом срезе ствола дерева видна кора, камбий и древесина. Корасостоит из наружной кожицы, пробкового слоя под ней и внутреннего слоя – луба, который проводит питательные вещества по стволу дерева. Камбий, расположенный под лубом, представляет собой тонкий слой живых клеток, способных к делению и росту. Древесина является основной частью ствола и находится под камбиальным слоем. Древесина состоит из годичных слоев. Каждый годичный слой представлен ранней и поздней древесиной. Ранняя древесина образуется весной и в начале лета, поздняя – летом и в начале осени. Поздняя древесина является более плотной и прочной, чем ранняя.

В древесине на торцевом срезе можно выделить сердцевину, ядро и заболонь. Сердцевина – рыхлая первичная ткань, которая имеет малую прочность и легко загнивает. Ядро, или спелая древесина – внутренняя часть ствола дерева, состоящая из омертвевших клеток. Ядро выделяется темным цветом и обладает большей прочностью и стойкостью к загниванию по сравнению с древесиной заболони. Заболонь состоит из живых клеток, имеет бó льшую влажность, легкозагнивает, вследствие большой усушки усиливает коробление пиломатериалов.

Древесные породы делят: 1) на ядровые, имеющие ядро и заболонь (дуб, ясень, сосна, лиственница, кедр и др.); 2) спелодревесные, имеющие спелую древесину (она не отличается по цвету от заболони) и заболонь (ель, пихта, осина, бук и др.); 3) заболонные, у которых отсутствует ядро (береза, клен, ольха, липа).

Микроструктура древесины включает разного рода клетки. Оболочка (стенка) клетки состоит на 99 % из органических соединений, главнейшими из которых являются целлюлоза и лигнин. Лигнин – природный полимер, соединяющий в единое целое целлюлозные волокна. Древесина содержит капилляры и поры различных размеров. В древесине содержится влага различных типов: химически связанная, связанная молекулярными силами или гигроскопическая, капиллярная и свободная. Крупные поры и капилляры заполняются водой при непосредственном контакте древесины с водой. Тонкие поры и капилляры заполняются влагой из воздуха при гигроскопическом увлажнении.

Основные хвойные породы древесины. Сосна- ядровая порода, у которой ядро буро-красного цвета, а заболонь – желтого. Древесина сосны легкая (средняя плотность 470-540 кг/м³), легко обрабатывается, при этом достаточно прочная.

Ель по качеству древесины уступает сосне, имеет спелую древесину бело-желтого цвета, менее смолистую и более легкую (плотность 440-500 кг/м³) с большим количеством сучков.

Лиственницаимеет ядро красновато-бурого цвета; ее древесина плотная (плотность 630-790 кг/м³), твердая, прочная, менее подвержена гниению, чем у сосны. Применяется в гидротехническом строительстве, для строительства мостов, из неё изготавливают шпалы.

Кедр имеет мягкую легкую древесину, имеющую более низкие механические свойства, чем у сосны. Из нее изготавливают пиломатериалы, столярные изделия, декоративную фанеру для отделки мебели.

Пихтапо древесине схожа с елью, но не имеет смоляных ходов, легко загнивает, поэтому ее не применяют во влажных условиях эксплуатации.

Основные лиственные породы древесины. Дубимеет плотную (около 720 кг/м³), очень прочную и твердую древесину. Ядро у дуба темно-бурое, заболонь желтая, на разрезе древесины имеются крупные сердцевинные лучи. Дуб применяют в ответственных конструкциях гидротехнических сооружений, мостостроении, для изготовления паркета, мебели.

Ясеньимеет тяжелую, гибкую и вязкую древесину, но менее прочную, чем у дуба. Благодаря красивой текстуре ценится в мебельном производстве и столярно-отделочных работах.

Береза- распространенная заболонная порода, имеет тяжелую (около 650 кг/м³) древесину, которая легко загнивает во влажных условиях. Используют для изготовления фанеры, столярных и отделочных материалов (в том числе для имитации ценных пород древесины).

Бук- спелодревесная порода, имеющая тяжелую и твердую древесину, которая легко раскалывается и относительно легко загнивает. Применяют для производства паркета, мебели, фанеры.

Грабимеет древесину, схожую с буковой, но более тяжелую. Используют для тех же целей, что и бук.

Осина- заболонная порода с мягкой и легкой древесиной (420-500 кг/м³), склонной к загниванию. Служит сырьем для производства фанеры, древесных плит.

Ольха- заболонная порода с мягкой древесиной, склонной к загниванию. Как и березу, используют для изготовления фанеры.

Липа- спелодревесная мягкая порода. Используют для изготовления фанеры, мебели, тары.

Свойства древесины

Свойства древесины подразделяются на физические и механические. Важное значение имеют также наличие в древесине тех или иных пороков и ее стойкость к загниванию.

Физические свойства древесины. К основным физическим свойствам древесины относят влажность, усушку, набухание, истинную и среднюю плотность, пористость, теплопроводность и др.

Древесина, имея волокнистое строение и высокую пористость (55 – 65 %), обладает большой внутренней поверхностью, которая легко адсорбирует влагу из воздуха. При изменении температурно-влажностных условий эксплуатации древесина легко впитывает и отдает влагу, что сказывается на ее влажности. Влажность, соответствующая предельному содержанию связанной молекулярными силами влаги при ее отсутствии в свободном состоянии, называется пределом гигроскопичности древесины или точкой насыщения волокон. Предел гигроскопичности древесины в среднем равен 30 %.Влажность влияет на все физические и механические свойства древесины (увеличение влажности приводит, например, к повышению электропроводности, увеличению размеров, снижению прочности). В зависимости от влажности древесину подразделяют: на мокрую, длительное время находившуюся в воде, влажностью свыше 100 %; свежесрубленную, влажностью 50 – 100 %, воздушно-сухую, долгое время хранившуюся на воздухе, влажностью 15 – 20 %; комнатно-сухую, влажностью 8 – 12 % и абсолютно сухую, влажностью около 0 %. Влажность древесины, длительно находящейся при постоянном температурно-влажностном режиме, называют равновесной. Для получения сравнимых данных о физико-механических показателях древесины, зависящих от влажности, используется понятие стандартная влажность древесины, значение которой установлено равным 12 %.

Усушка и набухание древесины происходят при изменении ее влажности. Различают линейную и объемную усушку. Линейную усушку поперек волокон определяют в двух направлениях – тангенциальном и радиальном. Усушка в радиальном направлении составляет 3-6 %, в тангенциальном – в 1, 5-2 раза больше, чем в радиальном. Усушку вдоль волокон ввиду ее незначительной величины не определяют. Объемная усушка составляет в среднем 12-15 %. Усушка и набухание происходят в пределах гигроскопичности (0-30 %), при этом изменяются (ухудшаются) и физико-механи-ческие свойства древесины. Увеличение влажности сверх 30 % на свойствах древесины почти не отражается; не увеличивается и ее объем за счет набухания.

Истинная плотностьдревесного вещества всех пород примерно одинакова и составляет 1, 54 г/см³. Средняя плотность изменяется от 380 кг/м³ (сибирская пихта) до 1110 кг/м³ (ядро фисташки). Для пересчета плотности древесины с влажностью до 30 % на плотность при стандартной влажности используют формулу

где – средняя плотность древесины при стандартной влажности, г/см³; – средняя плотность древесины при данной влажности, г/см³; k₀ – коэффициент объемной усушки, %; W – влажность образца, %.

Если коэффициент объемной усушки k₀не определялся, то при пересчете плотности на стандартную влажность для древесины березы, бука и лиственницы значение его берут равным 0, 6, а для прочих пород – 0, 5.

Теплопроводность древесины вследствие ее высокой пористости в целом невелика, при этом вдоль волокон теплопроводность значительно больше, чем поперек. Например, теплопроводность сосны вдоль волокон равна 0, 35 Вт/(м^.°С), а поперек волокон – 0, 17 Вт/(м^.°С).

Древесина – горючий материал с температурой воспламенения 238-255 °С.

Механические свойства древесины. Механические свойства древесины характеризуются пределами прочности при сжатии (вдоль и поперек волокон), растяжении, статическом изгибе и скалывании, модулями упругости.При испытании на прочность образцы, как правило, должны иметь нормализованную влажность (равновесную влажность в среде с температурой (20±2) °С и относительной влажностью воздуха (65±2) %). Для этого перед испытанием образцы кондиционируют при указанных параметрах среды до приобретения древесиной нормализованной влажности. В то же время действующим стандартом допускается проводить испытания на образцах, не подвергавшихся кондиционированию, с влажностью, отличающейся от нормализованной.

Предел прочности при сжатии вдоль волокон кондиционированных образцов пересчитывают на стандартную влажность 12 % с погрешностью до 0, 5 МПа по формулам:

– для образцов с влажностью меньше предела гигроскопичности (30 %)

где – предел прочности при сжатии образца при стандартной влажности, МПа; – предел прочности при сжатии образца с влажностью W в момент испытания, МПа; a – поправочный коэффициент, равный 0, 04; W– влажность образца в момент испытания, %;

– для образцов с влажностью, равной или больше предела гигроскопичности,

где – коэффициент пересчета при влажности 30 %, равный 0, 550 – для дуба, липы, ольхи; 0, 450 – бука, сосны; 0, 445 – ели, осины, пихты, тополя; 0, 400 – березы и лиственницы.

Предел прочности древесины на сжатие поперек волокон в 4-6 раз меньше предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Предел прочности древесины при статическом изгибе при данной влажности (в МПа) определяют на образцах в форме прямоугольной призмы с поперечным сечением 20´ 20 мм и длиной вдоль волокон 300 мм по формуле

где – максимальная разрушающая нагрузка, приложенная по центру образца, Н; l – расстояние между опорами, мм; b и h – ширина и высота образца, мм.

Пересчет предела прочности древесины при статическом изгибе на стандартную влажность производится так же, как для предела прочности при сжатии.

Предел прочности древесины при скалывании вдоль волокон невелик и составляет примерно 12-25 % от предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Модули упругости при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе примерно одинаковы; у воздушно-сухих сосны и ели находятся в пределах 10000-15000 МПа. Их значение возрастает с увеличением плотности, а увлажнение величину модулей упругости снижает.

Пороки древесины. Пороки древесины подразделяют на группы: сучки, трещины, пороки формы ствола, пороки строения древесины, химические окраски, грибные поражения и прочие пороки.

Сучки- части ветвей, заключенные в древесине. Они нарушают однородность строения древесины, вызывают искривление волокон и затрудняют механическую обработку.

Трещины (метиковые, морозные, отлупные) – разрывы древесины вдоль волокон. Нарушают целостность материала, снижают механическую прочность и долговечность.

Пороки формы ствола. Различают: сбежистость– уменьшение диаметра круглых лесоматериалов от толстого к тонкому концу, превышающее нормальный сбег (равный 1 см на 1 м длины бревна); увеличивает расход древесины при распиловке, снижает прочность материалов; закомелистость – резкое увеличение комлевой (нижней) части ствола; кривизну, котораязатрудняет механическую обработку древесины, снижает ее прочность при растяжении и изгибе.

Пороки строения древесины. Различают: наклон волокон (косослой) – непараллельность волокон древесины оси древесного материала, снижающую ее прочность при растяжении и изгибе; крень - ненормальное утолщение поздней древесины в годовых слоях; свилеватость - волокнистое или беспорядочное расположение волокон древесины, чаще в комлевой части ствола; завиток - резкое местноеискривление годовых слоев под влиянием сучков и проростей; сердцевину - узкую центральную часть ствола, состоящую из рыхлой древесной ткани, которая, попадая в изделия, усиливает их растрескивание.

К химическим окраскам относятся желтизна, оранжевая окраска, чернильные пятна, дубильные потеки. Все они проникают на глубину 1-5 мм и мало влияют на физико-механические свойства древесины, ухудшая в основном только внешний вид пиломатериалов.

Грибные поражения(гнили), образующиеся в растущем дереве под действием дереворазрушающих грибов, существенно снижают механические свойства и сортность древесины. Гнили отмершей древесины являются одними из самых опасных пороков. Они образуются под действием домовых грибов. Древесина становится не только непригодной к применению, но и опасной для окружающих материалов.

Такие пороки, как грибные окраски, развивающиеся в отмершей древесине, мало изменяют ее прочность, но ухудшают внешний вид.

К прочим порокам древесины относятся повреждения насекомыми (червоточины), инородные включения и дефекты, деформации (покоробленность – искривление пиломатериала, возникающее при распиловке, сушке и хранении).

Защита древесины от гниения и возгорания. Основным приемом защиты древесины от гниения и повышения ее прочности является сушка. Различают естественную и искусственную сушку. Естественнаясушка происходит на складах– площадках на возвышенности с оборудованными водостоками, защитой от атмосферных осадков в виде навесов. Для предотвращения быстрого высыхания и растрескивания торцы досок промазывают жидким составом из извести, клея, поваренной соли. Доски складывают в штабеля, верхний слой размещают под наклоном и покрывают гидроизоляционным материалом. Естественная сушка не требует специального оборудования, но осуществляется медленно, зависит от погоды и занимает от 2-3 месяцев до 1-1, 5 лет. Воздушно-сухую древесину получают с минимальной влажностью 15 %. Искусственнаясушка происходит значительно быстрее и позволяет высушить древесину до влажности 6-10 %. Искусственную сушку часто производят в камерных сушилах периодического действия, теплоносителем в которых является нагретый воздух, пар или дымовые газы с температурой 70 – 80 °С; в них можно создать мягкий режим сушки и избежать растрескивание древесины; продолжительность сушки сосновых и еловых досок толщиной 50 мм составляет 3-6 суток. Кроме того, применяют контактнуюсушку, когда тонкую древесину (шпон, фанеру) сушат между периодически смыкающимися горячими плитами пресса; скоростную сушку в горячих жидких средах, когда древесину в виде пакета погружают в ванну с нагретым до температуры 130 – 140 °С раствором петролатума на 8-12 часов (при этом древесина не растрескивается и не коробится; одновременно производится ее антисептирование); сушку токами высокой частоты, когда древесину помещают между сетчатыми электродами, к которым подведен ток высокой частоты (этот вид сушки требует большого расхода энергии и применяется только для высококачественных древесных материалов).

Для химической защиты древесины от гниения и поражения насекомыми применяют специальные вещества – антисептики. Они делятся на водорастворимые и нерастворимые в воде (маслянистые). К водорастворимым антисептикам относятся: фтористый натрий NaF (применяется в растворах 2-3 % концентрации); кремнефтористый натрий Na₂SiF₆ (применяется совместно с фтористым натрием, а также в составе антисептических паст); препараты ХХЦ (смесь хлорида цинка и натриевого или калиевого хромпика) и МХХЦ (смесь хлорида цинка, хромпика и медного купороса); органорастворимые препараты типа ПЛ (растворы пентахлорфенола в легких нефтепродуктах); высокотоксичные антисептики в виде жидкостей и паст, содержащие арсенаты металлов. Маслянистые антисептики – антраценовое, сланцевое, креозотовое масла – обладают сильным антисептическим действием, не вызывают коррозию металла, но окрашивают древесину в темный цвет, имеют резкий фенольный запах. Применяются для обработки шпал, деталей мостов, свай, наземных деревянных конструкций.

Пропитку антисептиками производят поверхностной обработкой, в горяче-холодных ваннах и под давлением в автоклавах.

Для защиты древесины от возгорания предусматривают: соответствующие конструктивные меры (устройство разделок из несгораемых материалов, защитных покрытий – штукатурных и др.); окрашивание поверхности древесины огнезащитными красочными составами (композициями из связующего вещества – обычно жидкого стекла, наполнителя – кварцевого песка, мела, магнезита и щелочестойкого пигмента (охры, мумии и т.п.); пропитку огнезащитными веществами – антипиренами (бура, сульфат аммония, фосфорно-кислый натрий и аммоний), которые при пожаре либо образуют оплавленную пленку на поверхности древесины, затрудняющую доступ кислорода, либо выделяют негорючие газы, снижающие концентрацию кислорода в газовой среде возле конструкции.

⇐ Предыдущая 8 9 10 11 121314 15 16 17 Следующая ⇒