Легированные стали (определение и маркировка)

Легированная сталь — сталь, которая кроме обычных примесей содержит элементы, специально вводимые в определённых количествах для обеспечения требуемых физических или механических свойств. Эти элементы называются легирующими.

Легирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др. Легированные стали делятся на низколегированные(содерж Lэ<5%), среднелегированные(содерж 5<Lэ>10 %) и высоколегированные(Lэ>10%).

Маркировка

Легированные стали маркируются цифрами и буквами, указывающими примерный состав стали. Буква показывает, какой легирующий элемент входит в состав стали. Стоящие за буквой цифра обозначает среднее содержание элемента в процентах. Если элемента содержится менее 1 %, то цифры за буквой не ставятся. Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, если цифра одна, то содержание углерода в десятых долях процента.

Дополнительные обозначения в начале марки:

Р — быстрорежущая;

Ш — шарикоподшипниковая;

А - автоматная;

Э - электротехническая;

и др.

Исключения:

содержание в шарикоподшипниковых сталях хрома в десятых долях процента(например ШХ4 — Cr 0,4 %)

в марке быстрорежущей стали, цифра после «Р» — содержание вольфрама в %, и во всех быстрорежущих сталях содержание хрома 4 %.

Буква А в середине марки стали показывает содержание азота, а в конце — сталь высококачественная.

Пример:

сталь 18ХГТ — 0,18 %, 1 Сr, 1 Мn, около 0,1 Тi;

сталь 38ХНЗМФА — 0,38 %, 1,2—1,5 Сr; 3 Ni, 0,3—0,4 Мо, 0,1—0,2 V;

сталь 30ХГСА — 0,30 %, 0,8—1,1 Сr, 0,9—1,2 Мn, 0,8—1,251 Si;

сталь 03Х13АГ19 — 0,03 %, 13 Сr, 0,2—0,3 N, 19 Мn.

6) Строительная сталь (определение и маркировка). Строительная сталь предназначается для изготовления строительных конструкций — мостов, газо- и нефтепроводов, ферм, котлов и т. д. Все строительные конструкции, как правило, являются сварными, и свариваемость — одно из основных свойств строительной стали.

Эта группа сталей содержит относительно малые количества углерода 0,1—0,25 %. Повышение прочности достигается легированием обычно дешевыми элементами — марганцем и кремнием.

Простые углеродистые строительные стали — Ст1, Ст2 и СтЗ, поставляются по ГОСТ 380—71. Наиболее широко применяется сталь марки СтЗ, которую для сварных конструкций следует поставлять по требованиям группы В, а для несварных конструкций — по группе А.

Из полученных тремя способами раскисления сталей (спокой полуспокойная и кипящая) более надежна сталь спокойная, имеющая более низкий порог хладноломкости.

Таким образом, следует применять для несвариваемых конструкций (или свариваемых неответственных конструкций) — кипящую сталь, для сварных расчетных конструкций — полуспокойную или спокойную сталь. Для ответственных конструкций, а также для сооружений, работающих в условиях низких температур, следует применять нормализованную или термически улучшенную сталь.

Низколегированные или строительные стали повышенной прочности - в отличие от конструкционных легированных сталей, строительные стали повышенной прочности у потребителей не подвергаются термической обработке, т. е. структура и служебные характеристики формируются при производстве сталей.

Строительные стали применяют главным образом в виде листов разной толщины, а также в виде сортового проката. Применение в строительных конструкциях более прочных низколегированных сталей вместо углеродистых дает возможность снизить расход металла на 15—25 %. Несмотря на несколько более высокую стоимость их использование экономически целесообразно.

7) Арматура. Арматура — совокупность соединенных между собой элементов, которые при совместной работе с бетоном в железобетонных сооружениях воспринимают растягивающие напряжения (хотя также могут использоваться для усиления бетона в сжатой зоне).

Элементы арматуры делятся на жёсткие (прокатные двутавры, швеллеры, уголки) и гибкие (отдельные стержни гладкого и периодического профиля, а также сварные или вязаные сетки и каркасы). Арматурные стержни могут быть стальными, стеклопластиковыми, древесного происхождения (бамбук) и др.

Арматура классифицируется по ряду признаков: по назначению, ориентации в конструкции, условиям применения, по виду материала из которого арматура изготавливается.

По назначению арматуру разделяют на:

- рабочую арматуру

- конструктивную

- распределительную

- монтажную

- анкерную (закладные детали)

Классификация арматуры по ориентации:

- поперечная — арматура, которая препятствует образованию наклонных трещин от возникающих скалывающих напряжений вблизи опор и связывает бетон сжатой зоны с арматурой в растянутой зоне;

- продольная — арматура, которая воспринимает растягивающие напряжения и препятствует образованию вертикальных трещин в растянутой зоне конструкции.

8) Термическая и химико-термическая обработка стали. Термическая обработка придает стальным изделиям опреде ленные механические свойства: высокую твердость, повысив этим сопротивление износу, меньшую хрупкость для улучшения обработки или повышения ударной вязкости и т. д. Это достигается нагревом и последующим охлаждением стали по строго определенному температурному режиму. В результате в нужном направлении изменяется структура стали, которая и определяет ее механические свойства.

Различают следующие виды термической обработки стали: закалку, отпуск, отжиг и нормализацию, а также обработку холодом и химико-термическую обработку.

Закалка — термическая обработка стали путем ее нагрева до определенной температуры, некоторой выдержки при этой температуре до завершения фазовых превращений с быстрым последующим охлаждением в воде, масле и других жидкостях. При закалке увеличиваются твердость и прочность, но снижается ударная вязкость. Закаленная сталь обладает большой хрупкостью, что делает ее малопригодной для практического использования.

Отпуску подвергают сталь после закалки для уменьшения хрупкости и ослабления внутренних напряжений. Отпуск стали заключается в нагреве ее ниже температуры закалки с последующим постепенным охлаждением на воздухе. В зависимости от вида отпуска изделие нагревают от 150 до 550°С. С повышением температуры отпуска сильно изменяются механические свойства закаленной стали: предел прочности и твердость понижаются, а относительное удлинение и вязкость возрастают.

Отжиг уменьшает структурную неоднородность стали, придает мелкозернистую структуру, снижает напряжение, возникшее при обработке давлением (ковке, волочении) или литьем, а также улучшает обрабатываемость стали резанием.

Нормализация — это, по существу, процесс отжига. Стальное изделие нагревают до температуры несколько ниже температуры закалки, выдерживают сталь при этой температуре, а затем охлаждают на воздухе. В результате сталь получается более мелкозернистой, чем при отжиге, повышаются ее твердость, прочность, ударная вязкость по сравнению с отожженной сталью.

Обработка холодом способствует более равномерной струк туре и повышает твердость стали. Закаленная сталь с содержа нием углерода более 0,6% состоит из мартенсита с распределен ным в нем остаточным аустенитом, не успевшим перейти мартенсит при закалке. В результате структура стали оказывается недостаточно равномерной и несколько пониженной твердо сти, чем если бы она состояла только из мартенсита. Если же такую сталь подвергнуть после закалки обработке холодом, процесс превращения аустенита в мартенсит продолжается.

Химико-термическая обработка стали заключается в изменении химического состава поверхностного слоя стального изделия путем насыщения его каким-либо другим веществом (углеродом, азотом, цианом, хромом) с целью повышения твердости, износостойкости или коррозионной стойкости поверхности и сохранения при этом высоких механических качеств самого изделия. Видами химико-термической обработки стали являются цементация, азотирование, цианирование и хромирование.

Цементацию стали осуществляют насыщением углеродом поверхностного слоя стального изделия при температуре среды 880...950°С, содержащей углерод.

Азотирование — насыщение азотом поверхностного слоя стального изделия при нагревании до 500...700°С в атмосфере аммиака, при этом повышаются коррозионная стойкость, твердость, износоустойчивость и предел усталости стали. Азотированию подвергают легированные стали, содержащие в качестве легирующего вещества алюминий и прошедшие предварительную термическую и механическую обработку, кроме окончательного шлифования. Глубина азотированного слоя 0,01... 1,0 мм.

Хромирование — насыщение поверхностного слоя хромом. Повышение коррозионной стойкости стали при действии пресной и морской воды, азотной кислоты, окислительной среды при высокой температуре (окалиностойкость) достигается хромированием. Твердость хромированного слоя низколегированной стали составляет НВ 250...300, а высокоуглеродистой — НВ 1200... 1300.

9) Цветные металлы и сплавы. Сплавы цветных металлов применяют для изготовления деталей, работающих в условиях агрессивной среды, подвергающихся трению, требующих большой теплопроводности, электропроводности и уменьшенной массы.

Медь— металл красноватого цвета, отличающийся высокой теплопроводностью и стойкостью против атмосферной коррозии. Прочность невысокая: ав = 180......240 МПа при высокой пластичности б>50%.

Латунь — сплав меди с цинком (10...40 %), хорошо поддается холодной прокатке, штамповке, вытягиванию <7ь = 25О...4ОО МПа, 6=35..15%. При маркировке лату-ней (Л96, Л90,..., Л62) цифры указывают на содержание меди в процентах. Кроме того, выпускают латуни многокомпонентные, т. е. с другими элементами (Мп, Sn, Pb, Al).

Бронза — сплав меди с оловом (до 10%), алюминием, марганцем, свинцом и другими элементами. Обладает хорошими литейными свойствами (вентили, краны, люстры). При маркировке бронзы Бр.ОЦСЗ-12-5 отдельные индексы обозначают: Бр — бронза, О — олово, Ц — цинк, С —свинец, цифры 3, 12, 5-—содержание в процентах олова цинка, свинца. Свойства бронзы зависят от состава: бв=15О...21О МПа, б=4...8%, НВ60 (в среднем).

Алюминий — легкий серебристый металл, обладающий низкой прочностью при растяжении — аа = 80......100 МПа, твердостью — НВ20, малой плотностью — 2700 кг/м3, стоек к атмосферной коррозии. В чистом виде в строительстве применяют редко (краски, газооб-разователи, фольга). Для повышения прочности в него вводят легирующие добавки (Мп, Си, Mg, Si, Fe) и используют некоторые технологические приемы. Алюминиевые сплавы делят на литейные, применяемые для отливки изделий (силумины), и деформируемые (дюралюмины), идущие для прокатки профилей, листов и т.п.

Силумины — сплавы алюминия с кремнием (до 14%), они обладают высокими литейными качествами, малой усадкой, прочностью ои = 200 МПа, твердостью НВ50...70 при достаточно высокой пластичности 6== =5...10 %. Механические свойства силуминов можно существенно улучшить путем модифицирования. При этом увеличивается степень дисперсности кристаллов, что повышает прочность и пластичность силуминов.

Дюралюмины — сложные сплавы алюминия с медью (до 5,5 %), кремнием (менее 0,8%). марганцем (до 0,8 %), магнием (до 0,8 %) и др. Их свойства улучшают термической обработкой (закалкой при температуре 500...520°С с последующим старением). Старение осуществляют на воздухе в течение 4...5 сут при нагреве на 170°С в течение 4...5 ч.

Термообработка алюминиевых сплавов основана на дисперсном твердении с выделением твердых дисперсных частиц сложного химического состава. Чем мельче частицы новообразований, тем выше эффект упрочнения сплавов. Предел прочности дюралюминов после закалки и старения составляет 400...480 МПа и может быть повышен до 550...600 МПа в результате наклепа при обработке давлением.

В последнее время алюминий и его сплавы все шире применяют в строительстве для несущих и ограждающих конструкций. Особенно эффективно применение дюралюминов для конструкций в большепролетных сооружениях, в сборно-разборных конструкциях, при сейсмическом строительстве, в конструкциях, предназначенных для работы в агрессивной среде. Начато изготовление трехслойных навесных панелей из листов алюминиевых сплавов с заполнением пенопластовыми материалами. Путем введения газообразователей можно создать высокоэффективный материал пеноалюминий со средней плотностью 100...300 кг/м3

Все алюминиевые сплавы поддаются сварке, но она осуществляется более трудно, чем сварка стали, из-за образования тугоплавких оксидов АЬОз.

Особенностями дюралюмина как конструкционного сплава являются: низкое значение модуля упругости, примерно в 3 раза меньше, чем у стали, влияние температуры (уменьшение прочности при повышении температуры более 400°С и увеличение прочности и пластичности при отрицательных температурах); повышенный примерно в 2 раза по сравнению со сталью коэффициент линейного расширения; пониженная свариваемость.

Титан за последнее время начал применяться в разных отраслях техники благодаря ценным свойствам: высокой коррозионной стойкости, меньшей плотности (4500 кг/м3) по сравнению со сталью, высоким прочностным свойствам, повышенной теплостойкости. На основе титана создаются легкие и прочные конструкции с уменьшенными габаритами, способные работать при повышенных температурах.

10) Коррозия металлов и методы борьбы с ней. Корро́зия (от лат. corrosio — разъедание) — это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь то металл или керамика, дерево или полимер. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде. Пример — кислородная коррозия железа в воде: 4Fe + 6Н2О + ЗО2 = 4Fe(OH)3. Гидратированный оксид железа Fe(OН)3 и является тем, что называют ржавчиной.

В повседневной жизни для сплавов железа (сталей) чаще используют термин «ржавление». Менее известны случаи коррозии полимеров. Применительно к ним существует понятие «старение», аналогичное термину «коррозия» для металлов. Например, старение резины из-за взаимодействия с кислородом воздуха или разрушение некоторых пластиков под воздействием атмосферных осадков, а также биологическая коррозия. Скорость коррозии, как и всякой химической реакции, очень сильно зависит от температуры. Повышение температуры на 100 градусов может увеличить скорость коррозии на несколько порядков.

Борьба с коррозией

Коррозия приводит ежегодно к миллиардным убыткам, и разрешение этой проблемы является важной задачей. Основной ущерб, причиняемый коррозией, заключается не в потере металла как такового, а в огромной стоимости изделий, разрушаемых коррозией. Вот почему ежегодные потери от неё в промышленно развитых странах столь велики. Истинные убытки от неё нельзя определить, оценив только прямые потери, к которым относятся стоимость разрушившейся конструкции, стоимость замены оборудования, затраты на мероприятия по защите от коррозии. Ещё больший ущерб составляют косвенные потери. Это простои оборудования при замене прокоррозировавших деталей и узлов, утечка продуктов, нарушение технологических процессов.

Идеальная защита от коррозии на 80 % обеспечивается правильной подготовкой поверхности, и только на 20 % качеством используемых лакокрасочных материалов и способом их нанесения. [3]. Наиболее производительным и эффективным методом подготовки поверхности перед дальнейшей защитой субстрата является абразивоструйная очистка[4].

Обычно выделяют три направления методов защиты от коррозии:

- Конструкционный

- Активный

- Пассивный

Для предотвращения коррозии в качестве конструкционных материалов применяют нержавеющие стали, кортеновские стали, цветные металлы. При проектировании конструкции стараются максимально изолировать от попадания коррозионной среды, применяя клеи, герметики, резиновые прокладки.

Активные методы борьбы с коррозией направлены на изменение структуры двойного электрического слоя. Применяется наложение постоянного электрического поля с помощью источника постоянного тока, напряжение выбирается с целью повышения электродного потенциала защищаемого металла. Другой метод - использование жертвенного анода, более активного материала, который будет разрушаться, предохраняя защищаемое изделие.

В качестве защиты от коррозии может применяться нанесение какого-либо покрытия, которое препятствует образованию коррозионного элемента (пассивный метод).

Красочное покрытие, полимерное покрытие и эмалирование должны, прежде всего, предотвратить доступ кислорода и влаги. Часто также применяется покрытие, например, стали другими металлами, такими как цинк, олово, хром, никель. Цинковое покрытие защищает сталь даже когда покрытие частично разрушено. Цинк имеет более отрицательный потенциал и коррозирует первым. Ионы Zn2+ токсичны. При изготовлении консервных банок применяют жесть, покрытую слоем олова. В отличие от оцинкованной жести, при разрушении слоя олова коррозировать, притом усиленно, начинает железо, так как олово имеет более положительный потенциал. Другая возможность защитить металл от коррозии — применение защитного электрода с большим отрицательным потенциалом, например, из цинка или магния. Для этого специально создаётся коррозионный элемент. Защищаемый металл выступает в роли катода, и этот вид защиты называют катодной защитой. Растворяемый электрод, называют, соответственно, анодом протекторной защиты. Этот метод применяют для защиты от коррозии морских судов, мостов, котельных установок, расположенных под землей труб. Для защиты корпуса судна на наружную сторону корпуса крепят цинковые пластинки.

Если сравнить потенциалы цинка и магния с железом, они имеют более отрицательные потенциалы. Но тем не менее коррозируют они медленнее вследствие образования на поверхности защитной оксидной плёнки, которая защищает металл от дальнейшей коррозии. Образование такой плёнки называют пассивацией металла. У алюминия её усиливают анодным окислением (анодирование). При добавлении небольшого количества хрома в сталь на поверхности металла образуется оксидная плёнка. Содержание хрома в нержавеющей стали — более 12 процентов.

11) Бетон (определение, составляющие и их назначение) Бетон – один из самых популярных строительных материалов. Он очень долговечен, не горит, не подвержен разрушению плесенью и грибком. Со временем правильно изготовленный бетон становится только крепче. Бетон - весьма экологичный материал, так состоит на 100% из природных компонентов - песка, воды, дробленого камня (щебня) и цемента (специальным образом обожженной и мелко измельченной извести). Только в редчайших случаях строительство обходится без бетона, и то, лишь в тех, когда нет возможности его приготовить.

Из этого можно сделать вывод, что «идеальный» бетон - это бетон максимально состоящий из щебня различных фракций, (т.е. максимально плотно уложенных между собой камешков различных размеров так, что бы между ними оставалось как можно меньше пустот), и лишь эти пустоты заполнены цементно-песчаной смесью, которая в свою очередь, так же содержит песчинки разного размера, от самых больших до самых маленьких и далее - до цемента. Такой бетон будет самым прочным и для его приготовления потребуется минимальное необходимое количество цемента.

Сейчас в продаже имеется практически только цемент марки 500 (по крайней мере, так заявляют производители). Для цемента такой марки вполне приемлемой является цементно-песчаная смесь в соотношении 1:3 (по объему). Вообще говоря, диапазон соотношений достаточно широк. От 1:2 для самых ответственейших деталей строительства (балки, перекрытия, ростверки, стяжки бассейнов и т.д) до 1:5 для дорожек, отмосток, стяжек по жесткому основанию и других, не испытывающих большой нагрузки. Самое распространенное соотношение цемент: песок - 1:3 – 1:4. Оно удовлетворяет подавляющему большинству требований дачного строительства. Для жестких бетонов соотношение может быть больше (1:4), для литых - меньше (1:2,5 – 1:3)

Щебень обычно составляет не менее 70-80% от объема бетона. Желательно использовать смесь щебня разных фракций.

12) Классификация бетонов (по структуре, виду вяжущего и заполнителя, условиям твердения, назначению, средней плотности, прочности, морозостойкости и т.п.). Легкие бетоны

Для приготовления легких бетонов используют различные виды пористых заполнителей: искусственные - керамзит, аглопорит, перлит, шлаковую пемзу и естественные - туф, пемзу.

Легкие бетоны на пористых заполнителях применяют в ограждающих конструкциях и для снижения собственной массы несущих конструкций. Поэтому для этих бетонов наряду с прочностью очень важное значение имеет плотность бетона.

По плотности различают:

- особо легкие теплоизоляционные бетоны с плотностью в высушенном состоянии менее 500 кг/м3

- легкие бетоны с плотностью 500...1800 кг/м3.

Прочность особо легких бетонов редко бывает более 1,5 МПа, а прочность легкого бетона может изменяться в значительных пределах - от 2,5 до ЗО МПа и выше.

Обычно легкие бетоны подразделяются на:

- конструктивно-теплоизоляционные с плотностью 500 -1400 кг/м3 и прочностью 2...10 МПа

- конструктивные с плотностью 1400...1800 кг/м3 и прочностью 10...30 МПа.

По структуре различают:

- плотные, или обычные, легкие бетоны, в которых раствор на тяжелом и легком песке полностью заполняет межзерновые пустоты крупного заполнителя,

- поризованные легкие бетоны, в которых не содержится и сохраняются межзерновые пустоты.

В строительстве используют главным образом легкие бетоны с крупностью пористого заполнителя до 20...40 мм, однако применяют и мелкозернистые легкие бетоны.

Легкие бетоны делятся на три вида:

- Поризованный легкий бетон

- Крупнопористый легкий бетон

- Ячеистый бетон

Особые виды бетона

Силикатный бетон

Силикатный бетон представляет собой бесцветный бетон автоклавного твердения. Вяжущим в нем является смесь извести с тонкомолотым кремнеземистым материалом. В процессе автоклавной обработки известь вступает с кремнеземистым компонентом в химическую реакцию, в результате которой образуются гидросиликаты кальция, скрепляющие зерна заполнителя в прочный монолит. В зависимости от вида кремнеземистого компонента различают следующие виды вяжущего вещества: известково-кремнеземистые (тонкомолотая известь и песок); известково-шлаковые (совместный помол металлургического или топливного шлака и извести); известково-зольные (тонкомолотая известь и топливные золы); известково-белитовые (тонкомолотые продукты низкотемпературного обжига - белитового шлама и песка), и известково-аглопоритрвые (известь и отходы производства искусственных пористых заполнителей). Соотношения извести и кремнеземистого компонента составляет от 30:70 до 50:50%. В качестве мелкого заполнителя применяют природные и дробленые пески, удовлетворяющие стандартным требованиям.

Для регулирования свойств вяжущего, бетонной смеси и бетона применяют специальные добавки: гипсовый камень для замедления гидратации извести: триэтаноламин для повышения помолоспособности компонентов вяжущего и пластификации бетонной смеси; кремнийорганические жидкости ГКЖ-10 и ГКЖ-11 для гидрофобизации и повышения долговечности бетона, суперпластификаторы.,

Прочность силикатного бетона меняется в широких пределах: 5-10 МПа в легких силикатных бетонах, 20-50 МПа в тяжелых бетонах и 80-100 МПА в высокопрочных бетонах. Из силикатного бетона производят плиты перекрытий, колонны, ригели, балки, ограждающие панели и стеновые блоки.

Цементно-полимерный бетон

Цементно-полимерные бетоны - это цементные бетоны с добавками различных высокомолекулярных органических соединений в виде водной дисперсии полимеров - продуктов эмульсионной полимеризации различных полимеров: винилацетата, винилхлорида, стирола, латексов или водорастворимых коллоидов: поливинилового и фурилового спиртов, эпоксидных водорастворимых смол, полиамидных и мочевиноформальдегидных смол. Добавки вводят в бетонную смесь при ее приготовлении. Полимеры и материалы на их основе применяют в виде добавок в бетонную смесь, в качестве вяжущего, для пропитки готовых бетонных и железобетонных изделий, для дисперсного армирования полимерными волокнами, в виде легких заполнителей и в качестве микронаполнителя.

Цементно-полимерные бетоны характеризуются наличием двух активных составляющих: минерального вяжущего и органического вещества. Вяжущее вещество с водой образует цементный камень, склеивающий частицы заполнителя в монолит. Полимер по мере удаления воды из бетона образует на поверхности пор, капилляров, зерен цемента и заполнителя тонкую пленку, которая обладает хорошей адгезией и способствует повышению сцепления между заполнителем и цементным камнем, улучшает монолитность бетона и работу минерального скелета под нагрузкой. В результате цементно-полимерный бетон приобретает особые свойства: повышенную по сравнению с обычным бетоном прочность на растяжение и изгиб, более высокую морозостойкость, хорошие адгезионные свойства, высокую износостойкость, непроницаемость. Наиболее распространенньми добавками полимеров в цементные бетоны являются ПВА, латексы и водорастворимые смолы.

Полимербетоны

Полимербетонами называют бетоны, в которых вяжущими служат различные полимерные смолы, а заполнителями - неорганические материалы (песок и щебень). Для экономии смолы и улучшения свойств полимербетонов в них иногда вводят тонкомолотые наполнители. Для ускорения твердения и улучшения свойств применяют отвердители, пластификаторы. Наиболее часто для полимербетонов используют термореактивные смолы: фурановые (ФА), эпоксидные (ЭД-5,ЭД-6) и полиэфирные (ПН-1 и ПН-3; МГ Ф-9 и ТМГ Ф-11). Фурановые смолы обычно получают конденсацией фурфурола и фурфурилового спирта с фенолами и кетонами. В строительстве наибольшее распостранение получил мономер ФА, получаемый при взаимодействии фурфурола и ацетона в щелочной среде. При нормальной температуре это жидкость желтовато-коричневого цвета плотностью 1,082г/куб.см с температурой кипения 160...240 градусов, нерастворимая в воде, но растворимая в эфирах и ацетоне. Мономер ФА отверждают бензосульфокислотами (20...30% массы ФА). Эпоксидные смолы -э то полимерные вещества линейного строения, содержащие эпоксигруппу. Для полимербетонов наиболее пригодны жидкие эпоксидные смолы ЭД-5, ЭД-6. Эпоксидные смолы отверждаются с помощью катализатора ионного типа (10...20% массы смолы). Полиэфирные смолы получают путем поликонденсации двух основных кислот(малеиновой и фталевой) и многоатомных спиртов. В качестве вяжущих для полимербетонов обычно используют ненасыщенные полиэфирные смолы: полиэфирмалеинаты ПН-1 и ПН-3, полиэфирокрмлаты МГФ-9 и ТМГФ-11, которые отверждаются при обычной температуре с помощью специальных катализаторов (перекиси бензоила, циклогексанона, метилэтилкатона). Усредненные характеристики полимербетонов: прочность на сжатие - 20...100МПа; усадка линейная - 0,2...1,5%; мера ползучести - 0,3.,.0,5 кв.см/кг; пористость - 1...2%; стойкость к нагреву - 100...180 градусов по Цельсию: стойкость - к старению 4...6 баллов, к воде - 6...8 баллов, к щелочам - 2...10 баллов, к кислотам - б... 10 баллов.

Особо тяжелый бетон

Особо тяжелые бетоны применяют в специальных сооружениях для защиты от радиоактивных воздействий. К особо тяжелым относят бетоны с плотностью более 2500 кг/ куб. м.

Для особо тяжелых бетонов применяют портландцемент, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент, гипсоглино-земистый расширяющийся цемент. В качестве заполнителей в особо тяжелых бетонах используют материалы с высокой плотностью: магнетит, гематит, барит, металлический скрап.

К заполнителям особо тяжелых бетонов предъявляют следующие дополнительные требования:

- минимальная прочность на сжатие чугунного скрапа - 200МПа, магнетита - 200 МПа, лимонита или гематита - 35 МПа, барита -40 МПа (испытания в цилиндрических образцах диаметром 50 мм, высотой 50 мм);

- содержание полуторных окислов в барите - не более 1% массы заполнителей,

- водопоглощение (% по массе) магнетита и барита 1-2, лимонита и гематита 9-10

Тяжелый бетон

В строительстве наиболее широко используют обычный тяжелый бетон плотностью 1600 -2500 кг/куб. м. на заполнителях из горных пород (граните, известняке, диабазе, щебне). Строительными нормами и правилами, установлены следующие марки тяжелых бетонов - М100, 150, 200,300, 400, 500, 600. Существуют различные виды тяжелого бетона:

- Бетон для сборных железобетонных конструкций

- Высокопрочный бетон

- Быстротвердеющий бетон

- Бетон на мелком песке

- Бетон для гидротехнических сооружений

- Бетон для дорожных и аэродромных покрытий

- Бетон с тонкомолотыми добавками

- Малощебеночный бетон

- Литой бетон

- Бетон с поверхностно - активными добавками

Мелкозернистый бетон

Для изготовления тонкостенных железобетонных конструкций применяют мелкозернистый бетон, не содержащий щебня. Армируя этот бетон стальными ткаными сетками, получают армоцемент - высокопрчный материал для тонкостенных конструкций. Мелкозернистый бетон можно также использовать для изготовления железобетонных Конструкций в районах, где отсутствуют щебень и гравильно - песчаная смесь. Мелкозернистый цементно-песчаный бетон имеет некоторые особенности, обусловленные его структурой, для которой характерны большая однородность и мелкозернистость, высокое содержание цементного камня, отсутствие жесткого каменного скелета, повышенные пористость и удельная поверхность твердой фазы. Для мелкозернистого бетона на мелком песке оптимальными оказываются составы 1:1... 1:1,5. Мелкозернистый бетон обладает повышенной прочностью при изгибе Кизг = 2...20 МПа, водонепроницаемостью и морозостойкостью. Поэтому его можно использовать для дорожных покрытий в районах, где нет хорошего щебня, для труб и гидротехнических сооружений. Существует два вида мелкозернистого бетона:

1 вид - мелкозернистый бетон для армоцементных конструкций:

2 вид - мелкозернистый бетон с микронаполнителем (зола, известняковая мука, молотый песок).

13) Требования, предъявляемые к воде для приготовления бетона. Технические требования к воде для затворения и поливки бетона следующие. Водородный показатель воды рН должен находиться в пределах от 4 до 12,5. Нейтральная среда характеризуется значением рН = 7. При рН < 7 среда кислая, при рН > 7 — щелочная. Таким образом, для

затворения может допускаться вода, дающая слабокислую либо слабощелочную реакцию.

Вредными примесями в воде считаются органические вещества, растворимые соли, в особенности содержащие ионы SC>42H О, а также взвешенные частицы глины, пыли, песка, почвы.

Органические вещества, в особенности содержащие сахар и фенолы, замедляют нормальное протекание процесса гидратации цемента и тем самым снижают прочность бетона. При большом содержании сахара схватывание бетонной смеси может вообще отодвинуться на неопределенное время. Поэтому в воде затворения количество сахаров или фенолов должно быть не более 10 мг/л каждого.

Недопустимы в воде примеси нефтепродуктов, масел, жиров. Эти вещества могут осаждаться на поверхности цементных частиц, замедляя их гидратацию. Если же они адсорбируются на зернах заполнителей, то препятствуют образованию прочного контакта с цементным камнем и тем самым снижают прочность бетона. Чтобы довести прочность бетона до проектной, в этом случае потребуется увеличить расход цемента, что вызовет необоснованное удорожание бетона. Проще и дешевле употреблять чистую воду, на поверхности которой нет пленки масел, нефтепродуктов или жиров.

В ряде случаев к поверхности бетонных конструкций предъявляют повышенные требования по чистоте и однородности цвета. Это касается конструкций, формирующих фасад сооружения. Для их изготовления и поливки бетона употребляют воду, не содержащую окрашивающих примесей.

Особую опасность представляет присутствие в воде растворимых солей, сульфат-ионов и ионов хлора. Они могут вызвать неконтролируемое изменение сроков схватывания и скорости твердения бетона. Но самое главное — возникает опасность коррозии цементного камня и стальной арматуры в железобетоне. При большом количестве сульфат-ионов в бетоне начинается сульфатная коррозия, которая разрушает цементный камень и конструкцию в целом (см. § 5). Хлор-ионы вызывают коррозию не только в цементном камне, но и в стальной арматуре.

Растворимые в воде соли (при большом их содержании) после затвердевания бетона кристаллизуются в порах цементного камня и образуют на поверхности изделий солевые налеты — так называемые высолы, портящие внешний вид сооружений. По этим причинам содержание солей в воде для затворения и поливки бетона, а также используемой для промывки заполнителей ограничено.

Таким образом, для затворения бетонной смеси и поливки твердеющего бетона можно без предварительной проверки применять питьевую воду, а также речную, озерную или воду из искусственных водоемов, не загрязненную сточными выбросами, солями и маслами.

Морская вода содержит соли, сульфат-ионы и хлор-ионы в большом количестве. Так, соленость воды в Балтийском море составляет в среднем 0,72 %, Каспийском - 1...1.4, Черном - 1,8...2,2, Белом - 1,9...3,3, в океанах и открытых морях— 3,3...3,74 %. Поэтому морскую воду при содержании солей не более 3,4 % можно употреблять для затворения бетона и поливки массивных нормированных конструкций лишь в крайних случаях, когда на их поверхности допускается появление высолов. Болотные и сточные (бытовые и промышленные) воды не разрешается применять без их очистки. Использовать сточные воды можно только с разрешения санитарно-эпидемиологической станции.

Качество воды контролируют в строительной лаборатории. В тех случаях, когда возникают сомнения в пригодности воды, изготовляют на ней образцы бетона или раствора. Если прочность бетона оказывается не ниже прочности контрольного бетона, изготовленного на питьевой воде, проверяемую воду можно считать пригодной.

14) Мелкий заполнитель для бетона. Заполнитель для бетона мелкий — рыхлая смесь зерен материала природного или искусств, происхождения размером 0,16—5 мм.

Заполнитель для бетона мелкий — рыхлая смесь зерен материала природного или искусств, происхождения размером 0,16—5 мм. В качестве З.б.м. в бетоне используют песок.

Природный песок — это рыхлая обломочная порода. По минер, составу различают кварцевые пески, полевошпат-ные, карбонатные и др. Кварцевые пески лучше по качеству и чаще применяются при изготовлении бетонов. По условиям образования различают речные, морские и овражные (горные) пески (см. Песок природный). Искусств, пески получают дроблением горных пород, нек-рых продуктов пром-сти, напр. металлургич. шлаков, либо крупных фракций (св. 20 мм) искусств, обожженных материалов. В зависимости от зернового состава различают пески по-выш. крупности, крупный, средний, мелкий и очень мелкий.

Лучшими считаются крупные и средние пески, позволяющие получать бетон без перерасхода вяжущего. Если зерновой состав песка не соответствует требованиям стандарта, его следует фракционировать — рассеивать на две фракции при помощи сита с отверстиями размером 1,15 или 0,63 мм. Полученные крупную и мелкую фракции смешивают в соотношении, к-рое устанавливает строит, лаборатория. Применение мелких песков приводит к перерасходу цемента в бетоне. Содержание в песке глинистых, илистых и пылевидных частиц ограничивают (не более 2,5%).

15) Крупный заполнитель для бетона. Гравий представляет собой рыхлую смесь окатанных обломков размеров 5...70 мм. Горный гравий по сравнению с речным, морским и ледниковым обладает более угловатыми с шероховатой поверхностью обломками и большим количеством примесей. Для получения бетонов высокой прочности горный гравий следует промыть, но, как и промывание песка, это очень трудоемкий процесс, и индивидуальные застройщики обычно это не делают. Значительное содержание в гравии выветренных обломков осадочных и других пород ухудшает его механические свойства; присутствие же обломков магматических пород и песчаников повышает его качество. В основном гравий используют как крупный заполнитель для приготовления бетона. Кроме того, его часто применяют для укрепления грунта под полами первого этажа, устройства дорог, декоративной штукатурки и т.д.

16) Зерновой состав заполнителя (методика определения и требования стандарта). Раньше была признана классификация, по которой мелкий заполнитель разделили на два класса, однако выявлено, что, подбирая рациональное соотношение между мелким и крупным заполнителем, можно получить бетон удовлетворительного качества на заполнителе как одного, так и другого класса. Поэтому в 1954 г. при пересмотре BS 882 классификация мелкого заполнителя была изменена, при этом стандартом были введены четыре области зернового состава. Требования к зерновым составам заполнителя, относящимся к этим областям, приведены в табл. 3.20 и на рис. 3.18. Любой мелкий заполнитель считают пригодным для бетонов, если его зерновой состав находится полностью в пределах одной из указанных четырех областей. Допускается отклонение в 5% общего количества заполнителя, проходящего через все британские контрольные сита, за исключением сита № 25. Однако заполнитель не должен выходить за пределы самого мелкого зернового состава (предельная кривая 4) или самого крупного зернового состава (предельная кривая 1). Единственное исключение может быть в случае использования дробленого песка, когда допускается проход 20% материала сквозь британское контрольное сито № 100 во всех четырех областях. Для сравнения в табл. 3.15 (рис. 3.19) частично включены требования Технических условий ASTM С 33—57. Допускаемый диапазон значений в этих Технических условиях намного уже, чем в BS 882: 1954.

В BS 882:1954 деление зерновых составов на области основано главным образом на различном процентном содержании зерен, проходящих сквозь британское контрольное сито № 25, что подтверждается данными, приведенными в табл. 3.15. Основная причина этого заключается в том, что большое количество песков разделено природным способом как раз по этому размеру. Количество зерен более крупных и более мелких, чем этот размер, является примерно постоянным вэ всех четырех областях. Кроме того, содержание зерен более мелких, чем размер отверстий сита № 25, оказывает значительное влияние на удобоукладываемость бетонной смеси и на величину общей удельной поверхности песка.

Песок, зерновой состав которого находится в любой из четырех областей, обычно может быть использован в бетоне, хотя в определенных условиях пригодность данного песка может зависеть от зернового состава и формы зерен крупного заполнителя.

Применение крупного песка, относящегося к области, способствует образованию жесткой бетонной смеси. Следовательно, высокое содержание песка может явиться необходимым условием для повышения удобоукладываемости бетонной смеси. Крупный песок более пригоден для использования в жирных смесях или в бетоне низкой удобоукладываемости.

В целом отношение количества крупного заполнителя к мелкому должно быть тем больше, чем мельче зерновой состав мелкого заполнителя. При использовании в качестве крупного заполнителя дробленого щебня требуется несколько большее количество песка, чем при использовании гравия, что позволит компенсировать снижение удобоукладываемости из-за остроугольности дробленых зерен.