Тема 9. Строительные материалы и изделия из металла
Контрольные вопросы
1. Чем отличаются процессы полимеризации и поликонденсации?
2. Чем объясняется деление полимеров на пластомеры и эластомеры?
3. Что должно произойти, чтобы термопластичный полимер стал термореактивным?
4. На какие свойства оказывает влияние кристалличность полимера и какие типы полимеров не кристаллизуются ни при каких условиях?
5. Каковы преимущества и недостатки композиционных пластмасс перед простыми пластмассами?
6. В чем причина старения пластмасс и как повысить их долговечность?
7. В чем причина анизотропности многих стеклопластиков?
8. Почему один и тот же полимер (например, поливинилхлорид) можно применять для получения как жестких листовых пластмасс, так и мягких рулонных материалов?
9. Какие пластмассы можно скреплять между собой склеиванием и сваркой, а какие нельзя?
10. Почему вытяжка размягченного полимерного материала повышает его прочность при растяжении в направлении вытяжки?
|
|
Из 106 известных элементов Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева 76 являются металлами. Все металлы и их сплавы — тела кристаллические. Кристаллы в них имеют размеры Ю-1... 10 5 см. Внешние электроны в атомах металлов слабо связаны с ядром и поэтому находятся в относительно свободном состоянии. Достаточно создать ничтожную разность потенциалов, чтобы началось движение электронов к положительному полюсу. Поэтому металлы — хорошие проводники электрического тока. Неметаллы, у которых связь между внешними электронами и ядром достаточно сильная, не проводят электрический ток. Теория металлического состояния рассматривает металл как вещество, состоящее из положительно заряженных ионов, окруженных отрицательно заряженными электронами, которые свободно перемещаются внутри металла и принадлежат сразу всем атомам в совокупности. Такие электроны называются обобществленными, или электронами проводимости.
Благодаря электронам проводимости — их способности переносить не только электрический заряд, но и теплоту — теплопроводность металлов на два порядка выше теплопроводности неметаллов. Высокая пластичность металлов также обусловлена электронами проводимости, связь которых с ионами кристаллической решетки не нарушается при деформации (в отличие от ионной и ковалентной связей).
Чистые металлы обладают низкой прочностью и твердостью и не обеспечивают во многих случаях требуемых свойств, поэтому они применяются редко. Наиболее широко используются сплавы, получаемые в результате кристаллизации расплава, представляющего собой раствор нескольких металлов или металлов и неметаллов. Как чистые металлы, так и их сплавы подразделяются на черные и цветные.
|
|
Из применяемых в строительстве металлов к черным металлам относятся железо и его сплавы (сталь и чугун); к цветным металлам относятся медь, алюминий, магний, титан, цинк и сплавы на их основе (бронза, латунь, авиаль, дюралюмин и др.).
Сталь и чугун — сплавы железа и углерода — различаются содержанием углерода: сталь содержит до 2,14% углерода, чугун — более 2,14%, но не более 6,67%.
Из-за высокого содержания углерода чугуны обладают низкой способностью к пластической деформации. Их высокие литейные свойства обусловлены наличием в структуре эвтектики.
Выплавляемые в доменных печах чугуны бывают передельными, специальными (ферросплавы) и литейными. Передельные и специальные чугуны используют для получения стали и литейного чугуна.
В зависимости от формы углерода чугун подразделяется на белый и серый.
Белый чугун содержит углерод в составе химического соединения Fe3C (цементита) и имеет в изломе белый цвет. Из-за очень высокой твердости цементита он практически не поддается механической обработке и используется в основном для получения стали.
Серый чугун, содержащий углерод в свободном состоянии (в виде графита), употребляется для получения изделий путем литья.
Сталь, содержащая углерода значительно меньше, чем чугун, является более пластичной и вязкой и поддается ковке и штамповке. Прочность стали превышает прочность бетона на сжатие более чем в 10 раз; на изгиб и растяжение — в 100 — 200 раз. В то же время плотность стали (7 850 кг/м3) только в 3 раза выше плотности бетона (2 500 кг/м3), поэтому металлические конструкции при той же несущей способности значительно легче железобетонных. Металлические элементы в конструкциях соединяются на болтах, заклепках и сваркой.
Высокая теплопроводность металлов требует принятия мер по предотвращению перетоков теплоты по металлическим элементам.
Металлические конструкции неогнестойки, что связано с легкой деформируемостью горячего металла. Для его защиты применяются окраски и обмазки, вспенивающиеся при возникновении пожара. Это обеспечивает задержку времени достижения критической температуры.
Металлические конструкции требуют также защиты от коррозии.