Применение конструкционных материалов в строительстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Почему один материал хорошо поглощает влагу из воздуха, другой - плохо? От чего это зависит? Приведите примеры таких материалов, используют ли их в строительном производстве?

2. Как образовались горные породы, из чего? От каких воздействий разрушаются плотные скальные породы?

3. Основные требования к бетонной смеси: из чего она состоит, как определяют подвижность, зависят ли свойства от количества воды?

4. Что называют классом бетона, почему переходят от марки к классу? В каких единицах они обозначаются?

5. Степень обработки и переработки деловой древесины. Как называют пиленую древесину, какие конструкции из неё делают?

6. Что называют сталью? Какую сталь называют конструкционной? Виды термической обработки стали, когда они целесообразны?

Задача

Литература

1. Почему один материал хорошо поглощает влагу из воздуха, другой - плохо? От чего это зависит? Приведите примеры таких материалов, используют ли их в строительном производстве?

Поглощение влаги из воздуха обусловлено полимолекулярной адсорбцией водяного пара на внутренней поверхности пор и капиллярной конденсацией. Гигроскопичность или сорбционная влажность - свойство капиллярно-пористого материала поглощать воду из окружающего воздуха. Гигроскопичностью оценивают гигроскопической влажностью, определяемой после выдержки образца до установления постоянной массы при температуре 20°С и относительной влажности воздуха 100 %. В условиях эксплуатации гигроскопическая влажность зависит от химической природы материала, степени развитости его внутренней поверхности и условий окружающей среды: температуры и относительной влажности воздуха. При понижении температуры и особенно при повышении влажности воздуха содержание влаги в материале возрастает. Гигроскопичность - способность материала поглощать влагу из сухого воздуха (<60 %).

Адсорбция - это способность капиллярно пористого материала поглощать влагу из воздуха, покрывая ею в 1-4 молекулы всю внутреннюю и внешнюю поверхности твердого тела, и отдавать 2-3 слоя при изменении влажности и температуры среды. Последний монослой может покинуть поверхность только при температуре сушки, равной 105-110 °С.

Высокой сорбционной влажностью отличаются материалы растительного происхождения: древесина, торф. Теплоизоляционные, стеновые и другие пористые материалы обладают развитой внутренней поверхностью пор и поэтому имеют высокую сорбционную способность.

Гигроскопичный материал отличается капиллярно-пористой структурой, то есть обладает хорошей способностью впитывать влагу. При прочих равных условиях гигроскопичность материала зависит от его природы, величины поверхности, структуры (поры и капилляры). Материалы с одинаковой пористостью, но имеющие более мелкие поры и капилляры, оказываются более гигроскопичными, чем крупнопористые материалы.

Обладает весьма разнообразными техническими свойствами древесина. На свойства древесины большое влияние оказывает влажность. Воду, находящуюся в древесине, делят на три вида - капиллярную (или свободную), гигроскопическую и химически связанную. Капиллярная вода заполняет в древесине полости клеток, межклеточные пространства и сосуды. Гигроскопическая вода находится в стенках клеток. Химически связанная вода входит в химический состав веществ, образующих древесину. Очень гигроскопична древесина. Гигроскопичные материалы подвержены влиянию влаги, содержащейся в здании. Чем выше относительная влажность, тем больше пара адсорбируется. При этом многие сорта древесин начинают гнить, если относительная влажность, в течение длительного времени, более 80 %. гигроскопичность порода бетонная сталь

Чтобы снизить гигроскопичность поверхность материала покрывают гидрофобными веществами. Например, для обработки штукатурных покрытий на фасадах зданий используют гидрофобизующие кремнийорганические жидкости. Химические меры защиты природного камня заключаются в флюатировании камня, т.е. обработке его водными растворами солей кремнефтористоводородной кислоты. Эти соли вступают в химические соединения с растворимыми компонентами камня с образованием фтористых солей и кремнезема, нерастворимых в воде, которые уплотняют поверхность камня и делают ее недоступной для агрессивных сред. Легкие пористые стеновые камни (легкие керамические камни, газобетон и пенобетон, керамзитобетон, известняк) очень гигроскопичны - цифра может достигать 30 %. Кроме этого, на сыром основании они впитывают влагу, из-за капиллярного эффекта своей пористой структуры. Все легкие стеновые камни, требуют герметичной гидроизоляционной отсечки - от всех примыканий к стенам и монолитам с повышенной влажностью - отсечка стены должна быть с полной водонепроницаемостью. Не облегченный кирпич менее подвержен капиллярному эффекту, но при отсутствии отсечки может вымокнуть на высоту нескольких этажей, до самой кровли.

Пористые неорганические и органические материалы (бетоны, древесина и др.) при изменении влажности изменяют свой объем и размеры. Гигроскопичностью древесины называют свойство ее поглощать из воздуха парообразную воду. Степень поглощения зависит от температуры воздуха и его относительной влажности.

Чередование высыхания и увлажнения пористого материала, часто встречающееся на практике, сопровождается попеременными деформациями усадки и набухания. Такие многократные циклические воздействия нередко вызывают трещины, ускоряющие разрушение. В подобных условиях находится бетон в дорожных покрытиях, в наружных частях гидротехнических сооружений.

Высокопористые материалы (древесина, ячеистые бетоны), способные поглощать много воды, характеризуются большой усадкой:

- вид материала усадка, мм/м;

- древесина (поперек волокон) 30-100;

- ячеистый бетон 1-3;

- строительный раствор 0,5-1;

- кирпич 0,03-0,1;

- тяжелый бетон 0,3-0,7;

- гранит 0,02-0,06.

Усадка возникает и увеличивается, когда из материала удаляется вода, находящаяся в гидратных оболочках частиц и в мелких порах. Испарение воды из крупных пор не ведет к сближению частиц материала и практически не вызывает объемных изменений.

Строительным материалам присуща адсорбция - это способность капиллярно пористого материала поглощать влагу из воздуха, покрывая ею в 1-4 молекулы всю внутреннюю и внешнюю поверхности твердого тела, и отдавать 2-3 слоя при изменении влажности и температуры среды. Последний монослой может покинуть поверхность только при температуре сушки, равной 105-110 °С. Поглощение влаги из воздуха обусловлено полимолекулярной адсорбцией водяного пара на внутренней поверхности пор и капиллярной конденсацией.

Равновесная влажность древесины. Древесина в зависимости от температуры, относительной влажности окружающего воздуха и собственной влажности обладает свойством или поглощать из воздуха пары воды и соответственно повышать собственную влажность, или выделять их и понижать собственную влажность. При длительном (измеряемом десятками дней) нахождении древесины на воздухе неизменного состояния указанный выше процесс заканчивается, и устанавливается так называемая равновесная влажность древесины. Каждому значению температуры и относительной влажности воздуха соответствует определенная влажность древесины, практически одинаковая для всех ее пород. Теплоизоляционные, стеновые и другие пористые материалы обладают развитой внутренней поверхностью пор и поэтому имеют высокую сорбционную способность. Высокой сорбционной влажностью отличаются материалы растительного происхождения: торф, древесина.

2. Как образовались горные породы, из чего? От каких воздействий разрушаются плотные скальные породы?

Природные каменные материалы очень широко применяются в строительстве, благодаря своим высоким и разнообразным строительным качествам и почти повсеместному распространению.

Природные каменные материалы получают из горных пород. Горная породой называется минеральная масса (агрегат минералов) состоящая в основном из одного минерала (мономинеральная порода) или нескольких минералов (полиминеральная порода). Образовались горные породы в результате разнообразных геологических процессов, протекавших при различных физико-химических условиях. В зависимости от условий образования их делят на три генетические группы:

· Первичные - изверженные (магматические), образовавшиеся из расплавленной силикатной массы (магмы) на некоторой глубине (породы глубинные, или интрузивные) или при излиянии ее на поверхность в виде лавы (породы излившиеся, или эффузивные).

К глубинным (интрузивным) породам относят гранит, диорит, сиенит, габбро, лабрадорит; к излившимся (эффузивным) породам - липарит, перлит, обсидиан, пехштейн, андезит, порфирит, трахит, базальт, диабаз и др.

· Вторичные - осадочные, представляющие большей частью продукты разрушения ранее существовавших горных пород, отложившихся в водных бассейнах или на поверхности суши, а также образовавшиеся из продуктов жизнедеятельности организмов.

К ним относят механические (обломочные) породы (глина, песок, гравий, валуны) и сцементированные (песчаники).

· Метаморфические горные породы образовались при глубоком преобразовании изверженных или осадочных горных пород влиянием высоких температур и давлений, а иногда и химических воздействий. Как правило, получаемые в результате метаморфизма породы более плотны, чем исходные осадочные. В большинстве случаев они имеют слоистую структуру, что снижает строительно-технические свойства получаемых каменных материалов.

Для первой и третьей группы общее, то, что они имеют некоторые общие породообразующие минералы - минералы, входящие в качестве постоянных существенных компонентов в состав горных пород. Для магматических пород характерны: кварц, полевые шпаты, слюды и др., а для метаморфических пород характерны: кварц, полевые шпаты, хлориты, слюды, пироксены, амфиболы, гранат, и др.

Осадочные горные породы образовались в результате выветривания изверженных (первичных) горных пород. По характеру образования и составу их делят на: химические, органогенные и механические.

Механические отложения (обломочные породы) образовались в результате накопления рыхлых продуктов распада горных пород. Часть из них подвергалась в дальнейшем цементированию глинистым веществом, железистыми соединениями, карбонатами, образуя плотные осадочные породы - конгломераты, брекчии. Для осадочных пород характерны: кальцит, доломит, глинистые минералы и др.

Разрушаются плотные скальные породы в результате выветривания. Выветривание - совокупность физических, химических и биохимических процессов преобразования горных пород и слагающих их минералов. Происходит за счет действия различных факторов - влияния колебаний температуры, воздействия атмосферы, воды и живых организмов на горные породы и т.д.

При механическом выветривании раздробление пород происходит вследствие тектонических процессов, деятельности воды, ветра, льда, под влиянием силы тяжести и других причин.

Химическое выветривание связано с тем, что многие минералы, вступают в различные химические реакции. Объём их при этом увеличивается, и горная порода разрушается. Основными факторами этого типа выветривания являются атмосферная и грунтовая вода, свободные кислород и углекислота, растворённые в воде органические и некоторые минеральные кислоты. К процессам химического выветривания относятся окисление, гидратация, растворение и гидролиз. Химическое разложение протекает одновременно с механическим раздроблением.

Существует два вида физического выветривания - температурное и морозное. Температурное выветривание протекает под влиянием колебаний температуры, вследствие чего минералы, слагающие породы, испытывают попеременно то сжатие, то расширение. Это приводит к образованию трещин и в конечном итоге к разрушению пород. Особенно активно температурное выветривание в районах с континентальным климатом, где отмечается огромная разница суточных и сезонных колебаний температур.

Морозное выветривание широко распространено в умеренном поясе и наиболее интенсивно протекает весной и осенью, когда дневные температуры положительны, а ночные отрицательны. Вода, попадающая днём в трещины горных пород, ночью замерзает и увеличивает свой объём, что влечёт за собой расширение трещин и дальнейшее разрушение вмещающей породы.

Биологическое выветривание производят живые организмы (бактерии, грибки, вирусы, роющие животные, низшие и высшие растения и т. д.). Гранитный камень разрушается от выветривания и действия агрессивных веществ (растворов солей, кислот, газов, продуктов жизнедеятельности мхов, лишайников и т.д.).

От внешних воздействий естественные каменные материалы защищают флюатированием - пропитывание камня раствором соли кремнефтористоводородной кислоты. Так же поверхность камня можно пропитать полимерами и гидрофобными составами, что предотвращает проникновение влаги в пористый камень и повышает его морозостойкость. Хорошо сохраняется полированный и шлифованный камень, а так же после термической обработки.

3. Основные требования к бетонной смеси: из чего она состоит, как определяют подвижность, зависят ли свойства от количества воды?

Бетонная смесь - рационально подобранная и тщательно перемешанная смесь вяжущего, заполнителя, воды, в некоторых случаях добавок до ее формования и начала твердения. С позиции реологии, бетонная смесь является пластично-вязкой системой, свойства которой меняются при воздействии на них внешних сил (вибрации, стряхивание, толчки) и времени.

При изготовлении железобетонных изделий и бетонировании монолитных конструкций самым важным свойством бетонной смеси является удобоукладываемость (или удобоформуемость), т.е. способность заполнять форму при данном способе уплотнения, сохраняя свою однородность. Для оценки удобоукладываемости используют три показателя: подвижность бетонной смеси, являющуюся характеристикой структурной прочности смеси; жесткость (Ж), являющуюся показателем динамической вязкости бетонной смеси; связность, характеризуемую водоотделением бетонной смеси после ее отстаивания.

Подвижность бетонной смеси - способность ее растекаться под собственной массой. На подвижность бетонной смеси влияет ряд факторов: вид цемента, содержание воды и цементного теста, крупность заполнителей, форма зерен, содержание песка. С увеличением содержания воды при неизменном расходе цемента подвижность бетонной смеси возрастает, но прочность бетона уменьшается. С увеличением содержания цементного теста подвижность бетонной смеси также повышается при сохранении практически той же прочности после затвердевания. Это объясняется тем, что при более высоком содержании цементного теста оно не только заполняет пустоты и обволакивает зерна заполнителей, но и раздвигает их, создавая между ними обильные прослойки, уменьшающие трение между зернами, а это повышает подвижность смеси. При более крупных заполнителях суммарная поверхность зерен получается меньше; следовательно, притом же количестве цементного теста прослойки его между зернами заполнителей оказываются толще, что увеличивает подвижность бетонной смеси. Увеличение количества песка сверх оптимального, установленного опытом, уменьшает подвижность бетонной смеси вследствие возрастания суммарной поверхности заполнителей.

Форма зерен влияет на подвижность смеси - при округлой и гладкой поверхности зерен заполнителей суммарная поверхность их и трение между ними меньше, чем при острогранной форме и шероховатой поверхности. Поэтому бетонная смесь с гравием и окатанным песком подвижнее, чем смесь с щебнем и горным песком.

Первый период созревания бетона называется периодом схватывания. Он длится обычно несколько часов. В это время цементное тесто теряет свою подвижность. Вода частично вступает в химические соединения, а частично распределяется по поверхности вновь образовавшихся соединений, бетонная смесь теряет свою подвижность и приобретает минимальную прочность.

Удобоукладываемая бетонная смесь при перевозке не расслаивается, при определении ее подвижности стандартным конусом она садится целиком, не рассыпается, от нее отделяется разжиженное цементное тесто.

Главным фактором, определяющим подвижность бетонной смеси, является расход воды: с его увеличением подвижность смеси возрастает. При изменении расхода цемента в бетоне от 200 до 400 кг/м³ с постоянным расходом воды изменения подвижности бетонной смеси не наблюдается. Подвижность смеси изменяется только с изменением расхода воды. Эта закономерность, получившая название закона постоянства водопотребности, позволяет в расчетах использовать упрощенную зависимость подвижности бетонной смеси только от расхода воды.

С увеличением содержания цементного теста при постоянном В/Ц или с уменьшением количества заполнителей подвижность бетонной смеси возрастает. Если цементное тесто взять только в количестве, необходимом для заполнения пустот между заполнителями, то бетонная смесь получается жесткой, неудобоукладываемой, склонной к расслоению. Чтобы смесь стала подвижной, следует не только заполнить пустоты, но и раздвинуть зерна заполнителя прослойками из цементного теста.

Применение цемента с более высокой нормальной густотой понижает подвижность бетонной смеси (при постоянном расходе воды). Бетонные смеси, содержащие пуццолановый портландцемент с активной кремнеземистой добавкой, особенно осадочного происхождения (трепел, диатомит), при одном и том же расходе воды имеют значительно меньшую осадку конуса, чем смеси с обычным портландцементом.

С повышением содержания воды подвижность бетонной смеси увеличивается. Однако каждая бетонная смесь обладает определенной водоудерживающей способностью.

Подвижность бетонной смеси характеризуется измеряемой осадкой (см) конуса (ОК), отформованного из бетонной смеси, подлежащей испытанию (рис. 10.4, а). Подвижность бетонной смеси вычисляют как среднее двух определений, выполненных из одной пробы смеси. Если осадка конуса равна нулю, то удобоукладываемость бетонной смеси характеризуется жесткостью.

Жесткость бетонной смеси характеризуется временем (с) вибрирования, необходимым для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости (рис. 10.4, б). Цилиндрическое кольцо прибора (его внутренний диаметр 240 мм, высота 200 мм) устанавливают и жестко закрепляют на лабораторной виброплощадке. В кольцо вставляют и закрепляют стандартный конус, который заполняют бетонной смесью в установленном порядке и после этого снимают. Диск прибора с помощью штатива опускают на поверхность отформованного конуса бетонной смеси. Затем одновременно включают виброплощадку и секундомер; вибрирование производят до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста из отверстий диска диаметром 5 мм. Время виброуплотнения (с) и характеризует жесткость бетонной смеси. Ее вычисляют как среднее двух определений, выполненных из одной пробы смеси.

4. Что называют классом бетона, почему переходят от марки к классу? В каких единицах они обозначаются?

Бетоны - главнейший строительный материал. В нем сочетаются очень важные для строительства свойства: большая сырьевая база (до 85 % объема бетона - заполнители), простота технологии и достаточно высокие физико-механические свойства.

Класс бетона по прочности - нормативная прочность стандартных образцов бетона в МПа с гарантией качества не менее 95 %. Среднее значение прочности зависит от фактического коэффициента вариации и может меняться. При нулевом значении коэффициента вариации, что на практике быть не может, средняя прочность численно равна классу. Необходим статистический контроль прочности выпускаемой продукции при переходе на классы.

Класс бетона - это числовая характеристика какого-либо его свойства, принимаемая с гарантированной обеспеченностью 0.95. Это значит, что установленное классом свойство обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100 и лишь в 5 случаях можно ожидать его не выполненным.

Подразделяются бетоны на классы (МПа): В 1; В 1.5; В 2; В 2.5; В 3.5; В 5; В 7.5; В 10; В 15; В 20; В 25; В 30; В 40; В 45; В 45; В 55; В 60.

Например, класс бетона В 30 следует понимать так, что с вероятностью 0.95 при определении Rсж в любом сечении конструкции будет результат 30 МПа и более и только в 5 % случаях можно ожидать менее 30 МПа. Для перехода от класса бетона к средней прочности бетона в (МПа), контролируемой на производстве для образцов 15*15*15 см (при нормативном коэффициенте вариации 13.5 %) следует применять формулу: R = В/0.778. Например, для класса В 5 получим среднюю прочность R = 6.43 МПа, для класса В 40 R = 51.4 МПа.

Класс бетона не равен марке, ведь марка бетона по прочности на сжатие устанавливается по пределу средней прочности при сжатии образцов - кубов с ребром 15 см., изготовленных из бетонной смеси и испытанных в установленные для данного вида изделий сроки.

При проектировании бетонных и железобетонных конструкций назначают требуемые характеристики бетона: класс (марку) прочности, марки морозостойкости и водонепроницаемости.

Для тяжелых бетонов характерным является не только высокое значение средней плотности, но и высокая прочность. Значения средней плотности находятся в пределах 1800...2500 кг/м³, а прочность по сжатию - в пределах от 5 до 80 МПа. Проектные марки его по пределу прочности при сжатии: М 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700 и 800.

5. Степень обработки и переработки деловой древесины. Как называют пиленую древесину, какие конструкции из неё делают?

Материалы и изделия из древесины разделяют на несколько групп: лесоматериалы, получаемые путем механической обработки дерева; модифицированная древесина, обработанная синтетическими смолами, прессованная, пластифицированная аммиаком и др.; древесные изделия - фанера, столярные плиты, древесно-стружечные и древесно-волокнистые плиты, древесно-слоистые пластики и др.

Различают три вида пиленой продукции, которые по возрастающей степени готовности к дальнейшему использованию в изделиях и сооружениях располагаются в следующем порядке: пиленые материалы (пиломатериалы), пиленые заготовки и пиленые детали. Пиломатериалы получают путем раскроя бревен, заготовки вырабатывают из пиломатериалов, а детали - из заготовок или непосредственно из круглых лесоматериалов. Пиленые заготовки отличаются от пиломатериалов тем, что по размерам и качеству соответствуют будущим конкретным деталям с припусками на усушку и механическую обработку. Пиленые детали в отличие от заготовок не требуют дальнейшей механической обработки.

Материалы из древесины, сохранившие ее природную физическую структуру и химический состав, называют лесоматериалами (или лесными сортаментами). Их подразделяют на необработанные (круглые) и обработанные (пиломатериалы, колотые лесоматериалы, шпон и др.).

Круглые лесоматериалы представляют собой очищенные от сучьев отрезки древесных стволов. В зависимости от диаметра верхнего торца круглые лесоматериалы подразделяют на бревна, подтоварник и жерди.

Бревна строительные и пиловочные из хвойных и лиственных пород должны иметь диаметр верхнего торца не менее 14 см и длину 4-6,5 м. Они должны быть ошкурены и опилены под прямым углом к продольной оси. По качеству бревна подразделяют на три сорта. Определение сорта обусловлено наличием в бревнах пороков древесины. Строительные бревна из хвойных пород применяют для несущих строительных конструкций жилых, промышленных и культурно-бытовых зданий, гидротехнических сооружений, а также для свай и пролетных строений деревянных мостов. Пиловочные бревна изготовляют из стволов хвойных и лиственных пород для получения различных пиломатериалов.

Подтоварник - часть ствола дерева с диаметром верхнего торца 8-13 см и длиной 3-9 м. Его используют для различных целей в жилищном и сельскохозяйственном строительстве, а также для вспомогательных и временных сооружений. Жерди имеют диаметр верхнего торца 3 см и длину 3-9 м. Их применяют для тех же целей, что и подтоварник.

Хранят круглые лесоматериалы в штабелях по породам, категориям и длине. Пиломатериалы изготовляют путем продольной распиловки пиловочных бревен. По форме поперечного сечения различают следующие виды пиломатериалов: пластины, четвертины, горбыль, доски, брусья, бруски.

Пластины получают при продольном распиливании бревен на две половины, четвертины - по двум взаимно перпендикулярным диаметрам. Горбыль представляет собой срезанную наружную часть бревна, у которой с одной стороны во всю длину сделан пропил, а другая поверхность не обработана. Применяют его для временных построек. Доски получают продольным распиливанием бревен по нескольким параллельным между собой плоскостям. Толщина досок 13-100, ширина 80-250 мм, т. е. отношение ширины к толщине должно быть более двух. Доски хвойных пород имеют длину до 6,5 м, лиственных - до 5 м с градацией через 0,25 м. В зависимости от чистоты опиловки кромок доски бывают необрезные с не-Опиленными кромками на всю длину доски или на половину длины, и обрезные с кромками, пропиленными по всей длине (в данном случае сечение доски представляет собой правильный прямоугольник) или более чем на половину длины доски. По качеству древесины и по обработке доски подразделяют на пять сортов: отборный, 1, 2, 3 и 4. Доски высоких сортов служат для изготовления элементов деревянных конструкций, столярных изделий и т.п.

Брусья имеют толщину или ширину 100-250 мм при отношении ширины к толщине менее двух. Брусья, опиленные с двух противоположных сторон, называют двухкантными, а опиленные с четырех сторон - четырехкратными. Строительные брусья применяют для устройства междуэтажных перекрытий, стропил и т. п.

Бруски представляют собой пиломатериалы толщиной до 100 мм, имеющие отношение ширины к толщине менее двух. Форма поперечного сечения брусков обычно близка к квадрату. Длина брусков та же, что и у досок.

Из брусков изготовляют элементы деревянных конструкций, столярные изделия. Пиломатериалы транспортируют обычно на железнодорожных платформах, хранят их в штабелях. Над штабелями, выложенными на открытом воздухе, делают плотные крыши из досок в два ряда, с боков пиломатериалы защищают от снега и дождя. Изделия из древесины. На основе древесины хвойных и лиственных пород изготовляют широкую номенклатуру изделий, из которых основными являются строганые погонажные изделия, изделия для паркетных полов, столярные плиты, фанера и др.

Строганые погонажные изделия включают доски для полов, шпунтованные доски, у которых на одной кромке имеется паз, а на другой - гребень (выступ), что обеспечивает плотное соединение досок при устройстве полов; фальцевые доски, применяемые для обшивки стен и потолков. К этой группе изделий относят и профильные погонажные изделия, например плинтусы и галтели, используемые для заделки углов между полом и стенами, поручни для перил, наличники для оконных и дверных коробок, а также доски подоконника.

Длина погонажных изделий из древесины 2,1 м и более (с градацией 100 мм). На рис. 8 показаны сечения профильных погонажных изделий. Изделия для паркетных полов подразделяют на следующие виды: штучный, наборный и щитовой паркет, а также паркетные доски.

6. Что называют сталью? Какую сталь называют конструкционной? Виды термической обработки стали, когда они целесообразны?

Стали для строительных конструкций разделяют на виды и маркируют условными обозначениями, в которых отражается состав и назначение стали, механические и химические свойства, способы изготовления и раскисления.

Сталь - деформируемый (ковкий) сплав железа (основа) с углеродом (до 2 %) и (или) другими элементами (сплавы). Конструкционные машиностроительные стали и сплавы общего назначения классифицируются по способу упрочнения как стали: без термической обработки, упрочняемые в поверхностном слое и упрочняемые по всему объему.

Рекомендуемыми режимами термической обработки конструкционных углеродистых качественных сталей в зависимости от условий эксплуатации изделий являются нормализация, закалка с отпуском, поверхностная закалка с отпуском.

По химическому составу конструкционная сталь делится на углеродистую, низколегированную и легированную. В зависимости от способа производства она делится на сталь обыкновенного качества, качественную и высококачественную. В зависимости от назначения и гарантируемых характеристик углеродистая горячекатаная сталь обыкновенного качества подразделяется на три группы: группа А - сталь, поставляемая по механическим свойствам; группа Б - сталь, поставляемая по химическому составу; группа В - сталь, поставляемая по механическим свойствам и с отдельными требованиями по химическому составу.

Сталь групп А и Б изготовляют мартеновским, конверторным и бессемеровским способами. Сталь группы В - мартеновским и конверторным способами. Условное обозначение марок стали производится по буквенно-цифровой системе. Буквы Ст. означают слово "сталь", цифры за буквами Ст. от 0 до 7 - условный порядковый номер марки в зависимости от химического состава стали и механических свойств. Например, Ст. О, Ст.1, Ст.2, Ст. З и др. Способ выплавки стали обозначается буквами "М" (мартеновская), "К" (конверторная) и "Б" (бессемеровская). Буквы "М", "К" и "Б" добавляются перед обозначением марок стали групп Б и В.

Большинство конструкционных легированных сталей относится к перлитному классу, а в равновесном состоянии - к классу доэвтектоидных. Легирующие элементы определяют преимущественно закаливаемость и прокаливаемость и, в меньшей степени, механические свойства (кроме никеля и молибдена, улучшающих вязкость). Наиболее широко применяют марки 30ХГСН 2А, 30ХГСН 2МА, 25Х 2ГНТРА, 30Х 2ГСН 2ВМ и 40ХН 2СМА.

Рекомендуемыми режимами термической обработки конструкционных углеродистых качественных сталей в зависимости от условий эксплуатации изделий являются нормализация, закалка с отпуском, поверхностная закалка с отпуском.

Стали (08кп, 10кп, 15кп, 08, СтЗ), используемые без термической обработки, поставляют, главным образом, в листах. Они должны иметь пониженное содержание углерода и кремния, что обеспечивает их хорошую деформируемость (штампуемость, вытяжку, выдавливание и др.) в холодном состоянии.

При требовании высокой прочности поверхностного слоя используют нитроцементуемые, цементуемые, азотируемые, а также закаливаемые и с пониженной прокаливаемостью (упрочняемые в поверхностном слое) стали. Так, в качестве цементуемой углеродистой стали используются качественные и высококачественные стали марок 15, 20. После цементации, закалки в воде и низкого отпуска поверхность стали имеет высокую твердость (НКС 58...62), обеспечиваемую мартенситной структурой, а сердцевина не упрочняется, так как в ней сохраняется ферритно-перлитная микроструктура.

Легированные цементуемые стали (15Х, 15ХА, 15ХФ, 12ХНЗА, 12Х 2Н 4А, 20ХГНР, 18ХГТ и др.) применяют для деталей, более сильно напряженных, а также более крупных размеров и сложной формы - валы, оси, шестерни и др. Легирование в этом случае обеспечивает лучшую прокаливаемость при более прочной сердцевине. В сердцевине образуются структуры бейнита или низкоуглеродистого мартенсита (НКС 30...45).

Для получения высоких прочностных свойств по всему объему изделия применяют улучшение, то есть закалку в масле, и высокий (550...650 °С) отпуск. При такой обработке улучшаемая сталь имеет структуру зернистого сорбита, обеспечивающую наилучшее сочетание прочности и вязкости. К улучшаемым относятся стали, содержащие " 0,35 % С (углеродистые и малолегированные) и 0,2...0,3 % С (средне- и высоколегированные).

Способность упрочняться на ту или иную глубину при одинаковом содержании углерода определяется влиянием легирующих элементов, но при небольших сечениях изделий это влияние менее заметно, а в деталях крупного размера у углеродистых и менее легированных сталей механические свойства значительно ниже. Поэтому выбор марки стали зависит как от уровня требуемых свойств, так и от толщины изделия: например, диаметр до 12...15 мм - стали 35, 40, 45, 50; диаметр до 50...75 мм - 40ХН, 25ХГСА, 30ХГС; диаметр 75...120 мм - ЗОХНЗА, 40ХН 2МА. Из сталей, упрочняемых по всему сечению, изготавливают оси, валы, шестерни, кривошипы, шпильки ответственного назначения, тонкостенные трубы и др.

Улучшаемыми конструкционными сталями называют среднеуглеродистые стали, содержащие 0,3-0,5 % углерода и легирующие элементы обычно в количестве не более 5 %, которые используют после операции так называемого "улучшения", состоящей из закалки и высокого отпуска. Закалку таких сталей обычно проводят в масле. Температура отпуска составляет 550-650 °С.

После термообработки улучшаемые стали имеют структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки.

Улучшаемые стали могут быть условно разбиты на 5 групп. С увеличением номера группы растет степень легирования и размер сечения, в котором достигается сквозная прокаливаемость. В таблице порог хладноломкости представляет температуру, при которой в изломе ударных надрезанных образцов не менее 50 % волокнистой составляющей.

Обычное содержание кремния в улучшаемых сталях составляет 0,17-0,37 %, марганца-0,5-0,8 %, менее 0,035 % Р и S.

К I группе относятся углеродистые стали марок 35, 40, 45, имеющие критический диаметр D₉₅ (до 10 мм), при котором достигается сквозная прокаливаемость и в структуре присутствует не менее 95 % мартенсита.

II группа представлена хромистыми сталями марок ЗОХ, 40Х. Критический диаметр составляет D₉₅ = 15ч-20 мм. Недостатком сталей этой группы являются склонность к отпускной хрупкости второго рода. Для них необходимо быстрое охлаждение после отпуска.

В III группу входят хромистые стали, дополнительно легированные еще одним или двумя элементами: ЗОХМ, 40ХГ, ЗОХГТ (D₉₅ = 20ч-25 мм).

Для увеличения прокаливаемости в хромистые стали дополнительно вводят марганец (40ХГ) и бор (40ХР); молибден (ЗОХМ) вводят для снижения отпускной хрупкости второго рода.

Высокими свойствами обладают принадлежащие к этой группе стали, называемые хромансилями 20ХГС, ЗОХ ГС.

Эти стали хорошо свариваются при высокой прочности сг_в = 1200 МПа и KCU = 0,4 МДж/м². Их недостатком является склонность к отпускной хрупкости второго рода.

К IV группе относятся хромоникелевые стали, содержащие до 1,5 % Ni: 40XH, 40ХНМ. Их критический диаметр D₉₅ = = 40 мм. Эти стали при пониженной температуре эксплуатации обладают большим запасом вязкости, чем стали предыдущих групп.

Коррозионная стойкость сталей может быть повышена термической обработкой (закалкой и высоким отпуском) и созданием шлифованной поверхности. Легирование сталей небольшими количествами меди, фосфора, никеля, хрома (например, сталей первой и второй групп, 15Г 2АФДпс, 10ХСНД, 10ХНДП, 12ГН 2МФАЮ и др.) особенно эффективно для защиты их от атмосферной коррозии.

Термообработка заключается в нагреве детали до определенной температуры, выдержке при этой температуре и охлаждении с той или иной скоростью. При этом происходит изменение структуры, а, следовательно, механических и технологических свойств обрабатываемой детали.

Основными видами термической обработки являются: отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Отжиг первого рода (рекристализационный отжиг) - подготовительная операция термической обработки. Цель отжига 1 рода - устранение химической и физической неоднородности сплава, созданной предшествующими обработками. В результате нагрева детали до температур ниже фазовых превращений, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении понижаются прочность, и твердость стали, повышаются ее пластичность и вязкость, улучшается обрабатываемость резанием.

Цель отжига II рода - выровнять химический состав детали, получить мелкозернистую равновесную структуру, снять внутренние напряжения, повысить пластичность и понизить твердость, улучшить условия обрабатываемости резанием. К отжигу II рода относятся: Полный отжиг (полная фазовая перекристаллизация) - применяется, для доэвтектоидной стали (поковки, штамповки, прокат, слитки и фасонные отливки из углеродистой и легированной стали) с целью измельчения зерна и получения высокой пластичности и вязкости.

Нормализация - промежуточный процесс термической обработки между отжигом и закалкой. Нормализация отличается от отжига повышенной скоростью охлаждения (на стойком или движущемся воздухе). Процесс нормализации заключается, в нагреве стали выше критических температур Ас ₃ (доэвтектоидной стали), Асm (заэвтектоидные стали) на 30-50°С, выдержке при этой температуре и охлаждении на воздухе. Структура стали после нормализации: перлит+феррит (доэвтектоидные стали) или перлит+цементит (заэвтектоидные стали) и некоторое количество сорбита или троостита. Присутствие сорбита и троостита в структуре средне- и высокоуглеродистой стали, повышает твердость и прочность на 10-15 %; для низкоуглеродистой стали, нормализацию применяют вместо отжига.

Закалка применяется с целью увеличения твердости, прочности, износостойкости стали. Эта термическая обработка заключается, в нагреве стали выше критической точки превращения, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении и скоростью ох-, лаждения выше критической. Для доэвтектоидных сталей проводят полную закалку, сопровождающуюся полной фазовой перекристаллизацией. Температура нагрева Ас₃+(30-50°С). Для заэвтектоидных сталей проводят неполную закалку - неполная фазовая перекристаллизация. Температура нагреваАс+(30-50°С): При охлаждении в воде получается мартенсит закалки+цементит II. Цементит II увеличивает, износостойкость стали.

При отпуске сталь нагревают до температуры ниже Ас₁ выдерживают при заданной температуре, а затем охлаждают с определенной скоростью (обычно на воздухе). В зависимости от температуры нагрева закаленной стали, отпуск бывает низкий, средний и высокий.

Специальное назначение конструкционных сталей и сплавов определяется требованием к конкретному комплексу механических, физических, физико-химических и технологических свойств, необходимому для эксплуатации изделий в строго определенных условиях, например, при очень высоких напряжениях, низких или повышенных температурах, динамических или гидроабразивных нагрузках, для специального назначения в приборах и аппаратах электро- и радиотехнической промышленности. В зависимости от химического состава сплавы этой группы подразделяют на классы по основному составляющему элементу: сплавы на железоникелевой основе; сплавы на никелевой основе.

Задача

Определить неизвестные величины по заданным согласно варианту.

Дано	Найти
Средняя плотность, ?m - 2.3 г/см3	Масса сухого образца, mс -?
Пористость общая, П - % = 15	Коэффициент плотности, кпл -?
Объем в абсолютно плотном состоянии, Va, см3 = 25	Масса влажного образца, mв - г -?
Водонасыщение по объему, W, % - 7	Истинная плотность, ?и =?
Прочность при сжатии Rсж - 30 Мпа	Объем образца, V- см 3?
	Объем пор, VП см 3 =?
	Водонасыщение по массе, % -?
	Пористость общая, П -?
	Коэффициент конструктивного качества, Ккк =?
	Пористость закрытая, П 3 -? %

Решение:

Определяем коэффициент конструктивного качества:

Ккк = R / = 30/2300 = 0.013.

Коэффициент плотности Кпл = 1-П =1-0.15=0.85.

Коэффициент насыщения К_н= W₀/П= 7/15= 0.46.

Из формулы соотношения средней и истинной плотности:

?_т = ?_и К_пл

находим истинную плотность.

Истинная плотность, ?_и= ?_m/ К_ПЛ= 2.3/0.85 = 2.7 г/см³.

Объем в абсолютно плотном состоянии,

Va= m_с/ ?_и,

выведем формулу массы сухого образца:

m_с = Va* ?_и = 2.5*2.7 = 67.6 г.

Объем образца, V= m_с/ ?_т= 67.6/2.3= 29.4 см³.

Объем пор, V_П=V-Va= 29.4-25 = 4.4см³.

Пористость закрытая, П ₃ = П-W₀ = 15-7 = 8 %.

Из формулы водонасыщение по объему,

Wo =

определим массу влажного образца.

Масса влажного образца m_{в =} W_{0*V/ 100} = 67.6+7*29.4/100 =69.7 г.

Водонасыщение по массе:

Wм = *100 % = *100 % =3.1 %

Литература

1. Берлин В.И и др. Материаловедение. - М.: Транспорт, 1979. - 382 с.

2. Воронин Н.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов для железнодорожной техники: М.: Логос, 2004. - 456 с.

3. Ерохина Л.А. Строительное материаловедение: Конспект лекций / Ерохина Лариса Алексеевна. - Ухта: Изд-во УГТУ, 2009. - 63 с.

4. Ерохина Л.А. Химия в строительстве: учеб. пособие/ Л.А. Ерохина, Н.С. Майорова. - Ухта: Изд-во УГТУ, 2012. - 168 с.

5. Ерохина Л.А. Строительные материалы, Химия в строительстве: Методические указания / Л.А. Ерохина, Н.С. Майорова, Е.В. Скутина - Ухта: УГТУ, 2012. - 25 с.

6. Микульский и др. Строительные материалы: Учеб. для вузов. - М.: АСВ, 2003. - 538 с.

7. Павлов Н.Н. Общая и неорганическая химия: Учеб. для вузов. - М.: Дрофа, 2002. - 448 с.

8. Пантилеенко В.Н. Строительные материалы: Учеб. пособие / Пантилеенко Владимир Николаевич, Ерохина Лариса Алексеевна. - Ухта: Изд-во УГТУ, 2009. - 166 с.

Размещено на Allbest.ru

...