Металлы, применяемые в строительстве. Их виды и свойства
Металлы, применяемые в строительстве, разделяются на две группы:черные и цветные.Черные металлы представляют собой сплав железа с углеродом. Кроме того, в них могут содержаться в большем или меньшем количестве и другие химические элементы (кремний, марганец, сера, фосфор). С целью придать черным металлам специфические свойства в их состав вводят улучшающие или легирующие добавки (никель, хром, медь и др.). Черные металлы в зависимости от содержания углерода подразделяют на чугуны и стали.Чугун – железоуглеродистый сплав с содержанием углерода 2-4,3%. В зависимости от назначения различают чугуны литейные, передельные и специальные. Литейные чугуны применяют для отливки различных строительных деталей. Передельные чугуны используют для произведства стали, а специальные чугуны – в качестве добавок при производстве стали и чугунного литья специального назначения. Наличие в чугуне марганца, кремния, фосфора, а также легирующих добавок – никеля, хрома, магния и др. – придает ему высокие механические свойства и обеспечивает высокие жаростойкость и коррозионную стойкость. Чугуны с добавками никеля, хрома, магния и других элементов называют легированными. Высокопрочные чугуны получают модифицированием жидкого чугуна присадками Si,Са и др.Сталь – ковкий железоуглеродистый сплав с содержанием углерода до 2%. В зависимости от способа получения стали разделяют на:мартеновские, конвертерные электростали. По химическому составу в зависимости от входящих в сплав химических элементов стали бывают углеродистые и легированные. К углеродистым сталям относят сплавы железа с углеродом и примесями марганца, кремния, серы и фосфора. Углеродистую сталь, полученную различными способами, по характеру застывания принято разделять на: спокойную, полуспокойную кипящую. Легированными называют стали, в состав которых входят легирующие добавки (никель, хром, вольфрам, молибден, медь, алюминий и др).Кроме того, по суммарному содержанию добавок стали разделяют на низколегированные (с содержанием легирующих добавок до 2,5 %), среднелегированные (с содержанием легирующих добавок от 2,5 до 10 %) и высоколегированные (с содержанием легирующих добавок более 10 %)По назначению стали могут быть:конструкционные (применяемые для изготовления различных строительных конструкций и деталей машин ),специальные (характеризующиеся высокой жаро- и износостойкостью, а также коррозионной стойкостью), инструментальные.По качеству стали обычно подразделяют на:обыкновенные (рядовые), качественные,высококачественные, особо высококачественные.Цветные металлы в чистом виде весьма редко используют в строительстве. Значительно чаще находят применение сплавы цветных металлов, которые по истинной плотности разделяют на легкие и тяжелые.Легкие сплавы получают на основе алюминия или магния. Наиболее распространенными легкими сплавами являются алюминиево-магниевые и сплавы дюралюминия. Их используют для несущих (фермы и др.) и ограждающих (оконные переплеты и др.) конструкций зданий и сооружений.Тяжелые сплавы получают на основе меди, олова, цинка, свинца. Среди тяжелых сплавов в строительстве применяют бронзу (сплав меди с оловом или сплав меди с алюминием, железом и марганцем) и латунью (сплав меди с цинком). Из этих сплавов изготовляют архитектурные детали и санитарно-техническую арматуру. Физические и химические свойства.Цвет. Металлы непрозрачны, т.е. не пропускают сквозь себя свет, и в этом отраженном свете каждый металл имеет свой особенный оттенок – цветУдельный вес. Вес одного кубического сантиметра вещества, выраженный в граммах, называется удельным весом.По величине удельного веса различают легкие металлы и тяжелые металлы. Удельный вес металлов в некоторой степени зависит от способа их производства и обработки.Плавкость. Способность при нагревании переходить из твердого состояния в жидкое является важнейшим свойством металлов. При нагревании все металлы переходят из твердого состояния в жидкое, а при охлаждении расплавленного металла – из жидкого состояния в твердого. Электропроводность заключается в переносе электричества свободными электронами. Электропроводность металлов в тысячи раз выше электропроводности неметаллических тел. При повышении температуры электропроводность металлов падет, и при понижении – возрастает Теплопроводность называется переход тепла в теле от более нагретого места к менее нагретому без видимого перемещения частиц этого тела. наибольшей теплопроводностью облает медь. Теплоёмкость называется количество тепла, необходимое для повышения температуры тела на 10.2. Механические свойства.Прочностью металла называют его способность сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь.Твердостью называется способность тела противостоять проникновению в него другого, более твердого тела.Упругостью металла называется его свойство востонавливать свою форму после прекращения действия внешних сил, вызывавших изменение формы(деформацию.)Вязкость называется способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) внешним силам. Вязкость – свойство, обратное хрупкости.Пластичностию называется свойство металла деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять новую форму после прекращения действия сил. Пластичность – свойство, обратное упругости.
Применение металлопроката в строительстве
Металл – это материал, без которого не может обойтись почти ни одна сфера деятельности человека, особенно это касается строительства. Неоднократные попытки заменить металл пластиками не смогли полностью исключить использование металлопроката, так как по прочности, надежности и долговечности аналогов ему нет.
Металлу можно придавать любую форму, из него производятся трубы, профили, арматурные прутья, сетки и крепежные элементы. Этот материалы выдерживает значительные нагрузки, позволяет сооружать надежные фундаменты и даже строить дома из металла!
Именно строительство является основной областью, где активно используется металлопрокат следующих видов:
• фасонный, к которому относятся угловые и обычные профиля, швеллеры;
• сортовой, то есть арматура, балки разного типа, круги из металла, трубы;
• листовой в виде горячего, холодного проката, оцинкованных листов.
Многообразие форм металлопроката очень внушительное, например, арматурные прутья незаменимы при сооружении фундаментов и при заливке железобетонных плит, фольга используется для изоляции воздуховодов, а оцинкованные листы для покрытия кровли.
Арматурные прутья
Арматура – это металлические прутья разного сечения, которые могут быть полностью гладкими или иметь ребра. Производятся они из специальной низколегированной стали, длина их обычно составляет от 6 метров до 12.
Такой металлопрокат, который называется еще черным сортовым, является незаменимым при сооружении фундаментов, монолитных железобетонных плит, перекрытий. Кроме того, прутья используются для усиления стен, кирпичной кладки, во время сооружения самых разнообразных конструкций, включая лестницы. Именно арматура повышает прочность сооружений, она выдерживает даже очень большие нагрузки, благодаря пластичности, устойчивости к растяжению, изгибам. Уникальные физические свойства позволяют черному прокату выдерживать значительный нагрев.
Трубы
Трубы в строительстве применяются самые разные, они отличаются по диаметру, форме, назначению. Это не только профильные прямоугольные, но и круглые трубы, незаменимые при сооружении различных каркасов, предназначенные для водопроводов, канализации и отопления.
Трубы изготавливаются из стали, чугуна, меди, они могут иметь специальное защитное покрытие, предотвращающее появление следов коррозии.
Листовой прокат
Металлический листовой прокат представлен большим ассортиментом. Это хорошо известный всем профнастил, металлочерепица, стальные кровельные листы и многое другое. Профнастил может применяться для устройства перекрытий , стен и крыш, большой популярностью сегодня пользуются секционные ограждения из профнастила и хозяйственные постройки. Материал имеет разные толщину, высоту и тип волны, кроме оцинковки он дополнительно с одной или двух сторон может быть покрыт защитным полимерным цветом.
Металлочерепица является разновидностью профнастила, ее поверхность имитирует натуральную керамическую черепицу. Но в отличие от тяжелой и хрупкой глины металлочерепица очень прочная, легкая, устойчивая ко многим типам воздействий. Лицевая поверхность материала окрашивается полимерными красками, защищающими от коррозии, ультрафиолета, температурных перепадов.
Фасонный прокат
Стальной термопрофиль сегодня востребован в качестве основного строительного материала для сооружения каркасных металлических домов . Он отличается малым весом в сравнении с остальными материалами, при этом дома получаются прочными, надежными и долговечными. Для строительства подходит обычный гладкий профиль и перфорированный, что позволяет улучшить теплофизические показатели стен.
Металлопрокат в современном строительстве является наиболее востребованным материалом. Он используется практически на всех этапах, обеспечивая необходимую надежность и долговечность любого дома.
Металлы и металлические изделия, применяемые в строительстве
Металлы делятся на черные и цветные. В настоящее время в строительстве применяют в основном черные металлы (сталь и чугун), изготавливая из них различные строительные конструкции (фермы мостов, каркасы зданий, элементы покрытии и т.п.). В последнее время достаточно широкое применение стал получать алюминий. Для отделочных, а также санитарно-технических деталей, кроме черных, употребляют сплавы цветных металлов.
Виды металлических строительных материалов и изделий.Применяемые в строительстве металлические материалы можно разделить на прокатный профильный металл широкого и специального назначения, прокатный металл простых сечений, сталь для армирования бетона, трубы, стальные отливки и чугунное литье. Широкое применение имеет сталь прокатная простого профиля: полосовая, квадратная, круглая, широкополосная, толстолистовая, тонколистовая, кровельная, волнистая, а также стальной прокат (уголки равнобокие и неравнобокие, двутавры, швеллеры и т.д.), см. рис. 1.4; выпускаются также специальные профили для оконных и фонарных переплетов и других элементов и деталей.
 Рис. 1.4. Виды стального проката: а — равнобокий уголок; б — неравнобокий уголок; в — швеллер; г – двутавр |
Профильный металл, применяемый для строительных конструкций (уголки, двутавры, швеллеры), выпускается разных размеров. В стандартах и справочниках приводятся таблицы всех видов выпускаемого проката с указанием их размеров, массы 1 м и других, необходимых для их использования данных.
Стальные трубы изготавливаются диаметром от 5 до 1420 мм для широкого использования в строительстве.
Для армирования бетона применяют горячекатанную арматурную сталь и холоднокатанную проволоку. В зависимости от профиля стержневая и проволочная арматура подразделяется на гладкую и периодического профиля (рис. 1.5).
 Рис. 1.5. Виды арматуры: а — горячекатаная периодического профиля; б — гладкая стержневая |
При диаметре от 3 до 9 мм арматурная сталь может поставляться в бухтах (мотках), диаметром от 10 мм и более — в виде стержней длиной 6-12 м.
Из проволоки изготовляют арматурные изделия в виде прядей, канатов и сеток. Арматура делается из сталей различных марок чаще всего Ст.З и Ст.5.