Экология строительных материалов

Разработка теоретических основ  синтеза и промышленной технологии нового класса стеклокристаллических  материалов – шлакоситаллов явилась одним из крупных достижений в области химической технологии строительных материалов. Учённые МХТИ им. Д.И. Менделеева, НИИ Автостекло и Государственного института стекла совместно с работниками Константиновского завода «Автостекло» впервые в мировой практике разработали технологию и в короткие сроки внедрили в промышленном масштабе производство листового шлакоситалла (методом непрерывного проката) и прессованных шлакоситалловых плиток.

Составы шлаковых стёкол определяются видом используемого шлака. Пределы  изменения химического состава  стёкол, предназначенных для получения  шлакоситаллов, сравнительно невелики. Основной корректирующей добавкой в большинстве случаев является обычный песок. В зависимости от вида шлака стекла могут принадлежать к системам:

• (константиновский шлак от производства чугуна);
• (высокомагнезиальные шлаки Урала и Сибири);
• (топливные шлаки и золы).

Практически во все шлаковые стёкла вводится щелочной оксид в количестве 3-5%. Основой шихты для получения  шлакоситалла служит измельчённый доменный шлак (до 60%), песок (35-40%) и некоторые другие добавки. Во всех составах шлакоситаллов присутствует фтор (до 2,5%).  Специально вводимые добавки соединений фтора существенно понижают температуру кристаллизации и устраняют температурный разрыв между процессами образования зародышей и роста основной фазы (волласанита) в шлакоситаллах. Температура кристаллизации шлакоситалла составляет 930-980⁰С.

Благодаря специальным добавкам шлакоситаллы можно получать чёрного, белого, голубого и других цветов. Прочность шлакоситаллов на изгиб достигает 2500 кг/см². Шлакоситаллы обладают исключительно высокой износоустойчивостью, а также химической и термической стойкостью.

Хорошие физико-механические и физико-химические свойства шлакоситалла, и в первую очередь его износостойкость и химическая устойчивость, в сочетании с декоративностью делают шлакоситаллы ценнейшим строительным материалом для объектов культурно-бытового и промышленного назначения. Только в Москве шлакоситалл нашёл применение при строительстве таких известных объектов, как павильон «Металлургия» ВВЦ, аэропорт «Шереметьево», универмаг «Москва», центральный городской аэровокзал и т.д.

 

2.11.Металлические материалы  и изделия

К металлам относятся вещества, обладающие рядом специфических особенностей: блеском, ковкостью, высокой тепло- и электропроводностью.

 

 В современной технике, в  том числе в строительстве,  наиболее широко применяют железоуглеродистые сплавы — стали (до 2,14% С) и чугуны (от 2,14 до 6,67% С). Удельный вес их в общем объеме металлических конструкционных материалов составляет 95—97%. Чугуны и стали являются основными представителями группы черных металлов, в группу цветных металлов входят алюминий, магний, медь, цинк и др., а также их сплавы.

 

 Основы научного металловедения  заложены русским металлургом  Д. К- Черновым (1839—1921 гг.), который открыл зависимость свойств стали от температуры нагрева и охлаждения, выявил взаимосвязь структуры и свойств стали.

 

 Металлические материалы в  строительстве применяют преимущественно  в виде различных изделий —  листа, уголковых, двутавровых  и швеллерных профилей, труб. Ежегодно  в строительстве используется 31—33 млн. т черных металлов, из которых  12—13 млн. т расходуется на арматуру  для железобетонных конструкций,  около 8 млн. т — на фасонный  и листовой прокат для изготовления  металлоконструкций и И —12 млн. т — на трубы. В энергетическом строительстве из прокатных профилей возводят несущие конструкции зданий и сооружений , мостовые конструкции, резервуары, конструкции для специальных гидротехнических сооружений и т. п.

 

 Непрерывно увеличивается производство  легких стальных конструкций  из экономичных профилей проката  и низколегированных, высокопрочных  сталей. Масса легких конструкций  по сравнению с обычными стальными  конструкциями меньше в 4—  6 раз, стоимость их сокращается  на 30—40%, примерно на одну треть  уменьшаются трудовые затраты.

 

 Расширяется применение легких  сплавов на основе цветных  металлов и в особенности алюминия (рис. 2.4). В 12-й пятилетке применение алюминиевых сплавов в строительстве намечено увеличить в 1,5—2 раза. Из алюминиевых сплавов изготавливаются наружные стеновые панели, конструкции подвесных потолков и перегородок, оконные переплеты, двери, витражи, жалюзи и т. п. Приближаясь по прочности к конструкциям из строительных сталей, конструкции из алюминиевых сплавов имеют меньшую массу (2,7—2,9 т/) и обладают лучшей огнестойкостью и сейсмостойкостью, хладостойкостью и долговечностью.

 

 Важной народнохозяйственной  задачей является всемерное снижение  расхода металлов, замена их менее  дефицитными материалами.

Металлические материалы в строительстве

 

 Железоуглеродистые сплавы. Основными  классификационными признаками  железоуглеродистых сплавов являются  состав и структура, назначение  и наиболее характерные технические  свойства.

 

 В зависимости от состава  и структуры чугуны подразделяют  на две основные группы: серые  и белые. В серых чугунах  углерод находится в основном  в виде графита, в белых —  в виде цементита C. Для первых характерен излом темно-серого, для вторых матово-белого цвета.

 

 Серый чугун обладает хорошими  литейными качествами в отличие  от белых, имеющих очень высокую  твердость и хрупкость. Из серого  чугуна для строительных целей  изготавливают сантехническое оборудование, трубы, плиты для полов, тюбинги  для туннелей и другие изделия.  Маркируют серый чугун буквами С — серый и Ч — чугун. После букв следуют цифры, которые указывают средний предел прочности при растяжении, например СЧ20 (предел прочности при растяжении 200 МПа).

 

 При введении в жидкий  серый чугун перед разливкой  специальных добавок получают  модифицированный и, в частности,  высокопрочный чугун. Его легируют  хромом, никелем, молибденом, титаном,  алюминием с целью получения  чугуна с особыми свойствами: жаростойкого, антифрикционного, антикоррозионного  и т. д.

 

 

 

Белый чугун применяется в основном для переделки в сталь и  получения ковкого чугуна. Последний отличается от серого повышенной пластичностью, способностью легко обрабатываться. Его получают путем длительного нагрева (отжига) белого чугуна при 760—980° С. При маркировке высокопрочных (ВЧ) и ковких (КЧ) чугунов указывается предел прочности при растяжении и относительное удлинение в процентах, например ВЧ60-2, КЧ45-6. Чугуны со специальными свойствами используются в тех случаях, когда отливка, кроме прочности, должна обладать износостойкостью, коррозионной стойкостью, жаростойкостью и т. д.

 

 Стали по составу делятся  на углеродистые и легированные. Углеродистые стали, кроме железа и углерода, содержат примеси ряда химических элементов, вносимые исходными сырьевыми материалами или обусловленные особенностями производства. Различают низко- (до 0,3% С), средне- (0,3—0,5% С) и высокоуглеродистые (более 0,5% С) стали. Легированные стали содержат наряду с обычными и легирующие примеси, т. е. специально введенные элементы — хром (X), никель (Н), молибден (М), вольфрам (В), кремний (С), марганец (Г), медь (Д).

 

 По назначению стали классифицируются  на конструкционные, инструментальные  и специального назначения.

 

 Для строительных конструкций  применяют обычно конструкционную  углеродистую сталь, содержащую  до 0,65—0,7% углерода. При увеличении  количества углерода от 0,65 до 1,35% и при содержании марганца  до 0,4% получают инструментальную  сталь, при уменьшении углерода  до 0,2% — сталь для глубокой  вытяжки, с повышенным содержанием  серы и фосфора — автоматную  сталь, применяемую в основном  для изготовления крепежных деталей  (втулок, болтов, гаек, винтов и т.  д.).

Изделия из стали. Арматурная сталь. Арматурная проволока

Основным видом специального проката  для строительства является арматурная сталь (рис. 2.5). Она делится на классы: стержневая арматура — класс А, проволока — В, арматурные канаты — К. При указании класса могут дополнительно обозначаться способ изготовления, особые свойства или назначение арматуры. Термически обработанную стержневую арматурную сталь обозначают символом Ат, сталь для конструкций, используемых в районах Севера,— Ас, термически обработанную свариваемую сталь—индексом С (например, Ат-1УС), а такую же сталь с повышенной стойкостью против коррозионного растрескивания под напряжением — К (например, Ат-ІУК). Основные нормируемые характеристики стержневой арматуры приведены в табл. 2.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Арматуру класса А-І изготавливают круглого сечения с гладкой поверхностью, арматура других классов имеет периодический профиль. Арматурная сталь периодического профиля представляет собой круглые стержни с двумя продольными ребрами и поперечными выступами, идущими по трехзаходной винтовой линии. Арматуру поставляют в прутках длиной от 6 до 12 м (термически упрочненную — в прутках от 5,3 до 13,5 м). Арматура классов А-1 и А-11 диаметром 12 мм, а также класса А-III диаметром до 10 мм может поставляться в мотках.

 

 Арматурную проволоку выпускают  диаметром от 3 до 8 мм и подразделяют  по форме поперечного сечения  на гладкую (В) и периодического профиля (Вр).

 

 

 Для возведения башен, мачт, опор ВЛ и других решетчатых конструкций широко используются металлические трубы. По способу изготовления их разделяют на бесшовные горяче- и холоднодеформированные и электросварные с продольным прямым или спиральным швом.

 

 Основные размеры труб приведены в табл. 2.2.

 

 Наряду с круглыми сварными трубами для стальных конструкций применяют квадратные и прямоугольные гнутосварные трубы.

 

 Кроме стальных в строительстве  находят применение изделия из  алюминиевых сплавов в виде  листового проката, гнутых и  прессованных профилей. Прессование  позволяет получать алюминиевые  профили, не только схожие со  стальными, но и многие другие, в том числе и весьма сложной формы.

 

 

 Металл, предназначенный для  возведения строительных конструкций,  хранят в штабелях в соответствии  с его профилем, размером и  маркой. Укладывают его на металлические  или деревянные подкладки высотой  не менее 15 см. При хранении  алюминиевых изделий применяют  только деревянные подкладки.  Во избежание возникновения электрохимической  коррозии металла деревянные  подкладки пропитывают специальным  составом и окрашивают лакокрасочными  материалами. Ширина штабеля при  укладке угловой стали, швеллеров  и двутавровых балок принимается  2—2,5 м, высота во всех случаях  не должна превышать 1,5 м.

 

 Для хранения труб, круглой  и квадратной стали устанавливают  металлические стеллажи, предохраняющие  штабель от развала.

 

 

Таблица 2.2. Основные размеры стальных труб
Тип труб	Наружный диаметр, мм	Толщина стенки, мм	Длина, м
Бесшовные горячедеформированные	25—820	2,5—75	4—12,5
Бесшовные   холоднодеформированные:
Особо тонкостенные	5—250	0,3—9	4—12,5
Тонкостенные	5—250	0,6—20	4—12,5
Толстостенные и особо толстостенные	6—250	1,6—24	4—12,5
Прямо шовные электросварные	8—1620	0,8—20	5—12
Электросварные со спиральным швом	159—1420	3,5—14	10—18

 

 

 

 

3. Свойства строительных материалов

 

3.1 Основные свойства строительных материалов

 

 К строительным материалам (материал от лат. materia — вещество) относят природные и искусственные вещества, композиции и изделия из них, применяемые для возведения зданий и сооружений. Взаимосвязи параметров технологии, состава и строения материалов с их строительно-техническими свойствами изучает строительное материаловедение, основанное на фундаментальных закономерностях естественных наук.