Какой металл для строительство

Металлические материалы — вид конструкционных искусственных материалов, широко используемых во всех отраслях народного хозяйства, в том числе и в строительстве.

К металлам относится значительная группа химических элементов — из 109 известных 82 являются металлами. Наиболее распространены: алюминий (А1) — в земной коре содержится 8,8 %, железо (Fe) — 5,1 %, кальций (Са) — 3,62 %, магний (Mg) — 2 %.

Остальные металлы (титан, натрий, цинк, олово, никель, свинец, кобальт, вольфрам, молибден, ванадий) содержатся в земной коре в малом количестве. Они не используются как конструкционные материалы, но имеют большое значение при получении сплавов.

В зависимости от состава и свойств металлические материалы подразделяются на два класса:

• 1) материалы из черных металлов — железо и его сплавы, обладающие в зависимости от вида и количества примесей (углерода, марганца, никеля, хрома, титана и др.) различными свойствами. Черные металлы составляют 85. 90 % всех металлов, применяемых в народном хозяйстве;
• 2) материалы из цветных металлов — медь, свинец, цинк, алюминий, магний, олово и др., а также их сплавы.

Не окисляющиеся на воздухе металлы (золото, серебро, платина) называются благородными.

Из чего дешевле построить ангар? Из дерева или из металла?

В строительстве главным образом используют черные металлы (сталь, чугун); в машино- и приборостроении, наряду с черными металлами, широко применяются цветные.

Для получения металлов используют руды, т.е. горные породы, содержащие металлы или их оксиды и гидраты оксидов. Различают руды металлические (железные, медные, свинцовые, цинковые и др.) и неметаллические (мышьяковые, баритовые, асбестовые и др.).

Чистое железо в природных условиях не встречается. Получаемое промышленное железо также не является химически чистым, а представляет собой сплав с углеродом и другими химическими элементами. В зависимости от содержания углерода сплавы делятся на две группы: стали (до 2,14 %) и чугуны (свыше 2,14 %).

Сталь — ковкий железоуглеродистый сплав. Это один из основных конструкционных строительных материалов. Из нее изготовляют строительные конструкции, трубопроводы, арматуру для железобетона.

В зависимости от входящих в сплав химических элементов, стали бывают углеродистыми и легированными.

Углеродистая сталь, кроме железа и углерода, содержит до 1 % марганца, до 0,4 % кремния, а также примеси серы и фосфора. Если количество примесей не превышает заданного верхнего предела, то стали называют нормальными.

Легированные стали — стали, в которые вводятся в небольшом количестве легирующие элементы: хром, никель, марганец, кремний, вольфрам, молибден, ванадий, кобальт, азот, алюминий, медь и др. Легирование повышает прочность стали, что позволяет уменьшить расход металла. Так, например, легирование стали марганцем позволяет сэкономить 15 % металла, поскольку при этом существенно повышается предел текучести (350 МПа у легированной стали против 240 МПа у углеродистой).

В зависимости от формы связи углерода в сплаве различают белый и серый чугун.

Подешевел!) купил металл для строительства склада.

Белый чугун содержит углерод в химически связанном состоянии в виде карбида железа Fe3C. Этот чугун обладает высокой твердостью и хрупкостью.

В результате отжига отливок из белого чугуна получают ковкий чугун, где углерод приобретает форму хлопьевидного графита. Ковкий чугун маркируют буквами КЧ, затем ставят числа, показывающие значение временного сопротивления (в кгс/мм 2 ) и величину относительного удлинения (в %): КЧ 30-6, КЧ 60-3 и т.п.

Белый чугун хорошо сопротивляется износу, но плохо поддается обработке режущим инструментом. Белый чугун используется для получения ковкого чугуна и в строительстве применяется мало.

Серый чугун характеризуется тем, что углерод в нем находится в свободном состоянии — в виде пластинчатого или волокнистого графита. Такой чугун маркируют буквами СЧ и цифрами, показывающими гарантируемое значение временного сопротивления (в кгс/мм 2 ): СЧ 15, СЧ 25, СЧ 35, СЧ 5. Для стальных конструкций в качестве опор применяются отливки из серого чугуна марок СЧ 15, СЧ 25, СЧ 30.

Источник: studref.com

Металлические материалы

Металлы, как материалы, обладают комплексом ценных для строительной техники свойств — большой прочностью, пластичностью, свариваемостью, выносливостью; способностью упрочняться и улучшать другие свойства при термомеханических и химических воздействиях.

Этим обуславливается их широкое применение в строительстве и других областях техники.

В чистом виде металлы, вследствие недостаточной прочности, твердости и высокой пластичности применяются редко. Главным образом они используются в виде сплавов с другими металлами и неметаллами, например, углеродом

Железо и его сплавы (сталь С2,14%, чугун С>2,14%) называют черными металлами, остальные (Ве, Мg, Аl, Тi , Сr, Мn, Ni, Сu, Zn и др.) и их сплавы — цветными.

Наибольшее применение в строительстве имеют черные металлы.

Стоимость их значительно ниже цветных.

Однако последние обладают рядом ценных свойств — высокой удельной прочностью, пластичностью, коррозионной стойкостью и декоративностью, расширяющими области их применения в строительстве, в первую очередь архитектурно-строительных деталей и конструкций из алюминия.

Классификация металлов

Сырьем для получения черных металлов служат руды железа, представленные минералами класса оксидов — магнетитом (FеFeO), гематитом (FеO), хромитом (FеCrO) и др.

Для производства цветных металлов используются бокситы; сульфидные и карбонатные руды меди, никеля, цинка и др.

2. Атомно-кристаллическое строение металлов

Металлы и сплавы в твердом состоянии — кристаллические тела.

Атомы в них расположены закономерно в узлах кристаллической решетки и колеблются с частотой порядка 10Гц.

От специфических свойств электронов проводимости зависят электромагнитные, оптические, тепловые и другие свойства металлов.

Атомы в решетке стремятся занять положение, соответствующее минимуму ее Энергии, образуя плотнейшие упаковки — кубическую объемно- и гранецентрированную и гексагональную.

Координационные числа (плотность упаковки) кристаллических решеток. а) кубической гранецентрированной (К 12); б) объемноцентрированной (К8); в) гексагональной (К 12)

Плотность упаковки характеризуется координационным числом, представляющим собой число соседних атомов, находящихся на равном и наименьшем расстоянии от данного атома.

Чем больше число, тем плотнее упаковка.

Для объемноцентрированной кубической упаковки оно равно 8 (К8); гранецентрированной — 12 (К12); гексагональной — тоже 12 (К12).

Расстояние между центрами ближайших атомов в решетке называется периодом решетки.

Период решетки для большинства металлов находится в пределах 0,1-0,7 нм.

Многие металлы в зависимости от температуры претерпевают структурные изменения кристаллический решетки.

Так железо при температуре ниже 910 °С и выше 1392 °С имеет объемно-центрированную упаковку атомов с периодом решетки 0,286 нм и обозначается -Fе; в промежутке указанных температур кристаллическая решетка железа перестраивается в гранецентрированную с периодом 0,364 нм, и обозначается -Fе.

Перекристаллизация сопровождается выделением тепла при охлаждении и поглощением при нагревании, фиксируемым на диаграммах по горизонтальным участкам.

Кривая охлаждения (нагревания) железа

Металлы представляют собой поликристаллические тела, состоящие из большого числа мелких кристаллов неправильной формы

В отличие от кристаллов правильной формы их называют кристаллитами или зернами.

Кристаллиты различно ориентированы, поэтому во всех направлениях свойства металлов более или менее одинаковы, т.е. поликристаллические тела изотропны.

Однако при одинаковой ориентации кристаллитов такой мнимой изотропности наблюдаться не будет.

Кристаллическая решетка металлов и сплавов далека от идеального строения.

В ней имеются дефекты — вакансии и дислокации.

3. Основы получения чугуна и стали

Чугун получают в ходе доменного процесса, основанного на восстановлении железа из его природных оксидов, содержащихся в железных рудах, коксом при высокой температуре.

Кокс, сгорая, образует углекислый газ.

При прохождении через раскаленный кокс он превращается в оксид углерода, который и восстанавливает железо в верхней части печи по обобщенной схеме: FеOFеOFеОFе.

Опускаясь в нижнюю горячую часть печи, железо плавится в соприкосновении с коксом и частично растворяя его, превращается в чугун.

В готовом чугуне содержится около 93% железа, до 5% углерода и небольшое количество примесей кремния, марганца, фосфора, серы и некоторых других элементов, перешедших в чугун из пустой породы.

В зависимости от количества и формы связи углерода и примесей с железом, чугуны имеют разные свойства, в том числе цвет, подразделяясь по этому признаку на белые и серые.

Сталь получают из чугуна путем удаления из него части углерода и примесей. Существуют три основных способа производства стали: конвертерный, мартеновский и электроплавильный

Конвертерный основан на продувке расплавленного чугуна в больших грушевидных сосудах-конвертерах сжатым воздухом.

Кислород воздуха окисляет примеси, переводя их в шлак; углерод выгорает.

При малом содержании в чугуне фосфора конвертеры футеруют кислыми огнеупорами, например динасом, при повышенном — основными, периклазовыми.

Соответственно выплавляемую в них сталь по традиции называют бессемеровской и томасовской.

Конвертерный способ отличается высокой производительностью, обусловившей его широкое распространение.

К недостаткам его относятся повышенный угар металла, загрязнение шлаком и наличие пузырьков воздуха, ухудшающими качество стали.

Применение вместо воздуха кислородного дутья в сочетании с углекислым газом и водяным паром значительно улучшает качество конвертерной стали.

Мартеновский способ осуществляется в специальных печах, в которых чугун сплавляется вместе с железной рудой и металлоломом (скрапом).

Выгорание примесей происходит за счет кислорода воздуха, поступающего в печь вместе с горючими газами и железной рудой в составе оксидов.

Состав стали хорошо поддается регулированию, что позволяет получать в мартеновских печах высококачественные стали для ответственных конструкций.

Электроплавление является наиболее совершенным способом получения высококачественных сталей с заданными свойствами, но требует повышенного расхода электроэнергии.

По способу ее Подведения электропечи подразделяются на дуговые и индукционные.

Наибольшее применение в металлургии имеют дуговые печи. В электропечах выплавляют специальные виды сталей — средне- и высоколегированные, инструментальные, жаропрочные, магнитные и другие.

4. Механические свойства металлов

Механические свойства устанавливают по результатам статических, динамических и усталостных (на выносливость) испытаний.

Статические испытания характеризуются медленным и плавным приложением нагрузки. Основными из них являются: испытания на растяжение, твердость и вязкость разрушения.

Для испытания на растяжение используют стандартные образцы с расчетной длиной I= 10 d и площадью 11,3 А где (d и А — соответственно диаметр и площадь поперечного сечения образца сортового проката круглого, квадратного или прямоугольного сечения.

Испытания проводят на разрывных машинах с автоматической записью диаграммы растяжения.

На рис.4 представлена такая диаграмма для среднеуглеродистой стали.

Кривая 1 характеризует поведение металла под действием условных напряжений = Р/А а кривая 2 — под действием истинных напряжений, S= Р/А , (где А и А — соответственно площади поперечного сечения образца до испытания и на каждой ступени нагружения вплоть до разрушения).

Обычно пользуются диаграммой условных напряжений, хотя более объективной является кривая 2.

Диаграммы растяжения металла: а) для условных (сплошные линии) и истинных (штриховые линии) напряжений; / — область упругой деформации; // -то же пластической; /// — область развития трещин; б) условно истинных напряжений

Предел упругости определяют напряжением, при котором остаточная деформация удлинения не превышает 0,05%.

Предел текучести характеризуется условным пределом текучести, при котором остаточная деформация не превышает 0,2%.

Физический предел текучести соответствует напряжению, при котором образец деформируется без дальнейшего увеличения нагрузки.

Для материалов хрупких при испытании на растяжение, применяют статические испытания на сжатие (для чугуна), на кручение (для закаленных и конструкционных сталей) и изгиб (для отливок из серого и ковкого чугуна).

Твердость металлов испытывают путем вдавливания в него под определенной нагрузкой стального шарика, алмазного конуса или пирамиды и оценивают по величине произведенной пластической деформации (отпечатку).

В зависимости от вида используемого наконечника и критерия оценки различают твердость по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу.

Схема определения твердости . а) по Бринеллю; б) по Роквеллу; в) по Виккерсу

Твердость по Виккерсу обозначается НV 5, НV 10 и т.д. Чем тоньше и тверже металл и сплав, тем меньше должна быть нагрузка при испытании.

Для определения микротвердости мелких изделий и структурных составляющих металлов используют также метод Виккерса в приборном сочетании с металлографическим микроскопом.

Испытание металлов на вязкость разрушения проводят на стандартных образцах с надрезом при трехточечном изгибе.

Метод позволяет оценить сопротивление металла распространению, а не зарождению трещины или трещиноподобного дефекта любого происхождения, всегда имеющегося в металле.

Вязкость разрушения оценивается параметром К, представляющим собой коэффициент интенсивности напряжений или локальное повышение растягивающих напряжений (МПа) в вершине трещины.

Динамические испытания металлов проводят на ударный изгиб знакопеременное циклическое нагружение. На ударный изгиб испытывают образцы металла размерами (1х1х5,5)10 м с концентратором напряжения (надрезом) посредине

Испытание проводят на маятниковом копре. Сопротивление металла ударному изгибу называют ударной вязкостью и обозначают КСU, КСV и КСТ (где КС — символ ударной вязкости, а U, V и Т — вид и размер концентратора напряжения).

Сопротивление металла циклическому нагружению характеризуется максимальным напряжением, которое может выдержать металл без разрушения за заданное число циклов и называется пределом выносливости. Применяют симметричные и несимметричные циклы нагружения.

Предел выносливости резко снижается при наличии концентраторов напряжений.

5. Кристаллизация и фазовый состав железоуглеродистых сплавов

Кристаллизация развивается только при переохлаждении металла ниже равновесной температуры.

Процесс кристаллизации начинается с образования кристаллических зародышей (центров кристаллизации) и продолжается при их росте.

В зависимости от условий кристаллизации (скорости охлаждения, вида и количества примесей) образуются кристаллы разных размеров от 10 до 10 нм правильной и неправильной формы.

В сплавах в зависимости от состояния различают следующие фазы: жидкие и твердые растворы, химические и промежуточные соединения (фазы внедрения, электронные соединения и др.).

Фазой называется физически и химически однородная часть системы (металла или сплава), имеющая одинаковый состав, строение, одно и то же агрегатное состояние и отделенная от остальных частей системы разделяющей поверхностью.

Поэтому жидкий металл представляет собой однофазную систему, а смесь двух различных кристаллов или одновременное существование жидкого расплава и кристаллов соответственно двух- и трехфазные системы.

Вещества, образующие сплавы, называются компонентами

Твердые растворы представляют собой фазы, в которых один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы другого или других компонентов располагаются в кристаллической решетке первого компонента (растворителя), изменяя ее размеры (периоды).

Различают твердые растворы замещения и внедрения.

В первом случае атомы растворенного компонента замещают часть атомов растворителя в узлах его кристаллической решетки; во втором они располагаются в межузлиях (пустотах) кристаллической решетки растворителя, причем в тех из них, где имеется больше свободного пространства.

В растворах замещения период решетки может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от соотношения атомных радиусов растворителя и растворенного компонента; в растворах внедрения — всегда увеличиваться.

Твердые растворы внедрения возникают только в случаях, когда диаметры атомов растворенного компонента невелики.

Например, в железе, молибдене, хроме могут растворяться и образовывать твердые растворы внедрения углерод, азот, водород. Такие растворы имеют ограниченную концентрацию, так как число пор в решетке растворителя ограничено.

6. Модифицирование структуры и свойства стали

Свойство железоуглеродистых сплавов испытывать фазовые превращения при кристаллизации и повторном нагревании — охлаждении, изменять структуру и свойства под влиянием термомеханических и химических воздействий и примесей-модификаторов широко используется в металлургии для получения металлов с заданными свойствами.

При разработке и проектировании стальных и железобетонных конструкций зданий и сооружений, технологического оборудования и машин (автоклавов, обжигательных печей, мельниц, напорных и безнапорных трубопроводов различного назначения, металлоформ для изготовления строительных изделий, строительных машин и др.) необходимо учитывать климатические, технологические и аварийные условия их работы.

Низкие отрицательные температуры понижают порог хладноломкости, ударную вязкость и вязкость разрушения.

Повышенная температура снижает модуль упругости, временное сопротивление разрыву, предел текучести, что отчетливо проявляется, например, при пожарах

При 600 °С сталь, а при 200 °С — алюминиевые сплавы, полностью переходят в пластическое состояние и конструкции, находящиеся под нагрузкой, теряют устойчивость.

Вот почему незащищенные металлические конструкции обладают сравнительно небольшой огнестойкостью.

Технологическое оборудование — котлы, трубопроводы, автоклавы, металлоформы, а также арматура железобетонных конструкций, постоянно подвергающиеся в процессе производства циклическому нагреву — охлаждению в интервале температур 20-200 °С и более, испытывают термическое старение и низкотемпературный отпуск, усугубляемые часто коррозией, которые необходимо учитывать при выборе марок стали для конкретных целей.

Основными способами модифицирования структуры и свойств стали, применяемыми в металлургии, являются :

— введение в расплавленный металл веществ, образующих тугоплавкие соединения, являющиеся центрами кристаллизации;

— введение легирующих элементов, повышающих прочность кристаллических решеток феррита и аустенита, замедляющих диффузионные процессы выделения углерода, карбидов и движение дислокаций;

— термическая и термомеханическая обработка стали.

Они направлены главным образом на измельчение зерен охлажденной стали, снятие остаточных напряжений и повышение ее химической и физической однородности.

В результате повышаются прокаливаемость стали; снижаются твердость, порог хладноломкости, отпускная хрупкость, склонность к термическому и деформационному старению, улучшаются пластические свойства стали.

Ниже рассмотрены специфические особенности указанных способов.

Легирующие элементы вводят в конструкционные стали.

Являясь карбидообразующими элементами, они одновременно служат добавками-модификаторами, обеспечивающими зарождение и измельчение зерна стали при кристаллизации расплава.

Принятые обозначения легирующих элементов: А — азот, Б — ниобий, В — вольфрам, Г — марганец, Д — медь, Е — селен, К — кобальт, Н — никель, М — молибден, П — фосфор, Р — бор, С — кремний, Т — титан, Ф — ванадий, X — хром, Ц — цирконий, Ч — редкоземельный, Ю — алюминий.

Содержание углерода указывают двузначными цифрами, приводимыми в начале марки стали в сотых долях процента.

Легирующие элементы, растворяясь в феррите и аустените, уменьшают размер зерна и частиц карбидной фазы.

Располагаясь по границам зерен, они затрудняют их рост, диффузию углерода и других легирующих элементов и повышают устойчивость аустенита к переохлаждению.

Поэтому низколегированные стали имеют мелкозернистую структуру и более высокие качественные показатели.

Термическая и термомеханическая обработка являются распространенными способами модифицирования структуры и улучшения свойств стали.

Различают следующие их виды: отжиг, нормализацию, закалку и отпуск. Отжиг включает процессы гомогенизации, рекристаллизации и снятия остаточных напряжений.

Температурные интервалы различных видов отжига: 1 — гомогенизация; 2 — низкотемпературный рекристаллизационный отжиг (высокий отпуск) для снижения твердости; 3 — отжиг (отпуск) для снятия напряжений; 4 — полный отжиг с фазовой перекристаллизацией; 5, 6 — нормализация до- и заэвтектоидной стали; 7 — сфероидизация; 8 — неполный отжиг доэвтектоидной стали

Гомогенизации подвергают слитки легированной стали при 1100-1200 °С в течение 15-20 ч для выравнивания химического состава, уменьшения дендритной и внутри-кристаллической ликвации, вызывающей хрупкий излом при обработке стили давлением, анизотропию свойств, образование флокенов и крупнозернистой структуры.

Рекристаллизационный отжиг применяют для снятия наклепа деформированного металла путем нагрева его выше температуры порога рекристаллизации выдержки при этой температуре и охлаждения.

Различают холодную и горячую (теплую) деформации.

Холодную проводят при температуре ниже порога рекристаллизации, а горячую — выше.

Рекристаллизация при холодном деформировании называется статической, а при горячем — динамической, характеризующейся остаточным «горячим наклепом», полезно используемым для закалки с прокатного нагрева.

Отжиг для снятия остаточных напряжений осуществляют при 550. 650 °С в течение нескольких часов. Он предотвращает коробление сварных изделий после резания, правки и т.д.

Нормализация предусматривает нагрев сортового проката до- и заэвтектоидной конструкционной стали, непродолжительную выдержку и охлаждение на воздухе.

Она вызывает полную фазовую перекристаллизацию стали, снимает внутренние напряжения, повышает пластичность и ударную вязкость.

Ускоренное охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита при более низких температурах.

Нормализация широко применяется для улучшения свойств низкоуглеродистых строительных сталей, заменяя отжиг. Для среднеуглеродистых и легированных сталей она сочетается с высоким отпуском при температурах ниже порога рекристаллизации

Закалка и отпуск предусматривают улучшение прочностных и пластично-вязких свойств стали, снижение порога хладноломкости и чувствительности к концентраторам напряжений.

Закалка заключается в нагреве стали, выдержке до полной аустенизации стали и охлаждении ее со скоростью, обеспечивающей переход аустенита в мартенсит.

Поэтому кристаллическая решетка мартенсита сильно искажена и испытывает напряжения, обусловленные особенностями строения и увеличением удельного объема мартенсита по сравнению с аустенитом на 4. 4,25%.

Мартенсит хрупок, тверд и прочен. Однако достаточно полное мартенситное превращение возможно только для высокоуглеродистых и легированных сталей, обладающих повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита.

В низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных строительных сталях она мала и поэтому при закалке, даже при быстром охлаждении водой мартенсит либо не образуется, либо образуется в меньшем количестве в сочетании с бейнитом.

При быстром охлаждении низкоуглеродистых строительных сталей (С0,25%) (закалка с прокатного нагрева) происходит распад аустенита и образование высокодисперсной ферритно-цементитной структуры перлита-сорбита и троостита или низкоуглеродистого мартенсита и цементита.

Такая структура получила название — бейнит.

Он имеет повышенную прочность, твердость и выносливость по сравнению с продуктами распада аустенита в перлитовой области — сорбитом и прооститом, при сохранении высокой пластичности, вязкости и пониженном пороге хладоемкости.

Упрочнение стали закалкой с прокатного нагрева обусловлено тем, что динамическая рекристаллизация при прокатном нагреве проходит неполно и бейнит унаследует высокую плотность дислокаций, образовавшихся в деформированном аустените.

Сочетание пластической деформации стали в аустенитном состоянии с закалкой и отпуском позволяет значительно увеличить ее прочность, пластичность и вязкость, устранить склонность к отпускной хрупкости, которая наблюдается при среднетемпературном отпуске легированной стали при 300. 400 °С.

Отпуск является заключительной операцией термической обработки стали, после которой она приобретает требуемые свойства.

Он заключается в нагреве закаленной стали, выдержке при заданной температуре и охлаждении с определенной скоростью.

Цель отпуска — снижение уровня внутренних напряжений и повышение сопротивления разрушению.

Различают три его вида: низкотемпературный (низкий) с нагревом до 250 °С; среднетемпературный (средний) с нагревом в интервале 350-500 °С и высокотемпературный (высокий) с нагревом при 500-600 °С.

Старение углеродистой стали проявляется в изменении ее свойств во времени без заметного изменения микроструктуры.

Повышаются прочность, порог хладноломкости, снижается пластичность и ударная вязкость.

Известны два вида старения — термическое и деформационное (механическое).

Деформационное (механическое) старение протекает после пластической деформации при температуре ниже порога рекристаллизации.

Основной причиной этого вида старения является также скопление атомов С и N на дислокациях, затрудняющее их движение.

С фактами возникновения отпускной хрупкости и старения стали строители сталкиваются при электротермическом способе натяжения арматуры в процессе изготовления преднапряженных железобетонных конструкций.

7. Чугун

Как указывалось выше, сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% С, называют чугуном.

Присутствие эвтектики в структуре чугуна обуславливает его использование исключительно в качестве литейного сплава. Углерод в чугуне может находиться в виде цементита и графита, либо в обоих видах одновременно.

Цементит придает излому светлый цвет и характерный блеск; графит — серый цвет без блеска.

Чугун, в котором весь углерод находится в виде цементита, называют белым, а в виде цементита и свободного графита — серым

В зависимости от формы графита и условий его образования различают: серый, высокопрочный с шаровидным графитом и ковкий чугуны.

Влияние содержания углерода и кремния на структуру чугуна (заштрихованная область — наиболее распространенные чугуны):

I — область белого чугуна; II — половинчатый чугун; III — перлитный серый чугун; IV — ферритно-перлитный чугун; V — ферритный серый чугун; Л — ледебурит; П — перлит; Ц — цементит; Г — графит; Ф — феррит

Белый чугун имеет высокую твердость и прочность (НВ 4000-5000 МПа), плохо обрабатывается резанием, хрупок.

Используется в качестве передельного на сталь или ковкий чугун.

Отбеленный имеет в поверхностном слое структуру белого, а в сердцевине — серого чугуна, что придает изделиям из него повышенную износостойкость и выносливость.

Примерный состав белого чугуна: С=2,8-3,6%; Si=0,5-0,8%; Мn=0,4-0,6%.

Серый чугун представляет сплав Fе-Si-С, с неизбежными примесями Мn, Р и S.

Лучшими свойствами обладают доэвтектические чугуны, содержащие 2,4-3,8%С, часть которого, до 0,7% находится в виде цементита.

Кремний способствует графитизации чугуна, марганец, наоборот, препятствует ей, но повышает склонность чугуна к отбеливанию.

Сера является вредной примесью, ухудшающей механические и литейные свойства чугуна.

Содержание ее ограничивают 0,1-0,12%.

Фосфор в количестве 0,2-0,5% не влияет на графитизацию, увеличивает жидкотекучесть, но повышает хрупкость чугуна.

Механические и пластические свойства чугуна определяются его структурой, главным образом графитной составляющей. Чем меньше графитных включений, чем они мельче, разветвленнее и больше изолированы друг от друга, тем прочнее и пластичнее чугун.

Структура металлической основы чугуна — доэвтектоидная или эвтектоидная сталь, т.е. феррит+перлит или перлит. Наибольшую прочность, твердость и износостойкость имеет серый чугун с перлитной структурой металлической основы примерного состава: С=3,2-3,4%; Si — 1,4-2,2%; Мn=0,7-1,0%; Р, S 0,15-0,2%.

Влияние металлической основы и формы графитных включений на механические и технологические свойства чугунов

Физико-механические свойства чугунов различной структуры

Наименование чугуна

Марка чугуна

Структура металли- ческой основы

Форма графита

Твердость НВ, МПа

Временное сопротивление растяжению, МПа

Относи- тельное удлинение, %

Ферритная и ферритно- перлитная

Крупные и средних размеров пластинки

Мелкие завихренные пластинки

ВЧ35-22; ВЧ40-15; ВЧ45-10

Ферритная и ферритно- перлитная

1400-1700; 1400-2020; 1400-2250;

Графитные включения, резко снижая прочность серого чугуна на растяжение, практически не влияют на его прочность на сжатие, изгиб и твердость; делают малочувствительным к концентраторам напряжений, улучшают обрабатываемость резанием.

Серый чугун маркируют буквами С — серый и Ч — чугун.

Цифры после них указывают среднее значение прочности на растяжение (кг/мм).

К перлитным чугунам относится модифицированный чугун марок СЧ30-СЧ35, содержащий добавки-модификаторы — графит, ферросилиций, силикокальций в количестве 0,3-0,8% и др.

Для снятия внутренних напряжений отливки отжигают при 500-600 °С с последующим медленным охлаждением.

Модифицирование и отжиг повышают пластичность, ударную вязкость и выносливость чугуна

При введении в состав серого чугуна при его выплавке магния в количестве 0,03-0,07% графит в процессе кристаллизации приобретает шаровидную форму вместо пластинчатой.

Такой чугун имеет высокую прочность, сравнимую с прочностью литой стали, хорошие литейные свойства и пластичность, обрабатываемость резанием и износостойкость.

Марки высокопрочного чугуна обозначают буквами и цифрами.

Последние означают временное сопротивление растяжению (кг/мм) и относительное удлинение (%).

Ковкий чугун получают длительным нагревом (отжигом) отливок из белого чугуна.

Отжиг проводят в две стадии с выдержкой на каждой из них до полного распада ледебурита (I стадия), аустенита и цементита (II стадия) и образования феррита и графита.

Последний выделяется при этом в виде хлопьев, придающих чугуну высокую пластичность.

Излом его бархатисто-черный.

Если охлаждение ускорить, то образуется ковкий чугун с перлитной основой, снижающей пластичность и придающей излому светлый (сталистый) вид. Маркируют его также, как и высокопрочный чугун.

Термин «ковкий чугун» является условным и характеризует пластические, а не технологические свойства чугуна, так как изделия из него, как и из других чугунов, получают литьем, а не ковкой.

В строительстве находят применение все виды рассмотренных чугунов с графитным включением.

Серые чугуны используются в конструкциях, работающих на статическую нагрузку (колонны, фундаментные плиты, опорные плиты под фермы, балки, канализационные трубы, люки, задвижки); высокопрочные и ковкие чугуны, обладающие повышенной прочностью, пластичностью и вязкостью, используют в конструкциях, подвергающихся динамической и вибрационной нагрузке и износу (полы промзданий, фундаменты тяжелого кузнечно-прессового оборудования, подферменные опоры железнодорожных и автодорожных мостов, тюбинги для крепления ответственных транспортных тоннелей под землей, в горах).

8. Цветные металлы

Из цветных металлов наибольшее применение в строительстве имеет алюминий, обладающий высокой удельной прочностью, пластичностью, коррозионной стойкостью и экономической эффективностью.

Серебро, золото, медь, цинк, титан, магний, олово, свинец и другие используются главным образом как легирующие добавки и компоненты сплавов и имеют поэтому специальное и ограниченное применение в строительстве (специальные виды стекла, уникальные объекты — мемориалы на Мамаевом кургане в Волгограде, на Поклонной горе, обелиск в честь покорения космоса в Москве и другие, в которых большое применение нашли титан, медь, и их сплавы; запорно-регулировочная арматура и устройства водопроводно-отопительных, электротехнических систем зданий и сооружений).

В чистом виде цветные металлы, как и железо, вследствие их малой прочности и твердости, применяются редко.

Алюминий — металл серебристо-белого цвета, плотностью 2700 кг/м и температурой плавления 658 °С. Кристаллическая решетка его — гранецентрированный куб с периодом 0,40412 нм.

Реальные зерна алюминия, как и зерна железа, имеют блочное строение и аналогичные дефекты — вакансии, межузельные атомы, дислокации, мало- и большеугловые границы между зернами.

Повышение прочности достигается легированием Мg, Мn, Сu, Si, Аl, Zn, а также пластическим деформированием (нагартовкой), закалкой и старением. Все сплавы алюминия делятся на деформируемые и литейные.

Деформируемые сплавы в свою очередь подразделяются на термически упрочняемые и неупрочняемые.

К термически упрочняемым относятся сплавы Аl-Мg-Si, Аl-Сu-Мg, Аl-Zn-Мg; термически неупрочняемым — технический алюминий и двухкомпонентные сплавы Аl-Мn и Аl-Мg (магналии).

Медь — основная легирующая добавка сплавов — дуралюминов, повышает прочность, но снижает пластичность и антикоррозионные свойства алюминия.

Марганец и магний повышают прочность и антикоррозионные свойства; кремний — жидкотекучесть и легкоплавкость, но ухудшает пластичность.

Цинк, особенно с магнием, увеличивает прочность, но уменьшает стойкость к коррозии под напряжением.

Для улучшения свойств алюминиевых сплавов в них вводят небольшое количество хрома, ванадия, титана, циркония и других элементов. Железо (0,3-0,7%) является нежелательной, но неизбежной примесью.

Соотношение компонентов в сплавах подбирается исходя из условий достижения ими после термической обработки и старения высокой прочности, обрабатываемости и коррозионной стойкости.

Сплавы обозначаются марками, которые имеют буквенное и цифровое обозначение, характеризующее состав и состояние сплава: М — отожженный (мягкий); Н — нагартованный; Н2 — полунагартованный; Т — закаленный и естественно состаренный; Т1 — закаленный и искусственно состаренный; Т4 — не полностью закаленный и искусственно состаренный.

Нагартовка и полунагартовка характерны для термически неупрочняемых сплавов; закалка и старение — для термически упрочняемых.

Марки термически неупрочняемых алюминиевых сплавов: АД1М, АМцМ, АМг2М, АМг2Н2 (М — мягкий, Мц — марганец, Мг2 — магний при содержании в сплаве 2%).

Цифровое обозначение марок алюминиевых сплавов: 1915, 1915Т, М925, 1935Т (первая цифра обозначает основу сплава — алюминий; вторая — композицию компонентов; 0 — технически чистый алюминий, 1 — Аl-Сu-Мg, 3 — Аl-Мg-Si, 4 — Аl-Мn, 5- Аl- Мg, 9 — Аl-Мg-Zn; две последние — порядковый номер сплава в своей группе).

Основными видами термической обработки алюминиевых сплавов является отжиг, закалка и старение (отпуск)

Отжиг происходит без фазовых превращений и применяется для снятия остаточных напряжении, гомогенизации, рекристаллизации и возврата.

В последнем случае происходит восстановление начальных физических и механических свойств сплава, снижение прочности, повышение пластичности и ударной вязкости, необходимые для технологических целей.

9. Стальная арматура для железобетонных конструкций

Для армирования железобетонных конструкций применяют стержневую и проволочную арматуру гладкого и периодического профиля и канаты из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, упрочненную закалкой с прокатного нагрева, холодной или теплой деформацией.

Этим требованиям в большей мере удовлетворяет высокопрочная стержневая (А-1V — АV1; Ат-1VС(К) — Ат-V1С(К) и др.), проволочная (В-II, Вр-II) и канатная (К-7, К-9) арматура с пределом текучести 590-1410 МПа и относительным удлинением 8-14% соответственно, используемая для изготовления предварительно напряженных железобетонных конструкций.

При этом, наряду с повышением прочности и трещиностойкости конструкций на 20-30%, сокращается расход арматурной стали по сравнению с ненапрягаемой А-I (А-240), А-II (А-300), А-III (А-400), Вр-I.

Однако с точки зрения коррозионного поведения высокопрочная, особенно преднапряженная арматура, потенциально более уязвима.

Коррозионное поведение арматуры в бетоне характеризуют главным образом изменением прочности, пластичности и характера ее излома, а также глубиной коррозионного поражения (мм/год) или потерей массы (г/м сут или г/м ч)

Пассивное состояние арматуры в бетоне, термодинамически склонной к реакциям окисления, обеспечивается высокощелочным характером среды (рН12) и достаточно толстым (0,01-0,035 м) и плотным защитным слоем бетона.

В соответствии с оксидно-пленочной теорией пассивное состояние арматуры в окислительной среде возникает вследствие образования на поверхности металла тонкой оксидной пленки.

Равновесный потенциал образования такой пленки положителен и составляет примерно 0,63 В, а железа в активном состоянии около — 0,4 В.

Как только поляризация анодных участков металла достигает потенциала образования оксидной пленки, плотность тока растворения резко снижается и металл переходит в пассивное состояние.

Этот характерный потенциал называется Фладе-потенциалом .

Пассивирование арматуры в бетоне при температуре 20±5 °С завершается через 32-36 ч, причем не только с чистой поверхностью, но и имеющей ржавчину.

Однако значение рН среды неоднозначно характеризует состояние арматуры в бетоне; оно во многом определяется присутствием активирующих ионов, которые смещают потенциал растворения металла в отрицательную сторону; металл при этом переходит в активное состояние.

Объективно судить о электрохимическом состоянии арматуры в бетоне можно только по ее поляризуемости, т.е. изменению электродного потенциала и плотности тока.

Не все бетоны характеризуются высоким значением рН среды.

В автоклавных, гипсовых и с активными минеральными добавками бетонах с момента их изготовления рН

В таких бетонах арматура требует защитного покрытия.

Депассивация арматуры может возникать также в карбонизированном защитном слое бетона (где расположена арматура), особенно в местах трещин, что необходимо учитывать при назначении толщины и плотности защитного слоя в зависимости от вида, назначения, условий эксплуатации и срока службы железобетонных конструкций.

Локализованные коррозионные поражения поверхности металла действуют аналогично концентраторам напряжений.

У пластичных мягких сталей около очагов этих поражений происходит перераспределение напряжений, вследствие чего механические свойства сталей практически не меняются.

У высокопрочных малопластичных сталей гладкого и периодического профиля, например, В-II и Вр-II, испытывающих растягивающие напряжения близкие к пределу текучести (и по этой причине хуже поддающихся анодной поляризации), местные коррозионные поражения вызывают большую концентрацию слабо релаксирующих напряжений и вероятность хрупкого разрушения стали.

Поэтому высокопрочные арматурные стали, рекомендуемые для преднапряженных конструкций, как правило, сложнолегированные, прошедшие термическую и термомеханическую обработку, нормализацию и высокий отпуск, при 600-650 °С.

Введение в арматурные стали небольшого количества легирующих добавок Сr, Мn, Si, Сu, Р, Аl и других наряду с термической и термомеханической обработкой, значительно улучшает механические и в 2-3 раза антикоррозионные свойства сталей

10. Стальные конструкции

Основными конструктивными формами и назначением стальных конструкций являются: промышленные здания, каркасы и большепролетные покрытия общественных зданий, мосты и эстакады, башни и мачты, витражи, оконные и дверные заполнения, подвесные потолки и др.

Первичными элементами строительных конструкций являются :

— сталь листовая-толстая горячекатаная толщиной 4-160 мм, длиной 6-12 м, шириной 0,5-3,8 м, поставляемая в виде листов и рулонов; тонкая горяче- и холоднокатаная, толщиной до 4 мм в рулонах; широкополочная универсальная толщиной 6-60 мм горячекатаная с обработанными, выровненными кромками;

— сталь профильная — уголки, швеллеры, двутавры, тавры, трубы и т.п., из которых компонуются различные симметричные сечения, обеспечивающие повышенную устойчивость и экономичность конструкций;

— трубы горячекатаные бесшовные круглые диаметром 25-550 мм и толщиной стенки 2,5-75 мм для радио- и телевизионных опор;

— трубы электросварные круглые, диаметром 8-1620 мм и толщиной стенки 1-16 мм; квадратного и прямоугольного сечения с размерами сторон от 60 до 180 мм и толщиной стенки от 3 до 8 мм. Трубы применяются в конструкциях облегченных кровель, фахверках стен, переплетах, витражах;

— холодногнутые профили, изготовляемые из ленты или полосы толщиной 1-8 мм.Основная область их применения — легкие экономичные конструкции покрытий зданий;

— профили разного назначения — оконные, дверные и фонарные переплеты, крановые рельсы, оцинкованный профильный настил, стальные канаты и высокопрочная проволока для висячих и вантовых покрытий, мостов, мачт, предварительно напряженных конструкций покрытий, труб, резервуаров и др.

Основные виды прокатных профилей. а) листовая сталь; б) уголковые профили; в) швеллер; г), д), е) двутавры с разной шириной полки; ж) тонкостенные двутавры и швеллеры; з) трубы бесшовные и электросварные

Типы холодногнутых профилей из стальной ленты или полосы толщиной от 1 до 8 мм. а) неравно- и равнополочные уголки; б) швеллеры; в) произвольного сечения

Перечень прокатных профилей с указанием формы, размеров, массы единицы и допусков называется сортаментом

Наиболее экономичным и в нем являются тонкостенные профили.

Из первичных элементов в заводских условиях изготовляют фрагменты колонн, подкрановых и мостовых балок, ферм, прогонов, арок, цилиндрических и шатровых покрытий, других конструкций, которые затем укрупняются в блоки и монтируются на строительной площадке.

Производство и монтаж металлоконструкций осуществляется специализированными заводами и монтажными организациями, обеспечивающими высокую производительность и качество продукции и монтажа.

В зависимости от назначения и условий эксплуатации металлоконструкций, степени ответственности зданий и сооружений, рекомендуется применять различные категории сталей с учетом их хладостойкости при расчетных зимних температурах наружного воздуха.

Все виды конструкций разделены на 4 группы, требования к которым и соответственно маркам стали уменьшаются от первой к четвертой группе.

И если в первых трех из них для основных ответственных конструкций рекомендуются в основном сложнолегированные стали, хорошо свариваемые и хладостойкие, то в четвертой группе для вспомогательных конструкций — рядовые стали ВСт3сп (пс) (кп).

Легирование сталей небольшими количествами меди, фосфора, никеля, хрома (например, сталей первой и второй групп, 15Г2АФДпс, 10ХСНД, 10ХНДП, 12ГН2МФАЮ и др.) особенно эффективно для защиты их от атмосферной коррозии.

Способность низколегированных сталей образовывать плотные защитные пленки ржавчины, состоящие из аморфного — FеООН, привело к созданию так называемых картенов.

Их применяют для конструкций промышленных зданий, мостов, опор и других конструкций, эксплуатирующихся в атмосферных условиях. Картены не требуют покраски и не корродируют на протяжении всего срока службы конструкций. Защитные свойства пленки усиливаются при периодическом увлажнении — высушивании.

Типичный состав картена 0,09% С и Р; 0,4% Мn и Сu; 0,8% Сr и 0,3% Ni.

11. Алюминиевые конструкции

Началом применения алюминия в строительстве можно считать установку алюминиевого карниза на здании Life Building в Монреале в 1896 г. и алюминиевой кровли на двух культовых зданиях в Риме в 1897-1903 гг.

При реконструкции городского моста в Питсбурге (США) в 1933 г. впервые несущие элементы проезжей части моста были выполнены из алюминиевых швеллеров и листа, которые успешно эксплуатировались 34 года.

В отечественном строительстве алюминиевые конструкции впервые были применены в начале пятидесятых годов в оборудовании исследовательской станции «Северный полюс» и здания альпинистов на Кавказе.

Более широкое применение алюминий получил за рубежом, причем в сфере строительства используется до 27% общего потребления алюминия в этих странах.

Производство алюминиевых строительных конструкций в них сосредоточено на крупных специализированных заводах мощностью 30-40 тыс. т в год, обеспечивающих выпуск разнообразной продукции высокого качества.

Наиболее эффективными из них являются: панели наружных стен и покрытий бескаркасного типа, подвесные потолки, сборно-разборные и листовые конструкции .

Значительная часть экономического эффекта достигается за счет сокращения транспортных и эксплуатационных расходов в связи с повышенной коррозионной стойкостью и легкостью алюминиевых конструкций по сравнению с аналогичными конструкциями из стали и железобетона.

В несущих конструкциях применение алюминия экономически нецелесообразно, за исключением большепролетных покрытий и случаев повышенной агрессивности среды

Это связано с низким модулем упругости алюминия, вследствие чего приходится увеличивать размеры сечений элементов и самих конструкций, чтобы обеспечить их необходимую жесткость и устойчивость.

При этом недоиспользуется прочность алюминия.

Кроме того, алюминий имеет пониженную цикловую выносливость и температурную стойкость по сравнению со сталью.

Эти недостатки могут быть преодолены (учитывая высокие пластические свойства алюминия) путем создания пространственных, в том числе стержневых и висячих конструкций, применения гнутых элементов, штамповок и гофрированных листов, выполняющих одновременно с ограждающими и силовые функции.

Алюминиевые гнутые профили из листового проката. а) открытые простые стержни; б) открытые сложные стержни; в) гофрированные листы с различной формой гофра (1 — желобчатый; 2 — мембранный; 3 — волнистый; 4 — ребристый; 5 — корытный); г), д) замкнутые многополостные профили

Типы прессованных профилей. а) сплошные; б) открытые; в) полуоткрытые; г) полые (замкнутые); д) прессованные панели; е) замковые соединения парных профилей; ж) соединения профилей на защелках

Алюминиевые оконные блоки и витражи по сравнению с деревянными существенного экономического эффекта, и в том числе в условиях Крайнего Севера, не дают.

Несмотря на это они имеют лучшие функциональные свойства, внешний вид и высокую долговечность, предопределяющие целесообразность их широкого применения во всех видах строительства.

Ограждающие алюминиевые конструкции стен и покрытий могут выполняться двумя способами: из панелей полной заводской готовности или из профилированных или гладких листов, утепляемых или не утепляемых в процессе строительства.

Последние относятся к неотапливаемым производственным зданиям и складам.

Оба способа имеют свои преимущества и недостатки.

Простота и скорость монтажа панелей заводской готовности противопоставляются отсутствию заводского передела в случае использования плоских или профилированных лент. Зато усложняется монтаж утеплителя.

При сборном строительстве возникает проблема надежности стыков, особенно профилированных листов; при ленточном — монтажа и натяжения лент при больших пролетах.

В отечественном строительстве наибольшее применение пока получил первый панельный способ.

Стеновые и кровельные панели обычно состоят из двух тонких гладких или профилированных листов алюминия, между которыми находится утеплитель.

По контуру панели в большинстве случаев устанавливаются ребра, создающие каркас.

Один из листов алюминия (обычно внутренний) может быть заменен на клееную фанеру, асбоцементные или пластмассовые листы, ДСП и ДВП.

В качестве утеплителя используются минераловатные плиты, пенопласт ПСБ, ПВХ, ПСБ-С и пенополиуретан, вспениваемый между обшивками в ходе технологического процесса. Утеплитель приклеивается к алюминиевым листам эпоксидным или каучуковым клеем и включается в работу панели. Размеры панели 6х1,5х(0,05-0,15) м, 6,6х3х(0,05-0,2) м и более.

Толщина алюминиевых листов обшивки — 1-2,5 мм. Рекомендуемые марки алюминиевых сплавов для их изготовления — АМг2М, АМг2Н2, АД31Т 1(4-5), 1915.

За рубежом клееные трехслойные каркасные и бескаркасные панели типа «Сэндвич» готовят на потоке в индивидуальных формах или непрерывным способом в виде сплошной ленты, разрезаемой в конце автоматической линии на изделия заданных размеров.

Для повышения атмосферостойкости и улучшения внешнего вида листы алюминия анодируют или окрашивают полимерными составами в разные цвета. Для повышения жесткости и качества панелей алюминиевым листам задается предварительное напряжение, осуществляемое механическим способом.

Это позволяет включить обшивку в работу каркаса панели, увеличить расстояние между ребрами, устранить волнистость листов и обеспечить лучший клеевой контакт с утеплителем.

В промышленном строительстве для стен и покрытий широко применяются алюминиевые листы с продольной и поперечной профилировкой.

Длина листов 10-30 м и более, ширина — 0,58-1,6 м, толщина — 0,3-1,62 мм.

Листы с поперечной профилировкой, типа «Фуррал», Snap-rib, Zip-rib для кровельных покрытий, применяются в строительной практике США, Англии, ФРГ, Швейцарии и других странах.

Для этой кровли применяется мягкий алюминиевый сплав АМц.

Листы транспортируются в рулонах. На строительстве их раскатывают и крепят к деревянной обрешетке.

Крепление листов типа «Фуррал» к деревянной обрешетке. 1 — деревянная обрешетка; 2 — листы «Фуррал»; 3 — крепежная полоса

Утепление стенового ограждения из гофрированных листов плитным утеплителем. 1 — гофрированные листы; 2 — утеплитель

Отечественный опыт изготовления листов с поперечной профилировкой отличается от зарубежного полной заводской готовностью рулонного ограждения, включая утепление.

Особенно эффективны ограждения производственных зданий из гладких преднапряженных алюминиевых листов.

Стоимость их на 20-30% меньше профилированных, а полезная площадь на 25-35% больше.

Утеплитель типа поролона с фактурным слоем, выполняющим роль пароизоляции, наклеивается на листы в заводских условиях или наносится на поверхность листов в процессе их монтажа, как, например, в Италии и Японии, где для этого используется вспениваемый пенополиуретан или вспененный состав на основе битума толщиной 6-8 мм.

Конструкция трехслойной рулонной панели: 1 — гофрированный лист (несущий); 2 — эластичный утеплитель; 3 — декоративный лист (внутренний); а — длина гофрированного листа; б — ширина панели; R — радиус изгиба панели

Сборно-разборные алюминиевые конструкции применяют для строительства производственных, жилых и общественных зданий и поселков городского типа в труднодоступных районах и на Крайнем Севере, куда доставляются авиатранспортом. По сравнению с традиционными материалами и конструкциями масса зданий уменьшается почти в 20 раз, срок строительства в 4 раза, а сметная стоимость 1 м полезной площади — на 15-20%. При увеличении оборачиваемости сборно-разборных конструкций экономический эффект существенно возрастает.

Подвесные потолки из алюминия по технико-экономическим показателям и множеству выполняемых функций (декоративно-акустической, архитектурно-планировочной, вентиляционной, осветительной, санитарно-гигиенической и др.) выгодно отличаются от подвесных потолков из гипса, асбестоцемента, минераловатных плит типа «Агмигран» и других материалов

Они легче, не коробятся, не пылят, не требуют ремонта, поддаются любому формообразованию и цветному анодированию, выполняющему роль антикоррозионной защиты.

Резервуары из алюминия изготовляют двух типов: для хранения жидких агрессивных веществ (сернистой нефти и нефтепродуктов, уксусной, концентрированной азотной и других кислот); для хранения сжиженных газов.

Резервуары, построенные в разное время в разных странах, имеют объемы от 500 м до 3500 м и находятся в хорошем состоянии.

Трубопроводы напорные и безнапорные из алюминия марок АМг2М, АД31Т, 1915, 1915Т используются для транспортировки нефти и газа, полупродуктов пищевой и химической промышленности, перекачки строительных растворов и бетонов.

Дюралюминиевые трубы диаметром 38-50 мм используют для устройства сборно-разборных лесов и подмостей.

Применяют обычно трубы бесшовные и электросварные диаметром до 200 мм.

При прокладке в грунтах трубы защищают от коррозии битумно-резиновой мастикой и полимерными материалами.

Практика строительства имеет положительные примеры использования алюминия также в вентиляционных и дымовых трубах для отведения сернистых газов, агрессивных при конденсации по отношению к стали.

Соединения элементов алюминиевых конструкций осуществляются :

— аргонодуговой электросваркой с применением неплавящегося (вольфрамового) и плавящегося электродов;
— электроконтактной сваркой (для тонких листов);

— на заклепках для элементов из упрочненного алюминия и деталей разной толщины. Клепка производится в холодном состоянии во избежание зазоров и интеркристаллитной коррозии, наблюдающихся при горячей клепке;

Источник: perekos.net

Материал строительных металлоконструкций

Основным материалом строительных металлических конструкций является горячекатаная углеродистая сталь обыкновенного и повышенного качества, а в некоторых случаях низколегированная сталь повышенной прочности. Чугунное и стальное литье, широко применявшееся раньше для опорных частей и других элементов конструкций, в настоящее время вытесняется сварными деталями из прокатной стали.

Для строительных конструкций могут применяться также алюминиевые сплавы, вес которых в 2,5—2,8 раза, а модуль упругости в три раза меньше, чем стали. Наиболее прочные из этих сплавов соответствуют по прочности низколегированной стали, но имеют пониженную сопротивляемость коррозии и не совсем пригодны для сварки. Сплавы же с большей сопротивляемостью коррозии обладают меньшей прочностью. Алюминиевые сплавы пока значительно дороже стали.

Однако намеченное на ближайшее время значительное увеличение производства алюминия открывает широкие возможности для применения алюминиевых сплавов в строительных конструкциях.

Основными характеристиками стали

Основными характеристиками стали определяющими ее применение в конструкциях, являются:

Эти характеристики устанавливаются соответствующими стандартными испытаниями, пробами и анализами образцов стали. Механические характеристики устанавливаются испытанием нормальных образцов на растяжение и иллюстрируются диаграммой растяжения.

Пределом прочности при растяжении называют напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца. Это напряжение является условным, отнесенным не к действительной площади сечения образца, а к первоначальной. Для всех металлов, разрывающихся с образованием шейки, характеризует при растяжении сопротивление металла пластической деформации (при величине ее примерно до 15%) и не имеет никакого отношения к разрушающему напряжению.

Пределом текучести называют наименьшее напряжение, при котором образец удлиняется без заметного увеличения нагрузки. Конкретный физический смысл имеет только для тех технических металлов, для которых диаграмма растяжения характеризуется наличием площадки текучести. Для остальных металлов, не обнаруживающих площадку текучести, за условный предел текучести принимают напряжение, при котором образец получает остаточное удлинение в 0,2% расчетной его длины.

Предел текучести характеризует сопротивление металла пластическим деформациям. На пределе текучести происходит наиболее интенсивное их нарастание — сталь течет.

Поэтому предел текучести является пределом нормативных сопротивлений. Он определяет границу напряжений, при которых деформации оказываются еще настолько малыми, что можно пользоваться методами расчета по стадии упругой работы материала.

Относительное удлинение (предельное) есть отношение приращения длины образца (после разрыва) к его первоначальной расчетной длине. Оно представляет собой сумму двух слагаемых: отношения к исходной длине образца его равномерного удлинения при растяжении до максимальной нагрузки и сосредоточенного удлинения после достижения максимума, и образования шейки вплоть до разрыва.

Второе слагаемое лишено физического смысла потому, что деформация удлинения после образования шейки не простирается на всю длину образца. Таким образом, эта характеристика является условной.

Она зависит также и от отношения расчетной длины к площади образца. Поэтому различают относительные удлинения для длинного образца и для короткого образца. Более правильной характеристикой пластичности является относительное сужение в шейке, непосредственно связанное с пластичностью материала в момент наибольшего ее развития.

Пластические свойства металла принято характеризовать длиной площадки текучести, относительным удлинением при разрыве и относительным сужением шейки образца в месте разрыва.

Ударная вязкость (удельная) характеризует склонность металла к хрупкости и старению, а также динамическое сопротивление пластической деформации. Она равна работе, расходуемой для ударного излома на копре образца данного типа, отнесенной к рабочей площади его поперечного сечения (в месте надреза).

Ударная вязкость определяется при нормальной температуре (+20°) обычной стали и после ее механического старения, достигаемого растяжением заготовки на 10% расчетной длины и последующим отпуском при 250°. Для оценки склонности стали к переходу в хрупкое состояние при пониженной температуре служат испытания на ударную вязкость при температуре -20 и -40°. Ударная вязкость зависит от металлургических качеств металла:

• раскисленности, структуры
• наличия шлаковых включений и т. п.

Испытание на ударную вязкость введено в Н и ТУ как приемочное испытание углеродистых и низколегированных строительных сталей для ответственных конструкций, работающих на динамическую нагрузку.

Технологические характеристики определяются посредством соответствующих проб. Эти пробы выявляют способность металла принимать деформацию или воздействие, подобные тем, которые он должен претерпевать при его обработке или при дальнейшей работе в конструкции. При этом качество металла обычно оценивается по внешнему виду, т. е. по состоянию поверхности после испытания.

Для определения способности металла или сварного соединения принимать заданный по размерам и форме изгиб стальной образец толщиной (x), а испытывается на загиб в холодном состоянии обычно на 180° до соприкосновения сторон или же вокруг оправки диаметром (d = 2х или d = Зх (в зависимости от марки стали).

Проба на осадку служит для определения способности заклепочной стали принимать заданную по размерам и форме деформацию сжатия. Свойства стали в значительной степени зависят от ее химического состава и в первую очередь от количества углерода.

Углерод в строительных сталях

В сталях, применяемых в строительных конструкциях, углерода содержится до 0,22 и, реже, до 0,35%. Увеличение содержания углерода в стали увеличивает ее твердость, но снижает ее пластичность; при этом ухудшается свариваемость стали и снижается ее ударная вязкость.

Марганец в строительных сталях

Содержание в строительных сталях марганца в количестве до 0,8% повышает предел прочности при растяжении и предел текучести, хотя и в меньшей степени, чем углерод, но зато не вызывает заметного снижения пластичности.

Кремний в строительных сталях

Кремний повышает повышает предел прочности при растяжении и предел текучести, снижает в и ударную вязкость, а также ухудшает свариваемость стали. В обычной стали кремния содержится до 0,32%, а в низколегированной—до 1,1%.

Сера в строительных сталях

Сера снижает прочность стали и делает ее красноломкой, т. е. хрупкой при температуре 800—1000°, и поэтому непригодной для горячей обработки. Содержание серы в строительной стали не должно превышать 0,06%.

Фосфор в строительных сталях

Азот в строительных сталях

Хром и никель в строительных сталях

Хром и никель повышают прочность и твердость стали, но несколько снижают ее пластичность. Содержание их в строительных низколегированных сталях достигает соответственно 0,9 и 0,8%.

Медь в строительных сталях

Медь повышает прочность стали и ее стойкость против коррозии. Содержание меди в низколегированной стали доходит до 0,65%. Свойства стали зависят также и от способа ее изготовления. По способу выплавки строительные стали подразделяются на мартеновскую и конверторную (бессемеровскую и томасовскую), а по способу раскисления — на спокойную, кипящую и полуспокойную (последняя почти не вырабатывается).

Томасовская сталь, имеющая весьма низкую ударную вязкость при нормальных температурах, в строительных конструкциях не применяется. Мартеновская сталь менее пориста, чем бессемеровская, и содержит меньше вредных примесей.

Кипящая мартеновская сталь по сравнению со спокойной более засорена газами и имеет менее однородную структуру. Прочность бессемеровской стали не меньше прочности мартеновской, однако последняя, особенно спокойная, более надежна против хрупкого разрушения и старения.

Марки строительной стали и области их применения

Вырабатываемая металлургической промышленностью сталь подразделяется по качеству и назначению на стандартные сорта, называемые марками.

Марки стали должны отвечать требованиям стандартов и предусмотренным вних дополнительным требованиям заказчика. Этими требованиями определяются основные и дополнительные характеристики механических и технологических свойств стали, а также ее химического состава.

Для строительных металлоконструкций применяются:

Несущие элементы металлоконструкций следует проектировать:

1. в конструкциях, воспринимающих статическую нагрузку — из стали марки Ст. Зкп;
2. в конструкциях, воспринимающих непосредственное динамическое воздействие от подвижных нагрузок (например, при легком и среднем режиме работы кранов), а также непрерывно действующие вибрационные нагрузки — из Ст. 3, с дополнительной гарантией по ударной вязкости согласно ГОСТу 350—57;
3. при интенсивном действии подвижной нагрузки (например, при тяжелом режиме работы кранов в три смены) из стали М16, М18а;
4. при подвижной нагрузке и температуре —25° и ниже — из стали М16 и М18а с гарантией ударной вязкости по ГОСТу 380—57;
5. при тяжелой нагрузке и больших пролетах, а при специальном технико­экономическом обосновании и для малых пролетов — из стали марок: 14Г2, 15ГС, 15ХСНД, 10ХСНД.

Для металлоконструкций находят применение также другие марки стали и чугун. Так, например, стали марок Ст. 4 и Ст. 5 с дополнительной гарантией для Ст. 5 в отношении углерода допускаются в клепаных, а при специальном технико-экономическом обосновании и специальной технологии применения электродов и флюсов и в сварных конструкциях при статической нагрузке.

Сталь марки М31а допускается при технико-экономическом обосновании для клепаных и сварных (при особых условиях) конструкций. Сталь марки БСт. Зкп допускается для клепаных конструкций, не подверженных непосредственному воздействию динамических нагрузок и не предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур (—30° и ниже).

Сталь марки Ст. 0 применяется для нерасчетных, а при специальном обосновании и для несущих элементов — при статической нагрузке. Для листовых конструкций (резервуары, трубопроводы и др.) применяется сталь марок Ст. 2, Ст. Зкп; при пониженных температурах — Ст.

2, Ст. 3, а при специальном обосновании—М16, 09Г2, 14Г2,15ХСНД, 10ХСНД, 10Г2СД.

Для заклепок применяются сталь марок Ст. 2 иСт. 3, а также низколегированная сталь 09Г2. Болты изготовляются из стали марок Ст. 3, Ст.

5, 09Г2 и 15ХСНД. Отливки (опорные части и т. п.) проектируются из углеродистой стали марок 15Л, 35Л и из серого чугуна марок СЧ 12—28н-СЧ28—48. В обозначении марок чугуна первые двузначные числа указывают предел прочности при растяжении, а вторые предел прочности при изгибе (в кг/см 2).

Сталь марки Ст. Зкп, применяемая для изготовления сварных конструкций, предназначенных под статическую нагрузку, имеет следующие основные характеристики: ст>-2 400 кг/см2 (при толщине проката до 40 мм);

Предел прочности при растяжении = 3 800 — 4 700 кг/см2. Механические характеристики стали марок М16 и М18а немногим лучше, чем стали марки Ст. Зкп. Однако стали М16 и М18а имеют более высокие характеристики ударной вязкости при температуре —20° и после механического старения, благодаря чему их применение особенно рационально в конструкциях, работающих под динамическими нагрузками и в условиях отрицательной температуры.

Применение стали марок Ст. 5 и М31а рационально в тех случаях, когда материал конструкции должен иметь более высокие механические характеристики, чем сталь марки Ст. 3. Наиболее мягкая и пластическая сталь марки Ст. 2 применяется для листовых конструкций, требующих большого количества гибочных и отбортовочных работ, сопровождающихся появлением значительных пластических деформаций, а также для заклепок.

Низколегированная сталь, более прочная, чем обычная, в строительных конструкциях до последнего времени используется еще далеко недостаточно. Это объясняется ограниченным числом освоенных промышленностью марок этой стали, относительно высокой ее стоимостью (в частности, стали марки 15ХСНД — НЛ2, получившей наибольшее практическое применение в строительстве) и не полной изученностью условий и режима сварки стали новых марок.

Вследствие неизменности модуля упругости степень выгодности применения низколегированной стали (повышенной прочности) для элементов, подвергающихся различным видам силового воздействия (растяжению, изгибу, сжатию), неодинакова. Так, наибольшее снижение веса достигается при применении низколегированной стали для растянутых элементов.

Эффективность применения этой стали значительно ниже для изгибаемых и особенно для сжатых гибких элементов. Из-за относительно низкого предела выносливости низколегированной стали применение ее нерационально для конструкций, работающих на переменные и знакопеременные усилия.

Основное расчетное сопротивление стали марок 15ХСНД, 10Г2СД, 14Г2 и 15ГС на 38% выше, чем стали марок Ст. Зкп, Ст. 3 и М18а.

Стоимость стали 15ХСНД в среднем на 35% выше стоимости стали Ст. Зкп, на 20% выше стали Ст. 3 и на 4% ниже стали М18а. Применение стали 15ХСНД взамен широко используемой в стальных конструкциях стали марки Ст. Зкп экономически невыгодно. Эффективно эта сталь может быть использована взамен стали марок Ст. 3 и М18а.

В 1956 г. из стали 15ХСНД были изготовлены сварные конструкции колонн и рабочих площадок для мартеновского цеха металлургического завода в Индии.

Применение стали 15ХСНД в пролетных строениях мостов обеспечило экономию свыше 3000/летали. Еще больший эффект должно дать применение низколегированной безникелевой стали наиболее дешевых марок 14Г2 и 15ГС в тяжелых конструкциях взамен стали марки Ст. Зкп. Существенным преимуществом низколегированной стали по сравнению с углеродистой является ее высокая коррозийная стойкость.

Марки стали (обычной и низколегированной), имеющие большую стоимость, следует применять лишь в тех случаях, когда это является необходимым по условиям работы конструкции, а также когда это может привести к меньшей затрате материала и обеспечить снижение стоимости конструкции.

Источник: stroyone.com

Металл в строительстве: от меди до стали

Периодическая система элементов Менделеева насчитывает 82 металла, многие из которых, благодаря своим уникальным свойствам, находят применение в строительстве. Но если когда-то металл использовался, в основном, для изготовления кровельных покрытий и отдельных элементов крепежа, то по мере развития технологий его значимость для стройиндустрии становится все выше. Например, можно смело утверждать, что сегодня стальные конструкции являются основой любой капитальной постройки. Совершив небольшой экскурс, можно проследить эволюцию металла в строительстве.

Исторический экскурс

Медь можно отнести к «ветеранам» строительства и архитектуры. Например, некоторые историки считают, что использовать ее в качестве кровельного покрытия начали задолго до нашей эры: есть мнение, что Пантеон в афинском Акрополе (448-432 вв. до н.э.) когда-то был покрыт небольшими листами меди. Это очень прочный металл, благодаря формированию голубовато-зелёной патины слабо подверженный коррозии, а потому способный служить долго. В качестве кровельного материала листовую медь использовали потому, что она легче деревянной черепицы и уж тем более – глиняной черепицы или свинца. Немаловажно также и то, что медь достаточно легко гнётся, что позволяло использовать ее для облицовки куполов и других фигурных элементов, которыми обычно украшали кровли культовых построек.

Помимо кровли медь издавна используется ещё и в декоративных целях, а также как материал для создания памятников и монументов. В частности, именно она послужила основным материалом для Статуи Свободы. Медные сплавы, широко используемые в архитектуре — это бронза (сплав меди и олова) и латунь (сплав меди и цинка).

К недостаткам меди можно отнести её крайне высокую стоимость, которая растёт год от года, а также свойство со временем терять свой первозданный яркий цвет и характерный блеск: покрываясь патиной, медь стремительно тускнеет и приобретает характерный зелёный оттенок.

Забегая немного вперёд, можно отметить, что решение «медной проблемы» в наши дни найдено: натуральный металл сегодня всё чаще заменяют достоверной имитацией из стали с полимерным покрытием, о которой пойдет речь чуть позже. Например, сталь с двусторонним покрытием Agneta, в точности имитирующим цвет и блеск меди благодаря включённым в состав красителя микросферам, втрое дешевле своего прообраза, но при этом не теряет внешней привлекательности в течение всего срока эксплуатации.

Свинец – ещё один «долгожитель» строительной отрасли. Его широчайшее применение в прошлом было обусловлено прежде всего низкой температурой плавления. Вплоть до конца XIX века из свинца изготавливали водопроводные трубы, пока не стало известно, что это негативно отражается на здоровье людей.

Как и медь, свинец на протяжении многих веков был популярным кровельным материалом и одновременно использовался для изготовления водосточных желобов, труб и дымоходов. Правда, из-за своего большого веса свинец лучше всего подходил для низкоскатных крыш, поскольку с крутых со временем неизбежно начинал сползать. Кроме того, свинцовые кровли были не в фаворе в регионах с большими перепадами температур, поскольку быстро приходили в негодность из-за существенных температурных деформаций, которым подвержен этот металл.

Ещё одна ипостась свинца – изготовление красок на его основе: сурик (красный) применялся как антикоррозионный пигмент для железа, а свинцовые белила – для покраски деревянных домов. Эти краски считались одними из самых стойких и долговечных и всегда использовались в качестве защитных покрытий. Однако со временем их применение было приостановлено в связи с распространением случаев отравления свинцом.

Терн, или «тернплате» – ещё один материал, вошедший в строительный обиход начиная с XIX века. Это были стальные или железные листы, покрытые свинцово-оловянным сплавом, которые часто путали с белой жестью.

Олово само по себе в чистом виде никогда не применялось в архитектуре. Обычно его использовали в сплавах, например, с медью для образования бронзы, а также для покрытия более жёстких металлов, например, лужёного железа или стали: при покрытии листового железа оловом как раз и получалась жесть. Из неё обычно делали броню, но иногда использовали и как кровельное покрытие. В конце XIX века в моде были потолки из рельефной металлической плитки, называвшиеся «оловянными», хотя на самом деле они чаще всего изготовлялись из крашеного листового железа или стали.

Никель находится в сходном положении с оловом: он периодически использовался в качестве гальванического покрытия архитектурных деталей. А вот в создании сплавов никель занимает, пожалуй, лидирующее место на фоне остальных металлов. Благодаря ему мы имеем нейзильбер, монель-металл и нержавеющую сталь.

Вплоть до Первой мировой войны нейзильбер называли «немецким серебром», но затем он стал более известен как «белая латунь», хотя правильнее было бы именовать его «никелевой латунью», так как в классическом варианте этот сплав состоит из 75% меди, 20% никеля и 5% цинка. Разное процентное соотношение даёт разные цвета: серебристо-белый, жёлтый, голубоватый, зелёный или розовый. Изделия из нейзильбера были неизменными атрибутами стиля арт-деко.

Монель-металл представляет собой сплав из двух третей никеля и трети меди, а по цвету он похож на платину. Определённым показателем его успешности можно считать тот факт, что в 1936 году медная кровля Нью-Йоркской городской публичной библиотеки на пересечении Пятой авеню и 42-й улицы была заменена на монельную. Удобство работы с монель-металлом заключалось в том, что его можно было варить и паять прямо на месте строительных работ, что позволяло создать сплошную водонепроницаемую поверхность кровли. Во время Второй мировой войны большое количество никеля и меди шло на военные нужды, в связи с чем производство монеля значительно сократилось. А после войны ему на смену пришли нержавеющая сталь и алюминий, имеющие более низкую себестоимость.

Цинк в чистом виде использовался как кровельное покрытие в Бельгии, Франции и Германии, где он заменил более дорогие медь и свинец. Начиная с 1820-х годов бельгийский цинковый лист стали импортировать в Америку. Что касается антикоррозионного цинкования, то эта технология была запатентована в 1837 году независимо друг от друга Сорелем во Франции и Крауфордом в Англии. Метод представлял собой процесс «горячего погружения» с целью покрытия железа цинком. Новинка довольно быстро перебралась за океан: Торговая биржа на Манхеттене стала одним из первых зданий, имевших оцинкованную крышу и водостоки.

Свою нишу цинк занял также в области изготовления декоративных элементов благодаря пластичности и приемлемой цене, дававшими ему преимущества по сравнению с камнем. Изделия из цинка легко поддавались покраске, что позволяло имитировать более дорогие металлы. Кстати о красках: в отличие от свинца. краски на основе цинка не токсичны и устойчивы к загрязнению. Они имели коммерческий успех, начиная с 1850-х, а в 1870-х начали использоваться повсеместно. Дополнительным преимуществом было то, что цинковые красители являлись хорошими ингибиторами ржавчины на железе и стали.

Алюминий был недоступен по разумной цене и в достаточных количествах вплоть до начала XX века. Затем он постепенно стал входить в архитектуру, правда, сначала только как материал для изготовления декоративных элементов. Первым громким выходом алюминия на большую строительную арену следует считать Эмпайр Стейт Билдинг, строительство которого было завершено в 1931 году. На долю алюминия пришлась значительная часть элементов отделки небоскрёба, таких как декоративные панно, входной комплекс, двери лифта. Кроме того, наряду со сталью алюминий был использован в несущих конструкциях здания и для облицовки его фасада.

К недостаткам алюминия следует отнести небольшую жесткость (втрое меньше, чем у стали), высокую теплопроводность и низкую температуру плавления (примерно 660°C). Первое свойство заставляет увеличивать площадь сечения алюминиевых конструкций, а в сочетании со вторым делает их источником теплопотерь здания. Например, вентилируемые фасады на алюминиевой подконструкции существенно уступают стальным по показателям теплоизоляции, не давая при этом существенного выигрыша в весе. Третье свойство негативно отражается на пожарной безопасности построек.

Король среди стройматериалов

Железо в архитектуре встречается в четырёх широко распространённых формах: кованое железо, чугун, листовое железо и сталь. «Чугун был главным строительным материалом XIX века – века промышленной революции. Он часто использовался для конструктивных решений: например, для изготовления колонн, фасадов или куполов. Также из чугуна делали лестницы, лифты, решётки, веранды, балконы, перила, заборы, фонари и даже надгробья», – рассказывает архитектор Анисия Борознова. На сегодняшний день чугун используется в основном для изготовления труб и сантехнической арматуры, хотя иногда к его помощи прибегают с целью подражания стилю прежних эпох.

Наиболее подробно имеет смысл говорить о стали. Именно появление конструкционной стали в середине XIX века сделало возможным строительство высотных зданий. Произошло это благодаря исследованиям английского изобретателя Генри Бессемера, пришедшего к идее передела жидкого чугуна в литую сталь путём продувки сквозь него сжатого воздуха. Чуть позже была разработана мартеновская печь, которая позволила ускорить процесс и снизить себестоимость получаемого материала. Мосты, железнодорожные комплексы и небоскрёбы были первыми крупномасштабными объектами из конструкционной стали.

Ещё один материал, выведший строительные технологии на новый уровень, был разработан также в конце XIX века. Добавление стальной проволоки в бетон дало рождение железобетону, который вряд ли нуждается в специальном представлении.

В начале XX века появились нержавеющие стали с различными примесями, и их главным достоинством стала устойчивость к коррозии. Одним из памятников этой эпохи является здание корпорации Chrysler, построенное по проекту архитектора Уильяма Ван Элена и признанное самым красивым небоскрёбом Нью-Йорка.

Сегодня практически все капитальные здания построены либо из железобетонных, либо на стальном несущем каркасе. Последнее относится и к так называемым быстровозводимым зданиям, которые практически полностью вытеснили сегодня любые другие строительные технологии из коммерческого и промышленного строительства.

Следующим значимым этапом в развитии строительных технологий стало появление системы навесных вентилируемых фасадов (НВФ) в 40-х годах XX века в странах Скандинавии и затем распространившееся оттуда в Европу и Америку. Подконструкция вентфасадов чаще всего изготовлялась из стали, чуть реже – из алюминия (о недостатках этого решения мы уже говорили). Затем на неё крепилась облицовка, а на несущую стену под ней – утеплитель, с соблюдением обязательного воздушного зазора.

На первых порах в качестве облицовочных материалов использовали всё подряд, особенно когда дело касалось бюджетного частного домостроения. Со временем доминирующие позиции на рынке фасадных облицовок начали занимать дешевый керамогранит и легкие алюминиевые композитные панели. Однако помимо очевидных преимуществ эти решения имеют и серьезные недостатки.

Так, керамогранитные фасадные плитки массивны, хрупки, и при всем этом отличаются самым ненадежным среди всех облицовочных материалов способом крепления — на кляммеры (защелки). Любое нарушение технологии монтажа, особенно на высотных зданиях, может сделать керамогранитный фасад небезопасным, а целесообразность его использования в сейсмоопасных районах опровергается повседневной практикой.

Что касается композитных панелей, то выбирать их нужно с осторожностью, потому что не любой их тип соответствует требованиям пожарной безопасности для жилищного и гражданского строительства.

Однако с появлением и развитием технологии полимерного покрытия листовой стали популярным до последнего времени фасадным решениям появилась достойная альтернатива: стальные облицовки доказали своё явное преимущество перед другими решениями и начали постепенно вытеснять их с рынка. Технологичность, простота монтажа, энергоэффективность и долговечность НВФ со стальной облицовкой в сочетании с привлекательным внешним видом и множеством цветовых вариаций пленили сердца архитекторов и строителей.

Иногда в адрес стальных облицовок можно услышать нарекания. Например, экономичные варианты, такие как линеарные панели, ввиду небольшой толщины металла и упрощённой технологии формования не обеспечивают безупречной геометрии фасадных элементов, а потому не очень подходят для серьёзного городского строительства. Относящиеся же к среднему ценовому сегменту фасадные кассеты, лишённые означенных недостатков, не всегда вписываются в имеющийся бюджет, например, в рамках муниципальных программ реконструкции жилых зданий.

Однако сейчас, похоже, решена и эта проблема. Очередным скачком в эволюции стальных фасадов можно считать появление нового поколения облицовок, таких как Primepanel, сочетающих в себе достоинства фасадных кассет с экономичностью линеарных панелей. «Добиться подобного результата удалось благодаря использованию уникального оборудования финской компании FORMIA.

Точную геометрию стальной фасадной панели обеспечивают 27 пар формирующих её валов, а мощная распрямляющая установка снимает остаточные напряжения в металле и исключает эффект «линзы», с которым до сих пор не удавалось справиться большинству производителей», – объясняет Сергей Якубов, руководитель департамента фасадных систем и ограждающих конструкций Группы компаний Металл Профиль. Как отмечает специалист, первая в России линия по изготовлению линеарных панелей столь высокого качества позволяет выпускать не только гладкие, но и рифлёные панели с волнистой поверхностью, трёх типоразмеров по ширине панели, с рустом и без, с закрытыми и открытыми торцами. «Поскольку облицовочный материал даёт высокую точность геометрических параметров и возможность горизонтального, вертикального и диагонального монтажа, его можно использовать для любого типа зданий, в том числе со сложным рельефом. Широкая цветовая палитра, различные варианты полимерных покрытий и невидимые крепления дают простор дизайнерской и архитектурной мысли. Таким образом, сегодня навесной вентилируемый фасад для массового потребителя полностью обратился в сталь, за исключением разве что прослойки утеплителя», – добавляет архитектор Анисия Борознова.

Любопытно отметить небольшую лексическую трансформацию, которая происходит прямо у нас на глазах. Слово «металл» всё чаще используется как синоним «стали», ведь это именно её по праву можно назвать металлом нового времени. Из стали стало возможным создать любой элемент здания: фундамент, несущие конструкции, облицовку, кровлю, декор, мебель. Если провозгласить металл королём среди стройматериалов, то его корона наверняка будет сделана из стали.

Источник: www.vashdom.ru