9.2. Применение металлов в строительстве и защита их от коррозии

Особенно широко в строительстве применяют сталь углеродистую обыкновенного качества марок Ст.0 – Ст.7, сталь углеродистую горячекатанную марки М 16С для мостостроения; низколегированные стали применяют реже.

Прокатные стали выпускают различных профилей.

Сталь полосовую выпускают шириной полос от 12 до 200 мм при толщине от 4 до 60 мм. Разновидностью полосовой стали является сталь широкополосная шириной до 1500 мм при толщине до 50 мм.

Сталь листовую выпускают в виде толстолистовой (толщиной от 4 до 60 мм и шириной от 600 до 3000 мм) и тонколистовой (толщиной от 0,9 до 3,75 мм при ширине 600 – 1400 мм). К тонколистовой относят сталь кровельную и сталь оцинкованную толщиной 0,38 и 0,82 мм при размерах листов 710х1420 и 1000х2000 мм.

Сталь угловую выпускают равнобокую и неравнобокую; угловая равнобокая сталь имеет ширину полок от 20 до 250 мм; неравнобокая – от 30х20 до 250х160 мм.

Балки двутавровые изготовляют обыкновенного профиля, широкополочные и облегченные. Высота балок обычного профиля – от 100 до 600 мм, широкополосных – от 200 до 1000 мм, облегченных – 160 – 300 мм.

Швеллеры выпускают обыкновенного профиля высотой от 50 до 400 мм и облегченные высотой от 160 до 200 мм.

Трубы стальные изготовляют бесшовные, диаметром от 5 до 430 мм и сварные диаметром до 1600 мм.

Штампованные профили получают холодной вальцовкой и способом гибки тонкой широкополосной стали толщиной от 1,5 до 5 мм. Материалом служит обычная сталь марки Ст.3.

Арматурная сталь для железобетонных конструкций должна воспринимать растягивающие напряжения. По способу изготовления арматурная сталь подразделяется на горячекатанную стержневую и холоднокатанную проволочную. В зависимости от способа применения различают арматурную сталь для армирования обычных ненапряженных конструкций и ненапрягаемую арматуру напряженных конструкций. Стержневая и проволочная арматура подразделяется в зависимости от профиля на гладкую и периодического профиля (рифленую).

В зависимости от механических свойств стержневая арматура подразделяется на классы с условным обозначением А. При обозначении класса термически упрочненной арматурной стали к индексу А добавляют индекс «т»: Ат -III, Ат-IV и т.д. Сталь, упрочненная вытяжкой, обозначается по классу исходной горячекатанной стали, но при этом к обозначению класса добавляют индекс «в», например А – IIIв.

Арматурную проволоку подразделяют на холоднотянутую стальную класса В-1 (низкоуглеродистую) и класса В –II (углеродистую).

При производстве металлических изделий расплавленный металл разливают по изложницам. Остывший металл подвергают дальнейшей обработке, в результате чего получают изделия требуемых форм, размеров и свойств.

Различают несколько способов обработки металлов: давлением в горячем состоянии, давлением в холодном состоянии и литье.

В процессе литья из расплавленного металла получают изделия, по форме и размерам соответствующие литейной форме. Формы изготовляют из различных формовочных смесей: земли, измельченного кварцевого песка, огнеупорных масс, металла.

Для строительных целей на заводах отливают преимущественно из чугуна опорные части колонн, трубы, архитектурно- художественные изделия.

В современных условиях применяют следующие способы обработки металлов давлением: прокатку, ковку, волочение, штамповку и прессование. Все эти виды обработки основаны на высоких пластических свойствах металлов.

Наиболее дешевым и распространенным способом является прокатка. Сущность процесса заключается в обжатии металла между вращающимися валками, при этом заготовка уменьшается в сечении и вытягивается. Металл можно прокатывать как в холодном, так и в горячем состоянии. Холодным способом прокатывают высокопластичные металлы (олово, свинец). Большинство стальных изделий прокатывают в горячем состоянии при температуре 900 – 1250 °С. Обжатие стального слитка до требуемой формы и размеров производится за несколько последовательных приемов пропускания слитка через ряд валков с последовательно уменьшающимися зазорами. Способом прокатки получают большую часть стальных изделий для строительства: балки, рельсы, листовую и прутковую сталь, арматуру, трубы.

Ковкой называют процесс деформации металла под действием повторяющихся ударов молота. Ковка может быть свободной, когда металл имеет возможность растекаться во все стороны. При ковке в штампах – штамповке – металл, растекаясь под ударами молота, заполняет формы штампов, а избыток его вытекает и отрезается.

Процесс волочения заключается в протягивании металлической заготовки через отверстие сечением, меньшим сечения заготовки. В результате происходит обжатие металла, а профиль его строго соответствует форме отверстия в матрице. В качестве заготовок используют предварительно прокатанный или прессованный пруток или трубу. Волочение производят обычно в холодном состоянии.

При изготовлении металлических строительных конструкций (балки, фермы, колонны и т.д.) для соединения элементов используют клепку, сварку, болтовые соединения.

Способы сварки подразделяют на два основных вида: пластическую и сварку плавлением.

При пластической сварке кромки металла нагревают до пластического или жидкого состояния и затем их соединяют обжатием. Способ сварки плавлением основан на расплавлении кромок металла соединяемых деталей и последующем затвердении расплавленного металла в зоне шва.

К пластической сварке относят кузнечную и электрическую сварку. Электрическая сварка основана на тепловом действии тока, проходящего через свариваемые детали (точечная и стыковая сварка арматуры).

К сварке плавлением относят: электродуговую, основанную на использовании тепла электрической дуги; газовую, при которой соприкасаются кромки металла, расплавленные горячим газом; газодуговую, с использованием тепла электрической дуги в среде защитного газа; термитную, при которой металл нагревается горячим термитом (сварка рельсов).

Для соединения стальных конструкций преимущественно применяют электродуговую сварку, реже – газовую и термитную. Арматуру железобетонных конструкций сваривают в основном при помощи электрической сварки.

В результате взаимодействия металлических конструкций с окружающей средой может происходить разрушение их поверхности – коррозия. Коррозия возникает в результате химических и электрохимических процессов, а также под действием блуждающих токов, отходящих от подземных кабелей и железнодорожных путей.

Применяют несколько способов защиты металлов от коррозии, простейшим из которых является покрытие металла различными красками, лаками, эмалями. Образующаяся при этом пленка изолирует металл от действия газов и влаги.

Применяют также и другие способы: легирование – сплавление металла с легирующими добавками, повышающими его коррозионную стойкость; воронение – получение на поверхности изделий защитного слоя окислов; металлическое покрытие – покрытие одного металла пленкой из другого, менее подверженного коррозии в данных условиях (цинк, олово, алюминий). Это достигается методами гальваники, путем обрызгивания или погружения в ванну с расплавленным металлом.