Металлические строительные материалы

Изделия из металлов занимают важное место в нашей жизни, как в повседневном быту так и в строительстве.

К металлам относится группа химических элементов, материалы из которых отличаются твердостью, пластичностью(ковкостью), хорошей электро- и теплопроводностью, непрозрачностью и характерным блеском.
Строительные материалы и изделия из металлов, одни из важнейших в современной архитектуре, применяются как конструкционные, конструкционно-отделочные и отделочные, обеспечивая высокие прочность и надежность конструкций, втом числе большепролетных и высотных.
Металлы, применяемые в строительстве, разделяют на две основные группы: черные и цветные.
Черные - сплав железа с углеродом-чугун и сталь.
Цветные металлы – алюминий, медь, цинк, свинец, олово, никель, титан, вольфрам, ванадий.

Основы производства
Основным сырьевым компонентом для получения металлов являются рудные горные породы. Наиболее часто используют красный, магнитный, бурый и шпатовый железняк.

Чёрные металлы:
1) Чугун – железоуглеродистый сплав с содержанием углерода от 2% до 6,67%. В зависимости от характера металлической основы он делится на четыре группы: Серый, белый, высокопрочный и ковкий.
Серый чугун – содержит 2,4…3,8% углерода. Он хорошо поддаётся обработке, имеет повышенную хрупкость. Его используют для литья изделий, неподвергающихся ударным воздействиям.
Белый чугун – содержит 2,8…3,6% углерода, обладает высокой твёрдостью, однако он хрупок, не поддаётся обработке, имеет ограниченное применение.
Высокопрочный чугун получают присадкой в жидкий чугун магния 0,03…0,04% он имеет тот же химический состав что и серый чугун. Он имеет наиболее высокие прочностные свойства. Его применяют для отливки корпусов насосов, вентилей.
Ковкий чугун – получают длительным нагревом при высоких температурах
отливок из белого чугуна. Он содержит 2,5…3,0% углерода. Его применяют для
изготовления тонкостенных деталей (гайки, скобы…). В водохозяйственном
строительстве применяют чугунные плиты – для облицовки поверхностей
гидротехнических сооружений, подвергающихся истиранию наносами, чугунные водопроводные задвижки, трубы.
2) Стали – получают в результате переработки белого чугуна в мартеновских
печах. С увеличением в сталях содержания углерода повышается их твёрдость ихрупкость, в то же время понижается пластичность и ударная вязкость.
Механические и физические свойства сталей значительно улучшаются при
добавлении в них легирующих элементов (никеля, хрома, вольфрама).
В зависимости от содержания легирующих компонентов стали делятся на четыре группы: (1)углеродистые (легирующие элементы отсутствуют),(2)низколегированные (до 2,5% легирующих компонентов),(3)среднелегированные (2,5…10% легирующих
компонентов), (4)высоколегированные (более 10% легирующих компонентов).
Углеродистые стали в зависимости от содержания углерода подразделяют на
низкоуглеродистую (углероды до 0,15%), среднеуглеродистую (0,25…0,6%) и
высокоуглеродистую (0,6…2,0%).

Основные технологические операции при производстве металлических строительных материалов: обработка сырья, плавка, формование.

Основные способы производства стали – кислородно-конвертерный, мартеновский и электроплавильный.

Металлические строительные материалы и изделия определенного профиля получают на стадии формования.
В процессе литья из расплавленного металла получают отливки, соответствующие по форме и размерам литейным формам. Способом проката получают значительную часть строительных материалов из стали , листы и проволоку из цветных металлов.
Штамповкой и прессованием получают рельефные облицовочные материалы, элементы оборудования.
Способом формования под давлением (экструдирования) изготовляют профильные материалы и трубы из цветных металлов.

К цветным металлам и сплавам относят алюминий, медь и их сплавы (с цинком,
оловом, свинцом, магнием), цинк, свинец.
В строительстве используют лёгкие сплавы – на основе алюминия или магния,
и тяжёлые сплавы - на основе меди, олова, цинка, свинца.
а) Медь – это тяжёлый цветной металл (плотностью 8,9г/см3), мягкий и пластичный с высокой тепло- и электропроводностью. В чистом виде медь используют в электрических проводах.
Цветные металлы:

б) Сплав меди с оловом, алюминием, марганцем или никелем называют бронзой. Бронза – это коррозионно-стойкий металл, обладающий высокими механическими свойствами. Применяют её для изготовления санитарно-технической арматуры.

в)Сплав меди с цинком (до 40%) называют латунью. Она обладает высокими механическими свойствами и коррозионной стойкостью, хорошо поддаётся горячей и холодной обработке. Её применяют в виде изделий, листов, проволоки, труб.

Номенклатура
Строительные материалы из чугуна – опорные части колонн , тюбинги – укрепляющие своды тоннелей, трубы, радиаторы, санитарно - технические. Перечень материалов ограничен, так как чугун обладает высокой плотностью и хрупкостью.
Наиболее распространены в строительстве материалы из стали. Номенклатура стальных строительных материалов включает различные профили, листы, трубы, арматуру для бетона, закладные детали для перемещения и соединения путем сварки отдельных элементов конструкций (монтажные петли, пластины и др.).

Профили применяют различного сечения, их вид связывают со способом получения. В массовом количестве используют профили, полученные способом проката . Сложные стальные профили получают способами непрерывного литья и прессования.

Фактура лицевой поверхности металлов может быть рельефной, шероховатой, гладкой, матовой или зеркальной.

Перечень прокатных материалов с указанием размеров называется сортаментом проката, который делят на три группы: сортовой прокат – конечную продукцию горячей прокатки металла сплошного поперечного сечения, листовой прокат и трубы.

Листовую сталь выпускают толщиной до 60 мм; тонколистовую кровельную и оцинкованную сталь – толщиной 0,4 – 0,8. Листовая сталь может изготовляться плоской, волнистой и с рифленой поверхностью.

Арматура из стали для железобетонных изделий подразделяется на стержневую и проволочную, из которой производят пряди, канаты, сетки и каркасы . Учитывая, что арматуру располагают в тех местах бетона, которые подвергаются изгибающим и растягивающим усилиям, ее изготовляют из достаточно прочной стали, предварительно подвергнутой механической или термической обработке.

обеспечивают высокую прочность и надёжность конструкций, в том числе высотных и большепролётных

Свойства
Эксплуатационно – технические
Определяются их оригинальным строением. Технические металлы и сплавы представляют собой поликристаллические тела, т.е. тела, состоящие из большого числа различно ориентированных кристаллических зерен. Для разрушения структуры металлического материала требуются значительные усилия.
Металлические строительные материалы отличаются меньшими габаритами и массой.
Наряду с высокой прочностью к положительным свойствам металлических материалов относится пластичность – способность выдерживать большие остаточные деформации без разрушения и при сохранении прочности. По этой причине металлические материалы незаменимы для многих современных конструкций.

Наиболее универсальны металлические строительные материалы из стали. Но их основной недостаток – способность к коррозии.

Для защиты изделий от коррозии применяют защитные покрытия, электрохимическую защиту и замедлители коррозии (ингибиторы), изменяющие состав коррозийной среды. В строительной практике чаще используют лакокрасочные и другие покрытия поверхности.
Защитное покрытие должно быть сплошным, непроницаемым для агрессивной среды, иметь высокую прочность сцепления с металлом (адгезию), равномерно распределяться по всей поверхности и придавать изделию более высокую твердость, износостойкость и жаростойкость.

2.Эстетические свойства
Оригинальны и регулируются в широких пределах, причем в ряде случаев цветовая палитра обогащается в процессе эксплуатации. Так, медь и ее сплавы, окисляясь кислородом воздуха, покрываются защитной пленкой – патиной, которая с течением времени приобретают множество цветовых оттенков. Сам процесс коррозии металла в начальной стадии может использоваться для получения своеобразного цветового оттенка стали. После окисления и приобретения красно-коричневого цвета металл покрывают прозрачным защитным лаком.
Цвет стали можно изменять после механической (шлифование или полирование) и термической обработки поверхности. На ней образуется оранжевая или синеватая пленка, которая одновременно защищает металл от коррозии. Известны способы изготовления стали золотистого и розового цвета , электролитические процессы окрашивания нержавеющей стали в оранжевый, красный, голубой, синий, зеленый цвета.

Защитная и декоративная обработка лицевой поверхности предполагает нанесение красок, лаков и получение требуемой фактуры.
Оригинальные фактуру и цвет получают при других видах механической и химической обработки, например травлении, обработки лицевой поверхности металла.