Чубуков В.Н. Дорожно-строительные материалы - файл n6.doc
приобрестиЧубуков В.Н. Дорожно-строительные материалы
скачать (3507.8 kb.)
Доступные файлы (6):
| n1.doc | 1064kb. | 14.03.2006 12:47 | скачать |
| n2.doc | 254kb. | 24.04.2010 14:28 | скачать |
| n3.doc | 2486kb. | 26.09.2005 02:44 | скачать |
| n4.doc | 248kb. | 20.09.2005 21:00 | скачать |
| n5.doc | 992kb. | 26.09.2005 04:39 | скачать |
| n6.doc | 1525kb. | 19.03.2010 14:26 | скачать |
n6.doc
По химическому составу стали подразделяются на углеродистые и легированные.
Углеродистые стали являются сплавами железа с углеродом с нормальными примесями марганца, кремния, серы и фосфора.
Легированные стали представляют собой сплавы железа с углеродом с нормальными примесями и легирующими элементами никеля, хрома и др.
По области применения стали подразделяются на конструкционные и инструментальные.
Конструкционные стали подразделяются на качественные и обыкновенного качества.
Углеродистая конструкционная сталь обыкновенного качества подразделяется на три группы А, Б и В. К стали группы А предъявляются требования по механическим свойствам, группы Б – по химическому составу и группы В – по механическим свойствам и химическому составу.
В свою очередь, сталь каждой группы делят на категории: группа А - на три; группа Б – на две; группа В – на шесть.
Сталь группы А применяют для изделий, при изготовлении которых не выполняется горячая обработка - сварка, ковка и др. Она сохраняет механические свойства, регламентируемые стандартами. Сталь группы Б применяется для изделий, подвергаемых горячей обработке. При этом свойства ее изменяются. Сталь группы В применяется для изделий, подвергаемых сварке. В зоне сварки свойства металла изменяются.
Механические свойства стали группы А приведены в таблице (18.2)
Таблица 18.2 – Механические свойства стали углеродистой общего назначения
группы А
| Марка стали | Временное сопротивление ?в, МПа | Предел текучести ?т, Н/мм2 | Относительное удлинение ?s, % | Изгиб на 180° (а – толщина образца, d – диаметр оправки) для толщин, мм | |
| до 20 | свыше 20 | ||||
| СтО | Не менее 300 | – | 20–23 | d = 2a | Диа- метр оправки увеличивается на толщину об- разца |
| Ст 1кп Ст 1пс, Ст 1сп | 300–390 310–410 | – | 32–35 31–34 | d = 0,5a | |
| Ст 2кп Ст 2пс, Ст 2сп | 320–410 330–430 | 185–215 95–225 | 30–33 29–32 | d = a | |
| Ст Зкп Ст Зпс, Ст Зсп Ст 3Гпс Ст 3Гсп | 360–460 370–480 370–490 390–570 | 195–235 205–245 205–245 245 | 24–27 23–26 23–26 24 | d = a | |
| Ст 4кп Ст 4пс, Ст 4сп | 400–510 410–530 | 225–255 235–265 | 22–25 21–24 | d = 2a | |
| Ст 5пс, Ст 5сп Ст 5Гпс | 490–630 450–590 | 255–285 255–285 | 17 – 20 17–20 | d = 3a | |
| Ст 6пс, Ст 6сп | Не менее 500 | 295–315 | 12–15 | – | |
Сталь углеродистая качественная конструкционная поставляется с гарантией химического состава и механических свойств. Она содержит серы не более 0,04 % и фосфора не более 0,035 % и отличается несколько более высокими механическими свойствами, чем сталь обыкновенного качества. Она выпускается следующих марок: 05кп, 08кп, 08пс, 08,10кп, 10пс, 10, 11кп, 15кп, 15пс, 15, 18кп, 20кп, 20пс, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60. Две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента. Применяют эту сталь для деталей машин, сварных конструкций.
Инструментальная нелегированная сталь содержит углерода более 0,65 %. Подразделяется на качественную марок У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У12А, У13А и высококачественную марок У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У11А, У12А, У13А. Она имеет высокую твердость, износостойкость, достаточную прочность и пластичность, применяется для режущих, штамповых, мерильных инструментов и технологической оснастки.
Для повышения качества стали в ее состав вводят один или несколько легирующих элементов: хром, марганец, кремний, никель, молибден, ванадий, алюминий, титан, бор. Хромистая сталь имеет высокую прочность, хорошо сваривается; марганцовистая – повышенную прочность, пластичность, свариваемость; хромомарганцевая – повышенную прокаливаемость и прочность; хромокремнистая сталь применяется для деталей, испытывающих в процессе эксплуатации знакопеременные нагрузки; хромоникелевая имеет высокую прочность, вязкость, прокаливаемость; хромоалюминиевая -повышенную твердость, износостойкость, выносливость.
Маркировка легированной стали осуществляется по буквенно-цифровой системе. Легирующие элементы обозначаются следующими буквами: С – кремний, Г – марганец, X – хром, Н – никель, М – молибден, В – вольфрам, Р – бор, Т–титан, Ю – алюминий, Ф – ванадий, Ц – цирконий, Б – ниобий, А – азот, Д – медь, К – кобальт. Первыми двумя цифрами обозначается содержание углерода в сотых долях процента для конструкционных сталей и первой одной цифрой – в десятых долях процента – для инструментальных сталей. Содержание легирующего элемента боле 1 % после буквы ставится в процентах в целых единицах. Например, сталь 12ХН3А расшифровывается так: легированная сталь с содержанием углерода 0,12 %, хрома X – 1 %, никеля Н – 3 %. Буква А в конце указывает на ограничение серы и фосфора до 0,03 %.
В строительстве применяют преимущественно низколегированные стали с содержанием легирующих элементов не более 2,5 %.
Химический состав и механические свойства некоторых легированных сталей приведены в таблице 18.3.
Таблица 18.3 – Механические свойства легированных сталей после термической
обработки
| Марка стали | от, МПа | ов, МПа | 85, % | V,% | kcv, Дж/см2 |
| 20Г | 275 | 451 | 24 | 50 | – |
| 40Г, 40ГР | 353 | 588 | 17 | 45 | 58,8 |
| 20Х | 784 | 981 | 10 | 45 | 58,8 |
| 18ХГ | 736 | 883 | 10 | 40 | – |
В строительстве сталь применяют для изготовления конструкций, устройства кровель, подмостей, ограждения, для армирования железобетона.
Стальные конструкции испытывают разнообразные нагрузки. Колонны работают на сжатие, балки – на растяжение, рельсы воспринимают ударные воздействия.
Строительные конструкции работают в атмосферных условиях при обычных и пониженных температурах. Для их изготовления применяют хорошо свариваемые стали, не снижающие ударную вязкость вблизи свариваемого шва, имеющие высокую пластичность, хорошо обрабатывающиеся резанием.
18.5.6.2 Чугуны
Чугуны являются железоуглеродистыми сплавами с содержанием углерода более 2,14 %. Они подразделяются на белые, серые и ковкие.
В белом чугуне весь углерод химически связан с железом в виде цементита FезС. В изломе – белого цвета с характерным блеском. Имеет повышенную твердость и хрупкость. Служит полуфабрикатом для переделки в сталь и для получения ковких чугунов.
В серых чугунах углерод полностью или частично находится в свободном состоянии в виде графита. Содержание углерода не превышает 0,8 %. Из-за графитовых пластинчатых включений серый чугун более хрупкий и менее прочный материал по сравнению со сталью. Предел прочности в составляет от 100 до 450 МПа, и – от 280 до 650 МПа, твердость от – 120 до 289 НВ.
Серый чугун модифицируют добавками SiCa, FeSi, Al, Mg. Графит приобретает шаровидную форму. Механические свойства чугуна повышаются. Его называют высокопрочным. Предел прочности при растяжении в составляет 350–1000 МПа, твердость – 140–360 НВ.
Серые чугуны называют литейными. Из них методом литья изготавливают канализационные трубы, тюбинги метрополитена, отопительные радиаторы и др.
Ковкие чугуны получают отжигом (томлением) белого чугуна при температуре 900–950 °С. Графит приобретает форму хлопьев, в результате чего пластичность чугуна повышается. Прочность чугуна в составляет 330–600 МПа, твердость – 165–269 НВ.
Их применяют для деталей, подвергающихся ударным и вибрационным нагрузкам (картеры, редукторы, муфты), для некоторых строительных деталей (кронштейны, фитинги).
18.5.6.3 Цветные металлы и сплавы
Алюминий и его сплавы. Алюминий – легкий металл плотностью 2700 кг/м3, прочностью при растяжении в = 80 ... 100 МПа, твердостью 20 НВ.
Он имеет высокую электропроводность, пластичность, коррозионную стойкость.
В строительстве алюминий применяют в виде: пигмента для приготовления красочных составов, которыми окрашивают металлические конструкций; газообразователя при получении ячеистых материалов; фольги.
На поверхности алюминия образуется тонкая плотная оксидная пленка, стойкая к атмосферной коррозии. Это позволяет применять его для защиты алюминиевых и других сплавов от коррозии.
Для повышения прочности алюминий легируют марганцем, медью, кремнием, железом и др.
Алюминиевые сплавы подразделяются на литейные и деформируемые.
К литейным относят сплавы алюминия с кремнием (силумины) с содержанием кремния от 6 до 13 %, алюминия с кремнием (4–8,5 %) и медью (4–8,5 %); сплав алюминия с медью (4–6,2 %); алюминия с магнием (4,5–13 %); сплав алюминия с прочими компонентами. Они маркируются буквами АЛ или АК, после которых идет номер сплава.
В технике чаще всего применяются силумины. Для улучшения свойств в их состав, кроме кремния, могут вводиться магний, титан, бериллий. Прочность их в = 128...334 МПа, твердость – 50–90 НВ. Силумины характеризуются хорошей текучестью в расплавленном состоянии и малой усадкой. Применяют их для изготовления сложных отливок.
К деформируемым сплавам, обрабатываемым давлением, относят: сплавы алюминия с марганцем (до 0,8 %); сплавы алюминия с магнием (2,8 %) –магналии; сплавы алюминия с медью (до 5,5 %) и магнием (до 0,8 %) – ду-ралюмины; сплавы алюминия с медью (до 2,6 %), магнием (до 0,8 %), кремнием (1,2 %) и марганцем (до 0,8 %) – авиаль; сплавы алюминия с цинком, магнием, медью – высокопрочные алюминиевые сплавы и др.
Самыми распространенными деформируемыми сплавами являются ду-ралюмины. Медь и магний упрочняют сплавы, марганец повышает коррозионную стойкость. Прочность дуралюминов увеличивается после закалки при температуре 495–525 °С и последующим старением на воздухе в течение 4–5 суток. Для повышения коррозионной стойкости листовой алюминий плакируют, т. е. покрывают с двух сторон слоем чистого алюминия, и производят совместную горячую прокатку.
Дуралюмины хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии, свариваются точечной сваркой и не свариваются сваркой плавления.
Сплавы алюминия применяются для изготовления прокатных профилей: уголков, швеллеров, двутавров, труб круглого и прямоугольного сечений. Эффективно его применение при возведении легких конструкций зданий и сооружений, особенно в большепролетных сооружениях, а также конструкций и изделий, к внешнему виду которых предъявляются повышенные эстетические требования (элементы выставочных павильонов, оконных и дверных заполнений).
Медь и ее сплавы. Медь – металл красновато-розового цвета. Плотность меди составляет – 8,9 г/см3, температура плавления – 1083 °С, прочность –в = 150...250 МПа, относительное удлинение – более 50 %. Она обладает высокой электропроводностью, коррозионной стойкостью. На поверхности меди образуется темная пленка углекислых соединений меди, называемая патиной. Чистая медь из-за высокой стоимости и низкой прочности как конструкционный материал не применяется. Из-за высокой электропроводности медь используется в основном в электро- и радиотехнике, а из-за высокой теплопроводности применяется для различных теплообменников, нагревателей, холодильников. Из-за высокой коррозионной стойкости ее применяют в химической промышленности для изготовления трубопроводов, насосов и др.
Основное количество меди используется для изготовления сплавов -латуни и бронзы.
Сплавы меди, в которых основным легирующим элементом является цинк, называют латунями. Содержание цинка составляет 4–40 %. Они маркируются: Л96, Л90, ..., Л60, где цифры указывают количество меди в процентах. Прочность латуни в = 250 ... 400 МПа, относительное удлинение
= 15 ... 35 %. Большую группу медно-цинковых сплавов составляют специальные (многокомпонентные) латуни, легированные одним или несколькими элементами: алюминием, никелем, марганцем, оловом и др.
Латуни – самые распространенные сплавы на основе меди, которым присущи все основные положительные свойства меди: высокая электро- и теплопроводность, пластичность, коррозионная стойкость, но более высокая прочность и технологические свойства.
Бронзы - сплавы меди с оловом, алюминием, свинцом, бериллием, кремнием, хромом и другими элементами. Это все сплавы меди, кроме латуней и медно-никелевых сплавов.
Наибольшее применение имеют оловянные бронзы, где олово – основной легирующий элемент (до 10 %) и в качестве добавок вводятся цинк, свинец, фосфор, никель и др. Маркировка бронз расшифровывается следующим образом. Например, Бр ОЦС 4–4-2,5: Бр – бронза, О – олово, Ц – цинк, С – свинец, цифры 4; 4; 2,5 – содержание олова, цинка, свинца в процентах.
Бронзы оловянные подразделяются на два вида – обрабатываемые давлением и литейные. Обрабатываемые давлением имеют прочность в = 270 ... 800 МПа и более, относительное удлинение = 3...40 %, твердость – 60 НВ.
Бронзы обладают удовлетворительной электропроводностью, высокой коррозионной стойкостью, хорошими антифрикционными свойствами. Бронзы, обрабатываемые давлением, обладают хорошей пластичностью, упругостью, сопротивлением усталости.
Применяют бронзы для изготовления водяной и паровой арматуры, подшипников, шестерней, пружин, деталей машин и пр.
18.5.6.4 Сортамент прокатного металла и металлоизделий
В строительстве широко применяются листовая сталь и различные профили: квадратные, круглые, листовые, угловые, двутавровые, швеллерные, трубчатые (рисунок 18.25) Их получают способом прокатки. Применяют для изготовления балок, ферм, колонн, кровель, строительных и других конструкций.
Рисунок 18.25 – Основной сортамент прокатных сталей: а – квадратная; б – с закруглениями; в – круглая; г – полосовая; д – треугольная; е – овальная; ж – угловая неравнобокая; з – то же равнобокая; и – швеллерная; к – двутавровая; л – тавровая
Сталь листовая. Сталь толстолистовая имеет толщину листов от 4 до 160 мм, ширину 600–3600 мм и длину до 12 м.
Сталь тонколистовая имеет толщину до 4 мм, ширину 600–1400 мм, длину до 4 м. Применяется для изготовления гнутых профилей и стальных кровель.
Широкополосная универсальная сталь имеет толщину 4–60 мм, ширину 160–1050 мм, длину до 18 м.
Сталь полосная имеет ширину от 12 до 200 мм, толщину от 4 до 60 мм.
Для устройства кровель применяют черную и оцинкованную сталь толщиной от 0,38 до 0,82 мм с размерами листов 710x1420 и 2000x1420 мм.
Для устройства настилов выпускают рифленую и просечно-вытяжную сталь.
Профильная сталь. К этой группе относят уголки, двутавры, швеллеры.
Уголковые профили бывают равнополочными и неравнополочными. Наибольший размер равнополочных уголков № 25, неравнополочных – № 25/16, где номер соответствует размерам полки в сантиметрах. Уголки обычно применяются в легких конструкциях.
Двутавры подразделяются на обыкновенные, облегченные и широкополочные. Они разделяются по номерам, соответствующим их высоте. Наибольший профиль обыкновенного двутавра – № 70, широкополочного – № 100. Вместо широкополочных изготавливают сборные двутавры, которые применяют для балок, колонн.
Швеллеры выпускают наибольшего размера № 40. Они лучше двутавров работают на косой изгиб.
Уголки, двутавры, швеллеры имеют длину до 19 м. Наиболее распространенная длина – 6, 9 и 12 м.
Трубы бесшовные имеют диаметр от 5 до 430 мм.
Гнутые профили изготавливают из тонколистовой стали. Их целесообразно применять для сжатых элементов ферм и связей.
Сварные профили – двутавры большой высоты, замкнутые гнутые профили и трубы диаметром до 1400 мм.
В строительстве применяют стальные заклепки для неразъемных металлических конструкций, болты и гайки – для разъемных соединений, поковки (скобы, штыри, крючья), стальные канаты – для висячих мостов, для оттяжек мачт и вантовых конструкций.
18.5.6.5 Арматурная сталь
Для армирования железобетонных изделий применяют арматурную сталь. Ее классифицируют по основной технологии изготовления, профилю, условиям применения и виду поставки.
В зависимости от основной технологии изготовления арматуру делят на стержневую, получаемую горячей прокаткой стали (обозначается буквой А); проволочную, получаемую волочением стали в холодном состоянии (обозначается буквой В), и канаты, изготавливаемые из проволочной стали (обозначается буквой К).
По профилю стержневая и проволочная арматура разделяется на гладкую и периодического профиля. Стержневая арматурная сталь (ГОСТ 5181-82 делится на классы от A–I (А240) до A–VI (А1000). Класс A–I (А240) гладкого, остальные от А–II (А240) и более – периодического профиля. Дополнительно введены индексы, указывающие способ изготовления стали. Символом Ат обозначается термомеханически и термически обработанная сталь. Она выпускается классов от Ат400 до Ат1200 (ГОСТ 10884-94). Ас –сталь специального назначения (северного исполнения) (Ас–II (Ас300)). Индекс «С» вводится для свариваемой стали, например Ат6ООС (Ат-IVC), индекс «К» – для стали с повышенной стойкостью против коррозионного растрескивания под напряжением, например Ат800К (Ат–VK).
Арматурная сталь периодического профиля представляет собой круглые стержни с двумя продольными ребрами и поперечными выступами. Класс стали определяют по рисунку на поверхности стержня. У класса А-П (А300) выступы расположены по винтовой линии, у классов А-Ш (А400) - A-VI (А1000) и Ат всех классов - в елочку (рисунок 18.26)
Рисунок 18.26 – Виды арматурной стали: а – гладкая стержневая; б – горячекатаная
периодического профиля класса А300; в – то же класса А400; г – холодносплющенная
с четырех сторон; д – то же с двух сторон; е – витая
Характеристика стержневой стали приведена в таблица 18.4.
Таблица 18.4 – Характеристика стержневой горячекатаной неупрочненной ар-
матурной стали
| Класс прочности арматуры | Марка стали | Диаметр профиля, мм | Предел текучести 0,2, Н/мм2 | Временное сопротивление разрыву в, Н/мм2 | Относительное удлинение S, % |
| A-I (А240) | Ст 3кп 3 Ст 3пс 3 Ст 3сп 3 ВСт 3кп2 ВСт 3пс2 ВСт 3Гпс2 | 6–40, 6–18 | 235 | 375 | . 25 |
| А-П (АЗОО) | Ст 5сп2, ВСт 5пс2 | 10–40 | 295 | 490 | 19 |
| | 18Г2С | 40–80 | | | |
| Продолжение таблицы 18.4 | |||||
| Класс прочности арматуры | Марка стали | Диаметр профиля, мм | Предел текучести 0,2, Н/мм2 | Временное сопротивление разрыву в, Н/мм2 | Относительное удлинение, S, % |
| Ас-П (АсЗОО) | 10ГТ | 10–32 (36–40) | 295 | 441 | 25 |
| А-Ш | 35ГС, 25Г2С | 6–40 | 390 | 590 | 14 |
| (А400) | 32Г2Рпс | 6–22 | |||
| A-IV (А800) | 80С | 10–18 (6–8) | 590 | 883 | 6 |
| 20ХГ2Ц | 10–32 (36–40) | ||||
| A-V (А800) | 23Х2Г2Т | (6–8) 10–32 (36–40) | 785 | 1030 | 7 |
| A-V/ (А-1000) | 2Х2Г2А10, 22Х2Г2Р, 22Х2Г2СР | 10–22 | 980 | 1230 | 6 |
Арматурную проволоку изготавливают холодным волочением. По форме поперечного сечения ее выпускают гладкого сечения В и периодического профиля (рифленая) Вр (см. рисунок 5.7). По прочности она подразделяется на классы 400, 600, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400 и 1500, соответствующие гарантированному значению условного предела текучести с доверительной вероятностью 0,95.
Характеристики проволок приведены в таблицах 5.4,5.5.
Таблица 18.5 – Характеристики стержневой термически упрочненной арматур-
ной стали
| Класс прочности арматурной стали (в скобках приме- няемые ранее) | Марка стали | Номи- нальный диаметр, мм | Предел теку- чести 0,2, м/мм2 | Временное сопротивление разрыву в, Н/мм2 | Относи- тельное удлинение в, % |
| Ат400С | Ст 3сп, Ст 3пс | 6–40 | 440 | 550 | 16 |
| Ат500С | Ст 5пс, Ст 5пс | | 500 | 600 | 14 |
| Ат600 (At-IV) | 25ГС | | | | |
| Ат600С (At-IVC) | 25Г2С, 35ГС, | | | | |
| | 28С, 27ГС | 10–40 | 500 | 800 | 12 |
| Ат600К (At-IVK) | 10ГС2, 08С2, | | | | |
| | 25С2Р | | | | |
| Продолжение таблицы 18.5 | |||||
| Класс прочности арматурной стали (в скобках применяемые ранее) | Марка стали | Номинальный диаметр, мм | Предел текучести 0,2,Н/мм2 | Временное сопротивление разрыву в,Н/мм 2, Н/мм2 | Относительное удлинение в, % |
| Ат800 (At-V) | 20ГС, 20ГС2, 08Г2С, 10ГС2, 28С, 25Г2С, 22С | 10–32 | 800 | 1000 | 8 |
| Ат800К (At-VK) | 35ГС, 25С2Р | 18–32 | – | – | – |
| Ат1ОО (At-VI) At1ОOOK(At-VIK) | 25ГС, 20ГС2 25С2Р, 20ХГС2 | 18–32 | 1000 | 1250 | 7 |
| At1200 (At-VII) | 30ХС2 | 10–32 | 1200 | 1450 | 6 |
| Таблица 18.6 – Характеристика холоднотянутой проволоки | ||||||
| Наимено- вание | Класс прочности | Номи- нальный диаметр, мм | Номинальное временное со- противление, Н/мм2 | Разрывное усилие Р, Н | Усилие Ро,2, Н | Относитель- ное удлинение после разрыва s, % |
| не менее | ||||||
| | 400 | 3 | | 3900 | 3500 | 2 |
| Вр | 400 | 4 | _ | 7100 | 6200 | 2,5 |
| | 400 | 5 | | 10600 | 9700 | 3 |
| | 600 | 4 | | 10500 | 8000 | 2,5 |
| Вр | 600 | 4,5 | | 13200 | 10200 | 2,7 |
| | 600 | 5 | | 16400 | 12500 | 3 |
| | 600 | 6 | | 22600 | 18000 | 4 |
| В, Вр | 1500 | 3 | 1780 | 12600 | 10600 | 4 |
| В, Вр | 1400 | 4 | 1700 | 21400 | 18000 | 4 |
| В, Вр | 1400 | 5 | 1670 | 32800 | 27500 | 4 |
| В | 1300 | 6 | 1570 | 44340 | 35470 | 5 |
| Вр | 1200 | 6 | 1470 | 41570 | 33260 | 5 |
| В | 1200 | 7 | 1470 | 56590 | 45270 | 6 |
| Вр | 1100 | 7 | 1370 | 52820 | 42250 | 6 |
| В | 1100 | 8 | 1370 | 68980 | 55180 | 6 |
| Вр | 1000 | 8 | 1270 | 64050 | 51240 | 6 |
Арматурные канаты изготавливают из высокопрочной холоднотянутой проволоки. Их характеристика приведена в таблице 18.3.
| Таблица 18.7 – Характеристика арматурных канатов | ||||||
| Класс арма- турных канатов | Класс проч- ности кана- тов | Услов- ный диаметр, мм | Номинальная площадь попе- речного сече- ния, мм2 | Разрывное усилие кана- тов Р, Н | Усилие Ро,2, Н | Относи- тельное удлинение при разрыве s, % |
| не менее | ||||||
| К7 | 1500 | 6 | 23,0 | 40600 | 34900 | 4 |
| | 1500 | 9 | 53,0 | 93500 | 79500 | 4 |
| | 1500 | 12 | 93,0 | 164000 | 139500 | 4 |
| | 1400 | 15 | 139,0 | 232000 | 197000 | 4 |
| К19 | 1400 | 14 | 128,7 | 236900 | 181500 | 4 |
Для ненапрягаемой арматуры следует преимущественно применять
горячекатаную сталь классов А-Ш (А400), Ат400, Ат600С и проволоку класса Вр400, для напрягаемой арматуры – сталь классов A-V (A800), А-VI (А1000), Ат800, Ат1000, проволоку классов Вр1000, Вр1100, Вр1200, Вр1300, Вр1400, Вр1500 и канаты. Проволоку классов Вр600 применяют для любых видов армирования. СНБ 5.03.01–02 введены классы арматуры, обозначаемые буквой «S». Их соответствие со СНиП 2.03.01–84 приведены в таблице 18.8.
18.5.6.6 Рельсы и рельсовые скрепления
На железных дорогах стран СНГ укладываются рельсы типов Р65 и Р75 со стандартной длиной 25 м. Цифры указывают массу одного метра. Про-
филь рельса приведен на рисунках 18.27, 18.28
Рисунок 18.27 – Промежуточное смешанное скрепление для деревянных шпал: 1 – рельс; 2 – подкладка; 3 – костыль основной; 4 – костыль обшивочный
Рисунок 18.28 – Промежуточное скрепление для железобетонных шпал: 1 – рельс; 2 – подкладка; 3 – подрельсовая подкладка; кладка; 4 – клеммный болт; 5 – жесткая клемма; 6 – закладной болт; 7 – гайка; 8 – двухвитковая шайба; 9 – изолирующая втулка; 10 – опорная шайба
| Таблица 18.8 – Соответствие обозначений классов арматуры | |||
| Класс арматуры по СНБ 5.03.01-02 | Обозначение согласно изменению № 4 к СНиП 2 03 01 | Обозначение согласно СНиП 2.03.01 | Документ, регламентирующий качество арматуры |
| S240 | А240 | A-I | ГОСТ 5781 |
| S400 | А400 | A-III | ГОСТ 5781; ГОСТ 10884 ТУ РБ 400074854.001 ТУРБ 190266671.001 |
| S500 | А500 | — | ГОСТ 10884 ТУ РБ 400074854.001 ТУ РБ 400074854.047 ТУ РБ 400074854.025 ТУ РБ 190266671.001 |
| | В500 | Bp-I | ГОСТ 6727; СТБ 1341 |
| S800 | А800 | A-V | ГОСТ 5781 ГОСТ 10884 ТУ РБ 400074854.001 ТУ РБ 400074854.025 ТУ РБ 400074854.037 |
| | 7, 8 В-II | 7, 8 В-II | ГОСТ 7348 |
| | 06, 07, 08 Вр-И | 06, 07, 08 Вр-И | |
| S1200 | А1200 | A-VI | ГОСТ 10884 ТУ РБ 400074854.025 ТУ РБ 400074854.037 |
| 5, 6 В | 5, 6 В-II | ГОСТ 7348 | |
| 4, 5 Вр-II | 4, 5 Вр-II | ||
| 9, 12, 15 К-7 | 9, 12, 15 К-7 | ГОСТ 13840 | |
| | 3, 4 В-II | 3, 4 В-II | ГОСТ 7348 |
| S1400 | 3 Вр-II | 3 Вр-II | |
| 6 К-7 | 6 К-7 | ГОСТ 13840 | |
| | К-19 | К-19 | ТУ 14-4-22 |
Рельсы изготавливают из мартеновской стали марок М76, М76В, М76Т, М76Ц, в которой ограничивается содержание вредных примесей фосфора не более 0,035 и серы не более 0,045 %.
Для повышения качества рельсов их подвергают объемной или поверхностной закалке. Сталь приобретает сорбитную структуру.
При объемной закалке рельсы вначале нагревают до 820-860 °С, после чего охлаждают в масле. Затем осуществляют в течение двух часов отпуск при 450 °С, что выравнивает структуру стали. Закаленные рельсы в 1,5-2 раза лучше сопротивляются контактно-усталостному разрушению, чем незакаленные.
Поверхностную закалку осуществляют токами высокой частоты (ТВЧ). Нагревают верхнюю часть головки, а затем охлаждают водовоздушной смесью. Нижняя часть головки, шейки и подошва рельсов остаются незакаленными, что обеспечивает более благоприятные условия их работы на растяжение.
Временное сопротивление стали при растяжении объемнозакаленных рельсов должно быть не менее 1176 МПа, для незакаленных – 900 МПа.
Особо прочные рельсы получают из низколегированной хромистой стали, закаленной в масле.
Соединение рельсов с опорами осуществляется промежуточными скреплениями (см. рисунок 18.27 и 18.28), для соединения в стыках – стыковыми скреплениями (рисунок 18. 29). Стыковые скрепления состоят из накладок и болтов с упругими шайбами. Накладки изготавливают из углеродистой стали БСТ 6сп, закаленной в масле.
Рисунок 18.29 – Конструкции стыков на весу (а) и на сдвоенных шпалах (б)
18.5.6.7 Сталь для мостовых конструкций и водопропускных труб
Мостовые конструкции изготавливают из листовой и фасонной горячекатаной стали. Применяют толстолистовую и широкополосную универсальную сталь; уголковую, двутавровую, швеллерную, полосовую, круглую и другую фасонную сталь.
Конструкции мостов подвергаются динамическим нагрузкам. Для их изготовления применяют высококачественные низкоуглеродистые и низколегированные мартеновские и конверторные стали.
В низкоуглеродистых сталях ограничивается содержание вредных примесей. В сталях для конструкций обычного исполнения (Т min до минус 40 °С) содержание серы и фосфора не должно превышать 0,035 % каждого. В сталях северного исполнения (Тmin ниже минус 40 °С до минус 50 °С) –серы не более 0,03 % и фосфора не более 0,025 %.
Низколегированные стали изготавливают с добавками хрома (X), кремния (С), никеля (Н), меди (Д), марганца (Г), ванадия (Ф) и других элементов. В зависимости от вида термообработки стали подразделяют на три категории: 1 – без термической обработки: 2 – нормализованные; 3 – термически улучшенные после закалки и высокого отпуска. Применение низколегированных сталей снижает их расход на 15–18 %, сметную стоимость на 12–15 % по сравнению с углеродистой.
Для основных несущих элементов пролетных строений мостов применяют низколегированные конструкционные стали марок 16Д, 15ХСНД и 10ХСНД с механическими свойствами, приведенными в таблице .18.8.
Таблица 18.8 – Механические свойства стали при растяжении
| Марка стали | Толщина проката, мм | Временное сопротивление ?в, Н/мм2 | Предел текучести ?т, Н/мм2 | Относительное удлинение ?S, % |
| 16Д | До 20 21–40 41–60 | 375–510 375–510 375–510 | 235 225 215 | 26 26 26 |
| 15ХСНД | 8–32 33-50 | 490–685 470–670 | 345 335 | 21 19 |
| 10хснд | 8–15 16–32 33–40 | 530–685 530–670 510-670 | 390 390 390 | 19 19 19 |
При устройстве водопропускных труб применяют стальные трубы с круглыми отверстиями диаметром до 9 м или эллиптические с отверстиями размером до 12 м. Трубы изготавливают из гнутых гофрированных листов толщиной 1,5–7 мм с кольцевыми или спиральными гофрами, из стали марки 15Спс – для районов с обычным климатом и марки 09Г2СД – для северных районов. Защищают трубы от коррозии цинковым покрытием.
18.6 КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ
Коррозией называется процесс химического и электрохимического разрушения металлов под воздействием окружающей среды.
Химическая коррозия происходит при воздействии на металл сухих газов и растворов неэлектролитов – бензина, масел, мазута, спиртов и др. На поверхности металла образуется пленка из продуктов коррозии. Примером
химической коррозии служит окисление стали при высоких температурах. Железо взаимодействует с кислородом и образуется окалина.
Электрохимическая коррозия происходит при воздействии на металл растворов электролитов: воды, водных растворов солей, кислот, щелочей, расплавов солей и щелочей.
В этих условиях коррозию можно рассматривать, как работу множества микрогальванических элементов, возникающих на поверхности металла вследствие неоднородности металла или окружающей среды.
Коррозия металлов в атмосфере, почве и других агрессивных средах арматурной стали и бетона, имеет свои особенности.
Атмосферная коррозия. В сухой атмосфере окисление металла происходит медленно и существенного его разрушения не происходит. При воздействии дождя, снега, водяного пара, при эксплуатации конструкций в воздухе с повышенной влажностью скорость коррозии становится высокой. Степень агрессивности атмосферы может повыситься в десятки и сотни раз при воздействии загрязненного воздуха. Например, срок службы проводов связи в сельской местности составляет 50–60 лет, в местах расположения промышленных предприятий (металлургических и химических заводов), электростанций уменьшается до 4–5 лет. В среде дымовых газов скорость коррозии достигает 0,4–0,8 мм в год. Особенно высокую агрессивность имеет атмосфера с содержанием сернистого газа. При взаимодействии его с водой воздуха образуется серная кислота, которая быстро разрушает углеродистые стали и защитные цинковые покрытия. Более долговечны алюминиевые сплавы.
Коррозия железа во влажной атмосфере происходит в результате образования ржавчины xFeO · yFe2O3 ZгН2О в виде рыхлого осадка, который не защищает металл от дальнейшего разрушения и коррозия может продолжаться до полного разрушения металла.
Способ защиты металла выбирается в каждом отдельном случае. Повышенную коррозионную стойкость имеют легированные стали с добавкой хрома, никеля, меди. Углеродистые стали защищаются лакокрасочными и металлическими покрытиями, смазками.
Почвенная коррозия. Почвенной коррозии подвергаются трубопроводы, шпунты, различные опоры. Она определяется составом почвы, грунтовых вод, температурой и пр. Скорость коррозии углеродистой стали может достигать 7-8 мм в год. Усиливают коррозию бактериальные процессы. Особенно опасны сульфатредицирующие бактерии, которые восстанавливают сульфатные соли в почвах. Коррозионная стойкость конструкций повышается при применении сталей, легированных хромом и никелем.
Цинк корродирует в почвах, особенно в почвах с кислой реакцией. И все же цинковое покрытие - достаточно эффективная защита стальных конструкций от электрохимической коррозии.
Алюминий и его сплавы разрушаются щелочами. Однако при рН 10-11 скорость уменьшается и в интервале от рН 10–11 до рН 3–4 скорость коррозии остается постоянной.
Защищают от почвенной коррозии конструкции из углеродистой стали металлическими, силикатными, лакокрасочными покрытиями, обрабатывают почву замедлителями коррозии. Защита от блуждающих токов осуществляется дренажной защитой, заключающейся отводом их в источник, создающий эти токи. При наличии агрессивных микроорганизмов применяют изолирующие покрытия, добавляют в почву яды.
Коррозия арматурной стали в железобетоне. Одним из существенных недостатков железобетона является коррозия арматурной стали. Она носит преимущественно электрохимический характер и протекает на границе металл-раствор элекролита.
Поровое пространство бетона частично заполнено водой с растворенными в ней солями, щелочами, газами, т. е. является электролитом, способным проводить электрический ток. Свободная часть заполнена воздухом.
П Рисунок 18.30 – Схема гидратации и перехода в раствор ионов металла а –b– линия поверхности металла
о современным представлениям металл состоит из ион-атомов Ме+, связанных с электронами е, способными перемещаться внутри кристаллической решетки от одного атома к другому. Преодолеть электростатическое притяжение электронов, вырваться из кристаллической решетки и оторваться от поверхности металла ион-атом может только при наличии необходимой энергии. Эта энергия возникает в результате реакции гидратации (рисунок 18.30).
Электроны не переходят в раствор, и на поверхности металла остается их эквивалентное количество
Ме∙е + nН2О Ме + nН2О + е.
Н
а
ба
а границе металл–электролит образуется равновесный двойной слой из отрицательных электрических зарядов на поверхности металла и положительных ионов (рисунок 18.31а) с возникновением между ними разности потенциалов.
Рисунок 18.31 – Схема двойного слоя: а – при выходе иона металла в раствор; б – при выходе катиона из раствора на металл
Коррозионный процесс заключается в растворении металла. Избыточные электроны на поверхности металла ассимилируются ионами, атомами или молекулами электролита (деполяризаторами), которые при этом восстанавливаются:
е + D De.
Коррозия арматурной стали в бетоне
Коррозия возможна при наличии деполяризации металла. Участок металла, который растворяется, называется анодом, а на котором происходит разряд избыточных электронов, – катодом. Анодный и катодный процессы в результате проводимости металла и электролита могут существовать раздельно на разных участках поверхности металла. При нехватке энергии гидратации для разрыва связи между ион-атомами и электронами на поверхности металла адсорбируются катионы из раствора, и поверхность металла приобретает положительные заряды, которые с ионами раствора также образуют двойной слой (рисунок 18.31,б). Устанавливается равновесие, коррозии не происходит.
Анодная реакция арматурной стали в бетоне представляет собой реакцию окисления железа с переходом двухвалентного железа в водный раствор с освобождением двух электронов:
Fe0 ? Fe2 + 2е.
Катодная реакция в бетоне в сильнощелочной среде протекает с кислородной деполяризацией. Кислород восстанавливается и превращается в присутствии воды в ион-гидроксил:
ЅО2 + H2О + 2е = 2ОН--.
Для защиты арматуры в железобетоне следует ограничить поступление к ней, в первую очередь, кислорода воздуха и воды. Эту функцию выполняет защитный слой бетона толщиною 10–20 мм и более.
Поровая жидкость бетона имееет рН 12–14. Кислотообразующие газы нейтрализуются щелочными составляющими бетона. На поверхности стали образуется нерастворимая пленка, которая находится в пассивном состоянии, и коррозии не будет. При рН менее 11,8 происходит окисление железа с образованием Fe2O3 и Fe3O4. Продуктом коррозии может быть ржавчина.
Ускоряют коррозию стали ионы Сl и SO4 2- поровой жидкости, которые повышают коррозионную активность и разрушают защитную пленку на арматуре.
Предотвратить коррозию можно способами, обеспечивающими рН поровой жидкости бетона выше 11,8. Плотность бетона должна быть такой, чтобы в течение всего срока эксплуатации конструкций защитный слой не был нейтрализован кислыми газами и жидкостями.
Коррозия и защита стальных мостов. Нормативный срок службы металлических железнодорожных мостов 100 лет. Они эксплуатируются в тяжелых условиях. Способствуют разрушению атмосферные воздействия, агрессивность перевозимых грузов. Особенно сильно корродируют верхние пояса продольных балок (ферм) в местах опирания мостовых брусьев с ездой поверху. В пролетных строениях с ездой понизу интенсивно корродируют элементы ниже уровня мостового полотна.
Универсальных металлов, стойких в любых средах, не имеется. Все они требуют защиты.
Способы защиты стальных конструкций мостов делят на две группы. Первая – на стадии изготовления, вторая – защитные мероприятия в процессе эксплуатации.
На первой стадии применяют специальные мостовые низколегированные стали (см. п. 18.5.6.7), имеющие повышенную стойкость. Цементация, азотирование, диффузионная металлизация стали позволяет применять ее на открытом воздухе без защитных покрытий.
На второй стадии стальные конструкции защищают лакокрасочным и металлизационно-лакокрасочным покрытиями. Они наносятся согласно Технологическим правилам окраски железнодорожных мостов. Учитывая значимость этого способа, остановимся на нем более подробно.
При разрушении лакокрасочных покрытий на их поверхности могут возникать трещины, сетки, сыпь, пузыри, произойти отслаивание, появиться коррозия.
Долговечность покрытия зависит от прочности его сцепления с металлом, которое в свою очередь зависит от качества подготовки поверхности. Следует удалить поврежденную старую краску, ржавчину, масляные пятна, пыль. Это делает пневмо- или электрощетками. В труднодоступных местах ржавчину и старую краску счищают дробеструйным способом или ручным инструментом. Прочно сцепляющуюся с металлом краску не удаляют.
Для удаления старой краски может применяться смывка СД. Ее наносят на поверхность кистью и выдерживают от 20 до 60 мин. Покрытие размягчается, набухает и вспучивается. После чего его счищают шпателем или металлической щеткой. Удаляется рыхлая и пластовая ржавчина.
При толщине ржавчины до 150 мкм как исключение по не полностью очищенной (ржавой) поверхности наносят грунтовку-преобразователь ржавчины ВА-0112 или ВА-01 ГИСИ, которая вступает в химическую реакцию с ржавчиной и преобразует ее в стойкие не растворимые в воде соли.
После высыхания поверхности, обработанной преобразователем ржавчины, сразу же наносят лакокрасочные покрытия.
Мосты красят масляными и полимерными лакокрасочными материалами толщиной не менее 100–120 мкм.
Покрытие из масляных красок состоит из двух покрывных слоев. Покрытие из полимерных материалов состоит из двух слоев грунтовки и двух-трех слоев покрывных слоев эмали.
Лучшее время окраски – летняя сухая безветренная погода, на жаркая часть дня. Нельзя красить по влажной поверхности в дождь, при тумане, а также при температуре не ниже 5 оС.
Защитные покрытия из лакокрасочных материалов при самых неблагоприятных условиях эксплуатации должны служить не менее 8-10 лет.
Рекомендуется применять лакокрасочные покрытия, приведенные в таблице 18.9.
Устойчивой защитой является металлизиционно-лакокрасочное покрытие. На поверхность конструкций наносят слой цинка или алюминия, создающих электрохимическую (протекторную) защиту металла, а по ней наносятся лакокрасочные слои.
Поверхность стальных конструкций мостов очищается «стальным песком» и сразу же осуществляется металлизация. Разрыв в сухую погоду не должен превышать 3 часов, в сырую – 0,5 часа.
Покрытия наносят при помощи электродуговых и газопламенных аппаратов в несколько слоев в зависимости от целевой эксплуатации. Цинк – от 0,08 до 0,2 мм, алюминий – 0,12 мм. И сразу же после металлизации поверхность окрашивают.
Таблица 18.9 – Лакокрасочные покрытия для защиты металлических мостов
| Рекомендуемые сочетания грунтовок, эмали и красок | Ориентировочный срок службы покрытия, годы (не ниже балла 4 по ГОСТ 6992–68) | Характеристика покрытия | Для какого климата рекомендуется | Окрашиваемые элементы моста | |
| Покрывной лакокрасочный материал, его цвет | Грунтовка | ||||
| Элоксидная грунтшпаклевка ЭП-00-10 красно-коричневая Эпоксидная биметаллическая ЭП-057А серебристая Эмали перхло-рвиниловые: ХВ-125, сере-бристая ХВ-113, серая | Элоксидная грунтшпаклевка ЭП-00-10 или протекторная ЭП-057 Эпоксидная биметаллическая ЭП-057А или протекто-рная ЭП-057 Протекторная ЭП-057 | Не менее 10 То же То же | Покрытие высокой атмосферостойкости, стойкое в условиях промышленной атмосферы, повышенной влажности и низких температур Покрытие повышен-ной атмосферостой-кости, стойкое в усло-виях промышленной и морской атмосферы Покрытие повышенной атмосферостойкости, стойкое в ус-ловиях повышенной влажности, морской атмосферы и низких температур | Для холодного и уме-ренного То же То же | Элементы проезжей части, в том числе верхние пояса продольных ферм (балок) Элементы связей и проезжей части, в том числе верхние пояса продольных балок (ферм) Элементы главных ферм и связей |
| Эмали пер-хлорвиниловые: ХВ-125, серебристая; ХВ-124, ХВ-113 или сополимеровинилхлоридная ХС-119, серые Эмали перхлорвиниловые: ХВ-125, серебристая; ХВ-124, ХВ-113 или сополимеровинилхлоридная ХС-119, серые | Сополимерви-нилхлоридные: ХВ-059, ХС-010 и перхлорвиниловая ХВ-050 Фенолоформальдегидная ФЛ-03 К | Не более 10 Не более 8 | Покрытия атмосферостойкие, стойкие в условиях повышенной влажности, морской атмосферы и низких температур Покрытия атмосферостойкие | То же Для умерен- ного и холодного | Элементы главных ферм и связей “ То же |
18.5.6.1 Углеродистые и легированные стали