Бетоны. Общая характеристика, состав, строение и свойства. Способы их получения

Значительное влияние на прочность  бетона оказывают степень уплотнения бетонной смеси, продолжительность и условия твердения бетона. Хорошо уплотненный бетон в благоприятных температурных и влажностных условиях непрерывно набирает прочность в течение ряда лет. При этом в первые 7 -10 сут. прочность бетона растет довольно быстро, затем рост прочности к 28 сут. замедляется и, наконец, в возрасте свыше 1 года постепенно затухает. Например, бетонные образцы при хранении в нормальных условиях в 7-суточном возрасте имеют среднюю прочность, равную 60 - 70% 28-суточной (марочной) прочности, в возрасте 180 сут., 1 года и 2 лет их прочность соответственно составляет 150, 175 и 200 % марочной прочности.

Плотность. Обычный тяжелый бетон не является плотным материалом.

Имеющиеся в бетоне поры образовались вследствие испарения излишней воды, а также неполного удаления воздушных пузырьков при уплотнении бетонной смеси. Плотность бетона повышается при тщательном подборе зернового состава заполнителей, уменьшении водоцементного отношения и применении, пластификаторов, снижающих водопотребность смеси при той же подвижности, а также за счет тщательного уплотнения бетонной смеси. С возрастанием плотности бетона повышаются его свойства - прочность, водонепроницаемость, морозо- и коррозиестойкость и др.

Водонепроницаемость. Плотный бетон при толщине железобетонных конструкций более 200 мм, как правило, оказывается водонепроницаемым. Это свойство бетона характеризуется степенью водопроницаемости, т. е. величиной наименьшего давления воды, при котором она еще не просачивается через бетонный образец. По этому показателю бетоны разделяют на 12 марок: В2, В4, В6, В8, В10, В12, В14, В16, В18, В20, В25 и ВЗО, т. е. на бетоны, которые выдерживают давление соответственно не менее 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 и т. д. до 3 МПа.

Для повышения водонепроницаемости бетона применяют специальные покрытия, например, пленки из пластмасс или уплотняющие добавки. Значительно возрастает водонепроницаемость бетона при применении расширяющихся цементов.

Морозостойкость. Тяжелые бетоны по степени морозостойкости делят на марки от Мрз 50 до Мрз 700. Морозостойкость бетона для жилых и промышленных зданий обычно характеризуется маркой Мрз 50.

Высокой морозостойкостью обладают бетоны с плотной структурой на низкоалюминатном портландцементе  и высококачественном гранитном щебне.

Усадка и  расширение. При твердении на воздухе бетон (если он не на безусадочном или расширяющемся цементах) дает усадку, а при твердении во влажных условиях он может незначительно разбухать. Величина усадки тяжелого бетона обычно около 0,15 мм на 1 м длины бетонного сооружения, что может повлечь за собой образование трещин в массивных и большеразмерных конструкциях. Для уменьшения усадки бетона следует избегать применения бетонов с большим расходом цемента, при этом необходимо использовать крупные заполнители хорошего зернового состава и обеспечивать влажный режим твердения бетона.

Коррозиестойкость. Коррозия бетона происходит в результате разрушения цементного камня и обычно сопровождается понижением прочности и водонепроницаемости, а также ухудшением его сцепления с арматурой.

Меры предотвращения: увеличение плотности бетона, применение специальных цементов (пуццоланового, кислотостойкого, глиноземистого), а  также облицовка плотными керамическими  плитками, обработка специальными веществами (жидким стеклом с кремнефтористым натрием), покрытие гидроизоляционными битуминозными и пленкообразующими полимерными материалами.

Огнестойкость. Бетон является огнестойким материалом. Однако продолжительное воздействие температур в интервале 160 - 200оС снижает прочность бетона на 25 - 30 %. При нагревании свыше 500оС бетон разрушается. Конструкции, подвергающиеся воздействию температур более 200оС, следует защищать теплоизоляционными материалами или выполнять их из жаростойкого бетона.

Приготовление, транспортирование и укладка бетонной смеси.

Процесс приготовления бетонной смеси состоит из автоматического дозирования всех компонентов бетонной смеси и перемешивания их в бетоносмесителях до получения однородной массы.

Применяемые бетоносмесители  непрерывного действия состоят из цилиндрического барабана с лопастями на внутренней поверхности. За счет вращения барабана и винтообразного направления лопастей материалы перемещаются вдоль барабана и тщательно перемешиваются, а готовая бетонная смесь через разгрузочное устройство непрерывным потоком поступает на транспортные средства. Производительность бетоносмесителей непрерывного действия до 120 мЗ/ч, в то время как бетоносмеситель периодического действия емкостью 2400 л имеет производительность до 36 мЗ/ч.

Транспортирование бетонной смеси в большинстве случаев производится автосамосвалами, а на малые расстояния (в пределах строительной площадки)-ленточными транспортерами, бетононасосами, вагонетками, бадьями и др. Любой способ транспортирования должен исключать возможность расслоения и снижения степени подвижности бетонной смеси в результате испарения воды, вытекания цементного молока или начала схватывания цемента. Поэтому следует транспортировать бетонную смесь по кратчайшим расстояниям, с наименьшим числом перегрузок и ограничивать длительность перевозки (до 1 ч.).

Укладка бетонной смеси. Качество бетонных и железобетонных конструкций в значительной мере зависит от способа укладки и уплотнения бетонных смесей. В заранее подготовленную опалубку (форму) с установленной в ней арматурой бетонную смесь обычно укладывают горизонтальными слоями. При этом смесь должна плотно заполнять весь объем опалубки или формы, включая углы и суженные места. Для механизации этой довольно трудоемкой операции используют специальные механизмы: бетонораздатчики и бетоноукладчики.

Бетонную смесь, как  правило, уплотняют вибрированием, после чего зерна крупного заполнителя  укладываются компактно, промежутки между  ними заполняются цементным раствором, а пузырьки воздуха вытесняются  наружу. При прекращении вибрирования уложенная в опалубку или форму бетонная смесь мгновенно загустевает.

 

3.Сплавы меди. Латуни и бронзы, их состав, структура, 3.    3. Сплавы меди. Латуни и бронзы, их состав, структура, 3. 3.Сплавы меди.  Латуни и бронзы, их состав, структура, свойства, применение.

Медь особенно важна для электротехники. По электропроводности медь занимает

3.Сплавы меди.  Латуни и бронзы, их состав, структура, свойства, применение.

Медь особенно важна  для электротехники. По электропроводности медь занимает второе место среди всех металлов, после серебра. Однако в наши дни во всем мире электрические провода, на которые раньше уходила почти половина выплавляемой меди, все чаще делают из алюминия. Он хуже проводит ток, но легче и доступнее. Медь же, как и многие другие цветные металлы, становится все дефицитнее. Если в XIX в. медь добывалась из руд, где содержалось 6-9% этого элемента, то сейчас 5%-ные медные руды считаются очень богатыми, а промышленность многих стран перерабатывает руды, в которых всего 0,5% меди.

Медь входит в число  жизненно важных микроэлементов. Она  участвует в процессе фотосинтеза  и усвоении растениями азота, способствует синтезу сахара, белков, крахмала, витаминов. Чаще всего медь вносят в почву  в виде пятиводного сульфата медного купороса. В значительных количествах он ядовит, как и многие другие соединения меди, особенно для низших организмов. В малых же дозах медь совершенно необходима всему живому.

     Медь и ее сплавы.

Медь – металл характерного красного цвета, который обладает след. св-ми:

·   Плотность 8940 кг/м3

·   Температура  плавления 1083 ◦С

·   Температура  кипения 2595 ◦С

Медь - химический элемент I группы периодической системы Менделеева;

·   атомный номер 29

·   атомная масса 63,546

Кристаллическая решетка  меди – гранецентрированный куб с параметром a=3,61 Å. Механические свойства чистой меди в в отожженом состоянии после деформации σв=220-240 Мпа, δ=50%, ψ=75%, KCU=1,6-1,8 МДж/м2 и твердость HB=45. Медь обладает высокой электро- и теплопроводностью, устойчива против атмосферной коррозии и коррозии в пресной и морской воде благодаря образованию на ее поверхности тонкой защитной пленки, состоящей из CuSO4 * 3Cu(OH)2. Медь хорошо обрабатывается в холодном и горячем состояниях.

Примеси меди Bi, Pb, H2, Sb затрудняют обработку давлением в горячем состоянии, а O2 и S придают ей хладноломкость. Все примеси, особенно P, As, Sb снижают электропроводность.

Технически чистую медь широко применяют в электротехничекой  промышленности для проводов кабелей, шин, других токопроводящих частей, в машиностроении, судостроении, котлостроении для теплообменников. В большом колличестве медь используют для изготовления важнейших конструкционных сплавов – латуней и бронз.

В материаловедении было установлено, что многие сплавы на основе меди, серебра, и золота, легированные цинком, оловом и т.д. образуют похожие фазы с похожими свойствами. При этом тип образующейся фазы и соответственно свойства определяются электронной концентрацией сплавов e/n.

e – среднее число  электронов на элементарную ячейку

n – число атомов  в элементарной ячейке

Следовательно, e/n – это  средняя электронная концентрация на атом сплава

Такие фазы называют электронными соединениями или фазами Юм-Розери.

     Сплавы латуней.

Латунями называют сплавы меди с цинком. Кроме двухкомпонентных (простых) латуней, имеются многокомпонентные, которые содержат один или несколько лигирующих компонентов (Al, Ni, Fe, Mn и т.д.). практическое значение имеют медно-цинковые сплавы, с содержанием цинка до 45%, левая часть диаграммы которых представлена на рис. 1 а)

 

Рис 1. Диаграмма состояния  системы медь – цинк (а) и механические свойства литой латуни в зависимости  от содержания цинка (б)

 

В твердом состоянии  медноцинковые сплавы образуют:

1)    твердый α-раствор  цинка меди (типовой твердый раствор замещения) при содержании до 39% Zn. Такой сплав обладает высокой пластичностью и достаточно высокой прочностью;

2)    твердый β-раствор  на базе соединения электронного  типа CuZn при содержании 45-49% Zn;

3)    смесь α+β  твердых растворов.

Латуни, имеющие в структуре однофазный твердый α-раствор, хорошо поддаются обработке давлением в горячем и холодном состоянии, сварке, пайке и лужению.

Однофазный β-раствор при температуре примерно 453^◦С имеет упорядоченное расположение атомов меди и цинка и обозначается β'. Эта фаза, в отличие от β-фазы, является твердой и хрупкой. Обработке давлением она подвергается только в горячем состоянии.

Латуни, имеющие двухфазную структуру α+β также обладают низкой пластичностью и обрабатываются давлением только в горячем состоянии.

Все латуни имеют хорошие  антикоррозийные свойства; в атмосферных  условиях скорость коррозии составляет 0,0001-0,00075 мм/год.

Механические свойства латуней в зависимости от содержания цинка. Увеличение содержания цинка до 39% приводит к образованию при комнатной температуре α-фазы и сопровождается повышением прочности и пластичности. При дальнейшем увеличении содержания цинка образуются две фазы α+β', что приводит к интенсивному уменьшению пластичности с одновременным увеличением прочности. При переходе в однофазную область β' латунь становится весьма хрупкой, вследствие чего резко снижаются прочность и пластичность. Поэтому на практике используют латуни, содержащие не более 42% Zn, т.е. одно- и двухфазные латуни.

Марку латуни обозначают буквой «Л», за которой следует цифра, указывающая среднее содержание (в процентах) меди в сплаве, например Л62, Л68, Л70 и т.д. Для улучшения механических и технологических свойств латуней в них вводят легирующие элементы. Для обозначения легированных или специальных латуней после буквы «Л» ставят начальную букву легирующего элемента, его процентное содержание указывают цифрой, например, ЛС59-1 (1% Pb), ЛАН59-3-2 (3% Al и 2% Ni), ЛМцОС58-2-2-2 (Mn, Sn, Pb, по 2%) и т.д. Обозначение легирующих элементов следующее:

·   А – алюминий;

·   Ж – железо;

·   Мц – марганец;

·   Н – никель;

·   О – олово;

·   К – кремний;

·   С – свинец.

По технологическому признаку латуни разделяют на деформируемые  и линейные.

    Деформируемые латуни.

К этим латуням относят  медноцинковые сплавы с содержанием 4-10% Zn (томпаки марок Л96 и Л90); 15-20% Zn (полутомпаки марок Л85 и Л80); 30-50% Zn (латуни марок Л70, Л68, Л63 и Л60), а так же специальные илимногокомпонентные латуни, легированные алюминием, кремнием, оловом, никелем, свинцом и т.д. (с содержанием легирующих элементов примерно 2%), например, алюминиевая латунь ЛА77-2, алюминийжелезистая латунь ЛАЖ60-1-1 и др.

Деформируемые латуни обрабатывают прессованием, прокаткой, волочением и  штамповкой. Применяют латуни для  изготовления труб, листов, лент, полос, прутков и поковок для деталей машин, приборов и агрегатов.

    Литейные латуни.

К ним относят медноцинковые  сплавы с содержанием 14-38% Zn, легированные алюминием, марганцем, кремнием, железом  и свинцом (с содержанием легирующих элементов более 3%) К литейным латуням относят ЛА67-2,5; ЛКС80-3-3; ЛАЖМц66-6-3-2; ЛМцС58-2-2; ЛМцЖ55-3-1 и др.

Литейные латуни используют для изготовления фасонных отливок  в виде подшипников, втулок и других антифрикционных деталей для  арматуры и деталей морского судостроения и т.д.