Гидравлически вяжущие вещества. Понятие об активных минеральных добавках амд, их классификации и применение.

Свойства вяжущих в тесте.

1.вода-потребность или НГТВ- нормальная густота вяжущего теста. Количество воды- необходимая в % для получения пластичного вещества теста нормальной, стандартной консистенции. Вода-потребность влияет на пористость материала НГТВ определяется с помощью вискозиметра Суттарда.

2.определение сроков схватывания- время в течении которого можно перемешивать и укладывать смеси.

Свойства вяжущих в камне.

1. прочность характеристика по которым определяют марку вяжущего или его сорт.

2. равномерность изменения объема камня в процессе твердения.

3. тепловыделение- в массивных конструкциях могут появляться

ВВ вещества (гипс):

- низко- обжиговые: 1. ангидрид- обжиг проводят в шахтных, каменных и вращающихся печах с последующим измельчением продуктов обжига. Можно проводить в специальных сварочных котлах. Строительный гипс В- модификации. Возможно одновременный обжиг и помол в специальных агрегатах. Гипс- быстро схватывается и быстро твердеющий материал. Гипс- это единственный материал, который при твердении увеличивается на 1 % при выполнении ремонтных работ и при отливки декоративно художественных элементов и скульптур. Гипс имеет высокую вода-потребность 40-70% для химической реакции необходимо всего 19%. Строительный гипс используется для ремонтных отделочных работ, современный способ отделки помещений колоидации. Для ускорения схватывания соли, природный гипс. Замедлители схватывания известковое тесто, клей казеин и пластификаторы. ССБ- сульфида спиртовая барда. СДБ- сульфида дрожжевая брашка

- высоко- обжиговые. Ангидрид (безвредный гипс). Помол проводится: продукты обжига перемешиваются с добавками катализатора- воздушная известь (1-5%), обожженный даломит 3-8%, гранулированный доменный шлак 10-15%. Материал имеет меньшую пористость и водостойкость, чем строительный гипс.

Известь воздушная – является продуктом умеренного обжига СаСО горных пород содержащие не больше 6% глины.

Строительные виды воздушной извести:

1.известковое тесто- пластичная консистенция полученная при гашении извести с большим количеством воды..

2.известь молотая негашеная – похоже на гипсовое тесто, но схватывается через 10-40 минут, измельчают в шаровых и трубных

3.мельницах гашение происходит в процессе приготовления раствора, полученные растворы имеют большую плотность и прочность. Недостатки: при помоле образуется мелкая сухая пыль. Такая известь быстро теряет вяжущие свойства за счет гидратации воды и воздуха.

Твердение извести: высыхание- в известковом тесте появляются кристаллы Са(ОН) , они разделены водными пленками при их высыхании кристаллы сближаются и образуют кристаллический сросток.

Виды и свойства воздушной извести:

По содержанию окиси магния воздушная известь подразделяется:

кольцевая Mg<5%, >5% магнезиальная Mg от 0 до 20%, высоко магнезиальная от 20 до 40%

показателями качества в.и являются:

1. активность- % содержание активных окислов СаО, МgO, т.е способных к гашению.

2. время гашения < 8 минут быстро гасящая до 25 минут средне гасящие, больше 25 минут- медленно гасящие.

Применение: 1. при изготовлении строительных растворов, складчатых и штукатурных.

2.производство смешенных известкового цементного раствора.

3. при изучении силикатного кирпича.

4. для побелочных составов и известковых красок

5. бетонов низких марок работающих в сухих условиях.

Жидкое стекло- это растворимые в воде соли кремниевой кислоты. (натриевое Na2O* n SiO , калиевые- варят в стекловаренных печах при температуре 1300-1400

Сырье: -натриевое жидкое стекло. N- силикатный модуль стекла от 2 до 3,5. чем меньше n тем стекло легче растворяется. В строительстве главным образом используется емкость натрия, как наиболее дешевый. Применение: жидкое стекло применяется для получения силикатных огнезащитных красок, для получения кислотоупорного цемента, для уплотнения силикатных грунтов.

Кислотоупорный цемент: получают совместным помолом кварцевого песка, кремнефтористого натрия затворяют водным раствором жидкого стекла, начало схватывания через 20-6- минут твердение при температуре больше 10 градусов. Прочность при сжатии до 60МПа. Применяется для изготовления кислотостойких растворов и бетонов, футеровки химических аппаратов.

 

 

Водоцементное отношение.

Прочность бетона зависит от В/Ц. С уменьшением В/Ц она повышается, с увеличением — уменьшается. Это определяется физической сущностью формирования структуры бетона. При твердении бетона с цементом взаимодействует 15-25% воды. Для получения же удобоукладываемой бетонной смеси вводится обычно 40-70% воды (В/Ц = - 0,4...0,7). Избыточная вода образует поры в бетоне, которые снижают его прочность.

)При проектировании бетонных и железобетонных конструкций в зависимости от условий их работы назначаются требуемые характеристики бетона, называемые проектными марками.

Проектные марки назначаются по следующим свойствам:

а) по прочности при осевом сжатии (кубиковая прочность);

б) по прочности при осевом растяжении;

в) по морозостойкости;

г) по водонепроницаемости.

Проектная марка по прочности при сжатии (сокращенно «проектная марка»)-основная характеристика бетона и указывается в проекте во всех случаях. Марка бетона определяется как среднее арифметическое прочность кг/см2. После испытания эталонных образцов кубиков (с ребром 15 см), изготовленных из рабочей бетонной смеси и испытанных в возрасте 28 суток, твердевших в нормальных условиях (Т=20±2°С). Если размер кубов иной, то вводится переводных коэффициент: при ребре 10 см k=0,95, при ребре 20 см k=1,05, при ребре 30 см k=1,1

Rсж=Rиз*m1*m2

СниП 11-21-75 «Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования» устанавливает для тяжелых бетонов следующие марки по прочности при сжатии: М50, М75, М100, М150, М200, М250, М300, М350, М400, М450, М500, М600, М700, М800.

Марки бетона выбирают в зависимости от действующих нагрузок и класса сооружения с учетом условий изготовления конструкций и их эксплуатации. Бетон марок М50, М75, М100применяют для конструкций и сооружений с невысокими расчетными напряжениями, например для фундаментов, внутренних частей массивов и т.д. для обычных железобетонных конструкций в гражданском и промышленном строительстве широко используют бетоны марок М200, М250, М300. В транспортном строительстве в зависимости от вида конструкций и действующих на них нагрузок применяют бетоны самых различных марок, в мостостроении для опор мостов-бетоны марок М200 и М300, для проектных строений-бетоны марок от М300 до М600. Для железобетонных шпал служит бетон марки М500, для железобетонных тюбингов-марки М600.

Rб=Rц/ (Aзаполнителя*(Ц/В)ⁿ)

19. удобоукладываемость

Сущность проектирования состава бетона заключается в выборе исходных материалов, установления рационального соотношения между ними, определении водоцементного отношения, обеспечивающего при минимальном расходе цемента необходимую удобоукладываемость смеси и заданную прочность (марку) бетона. Кроме того, полученный состав должен обеспечить возможность получения бетона высокой плотности, а иногда придания бетону необходимой морозостойкости, стойкости к агрессивным средам и некоторых других специальных свойств. Состав бетона выражается обычно в отношениях цемента, песка и щебня или гравия по массе с указанием водоцементного отношения В/Ц. Принимая массу цемента за единицу, состав бетонной смеси в общем виде выражается 1: X: У при B/Ц = Z. Например, состав бетона может быть 1:2, 5:4,4 при В/Ц=0,45 или расход материалов на 1 м3 бетона может быть: цемента — 300 кг, песка — 750 кг, щебня — 1320 кг и воды 135 л.

Проектирование состава. Существующие многочисленные методы проектирования состава бетона являются расчетно-экспериментальными. Какой бы метод подбора ни был принят, вначале вычисляют расходы материалов для пробных замесов, а затем состав бетона уточняют по результатам испытаний контрольных образцов.

Проектирование состава бетона производят в такой последовательности: вычисляют водоцементное отношение, обеспечивающее получение бетона заданной марки; определяют расход воды в л на 1 м3 бетона; вычисляют расход цемента, а затем расход песка и щебня или гравия в кг на 1 м3 бетона; путем пробных замесов проверяют подвижность бетонной смеси и в случае отклонения от заданной производят корректирование состава до получения требуемой подвижности; изготовляют пробные, контрольные образцы и испытывают на прочность.

Проверку подвижности бетонной смеси производят на пробных замесах, приготовленных в соответствии с предварительным расчетом состава бетона. Если подвижность бетонной смеси окажется меньше заданной, то постепенно увеличивают содержание в бетонной смеси воды и цемента, сохраняя постоянным водоцементное отношение. Если подвижность будет больше требуемой, то в бетонную смесь добавляют песок и крупный заполнитель, сохраняя их отношение по массе. Таким образом, добавляя в случае надобности цемент и воду или песок и крупный заполнитель, подбирают заданную подвижность бетонной смеси, на пробных замесах определяют и объемную массу бетонной смеси.

Из бетонной смеси пробного замеса с требуемой подвижностью изготавливают контрольные образцы и после 28-дневного нормального хранения их испытывают на прочность для определения фактической марки запроектированного состава бетона. Если она ниже проектной более чем на 15%, то подбирают новый состав бетона.

Бетонная смесь должна обладать хорошей удобоукладываемостью (способ заполнять заданную форму и уплотняться, кроме того бетонная смесь должна обладать связностью и не рассыпаться – при транспортировке, выгрузке, укладке в форму). Количественно удобоукладываемость оценивается по 2 показателям: 1) по подвижности бетон смеси; 2) по жесткости бетон смеси. 1) подвижность – способность деформироваться(растекаться) под воздействием собственной тяжести, которая определяется с помощью конуса.(осадка конуса в см и обозначает подвижность) 2) Жесткость бетонной смеси - способность ее растекаться и заполнять форму под действием вибрации. Показатель жесткости определяют на приборе, который представляет собой металлический цилиндр диаметром 240 мм и высотой 200 мм. Цилиндр устанавливают на стандартную лабораторную виброплощадку. Затем в цилиндр вставляют стандартный конус и заполняют его бетонной смесью так же, как и при определении подвижности. После этого конус снимают и на бетонную смесь опускают стальной диск. Включив виброплощадку, вибрируют смесь до тех пор, пока цементное тесто не начнет выделяться из двух отверстий диска. В этот момент вибратор выключают. Время, необходимое для уплотнения смеси в приборе, называют показателем жесткости бетонной смеси (Ж) и выражают в секундах. Для жесткой бетонной смеси нет нужды устанавливать выдержку между уплотнением и съемом опалубки, сразу после уплотнения опалубка снимается, а изделие сохраняет свою форму и может транспортироваться (с соблюдением некоторых мер предосторожности). Необходимая удобоукладываемость бетонной смеси достигается соответствующим назначением номинального состава, и в первую очередь — содержанием воды в смеси. Удобоукладываемость бетонных смесей зависит от их состава, свойств применяемых заполнителей и цемента и всегда повышается с увеличением в них содержания воды. Однако увеличивать количество воды можно только до определенного предела во избежание расслоения смеси. Количество воды, взятое для приготовления 1 м3 бетонной смеси, называется ее водосодержанием. Водосодержание, обеспечивающее определенную удобоукладываемость смеси, называется водопотребностыо. Увеличение содержания цемента в пределах наиболее широко применяемых количеств — от 200 до 400 кг/м3 — почти не изменяет удобоукладываемость бетонной смеси. Это свойство, установленное В. И. Сорокером, получило в технологии бетона название «правило постоянства водосодержан ия» и имеет большое практическое значение для расчетов удобоукладываемости бетонных смесей

 

20) Заполнители бетона – природные или искусственные сыпучие каменные материалы. Занимая в бетоне 80-85% его объема, заполнители образуют жесткий скелет бетона, уменьшая усадку и предотвращая образование усадочных трещин.

В качестве заполнителей применяют естественные или искусственные каменные материалы. Их классифицируют по определенным признакам: по размерам зерен заполнители делятся на мелкие(песок) от 0,14 до 5 мм, крупные (щебень, гравий) от 5 до 70 мм, бывают заполнители с диаметром до 120 мм; по исходному материалу – на природные и искусственные; по объемной насыпной массе в сухом состоянии – на тяжелые и пористые.

Контроль качества. На предприятии-изготовителе заполнителей и заводах сборного железобетона ежедневно определяют зерновой состав, содержание пылевидных, илистых и глинистых частиц отмучиванием, содержание глины в комках и игловатых зерен, зерен слабых пород и в щебне из гравия содержание дробленых зерен. Кроме того, на заводе-изготовителе сборных железобетонных конструкций дополнительно периодически определяют дробимость щебня (гравия) при сжатии (раздавливании) в цилиндре, морозостойкость щебня (гравия) замораживанием и ускоренным методом в растворе сернокислого натрия, плотность и среднюю плотность исходной горной породы и зерен, водопоглощение исходной горной породы. Регулярно (несколько раз в смену – в зависимости от погоды и условий хранения заполнителей) проверяют влажность щебня (гравия) и песка путем высушивания пробы при температуре 105-110 градусов.

21. Бетон – капилярно-пористый материал, поры в котором являются неотъемлемой составляющей его структуры, и наличие их обусловлено тем, что часть воды затворения вступает в химическое взаимодействие с цементом. Свободная вода образует в бетоне в начальный период формирования его структуры систему взаимосвязанных капилляров, которые на более поздней стадии твердения бетона разобщаются продуктами гидратации цемента.Дополнительная пористость в бетоне образуется вследствие воздухововлечения, а также деструкции при формировании начальной структуры, обуславливающей нарушение сплошности, чаще всего по границе раздела «цементный камень – зерна заполнителей». Физико-механические свойства бетона существенно зависят от его общей По, Интегральной Пи, и дифференциальной пористости. По классификации Н. А. Мощанского, в зависимости от происхождения поры и другие неплотности в цементном камне и бетоне можно разделить на следующие виды: поры геля; размер их колеблется в пределах от 25 до 1000 А (0,0025-0,1мк); поры эти в основном замкнутые; капиллярные поры, образующиеся в результате испарения и миграции влаги. Размер их колеблется в довольно широких пределах – от 0,1 мк и менее (микрокапилляры) до 10-50 мк (макрокапилляры); эти поры в основном открытые и сообщающиеся между собой; открытые трещины и микротрещины температурно-усадочного происхождения. Толщина их может достигать нескольких мм; воздушные поры, образовавшиеся в результате преднамеренного вовлечения воздуха в бетонную смесь при приготовлении ячеистых бетонов, применения воздухововлекающих добавок при приготовлении и укладке бетонной смеси. Эти поры могут иметь разный размер – от 5-25 мк (воздух вовлечен с добавками) до 0,1 – 5 мм (в пенобетоне), воздушные поры в большинстве случаев замкнутые; пустоты и полости, образующиеся под стержнями арматуры, зернами крупного заполнителя и т. П. в результате внутреннего расслаивания и седиментации (осаждения) излишне подвижных и малопластичных бетонных смесей; раковины и каверны как результат плохой укладки.Открытые поры нарушают структуру бетона и уменьшают его водонепроницаемость, увеличивают водопоглащение, снижают морозостойкость и стойкость против действия химически агрессивных жидкостей. Закрытые поры, наоборот, улучшают эксплуатационные свойства бетона, повышая его долговечность, в частности морозостойкость.Уменьшить открытую пористость можно путем снижения величины водоцементного отношения и количества воды затворения. Однако приходится считаться с тем, что вода в бетоне является не только химическим реагентом, но и гидросмазкой, обеспечивающей бетонной смеси требуемую подвижность или техническую вязкость.Избежать некоторого избыточного содержания воды в бетоне против необходимого для полноты реакции цемента с водой невозможно. Следовательно, нельзя полностью освободиться и от капилляров пор в затвердевшем бетоне. Вместе с тем имеется много средств и приемов для изменения структуры бетона и создания материала, в зависимости от его назначения, с заранее заданными свойствами. На свойства бетона влияют технологические факторы, принятые способы приготовления и формирования бетонной смеси, режим твердения бетона. Изменяя исходные материалы, состав, технологические режимы, можно регулировать структуру бетона в нужном направлении.

 

22.Сущность проектирования состава бетона заключается в выборе исходных материалов, установления рационального соотношения между ними, определении водоцементного отношения, обеспечивающего при минимальном расходе цемента необходимую удобоукладываемость смеси и заданную прочность (марку) БЕТОНА. Кроме того, полученный состав должен обеспечить возможность получения бетона высокой плотности, а иногда придания бетону необходимой морозостойкости, стойкости к агрессивным средам и некоторых других специальных свойств. Состав бетона выражается, обычно, в отношении цемента, песка и щебня или гравия по массе с указанием водоцементного отношения В/Ц. Принимая массу цемента за единицу, состав бетонной смеси в общем виде выражается 1:Х:У при В/Ц=Z. Например состав бетона может быть 1:2, 5:4,4 при В/Ц=0,45 или расход материалов на 1 м3бетона может быть: цемента – 300кг, песка – 750 кг, щебня – 1320 кг и воды 135 л.Проектирование состава. Существующие многочисленные методы проектирования состава бетона являются расчетно-эксперементальными. Какой бы метод подбора не был принят, вначале вычисляют расходы материалов для пробных замесов, а затем состав бетона уточняют по результатам испытаний контрольных образцов. Проектирование состава бетона производят в такой последовательности: вычисляют водоцементное отношение, обеспечивающее получение бетона заданной марки; определяют расход воды в л на 1 м3бетона; вычисляют расход цемента, а затем расход песка и щебня или гравия в кг на 1 м3бетона; путем пробных замесовпроверяют подвижность бетонной смеси и в случае отклонения от заданной производят корректирование состава до получения требуемой подвижности; изготавливают пробные, контрольные образцы и испытывают на прочность. Проверку подвижности бетонной смеси произвлдят на пробных замесах, приготовленных в соответствии с предварительным расчетом состава бетона. Если подвижность бетонной смеси окажется меньше заданной, то постепенно увеличивают содержание в бетонной смеси воды и цемента, сохраняя постоянным водоцементное отношение. Если подвижность будет больше требуемой, то в бетонную смесь добавляют песок и крупный заполнитель, сохраняя их отношение по массе. Таким образом, добавляя в случае надобности цемент и воду или песок и крупный заполнитель, подбирают заданную подвижность бетонной смеси, на пробных замесах определяют и объемную массу бетонной смеси. Из бетонной смеси пробного замеса с требуемой подвижностью изготавливают контрольные образцы и после 28-дневного нормального хранения их испытывают на прочность для определения фактической марки запроектированного состава бетона. Если она ниже проектной более чем на 15%, то подбирают новый состав бетона.

23) Предел прочности бетона при растяжении, как отмечалось, примерно в 8-20 раз ниже предела прочности при сжатии, поэтому в бетон вводят стальную арматуру для восприятия растягивающих усилии. Сочетание бетона со стальной арматурой позволило получить качественно новый строительный материал-железобетон, в котором сжимающие усилия воспринимаются бетоном, а растягивающие- арматурой. Возможность сочетания бетона со стальной арматурой и совместная их работа в конструкции обуславливается следующим:

1)Сталь и бетон при изменении температуры в интервале от 0 до +80 С имеет практически одинаковые коэффициенты температурного расширения.

2)Между бетоном и арматурой возникает значительные силы сцепления, препятствующие скольжению арматуры в бетоне, при этом стальная арматура надежно защищается бетоном от коррозии.

В настоящие время сборные железобетонные изделия широко применяют при монтаже типовых промышленных и гражданских зданий, для строительства крупных сооружений. Так, например, уникальный двухъярусный мост для движения городского транспорта через Москву-реку построен из сборных железобетонных элементов. Широкое применение сборного железобетона в строительстве дает экономию металла и леса, обеспечивает повышение производительности труда и темпов индустриализации строительства, снижает трудовые затраты и стоимость строительных работ, значительно упрощает строительные работы в зимние время и позволяет повысить качество строительства. К числу недостатков сборного железобетона следует отнести высокую объемную массу элементов, что сказывается на увеличении транспортных расходов, сложность заделки стыков и швов м/у отдельными элементами.

В обычно армированном железобетоне под действием внешних нагрузок в растянутой зоне возможно образование микротрещин вследствие малой предельной растяжимости бетона. Так, например, если бетон при предельной нагрузке растягивается на 1-2 мм. на 1 м., то сталь растягивается в 5-6 раз больше. При этом в железобетоне микротрещины появляются задолго до разрушения конструкции, что дает нецелесообразным применение высокопрочной арматуры. Этот недостаток железобетона ограничивает его применение в ряде конструкций, где совершенно недопустимо появление трещин вследствие проникания в бетон агрессивной среды (трубы, резервуары конструкций, работающих в агрессивных средах, и т.п.). Однако избежать появления микротрещин при эксплуатационных нагрузках можно путем предварительного обжатия бетона в зоне, подверженной растяжению. Такой обжатие бетона, достигаемое предварительным натжением арматуры, способствовало появлению и развитию более совершенного материала- предварительно напряженно- армированного железобетона. Предварительное напряжение бетона не только ликвидирует опасность образования и раскрытия микротрещин, но и позволяет значительно экономить металл, составляющие материалы, снизить массу конструкций и стоимость строительства.

Сущность предварительного напряжения бетона состоит в том, что, используя силы упругого последствия натянутой арматуры (при условии её прочного закрепления бетоне), достигают обжатия бетона в той зоне, где эксплуатационная нагрузка может вызвать растягивающие усилия. Благодаря этому в растянутой зоне изделия вначале должны быть преодолены предварительно созданные сжимающие усилия, прежде чем бетон начнет работать на растяжения. Т.о., в предварительно напряженном бетоне или совсем не возникает растягивающие усилия, или они настолько малы, что не превышают прочности бетона при растяжении. Различают в основном два вида натяжения арматуры: до бетонирования и после бетонирования конструкции. в первом случае арматура предварительно натягивается и концы ее прочно закрепляются в бортах формы изделия. После укладки бетонной смеси и достижения бетоном определенной прочности концы арматуры освобождаются. Арматура вследствие упругости, стремясь вернуться в прежнее ненапряженное состояние и имея прочное сцепление с бетоном, обжимает его. При натяжении после бетонирования конструкции арматура располагается в каналах, специально оставленных в бетоне с помощью пустотообразователей, и после достижения бетоном необходимой прочности она натягивается; концы ее заанкериваются (закрепляются), а каналы замоноличиваются цементным раствором. В данном случае усилия натяжения арматуры передаются на бетон через анкерные устройства на концах конструкции; т.о., одновременно с натяжением арматуры обжимается бетон. В настоящее время применяют главным образом натяжения арматуры до бетонирования.

24) Чаще всего предварительно напряженный железобетон применяется при строительстве мостов с большими пролетами, где один пролет изготавливается в несколько этапов (захваток). Материал из стали (трос или арматура) укладывается в форму для бетонирования в чехле (гофрированная тонкостенная металлическая или пластиковая труба). После изготовления монолитной конструкции трос (арматуру) специальными механизмами (домкратами) натягивают до определенной степени. После чего в чехол с тросом (арматурой) закачивается жидкий цементный (бетонный) раствор. Т.о. обеспечивается прочное соединение сегментов пролета моста.

25)Гидротехнический бетон предназначен для гидротехнических сооружений, где особое значение имеют его плотность, водостойкость, водонепроницаемость и морозостойкость. Отсюда повышенные требования к заполнителям и стремление к максимально возможному насыщению ими объема бетона. При этом преследуется цель не только экономии цемента, но главным образом улучшения свойств бетона при меньшем содержании цементного теста (уменьшаются тепловыделения, повышается плотность и стойкость бетона). В задачу проектирования состава гидротехнического бетона входит выбор цементов, заполнителей воды и добавок; установление их оптимальных соотношений при минимальном расходе цемента; обеспечение необходимых технологических свойств бетонной смеси; получение бетона с заданными проектными физико-механическими свойствами по прочностным показателям, водонепроницаемости, коэффициенту фильтрации, коррозийной стойкости, морозостойкости, трещиностойкости и т. д.

При проектировании состава бетонной смеси должны учитываться всевозможные

факторы, влияющие на конечное качество бетона с целью обеспечения

надёжности и долговечности бетонной или железобетонной конструкции. Долговечный высококачественный гидротехнический бетон может быть получен

при наилучшей структуре бетонной смеси, которая образуется только при

использовании доброкачественного цемента, минимального количества воды,

оптимального гранулометрического состава качественных заполнителей, ввода

пластифицирующих и воздухововлекающих (или комплексных) добавок. Следует применять крупный заполнитель максимальной крупности из условий обеспечивающих минимальный расход цемента. Однако нужно иметь ввиду, что слишком большое уменьшения количества цемента может вызвать расслоение бетонной смеси и снижение прочности, водонепроницаемости и морозостойкости бетона.

Самым существенным фактором, определяющим плотность, прочность, водонепроницаемость, морозостойкость и долговечность бетона является водонепроницаемое соотношения (В/Ц). Поэтому при проектировании состава бетона на определение этого параметра следует обратить особое внимание.

По микроструктуре.

Феррит - твердый раствор углерода в альфа-железе. Для

ферритной структурной составляющей характерны следующие

формы: зернистая, сетчатая и типа видманштеттового строения.

Цементит (карбид железа) - химическое соединение, от-

вечающее формуле Fe3C. Свободный цементит может присутствовать

в стали в виде зернышек, игл и сетки.

Перлит - эвтектоидная смесь феррита и цементита, обра-

зующаяся при 0,8 % С. Перлит в зависимости от формы частичек це-

ментита бывает пластинчатый и зернистый.

Микроструктура углеродистой стали выявляется на шлифах

после травления 3...4 % раствором азотной кислоты в спирте. При

этом феррит и цементит имеют белый цвет, а перлит -перламутровый.

Обычно избыточный феррит занимает большие участки и легко

отличается от цементита, который в стали бывает в небольших

количествах. Если сталь характеризуется повышенным содержанием

углерода, близким к 0,8%, то феррит располагается в виде белой

тонкой сетки, похожей на сетку цементита. В этом случае отличить

цементит от феррита можно путем травления шлифа пикратом

натрия, который окрашивает цементит в темно-коричневый цвет, ос-

тавляя феррит белым.

В зависимости от сочетания микроструктурных составляющих

(в соответствии с диаграммой состояния "железо-цементит") углеро-

дистые стали делятся на доэвтектоидные, эвтектоидные и

заэвтектоидные.

Микроструктура доэвтектоидной стали состоит из перлита и

избыточного феррита. При этом по мере увеличения

содержания углерода количество перлита возрастает, а феррита -

убывает.Эвтектоидные стали имеют микроструктуру,

состоящую только из перлита.Микроструктура заэвтектоидных

сталей состоит из перлита и избыточного (вторичного) цементита.

 

Чугунами называются сплавы железа с углеродом и другими элементами при содержании углерода (2,4% «С»6,67%). Mn-до 1,5%,Si-до 45%.Углерод в чугу-нах может находиться в связанном состоянии (в виде цементита) и в

свободном состоянии (в виде графита). Состояние углерода в чугуне и форма графитных включений играют решающую роль в дости-жении наиболее высоких показателей механических свойств. Поэто-му главными классификационными признаками чугунов являются со-стояние углерода (связаннее или свободное) и форма графитных включений (пластинчатая или округлая). Всоответствии с этим раз-личают:4вида.

− белый чугун - весь углерод в белом чугуне находится в связан-

ном состоянии в виде карбида железа - цементита;

− серый чугун - углерод в основном находится в свободном со-

стоянии в виде графита пластинчатой формы и частично может

находиться в перлитной составляющей металлической основы в

виде цементита (до 0,8);

− высокопрочный чугун содержит до 0,8% С в металлической ос-

нове в связанном состоянии, а остальной углерод находится в

свободном состоянии в виде шаровидного графита;

− ковкий чугун получается путем отжига (графитизирующий от-

жиг или томление) отливок белого чугуна, в результате чего це-

ментит распадается с образованием своеобразных по форме

хлопьевидных графитных включений, при этом связанный угле-

род присутствует только в перлите металлической основы.

58. Механические свойства мягких сталей и их связь с содержанием углерода. Наклеп и старение в мягких сталях.

Мягкая сталь. Материал легкодоступный и достаточно легко поддающийся различным видам механической обработки. Высокие прочностные характеристики металла позволяют использовать его даже для изготовления самых ответственных деталей огнестрельного оружия, рассчитанных на работу при повышенных давлениях. Недостаток мягкой стали - она сильно подвержена коррозии. Качественными углеродистыми сталями являются стали марок: Сталь08; Сталь10; Сталь15 …; Сталь78; Сталь80; Сталь85. Также к этому классу относятся с повышенным содержанием марганца (Mn — 0.7-1.0 %): Сталь 15Г; 20Г … 65Г, имеющие повышенннную прокаливаемость.

Маркировка

Сталь — слово «Сталь» указывает, что данная углеродистая сталь качественная.

Цифра — указывает на содержание в стали углерода (С) в сотых долях процента.

Применение

Низкоуглеродистые стали марок Сталь08, Сталь08КП, Сталь08ПС относятся к мягким сталям, применяемым чаще всего в отожжённом состоянии для изготовления деталей методом холодной штамповки - глубокой вытяжки. стали марок Сталь10, Сталь15, Сталь20, Сталь25 обычно используют как цементируемые, а высокоуглеродистые Сталь60 … Сталь85 — для изготовления пружин, рессор, высокопрочной проволоки и других изделий с высокой упругостью и износостойкостью.

Сталь30 … Сталь50 и аналогичные стали с повышенным содержанием марганца Сталь30Г, Сталь40Г, Сталь50Г применяют для изготовления самых разноообразных деталей машин.

Наклепом называют состояние металла, получившего пластическую деформацию. В результате наклепа прочность и твердость металла повышаются, но снижаются относительное удлинение и ударная вязкость. Упрочнение мягкой стали при наклепе вызывается также выделением из феррита по плоскостям скольжения высокодисперсных частиц, окислов, нитридов и карбидов, препятствующих дальнейшим сдвигам и тем повышающих сопротивление

пластической деформации. При пластическом деформировании мягкой стали выделению новых фаз предшествует местная концентрация атомов компонентов, растворенных в феррите, что приводит к искажению кристаллической решетки феррита и повышению его прочности, твердости и хрупкости. ри обычных температурах сталь сохраняет структурно неустойчивое состояние (состояние наклепа). При нагреве до высоких температур сталь переходит в более устойчивое состояние, так как искаженная деформацией решетка вследствие тепловых колебаний атомов приобретает свою нормальную форму. Нагрев для снятия наклепа является одним из видов отжига и называется отжигом для снятия наклепа, или рекристаллизацией стали. После отжига сталь приобретает механические свойства, соответствующие ее равновесному состоянию.

Повышение прочности и понижение пластичности металлических сплавов может продолжаться и после снятия нагрузки, вызвавшей пластическую деформацию; это явление называется механическим старением. При механическом старении мягких сталей особенно значительно понижаются пластичность и ударная вязкость. Такое изменение свойств стали вызывается местной концентрацией атомов растворенных в феррите элементов и выделением из твердого раствора новых фаз в высокодисперсном состоянии. Последнее обстоятельство объясняется тем, что вследствие пластической деформации, вызвавшей измельчение зерен и искажение пространственных решеток, уменьшается растворимость отдельных компонентов и твердый раствор становится неустойчивым.

Старение сталей при комнатной температуре носит название естественного старения. Процесс старения ускоряется с повышением температуры. Старение сталей в нагретом состоянии называется искусственным старением. При нагреве до температур 200—400° С наклепанная мягкая сталь утрачивает пластичность и делается хрупкой вследствие мгновенного протекания процесса старения. Это явление называется синеломкостью мягкой стали (при температурах около 300° С поверхность мяг-кой стали имеет синий цвет побежалости). Особенно сильно подвержены механическому старению кипящие стали. Конвертерные стали показывают большую склонность к старению, чем даже кипящая мартеновская сталь. Хорошо раскисленная мартеновская сталь практически не стареет.

Старение мягких сталей может вызываться не только наклепом, быстроохлажденные мягкие стали также подвержены старению.

Изменение механических свойств быстроохлажден-ных мягких сталей при естественном старении преимущественно вызывается перемещением атомов компонентов, растворенных в а-модификации железа, а при искусственном старении — выделением из феррита новых фаз (третичный цементит, нитриды и окислы) в высокодисперсном состоянии.

Особенно существенное влияние на упрочнение и понижение ударной вязкости и пластичности мягких сталей при старении оказывает азот вследствие большой разницы значений его растворимости в феррите при комнатной и высоких температурах (0,015% при 20°С и 0,42% при 591°С).