Эксплуатационно-технические свойства металлических материалов

Свойства

Эксплуатационно-технические свойства металлических материалов определяются их оригинальным строением.

Средняя плотность металлических материалов сравнительно высока (например, стальных около 7860 кг/м³).

Пористость,гигроскопичность, водопоглощение у металлических материалов отсутствуют.

Предел прочности стальных материалов при сжатии, изгибе и растяжении – 300 – 400 МПа, но может достигать 1000 МПа и более. Материалы их алюминиевых сплавов при меньшей средней плотности (около 2800 кг/м³) не уступают стальным по характерным прочностным показателям (предел прочности до 670 МПа).

Наряду с высокой прочностью, к положительным свойствам металлических материалов (кроме чугуна) относится пластичность – способность выдерживать большие остаточные деформации без разрушения и при сохранении прочности.

Основной недостаток широко применяемых стальных и других металлических материалов – способность к коррозии.

Для защиты материалов от коррозии применяют защитные покрытия, электрохимическую защиту и замедлители коррозии (ингибиторы), изменяющие состав коррозийной среды.

В строительной практике для защиты конструкций чаще используют лакокрасочные и др. покрытия поверхности.

Некоторые металлы, например алюминий, сами предохраняют себя от коррозии в некоторых средах в результате образовавшихся на их поверхности защитных плёнок при взаимодействии со средой.

Эстетические характеристики металлических материалов оригинальны и регулируются в широких пределах, причём в ряде случаев цветовая палитра обогащается в процессе эксплуатации. Так, медь и её сплавы окисляясь кислородом воздуха покрываются защитной плёнкой – патиной, которая с течении времени приобретает 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 (при температуре 200 – 300 ºС) обработки поверхности. На ней образуется оранжевая или синеватая плёнка, которая одновременно защищает металл от коррозии. Известны способы изготовления стали золотистого и розового цвета, электролитические процессы окрашивания нержавеющей стали в оранжевый, красный, голубой, синий, зелёный цвета.

Часто металлические материалы не нуждаются в отделке поверхности с эстетической точки зрения. Чёрный цвет чугуна, тёмно-серый стали, золотисты и зелёновато-коричневый у бронзы и меди, серебристо-белый у алюминия, как правило, отвечают эстетическим требованиям. Но лакокрасочные и металлические (анодирование – анодное оксидирование и др) покрытия не только меняют цвет лицевой поверхности, но и защищают металл от коррозии.

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

Взаимосвязь архитектуры и строительных материалов.

Области применения строительных материалов из дерева в современной архитектуре.

Деревянные материалы применяются в современной архитектуре как конструкционные, но чаще как конструкционно-отделочные и отделочные.

Пиломатериалы для производства сборных элементов малоэтажных зданий в больших объемах применяют в Финляндии, Швеции, Норвегии, США, Канаде, а также в странах с ограниченными запасами сырья – Германии, Англии, Франции и даже Японии. Известны примеры изготовления и применения сборных элементов жилых зданий из материалов на основе отходов деревообработки.

Существуют несущие клееные конструкции (балки, арки, рамы, фермы, пространственные оболочки, купола и т. п.), так же из древесины производят ограждающие конструкции (стеновые панели, покрытия).

Широкое распространение получили ДСП и ДВП. Из древесины изготавливается огромное количество напольных покрытий, декоративных деталей интерьера и т.д. Древесина так же используется при реставрациях и реконструкциях памятников архитектуры.

Эксплуатационно-технические свойства природных каменных материалов

Представления о свойствах природных каменных материалов связаны, как правило, с высокой прочностью и долговечностью. Однако природный камень – материал, весьма разнообразный по структуре, часто сложенный из различных минералов, нередко подвергающийся в процессе образования и последующего залегания в земной коре воздействию значительных напряжений.

- Эксплуатационно-технические свойства
Эксплуатационно-технические свойства природных каменных материалов определяются структурой горной породы. При её оценке учитывают непосредственную связь с составом и свойствами породообразующих минералов, отличающихся разнообразными характеристиками, такими как, плотность и твердость.

- Пористость.
Действие воды, замораживания – оттаивания, а также механических нагрузок на природные каменные материалы в большей мере зависят от их пористости, которые меняются в весьма широких пределах.

- Водопоглощение.
Водопоглощение природных камней средней твёрдости 0,1…40%, в том числе мрамора – 0,1…0,7%; известняка – 0,5…40%; песчаника – 0,2…2,5%.

- Морозостойкость.
У каменных материалов сравнительно высокая морозостойкость, например, гранит, диорит, сиенит, габбро выдерживают 300 и более циклов лабораторных испытаний.
- Предел прочности.
Такой показатель, как предел прочности при сжатии каменных материалов зависит от их твердости. Гранит относится к группе твердых (90 -250 МПа), мрамор – средней твёрдости (60-200 МПа).

- Истираемость.
Очень важный показатель, прежде всего для материалов, используемых для покрытий полов в различных общественных сооружениях. Весьма мала истираемость у твердых материалов (гранит) – не более 0,5 г/см2.

- Долговечность.
Долговечность, как правило, связана с их твёрдостью. К весьма долговечным природным камням относятся мелкозернистые граниты. Первые признаки их разрушения при наружной облицовке зданий в городах средней полосы России могут наблюдаться только через 500 лет. Долговечны крупнозернистый гранит, сиенит, габбро, лабрадорит. Первые признаки разрушения у этих природных камней нередко обнаруживаются лишь через 200 лет. Сравнительно недолговечны мрамор, пористый известняк, гипсовый камень – первый признаки их разрушения в упомянутых условиях эксплуатации нередко наблюдаются уже через 25 лет и менее.

Долговечность природных каменных материалов в условиях внутренней вертикальной облицовки практически неограниченна. Для сохранения их декоративно-художественных характеристик требуется лишь систематический уход.

Богатство расцветок природных камней исключительно велико. В большей мере это объясняется тем, что 85% минералов окрашены природой. Так, 40% минералов зелёные, 20% - желтые, 10% - красные и коричневые, 7% - черные, 5% - синие, 3% - фиолетовые и пурпурные.

По характеру обработки фактуры природного камня их делят на две основные группы: абразивные и ударные, также выделяют вскрытую фактуру, получаемую после обработки поверхности природного камня высокой температурой – «термообработанную».

 

Стандартизация материалов

Основные требования к качеству материалов, изделий и готовых конструкций массового применения устанавливаются Государственными стандартами СССР (ГОСТ), отраслевыми стандартами (ОСТ), техническими условиями (ТУ).

В ГОСТах и ТУ содержатся краткое описание материала и способы его изготовления, указаны марки материалов и требования к их качеству, форма и размеры и допускаемые отклонения от них, а также правила транспортирования, приемки, упаковки и хранения, обеспечивающие сохранность материала, и методы испытаний. ГОСТы и ТУ — документы, устанавливающие, что данный материал или изделие одобрены для производства и применения при определенном его качестве.

Основные положения строительного проектирования и производства строительных работ регламентируются Строительными нормами и правилами (СНиП). СНиПы разработаны с учетом развития строительной индустрии, внедрения передовой техники в строительство, максимального использования в строительстве изделий и конструкций заводского изготовления.

В части II СНиП «Нормы проектирования» содержатся сведения о том, в каких конструкциях и как следует применять строительные материалы с указанием необходимых требований к свойствам этих материалов.

В стандартах и СНиПах требования к свойствам материалов выражены в виде марок на эти материалы. Марка строительных материалов — условный показатель, устанавливаемый по главнейшим эксплуатационным характеристикам или комплексу главнейших свойств материала. Так, существуют марки по прочности, плотности, морозостойкости, огнеупорности.

Один и тот же материал может иметь несколько марок по различным свойствам. Так, кирпич маркируют по прочности и морозостойкости, но основной из них считается марка по прочности — главнейшему эксплуатационному показателю. По прочности для всех природных и искусственных каменных материалов СНиПом установлены следующие марки: 4; 7; 10; 15; 25; 35; 50; 75; 100; 125; 150; 200; 300 и т. д. до 3000. Цифра показывает минимально допустимый предел прочности материала, выраженный в кгс/см2 (например, кирпич марки 100 должен иметь прочность 10…12,5 МПа).

Теплоизоляционные материалы делят на марки по плотности. Это объясняется тем, что теплопроводность находится в прямой зависимости от плотности, но контролировать последнюю значительно проще. Например, минеральную вату выпускают марок 75; 100; 125; 150 (в этом случае размерность марки кг/м3).