Растворы в строительстве – необходимый материал для возведения любых построек: и габаритных, и легких. Эти смеси подразделяют на несколько видов: строительные растворы приготавливают на цементной, известковой или гипсовой основе, также эти вещества могут быть скомбинированы.
Существует градация по качественным показателям, по пропорциям вяжущего компонента и заполнителя, а также другим характеристикам.
Виды строительных растворов и их состав
Строительный раствор (ГОСТ 5802-78) представляет собой смесь вяжущего вещества и заполнителя (песка) с водой. Такая смесь имеет главное свойство затвердевать после укладки. С помощью раствора происходит связывание воедино отдельных кирпичей, блоков, камней и т. п.
Прочность такой связки зависит от качества применяемого раствора. Применение строительных растворов в строительстве зависит от используемого материала постройки: для каждого материала необходимо использовать определенный вид раствора.
При возведении душа и туалета применяют различные растворы. В зависимости от входящего в состав строительного раствора вяжущего вещества их можно разделить на несколько групп. Основные виды растворов в строительстве – это цементные, гипсовые, известковые и комбинированные.
Цементные растворы готовят на основе цемента или портландцемента. Основным компонентом гипсовых растворов является гипс. В состав известковых растворов входит воздушная или гидравлическая известь.
Комбинированные растворы могут быть приготовлены на основе гипса и извести, цемента и глины, цемента и извести и т. п.
Известь обладает более выраженными вяжущими свойствами, поэтому все другие компоненты приравнивают к ее объему.
Для применения растворов в строительстве и приготовить качественный материал, руководствуясь только количественным соотношением вяжущих веществ и заполнителя, не всегда возможно, так как кроме подобного соотношения необходимо учитывать еще и основные свойства компонентов, т. е. жирность, марку, количество примесей и т. д.
Простые и сложные растворы для строительства и их пропорции
От качества приготовленного раствора во многом зависит долговечность конструкции летнего душа и туалета и их отделки. Различают простые и сложные растворы для строительства: простой состоит из одного вяжущего компонента и заполнителя (известкового, глиняного, цементного), а сложный - из двух вяжущих компонентов и заполнителя (цементно-известкового).
Для простых растворов используются обозначения, где на первом месте указана массовая часть вяжущего компонента, а на втором - массовая часть заполнителя (1: 5 и т. п.).
В сложных растворах массовые части указываются в следующей последовательности: вяжущий компонент, известковое тесто, заполнитель. Оптимальные пропорции сложных растворов для строительства составляют 1:1:6. Введение нескольких вяжущих компонентов оказывает влияние на структуру и свойства раствора. Добавление глины придает большую пластичность цементному раствору, то есть она выступает в роли пластификатора.
В сложных растворах объем главного вяжущего компонента условно принимают за единицу. Остальные вещества обозначаются числами, которые указывают, сколько объемных частей необходимо на одну часть основного вяжущего компонента. Главный вяжущий компонент обладает более выраженными вяжущими свойствами по сравнению с остальными веществами, входящими в данный раствор. Поэтому название растворов дается согласно наименованию основного вяжущего вещества. Так, например, в составе известково-глиняного-раствора присутствуют два вяжущих вещества - известь и глина.
Жирные и тощие строительные растворы
Существуют жирные, тощие и нормальные растворы для строительства: каждый из них обладает свойствами, которые делают их пригодными или непригодными для строительных работ. Жирные растворы более пластичные, но склонны к образованию трещин.
Тощие растворы слишком жесткие, поэтому не обладают достаточной прочностью. При возведении летнего душа и туалета рекомендуется использовать нормальные растворы, так как они обладают достаточной пластичностью и не дают трещин при высыхании, а их усадка минимальна. Для определения жирности раствора достаточно посмотреть на весло, которым его перемешивают. Если раствор только испачкал весло, то раствор тощий. Слегка прилипший раствор является нормальным, а сильно прилипший раствор свидетельствует о его жирности.
Растворы можно разделить на тяжелые, плотность которых в сухом состоянии составляет более 1500 кг/м3, и легкие, плотность которых не превышает 1500 кг/м3.
По назначению растворы делятся на кладочные (предназначенные непосредственно для кладки кирпича, камня и печных блоков), отделочные (для отделки печей) и специальные.
Марки строительных растворов по прочности и подвижности
Как кирпич, цемент и другие , применяемые в строительстве, растворы различаются маркой. Она определяется в зависимости от способности раствора выдерживать нагрузку на сжатие. Существуют следующие марки строительных растворов для кладки: 0, 2, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200. Для возведения летнего душа и туалета подходят растворы только марок 150 и 200. Показатель марки строительных растворов по прочности устанавливается опытным путем при испытании кубика из него размером 70 X 70 мм на 25-й день при температуре около 20°С. Для этого пробы необходимо брать на разных этапах замеса (в начале, середине и конце).
Для равномерного заполнения вертикальных и горизонтальных швов кладочным раствором необходимо, чтобы он был достаточно подвижным и мог удерживать влагу. Понятно, что эти свойства зависят от характеристик и соотношения составляющих. Для различных работ применяют различные марки строительных растворов по подвижности: ее можно измерить глубиной погружения в раствор конуса-эталона, обладающего определенными параметрами. Чем глубже погружение конуса, тем более подвижным считается раствор. Кладочный раствор обладает подвижностью 9-13 см для обыкновенного глиняного кирпича, 7-8 см - для пустотелого кирпича, 13-15 см - для бутовой кладки и 5-7 см - для оштукатуривания.
Состав известкового раствора для строительства
Такой раствор готовят из известкового теста (1 часть), полученного из извести и воды, и речного песка (2-4 части). В известковое тесто при постоянном помешивании всыпать песок. Все хорошо перемешать до получения массы однородной консистенции. В том случае, если раствор липнет к лопатке, то это означает, что он слишком жирный.
Снизить степень жирности можно, введя добавочное количество песка. Если же полученный раствор невозможно удержать на лопатке при зачерпывании, то добавляют известь. Известковый раствор используют для и и внутренних штукатурных работ, поскольку это раствор низкой марки. В работе он не создает проблем, поскольку характеризуется удобством в укладывании и хорошей адгезией.
Цементный раствор: состав, свойства и приготовление
Цементные растворы благодаря своему составу и свойствам являются наиболее прочными, они способны затвердевать как на воздухе, так и при повышенной влажности и даже в воде. Начало схватывания цементных растворов начинается примерно через 30-40 минут, а окончательное затвердевание происходит через 10-12 часов. Благодаря высоким прочностным свойствам цементных растворов и их влагостойкости эти материалы используются для строительства капитальных стен, кладки фундамента, возведения элементов уличных построек, чаще всего располагающихся в условиях повышенной влажности или в зоне ее сильных перепадов.
При кладке фундамента на влажном грунте и возведении стен летнего душа рекомендуется применять смешанные цементные растворы. Они чаще всего состоят из двух вяжущих элементов и заполнителя. Примером такого раствора может быть смесь цемента, известкового теста и песка. При застывании подобный раствор обладает высокой прочностью и влагостойкостью. Для его приготовления понадобится 1 часть цемента, 2 части известкового теста и от 6 до 12 частей песка.
Для приготовления стандартного цементного раствора необходимо взять цемент (1 часть), речной песок (2-5 частей) и воду. Ингредиенты необходимо соединить, а затем тщательно перемешать. Полученный таким образом раствор следует использовать по назначению в течение часа. Если необходимо получить особенно пластичную массу, то рекомендуется уменьшить количество песка до 2-3 частей.
Цементный раствор используют для кладки стен в зимних условиях методом замораживания, возведения стен, толщина которых не превышает 25 см, и фундаментов. Кроме того, цементный раствор рекомендуется применять для возведения стен при облегченной кирпичной кладке и стен в помещениях с высоким уровнем влажности.
Для получения цементного раствора цемент и песок необходимо смешать в сухом виде, после чего затворить водой.
Цементно-известковый и глиняный растворы: состав, применение и как приготовить
В состав цементно-известкового раствора входит цемент (1 часть), речной песок (6-8 частей) и известковое тесто (2 части). Для его приготовления сначала необходимо соединить и перемешать песок и цемент, затем в полученную смесь добавить известковое тесто и снова все тщательно перемешать до получения вязкой массы однородной консистенции. Применение сложного цементно-известкового раствора рекомендовано использовать при строительных работах в нормальных условиях, в основном он подходит для оштукатуривания дворового туалета.
В состав известково-глиняного раствора входит глиняное тесто (1 часть) и известковое тесто (0,4 части), а также речной песок (4-5 частей). Известковое тесто необходимо смешать с глиняным, а затем в полученную смесь при постоянном помешивании добавить сухой песок. После этого следует все перемешать и использовать раствор по назначению.
По сравнению с цементно-известковым цементно-глиняный раствор считается более прочным и быстро схватывающимся. Кроме того, его легко транспортировать, так как он не расслаивается при тряске.
Цементно-глиняный раствор можно применять при работе в зимних условиях, так как глина удерживает влагу, которая при размораживании повышает прочность раствора. Глина должна иметь тонкомолотую структуру. Добавлять ее следует в равном соотношении с цементом.
Как приготовить глиняный расвор для строительства легких сооружений? Для приготовления известково-гипсо-глиняного раствора понадобятся гипс (1 часть), глиноизвестковый состав (3-4 части) и вода. Большую и глубокую посуду следует наполнить водой, затем всыпать туда гипс и быстро перемешать, затем добавить глино-гипсовую смесь. После этого все следует тщательно перемешать до получения однородной массы без комков.
Известково-гипсовый раствор обладает более высокими прочностными характеристиками, чем известковый.
В зависимости от вида работ потребуется разное количество раствора.
) одного вещества равномерно распределены между молекул друг вещества.
1. Общая характеристика
Раствор - однофазная, гомогенная, многокомпонентная система переменного химического состава . Практически все жидкости, имеющиеся в природе , представляют собой растворы. Кроме раствора, существуют газовые (газовать) растворы - их принято называть газовыми смесями (например, воздуха) и твердые растворы (например, некоторые сплавы). Как правило, под раствором понимают жидкую молекулярно-дисперсную систему (так называемые истинные растворы, англ. true solution ). Растворителем называют компонент, концентрация которого существенно больше концентрации других компонентов. Растворитель в чистом виде имеет тот же агрегатное состояние , что и раствор. Процесс образования раствора заключается в разрушении связей между молекулами (ионами) исходного вещества и образовании новых связей между молекулами (ионами) растворенного вещества и растворителя. По концентрации растворенного вещества растворы подразделяют на насыщенные, ненасыщенные и пересыщение. По наличию или отсутствию электролитической диссоциации растворенного вещества на ионы различают растворы электролитов и растворы неэлектролитов. Кроме того, выделяют растворы полимеров , главная особенность которых - очень большая разница в размерах молекул растворителя и растворенного вещества.
В растворах протекает много природных и промышленных процессов. С ними связано формирование залежей ряда полезных ископаемых , их добыча и переработка, разделения веществ, глубокое очищение и т.д..
По своим свойствам растворы занимают промежуточное место между механическими смесями и химическими соединениями . От механических смесей они отличаются главным образом своей однородностью и выделением или поглощением тепла при образовании, а от химических соединений тем, что состав их устойчивое и может изменяться в достаточно широких пределах.
2. Свойства
Растворы характеризуются также рядом определенных свойств, отличных от свойств их составных частей. В частности, они отличаются от своих составных частей плотностью , температурой замерзания и кипения и другими свойствами. Растворы могут быть в жидком, твердом и газообразном состоянии. Примером первых могут служить растворы сахара , соли и спирта в воде. Твердые растворы - это разные металлические сплавы: меди или серебра в золотые , никеля в меди и т.п.. Газообразными растворами собой смеси различных газов, например воздуха.
3. Растворитель и растворенное вещество
Растворитель - это компонент раствора, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора, или содержимое которого преобладает над содержанием других компонентов. Компонентами раствора являются: растворитель и растворении вещества.
Растворитель и растворенное вещество. Каждый раствор состоит из растворителя и растворенного вещества. Растворителем называют обычно вещество, служит средой для растворенного вещества и в чистом виде находится в том же агрегатном состоянии, что и создаваемый раствор. Однако иногда трудно сказать, вещество является растворителем, а какая - растворенным веществом, особенно когда оба вещества взаимно растворяются друг в друге в неограниченном количестве (как спирт и вода). В таких случаях растворителем называют то вещество, которого в растворе больше.
Наиболее распространенным и практически важным растворителем является вода . Вода морей и океанов является естественным раствором, который имеет солено-горький вкус. В среднем в 1 кг морской воды содержится 35 г растворенных веществ - средняя соленость морской воды составляет 35 ?. В состав морской воды входит более ста веществ, образованных из почти всех известных в природе химических элементов . Как растворители используют также другие вещества: ацетон , бензин , спирт и т.д., но значительно реже.
4. Значение растворов
Водные растворы играют огромную роль в природе и практической деятельности человека. Достаточно сказать, что растения берут из почвы все необходимые для их роста питательные вещества только в виде водных растворов. Поэтому своевременное поступление воды в почву имеет такое большое значение для нормального развития растений и обеспечения высокого урожая сельскохозяйственных культур. Процессы пищеварения и усвоения пищи человеком и всеми животными тоже связаны с переводом питательных веществ в раствор.
Растворы играют огромную роль в технике . Большинство химических процессов в промышленности проводят в растворах. Такие области техники, как кожевенное и бумажное производство, производство сахара, минеральных удобрений, лечебных веществ и многие другие, неразрывно связаны с широким применением водных растворов.
5. Насыщение растворов
5.1. Насыщенный раствор
В определенном количестве воды при данной температуре может растворяться только определенное количество вещества, а избыток ее остается нерастворимым. Раствор, в котором взята вещество при данной температуре больше не растворяется, называется насыщенным .
При изготовлении насыщенного раствора к растворителю добавляют обычно такое количество розчинюванои вещества, чтобы часть ее оставалась нерастворимой, сколько бы раствор не размешивали и не збовтувалы. Однако в практике обычно пользуются ненасыщенными растворами, то есть такими, в которых при данной температуре розчинювана вещество может еще растворяться (до образования насыщенного раствора).
5.2. Пресыщенный раствор
Кроме насыщенных и ненасыщенных, известны еще так называемые пересыщенные растворы, в которых розчинюванои вещества в растворенном состоянии больше, чем нужно для получения насыщенного раствора. Но пересыщенные растворы встречаются сравнительно редко, и они образуют лишь некоторые вещества, например декагидрат сульфата натрия - Na 2 SO 4 ? 10H 2 O, пентагидраттиосульфату натрия - Na 2 S 2 O 3 ? 5H 2 O и т.д.. Пресыщенные растворы очень неустойчивы и довольно легко разлагаются с выделением избытка растворенного вещества и образованием насыщенного раствора.
5.3. Концентрированный и разбавленный растворы
Не следует путать понятия насыщенный и ненасыщенный растворы с понятиями концентрированный и разбавленный. Названия концентрированный и разбавленный указывают лишь, на степень розчинености вещества, содержащегося в данном количестве растворителя, и ничего не указывают на степень его насыщения.
Концентрированный раствор может быть и насыщенным и ненасыщенным. Например, если в 100 г воды при 100 ? C растворить 200 г нитрата калия KNO 3, то такой раствор будет достаточно концентрированным, но ненасыщенным, так как для получения насыщенного раствора при этих условиях нужно растворить не 200, а 245 г этой соли. Второй пример: если в 100 г воды при обычной температуре растворить в одном случае 0,10 г Ca (OH) 2, а во втором - 0,16 г, то оба раствора будут очень разбавленные и вместе с тем первый из них будет ненасыщенным, а второй - насыщенным.
В копилке знаний каждого опытного строителя есть несколько рецептов растворов, которые могут применяться для тех или иных работ. Каждый строительный раствор имеет свои особенности, состав, достоинства и недостатки. Выпуск сухих смесей значительно упростил работы по приготовлению этого вещества, ведь теперь достаточно добавить в сухой порошок необходимое количество воды и хорошо размешать ингредиенты. Но все же тем, кто планирует заниматься строительством или ремонтом, необходимо знать основную информацию об этой области.
Что представляет собой строительный раствор? Это смесь из нескольких компонентов. Обязательными являются – мелкозернистый наполнитель, вяжущее вещество, а также вода. Такой раствор часто путают с бетоном, в который, кроме перечисленных компонентов, добавляют еще и заполнитель крупной фракции (гравий, щебень). Профессионалы знают, что это разные субстанции со своими областями применения.
Мелкозернистый раствор применяется в строительных и ремонтных работах уже очень давно, его разновидность обнаружена даже при изучении египетских пирамид. Современная продукция подвергается подробной классификации, выделяются виды, предназначенные для разных работ.
Для тех, кто не имеет профессионального образования, важно знать, что по сфере применения строительные растворы делятся на кладочные, отделочные и специальные.
- Кладочные, о чем говорит и название, используются при кладке стен из кирпича, камня. Приготовить такой раствор можно из готовой сухой смеси (что очень удобно, сокращает время), а также из цемента, песка и воды. Имеет большое значение крупность и чистота песка, качество цемента.
- Отделочная субстанция используется штукатурами. Смеси могут иметь и дополнительные свойства, например, служить для декорирования стен.
- Звукоизолирующими, теплоизоляционными свойствами обладают специальные растворы с дополнительными добавками. В основном это смеси современного вида, их применение улучшает качество строительства и говорит о высоком профессионализме. Популярностью пользуются смеси с пластифицирующими добавками, они делают раствор более пластичным, удобным в работе. Стены, проштукатуренные такой отделкой, будут более ровными и аккуратными. Существуют также добавки для работы в зимнее время, они ускоряют затвердение. Морозостойкость обозначается специальной маркировкой.
Классифицируются растворы и по виду вяжущего вещества. Производятся смеси цементные, известковые, гипсовые, а также смешанного типа. Если в составе только один вид вяжущего компонента, такой раствор считается простым, если несколько – сложным. Вид компонентов влияет на способ приготовления раствора из сухой смеси. Тому, кто будет готовить и использовать субстанцию, следует соблюсти необходимо пропорцию, время приготовления. Для безопасности работы следует выбирать продукцию известных, авторитетных производителей, которые включают в состав только экологически чистые вещества. И даже при соблюдении данного условия готовить раствор из сухих смесей нужно в защитной маске, чтобы при смешивании порошок не попал в органы дыхания.
Что представляют собой твердые растворы замещения и внедрения? Приведите примеры.
Твердыми растворами называют фазы, в которых один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы других (или другого) компонентов располагаются в решетке первого компонента (растворителя), изменяя ее размеры (периоды).
Таким образом, твердый раствор, состоящий из двух или нескольких компонентов, имеет один тип решетки и представляет собой одну фазу.
Существуют твердые растворы внедрения и твердые растворы замещения.
При образовании твердых растворов внедрения атомы растворенного компонента B размещаются между атомами растворителя A в его кристаллической решетке. При образовании твердых растворов замещения атомы растворенного компонента B замещают часть атомов растворителя (компонент A) в его кристаллической решетке.
Поскольку размеры растворенных атомов отличаются от размеров атомов растворителя, то образование твердого раствора сопровождается искажением кристаллической решетки растворителя.
а – атом растворенного компонента больше атома растворителя
б – атом растворенного компонента меньше атома растворителя
Твердые растворы замещения могут быть с ограниченной и неограниченной растворимостью. В твердых растворах с ограниченной растворимостью концентрация растворенного компонента возможна до определенных пределов.
В твердых растворах с неограниченной растворимостью возможна любая концентрация растворенного компонента (от 0 до 100%). Твердые растворы с неограниченной растворимостью образуются при соблюдении следующих условий: 1) у компонентов должны быть однотипные кристаллические решетки; 2) различие в атомных радиусах компонентов не должно превышать для сплавов на основе железа 9%, а для сплавов на основе меди 15%; 3) компоненты должны обладать близостью физико-химических свойств. Однако соблюдение этих свойств не всегда приводит к образованию твердых растворов замещения с неограниченной растворимостью. На практике, как правило, образуются твердые растворы с ограниченной растворимостью.
Твердые растворы внедрения могут быть только с ограниченной концентрации, поскольку число пор в решетке ограничено, а атомы основного компонента сохраняются в узлах решетки.
Твердые растворы замещения с неограниченной растворимостью на основе компонентов: Ag и Au, Ni и Cu, Mo и W, V и Ti, и т.д.
Твердые растворы замещения с ограниченной растворимостью на основе компонентов: Al и Cu, Cu и Zn, и т.д.
Твердые растворы внедрения: при растворении в металлах неметаллических элементов, как углерод, бор, азот и кислород. Например: Fe и С.
Как и почему при холодной пластической деформации изменяются свойства металлов?
Холодной деформацией называют такую, которую проводят при температуре ниже температуры рекристаллизации. Поэтому холодная деформация сопровождается упрочнением (наклепом) металла.
Форма заготовки при обработке давлением изменяется под действием внешних сил вследствие пластической деформации каждого кристаллита в соответствии со схемой главных деформаций. Основное изменение формы кристаллитов состоит в том, что они вытягиваются в направлении главной деформации растяжения (например, в направлении прокатки или волочения). С повышением степени холодной деформации зерна все более вытягиваются и структура становится волокнистой.
Упрочнение металла в процессе пластической деформации (наклеп) объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов). Повышение плотности дефектов кристаллического строения затрудняет движение отдельных новых дислокаций, а следовательно, повышает сопротивление деформации и уменьшает пластичность. Наибольшее значение имеет увеличение плотности дислокаций, так как возникающее при этом между ними взаимодействие тормозит дальнейшее их перемещение.
С увеличением степени холодной деформации показатели сопротивления деформированию (временное сопротивление, предел текучести и твердости) возрастают, а показатели пластичности (относительное удлинение и сужение) падают.
Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,8% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
Первичная кристаллизация сплавов системы железо-углерод начинается по достижении температур, соответствующих линии ABCD (линии ликвидус), и заканчивается при температурах, образующих линию AHJECF (линию солидус).
При кристаллизации сплавов по линии АВ из жидкого раствора выделяются кристаллы твердого раствора углерода в α-железе (δ-раствор). Процесс кристаллизации сплавов с содержанием углерода до 0,1 % заканчивается по линии АН с образованием α (δ)-твердого раствора. На линии HJB протекает перитектическое превращение, в результате которого образуется твердый раствор углерода в γ-железе, т. е. аустенит. Процесс первичной кристаллизации сталей заканчивается по линии AHJE.
При температурах, соответствующих линии ВС, из жидкого раствора кристаллизуется аустенит. В сплавах, содержащих от 4,3% до 6,67% углерода, при температурах, соответствующих линии CD, начинают выделяться кристаллы цементита первичного. Цементит, кристаллизующийся из жидкой фазы, называется первичным. B точке С при температуре 1147°С и концентрации углерода в жидком растворе 4,3% образуется эвтектика, которая называется ледебуритом. Эвтектическое превращение с образованием ледебурита можно записать формулой ЖР4,3->Л[А2,14+Ц6,67]. Процесс первичной кристаллизации чугунов заканчивается по линии ECF образованием ледебурита.
Таким образом, структура чугунов ниже 1147°С будет: доэвтектических – аустенит + ледебурит, эвтектических – ледебурит и заэвтектических – цементит (первичный) + ледебурит.
Превращения, происходящие в твердом состоянии, называются вторичной кристаллизацией. Они связаны с переходом при охлаждении γ-железа в α-железо и распадом аустенита.
Линия GS соответствует температурам начала превращения аустенита в феррит. Ниже линии GS сплавы состоят из феррита и аустенита.
Линия ЕS показывает температуры начала выделения цементита из аустенита вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените с понижением температуры. Цементит, выделяющийся из аустенита, называется вторичным цементитом.
В точке S при температуре 727°С и концентрации углерода в аустените 0,8 % образуется эвтектоидная смесь состоящая из феррита и цементита, которая называется перлитом. Перлит получается в результате одновременного выпадения из аустенита частиц феррита и цементита. Процесс превращения аустенита в перлит можно записать формулой А0,8->П[Ф0,03+Ц6,67].
Линия PQ показывает на уменьшение растворимости углерода в феррите при охлаждении и выделении цементита, который называется третичным цементитом.
Следовательно, сплавы, содержащие менее 0,008% углерода (точка Q), являются однофазными и имеют структуру чистого феррита, а сплавы, содержащие углерод от 0,008 до 0,03% – структуру феррит + цементит третичный и называются техническим железом.
Доэвтектоидные стали при температуре ниже 727ºС имеют структуру феррит + перлит и заэвтектоидные – перлит + цементит вторичный в виде сетки по границам зерен.
В доэвтектических чугунах в интервале температур 1147–727ºС при охлаждении из аустенита выделяется цементит вторичный, вследствие уменьшения растворимости углерода (линия ES). По достижении температуры 727ºС (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до 0,8% (точка S), превращаясь в перлит. Таким образом, после окончательного охлаждения структура доэвтектических чугунов состоит из перлита, цементита вторичного и ледебурита превращенного (перлит + цементит).
Структура эвтектических чугунов при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного. Заэвтектический чугун при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного и цементита первичного.
Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением:
C = K + 1 – Ф,
где С – число степеней свободы системы;
К – число компонентов, образующих систему;
1 – число внешних факторов (внешним фактором считаем только температуру, так как давление за исключением очень высокого мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях);
Ф – число фаз, находящихся в равновесии.
Сплав железа с углеродом, содержащий 0,8%С, называется эвтектоидной сталью. Его структура при комнатной температуре – перлит.
С помощью диаграммы состояния железо-карбид железа и графика зависимости твердости от температуры отпуска назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) изделий из стали 50, которые должны иметь твердость 230…250 НВ. Опишите микроструктуру и свойства стали 50 после термической обработки.
Критические точки для Ст50: АС1=725ºС, АС3=760ºС.
При нагреве до 700ºС в стали 50 не происходят аллотропические превращения и мы имеем ту же структуру – перлит + феррит, быстро охлаждая (т.к. закалка), имеем также после охлаждения перлит + феррит с теми же механическими свойствами (примерно), что и в исходном состоянии до нагрева под закалку.
Если доэвтектоидную сталь нагреть выше Ас1, но ниже Ас3, то в ее структуре после закалки наряду с мартенситом будут участки феррита. Присутствие феррита как мягкой составляющей снижает твердость стали после закалки. Такая закалка называется неполной. Она обеспечивает хорошие механические свойства и штампуемость. При температуре нагрева структура – аустенит + феррит. При охлаждении со скоростью выше критической происходит мартенситное превращение: γ->М. В результате получаем структуру феррит + мартенсит.
Оптимальный режим нагрева под закалку для доэвтектоидных сталей (%С<0,8%) составляет АС3+(30÷50º), т.е. для Ст50 – 800-820ºС. При этом после закалки имеем мелкое зерно, обеспечивающее наилучшие механические свойства стали 50.
Нагрев и выдержка стали 50 выше температуры 820ºС перед закалкой приводит к росту зерна и ухудшению механических свойств стали после термической обработки. Крупнозернистая структура вызывает повышенную хрупкость стали.
Для обеспечения скорости охлаждения выше критической в качестве среды охлаждения выбираем воду. Структура стали 50 при температуре нагрева под закалку – аустенит, после охлаждения со скоростью выше критической – мартенсит.
Отпуском называется нагрев стали до температуры ниже Ас1, выдержка при заданной температуре и последующее охлаждение с заданной скорость (обычно на воздухе). Отпуск является конечной операцией термической обработки, проводится после закалки для уменьшения внутренних напряжений и получения более равновесной структуры. Напряжения в закаленных изделиях снимаются тем полнее, чем выше температура отпуска.
Для получения твердости 230…250 НВ при диаметре заготовки 20 мм отпуск стали 50 необходимо проводить при температуре 500ºС. Среда охлаждения – вода. При высокотемпературном отпуске образуется структура, которая называется сорбит отпуска. Сорбит отпуска состоит из ферритной основы, пронизанной частицами цементита.
Свойства стали 50 после термической обработки: σт=680-780 МПа, σв=870-970 МПа, δ=13-11%, ψ=61-57%, ан=120-80, НВ=230-250.
Сталь 40 подверглась закалке от температур 760 и 840 ºС. Используя диаграмму состояния железо-цементит, укажите выбранные температуры нагрева и опишите превращения, которые произошли при двух режимах закалки. Какому режиму следует отдать предпочтение и почему?
Закалка доэвтектоидной стали заключается в нагреве стали до температуры выше критической (Ас3), в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую.
Температура точки Ас3 для стали 40 составляет 790°С.
Если доэвтектоидную сталь нагреть выше Ас1, но ниже Ас3, то в ее структуре после закалки наряду с мартенситом будут участки феррита. Присутствие феррита как мягкой составляющей снижает твердость стали после закалки. При нагреве до температуры 760°С (ниже точки Ас3) структура стали 40 – аустенит + феррит, после охлаждения со скоростью выше критической структура стали – мартенсит + феррит.
Рисунок 5 – Фрагмент диаграммы железо-углерод
Аустенит неоднороден по химическому составу. В тех местах, где были пластинки цементита, аустенит богаче углеродом, а где пластинки феррита – беднее. Поэтому при термической обработке для выравнивания химического состава зерен аустенита сталь нагревают немного выше критической точки Ас3 (на 30-50°С) и выдерживают некоторое время при этой температуре. Процесс аустенизации идет тем быстрее, чем выше превышение фактической температуры нагрева под закалку относительно температуры Ас3. Доэвтектоидные стали для полной закалки следует нагревать до температуры на 30-50°С выше Ас3. Температура нагрева стали 40 под полную закалку, таким образом, составляет 820-840°С. Структура стали 40 при температуре нагрева под закалку – аустенит, после охлаждения со скоростью выше критической – мартенсит.
Если нагреть выше этой температуры мелкие зерна аустенита начинают соединяться между собой и чем выше температура нагрева, тем интенсивнее увеличиваются размеры. Крупнозернистая структура ухудшает механические свойства стали.
Поэтому следует отдать предпочтение закалке от температуры 840 ºС.
К атегория: Выбор стройматериалов
Строительные растворы
Растворы представляют собой минеральные смеси, затвердевающие и прочно, соединяющиеся с камнем. В состав раствора должны входить вяжущее вещество (цемент, гипс или известь), заполнитель (гравий или песок) и чистая вода.
В зависимости от назначения и применения растворных добавок готовятся следующие растворы:
1. Строительный, для кладки кирпича.
2. Штукатурный.
3. Гипсовый.
4. Цементный.
Строительный раствор для кладки должен состоять из песка и извести в соотшении 3: 1 или 4: 1. В строительный раствор можно добавлять 1 или 2 лопаты цемен Особенно это необходимо делать при возведении стен, несущих особую нагрузку. Пес и цемент в таком случае смешиваются в соотношении 3:1 -6:1.
Для приготовления штукатурного раствора можно использовать как гидравлическую известь, так и воздушную. В ее состав также входит песок. Различается штукатуры раствор для наружных работ и штукатурный раствор для внутренних работ.
В первом случае гидравлическую известь и песок берут в соотношении 1:3; воздушную и весть - 1: 2. Во втором случае гидравлическую известь и песок смешивают в соо ношении 1: 5, а воздушную известь - 1:3.
Гипсовый раствор отличается от цементного и известкового высокой прочность и легкостью приготовления. Для этого вам будет достаточно взять емкость, налить в воду, высыпать гипс и тщательно все перемешать, чтобы не было комков, из-за которь потом могут появиться трещины. Разводите гипс водой непосредственно перед работе с ним, потому что он может загустеть раньше времени, тогда вы не сможете с ни работать. Чтобы этого не произошло, можете в гипс подмешать немного просеянноз песка (2: 1), но знайте, что при этом прочность гипса заметно снизится.
Цементный раствор необходим для приготовления долговечной штукатурки. Дл этого берут чистый цемент и воду в соотношении 1: 2 (1: 3).
Растворные добавки необходимы для повышения качества растворов. Ойи значу тельно улучшают физико-механические свойства растворов, их цвет, морозостойкость.
При окрашивании растворов, кроме обычных добавок, можете использовать тольк краски ярких тонов, в которых нет примесей гипса и барита. Морозостойкость дости гается благодаря добавлению в раствор хлоридов. Они позволяют работать с раствор при достаточно низких минусовых температурах. Хлориды и другие средства защить от воздействия низких температур применяются с максимальной осторожностью, пото му что передозировка веществ, как правило, приводит к образованию некрасивы: подтеков.
Строительные растворы характеризуются тремя основными параметрами: плотностью, видом вяжущего вещества и своим назначением.
В зависимости от плотности (в сухом состоянии) различают тяжелые (плотностьк 1500 кг/м3 и более) и легкие (плотностью менее 1500 кг/м3) растворы. Для изготовления тяжелых растворов применяются тяжелые кварцевые или другие пески; заполнителями в легких растворах служат легкие пористые пески из пемзы, туфов, шлаков, керамзита и т. п. Легкие растворы получают также с помощью пенообразующих добавок - поризованные растворы.
По виду вяжущего вещества строительные растворы делят на цементные (на портландцементе или его разновидностях), известковые (на воздушной или гидравлической извести), гипсовые (на основе гипсовых вяжущих) и смешанные (на цементно-известковом, цементно-глиняном, известково-гипсовом вяжущем). Растворы, приготовленные на одном вяжущем, называют простыми, а на нескольких вяжущих - смешанными (сложными).
По назначению строительные растворы бывают кладочные (для каменной кладки, монтажа стен из крупноразмерных элементов), отделочные (для оштукатуривания помещений, нанесения декоративных слоев на стеновые блоки и панели), специальные, обладающие особыми свойствами (гидроизоляционные, акустические, рентгенозащитные).
Выбор вяжущего зависит от назначения раствора, предъявляемых к нему требований, температурно-влажностного режима твердения и условий эксплуатации здания. В качестве вяжущих применяют портландцементы, пуццолановые портландцементы, шлакопортландцементы, специальные низкомарочные цементы, известь, гипсовое вяжущее. Для экономии гидравлических вяжущих и улучшения технологических свойств строительных растворов широко применяют смешанные вяжущие. Известь в строительных растворах применяют в виде известкового теста или молока. Гипс используют главным образом в штукатурных растворах в качестве добавки к извести.
Вода, применяемая для растворов, не должна содержать примесей, оказывающих вредное влияние на твердение вяжущего вещества. Для этих целей пригодна водопроводная вода.
Если раствор применяется в зимних условиях, в его состав добавляют ускорители твердения, а также добавки, снижающие температуру замерзания воды (хлористый кальций, хлористый натрий, поташ, нитрат натрия и т. п.).
Состав строительного раствора обозначают количеством (по массе или объему) материалов на 1 м3 раствора или относительным соотношением (по массе или объему) исходных сухих материалов. При этом расход вяжущего принимают за 1. Для простых растворов, состоящих из вяжущего (цемента или извести) и не содержащих минеральных добавок, состав обозначают 1: 4, то есть на 1 массовую часть цемента приходится 4 массовые части песка. Смешанные растворы, состоящие из двух вяжущих или содержащие минеральные добавки, обозначают тремя цифрами, например 1:3:4 (цемент: известь: песок).
Качество растворных смесей характеризуется их удобоукладываемостью - способностью укладываться без специального уплотнения на основание тонким слоем с заполнением всех его неровностей. Удобоукладываемость обусловливается подвижностью и водоудерживающей способностью растворных смесей.
Подвижность - способность растворной смеси растекаться под действием собственной массы. Подвижность определяют (в см) глубиной погружения в растворную смесь эталонного конуса массой 300 г с углом вершины 30° и высотой 15 см. Чем глубже конус погружается в растворную смесь, тем большей подвижностью она обладает.
Степень подвижности смеси зависит от количества воды, от состава и свойств исходных материалов. Для повышения подвижности растворных смесей в них добавляют пластифицирующие добавки, а также поверхностно-активные вещества.
Подвижность строительных растворов, в зависимости от их назначения и способ укладки, должна быть следующей.
Кладка стен из кирпича, бетонных камней, камней из легких горных пород: 9-11
Кладка стен из пустотелого кирпича, керамических камней: 7-8.
Заполнение горизонтальных швов при монтаже стен из бетонных блоков и пане лей; расшивка вертикальных и горизонтальных швов: 5-7.
Бутовая кладка: 4-6.
Заполнение пустот в бутовой кладке: 13-15.
Водоудерживающей способностью называют свойство раствора удерживать воду при укладке его на пористое основание. Если раствор обладает хорошей водоудерживающей способностью, частичное отсасывание воды уплотняет его в кладке, что повышает проч ность раствора. Водоудерживающая способность зависит от соотношения составных ча стей растворной смеси. Она повышается при увеличении расхода цемента, замене част! цемента, введении добавок (золы, глины и др.), а также не которых поверхностно-активных веществ. Прочность затвердевшего раствора зависит о’ активности вяжущего, водоцементного отношения, длительности и условий твердениз (температуры и влажности окружающей среды). При укладке растворных смесей н; пористое основание, способное интенсивно отсасывать воду, прочность затвердевани) растворов значительно -выше, чем тех же растворов, уложенных на плотное основание.
Прочность строительного раствора зависит от его марки, которую устанавливают по пределу прочности при сжатии после 28 суток твердения при температуре воздух; 5-25° С. Существуют следующие марки растворов: 4, 10, 15, 50, 75, 100, 150, 2t)0 и 300
Морозостойкость растворов определяют числом циклов попеременного замораживания и оттаивания до потери 15% первоначальной прочности (или 5% массы). Пс морозостойкости растворы подразделяют на марки Мрз от 10 до 300.
- Строительные растворы
