стали: благодаря напряжению в теле болта соединяемые элементы сжимаются очень плотно.

Коррозия металлов и способы защиты от нее

Коррозия металлов — процесс разрушения металлов и сплавов вследствие химического или электрохимического взаимодействия с внешней средой, в результате которого металлы окисляются и теряют присущие им свойства. Ежегодно в мире в результате коррозии теряется 10... 15 % выплавляемого металла или 1... 1,5 % всего металла, накопленного и эксплуатируемого человеком. В наибольшей степени коррозии подвергаются черные металлы (сталь и чугун).

Химическая коррозия — разрушение металлов и сплавов в результате окисления при взаимодействии с сухими газами (О?, SO2 и др.) при высоких температурах или с органическими жидкостями — нефтепродуктами, спиртом и т. п.

Электрохимическая коррозия — разрушение металлов и сплавов в воде и водных растворах. Для развития коррозии достаточно, чтобы металл был просто покрыт тончайшим слоем адсорбированной воды (влажная поверхность). Из-за неоднородности строения металла при электрохимической коррозии в нем образуются гальванические пары (катод — анод), например между зернами (кристаллами) металла, отличающимися один от другого химическим составом. Атомы металла с анода переходят в раствор в виде катионов. Эти катионы, соединяясь с анионами, содержащимися в растворе, образуют на поверхности металла слой ржавчины. В основном металлы разрушаются от электрохимической коррозии.

Для повышения долговечности и сохранения декоративности ме­таллоконструкции защищают от коррозии. Сущность большинства способов защиты от коррозии — предохранение поверхности металла от проникновения к ней влаги и газов путем создания на металле защитного слоя. Существуют и другие методы, например электрохимическая защита, с помощью установки прожектора из более активного металла на защищаемую металлоконструкцию.

Наиболее простой, но не долговечный метод защиты металла - нанесение на его поверхность водонепроницаемых неметаллических покрытий (битумных, масляных и эмалевых красок). В последние годы все большее применение находит метод защиты от коррозии покрытием металла тонким слоем пластмассы.

Защитить металл от коррозии можно также, покрывая его слоем другого более коррозионно-стойкого металла: оловом, цинком, хромом, никелем и др. Защитный слой металла наносят путем никелирования, хромирования, лужения, цинкования и свинцевания. Покрытие цинком используют для защиты от коррозии закладных деталей железобетонных изделий, водопроводных труб, кровельной жести. Защит­ный слой наносят гальваническим (электролитическим осаждением и раствора солей) или термическим (окунанием в расплав металла или распылением расплава) методом.

Применяют химические способы образования покрытий (плотных оксидных пленок) на металле: фосфатирование (для черных металлов и анодирование (для алюминиевых сплавов).

Для получения металлов, хорошо противостоящих коррозии, применяют легирование. Так, вводя в сталь хром и никель в количестве 12...20 %, получают нержавеющие стали, стойкие не только к воде, но и к минеральным кислотам.

Защиту металла от коррозии в шахтных условиях осуществляют покрытием

поверхности металла антикоррозийными красками, лаками, эмалями, а также цементно-песчаным раствором, уменьшением коррозийного действия окружающей среды. В качестве антикоррозийного покрытия металла применяют масляно­битумный лак, кузбасский лак, битум марки IV и др. Лучшее антикоррозийное покрытие - битум марки IV, который наносят на металл слоем 1,5 мм в расплавленном виде в смеси с глиной (каолином) или без нее. Перед нанесением горячего битума металл прогрунтовывают раствором этого же битума в бензине. Покрытие металла цементно-песчаным раствором (торкретирование ВВЕДЕНИЕ

Строительство — одна из главных отраслей экономики страны.

Для возведения зданий и инженерных сооружений требуется большое количество различных строительных материалов. Их стоимость в среднем составляет 60 % (а в ряде случаев и более) от общей стоимости строительства.

Перед промышленностью строительных материалов стоят серьезные задачи, заключающиеся не только и не столько в увеличении выпуска материалов и изделий, но прежде всего в повышении их качества и расширении выпуска новых эффективных материалов и изделий, позволяющих снизить материалоемкость строительства и трудоемкость возведения зданий и сооружений.

При строительстве подземных сооружений, предприятий по добыче и переработке полезных ископаемых в больших объемах используются различные строительные материалы. Например, на каждый извлеченный при строительстве подземных сооружений кубометр горных пород для возведения крепи расходуется 0,2 - 0,4 м бетона и железобетона. Широкое применение находят металлы, лесные материалы, полимеры и полимерные смолы для покрытий, инъекций и т.п. Все материалы работают в сложных условиях: при высоких нагрузках, переменных температурах воздушной среды и горного массива, в агрессивных водной и газовой средах. В этих условиях к материалам предъявляются повышенные требования. Эти требования могут быть удовлетворены в результате комплексного подхода к управлению процессами структурообразования в материалах при их изготовлении и использовании. Только в этом случае обеспечивается высокая степень прочности, водонепроницаемости, стойкости в агрессивных средах ограждающих конструкций и крепей горных выработок, их высокая надежность и долговечность.

Промышленность строительных материалов представляет собой сложный комплекс специализированных отраслей производства, изготовляющих большое количество разнообразной продукции. По объему производимой продукции промышленность строительных материалов занимает одно из первых мест в экономике, однако уровень ее технической оснащенности отстает от многих других отраслей.

Последние годы ассортимент строительных материалов претерпел существенное изменение как за счет импортных материалов, так и за счет освоения производства новых материалов отечественными предприятиями. Общая тенденция в производстве строительных материалов — выпуск материалов и изделий с максимальной степенью готовности для использования. Это касается не только традиционных сборных железобетонных элементов (панелей, плит перекрытий и т. п.), но и отделочных, кровельных и других специальных материалов. Использование таких материалов позволяет свести работы на месте строительства к простейшим монтажным операциям, что, вкупе с разнообразным электроинструментом и вспомогательными материалами (крепежными, клеющими ит.п.), резко ускорит строительство.

Одновременно с индустриальным городским строительством получает развитие малоэтажное, в том числе индивидуальное, поселковое и сельское строительство. Для его обеспечения требуется увеличение выпуска традиционных материалов: кирпича, лесоматериалов, асбесто-цементных изделий, а также широкое использование местных строительных материалов.

Промышленность строительных материалов использует в качестве сырья попутные продукты и отходы других отраслей промышленности (металлургические шлаки, золы ТЭС, отходы деревообработки), внося свою лепту в решение экологических проблем, относящихся к главнейшим проблемам, вставшим перед человечеством к концу XX в. К сожалению, используется пока лишь небольшой процент попутных продуктов и промышленных отходов, и это остается одним из актуальных направлений развития промышленности строительных материалов.

Другая проблема, стоящая перед строителями, — снижение энергозатрат на отопление зданий. Она может быть решена только за счет эффективной теплоизоляции зданий и тепловых сетей, так как удовлетворение новых нормативов СНиП по термическому сопротивлению ограждающих конструкций не реально при применении традиционных материалов.

Тем не менее основной материальной базой строительства остаются традиционные материалы: керамика, вяжущие вещества, бетоны и др. Их рациональное применение остается главной задачей строителей.

Для того чтобы правильно использовать строительные материалы, надо знать их свойства и назначение. Изучением свойств материалов занимается материаловедение. В развитие строительного материаловедения большой вклад внесли многие ученые и инженеры. Еще в начале XIX в. по инициативе проф. Н.А. Белелюбского были приняты используемые и поныне стандартные методы оценки свойств строительных материалов (определение марки цементов, морозостойкости и др.). Позднее была разработана теория твердения вяжущих веществ (А.А. Байков, В.Н. Юнг), созданы новые виды вяжущих (П.П. Будников, В.В. Михайлов), разработаны и внедрены в практику новые виды бетонов и растворов (А.В. Волженский, Н.А. Попов, Б.Г. Скрамтаев).

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Классификация и основные требования к строительным материалам

По назначению строительные материалы делят на следующие группы:

•конструкционные, которые воспринимают и передают нагрузки в различных конструкциях;

•теплоизоляционные, основное назначение которых — свести до минимума перенос теплоты через строительную конструкцию и тем самым обеспечить необходимый тепловой режим помещения при минимальных затратах энергии;

• акустические (звукопоглощающие и звукоизоляционные) — для снижения уровня «шумового загрязнения» помещения;

• гидроизоляционные и кровельные — для создания водонепроницаемых слоев на кровлях, подземных сооружениях и других конструкциях, которые необходимо защищать от воздействия воды или водяных паров;

• герметизирующие — для заделки стыков в сборных конструкциях различных горнотехнических сооружений;

• отделочные — для улучшения декоративных качеств строительных конструкций, а также для защиты конструкционных, теплоизоляционных и других материалов от внешних воздействий;

• специального назначения (огнеупорные или кислотоупорные и др.), применяемые при возведении специальных подземных сооружений.

Некоторые материалы (например, цемент, известь, древесина) нельзя отнести к какой-либо одной группе, так как их используют и в исходном состоянии, и как сырье для получения других строительных материалов и изделий — это так называемые материалы общего назначения. Трудность классификации строительных материалов по назначению состоит в том, что одни и те же материалы могут быть отнесены к разным группам. Например, бетон в основном применяют как конструкционный материал, но некоторые его виды имеют совсем иное назначение: особо легкие бетоны — теплоизоляционные материалы; особо тяжелые бетоны — материалы специального назначения, используемые для защиты от радиоактивного излучения.

В основу классификации по технологическому признаку положены вид сырья, из которого получают материал, и способ изготовления. Эти два фактора во многом определяют свойства материала и соответственно область его применения. По способу изготовления различают материалы, получаемые спеканием (керамика, цемент) плавлением (стекло, металлы), омоноличиванием с помощью вяжущих веществ (бетоны, растворы), механической обработкой при­родного сырья (природный камень, древесные материалы).

Так как свойства материалов зависят главным образом от вида сырья и способа его переработки в строительном материаловедении используют классификацию по технологическому признаку и лишь в отдельных случаях рассматриваются группы материалов по назначению.

Строительные материалы, которые используются в конструкциях крепей, подразделяются:

• по использованию в конструкции крепи - на основные, применяемые в несущих конструкциях крепей (металл, бетон, дерево, естественные и искусственные камни, пластмассы и др.), вяжущие, служащие для приготовления растворов, бетонов, пластмасс (цементы, известь, смолы) и вспомогательные (водоизоляционные материалы, химические реагенты и др.);

• по степени сопротивляемости действию огня - на огнестойкие (бетон, некоторые камни), полуогнестойкие (металл, пластмассы), сгораемые (древесина);

• по сроку службы в выработках - на долговечные (бетон, металл) и недолговечные (дерево);

• по характеру деформации под нагрузкой - на хрупкие (бетон, камни) и упругопластические (металл).

Крепежные материалы должны удовлетворять следующим основным требованиям: обладать высокой удельной прочностью, т.е. обеспечивать высокую несущую способность при минимальной массе; иметь невысокую стоимость; не быть дефицитными, а также огнеопасными или легковоспламеняющимися; обладать стойкостью против коррозии и гниения (быть долговечными).

Кроме того, в зависимости от условий работы крепи к крепежным материалам предъявляют также требование водонепроницаемости.

Важным техническим показателем всех конструкционных материалов, в том числе и крепежных, является коэффициент конструктивного качества