Цветные металлы и сплавы. Применение в строительстве.

Алюминий и его сплавы. Алюминий - легкий серебристо-белый металл. Важное достоинство его - низкая плотность. В чистом виде алюминий мягок, пластичен, хорошо отливается, прокатывается, температура плавления 657° С. Алюминий имеет повышенную стойкость к коррозии на воздухе благодаря образованию защитной пленки А120з, высокую теплопроводность и электропроводность. Предел прочности при растяжении у алюминия (900-М 200) 105 н/м2, относительное удлинение 20-30%, твердость НВ = 25-30, коэффициент теплопроводности 200 вт/м*град, удельная теплоемкость 1,26 o 103 дж/кг o град.

Получают алюминий из бокситов, нефелинов, алунитов. При комплексной переработке нефелинов, помимо глинозема, получают соду, поташ, цемент, серную кислоту, удобрения и другие продукты. Сплавы алюминия с кремнием при добавке в шихту 0,1% модификатора называют силуминами.

Открытый в Советском Союзе способ выплавки алюминия непосредственно из руды снижает стоимость производства алюминиевых сплавов. В чистом виде в строительстве алюминий применяют для отливки деталей, изготовления порошков (алюминиевые краски и газообразователи при изготовлении ячеистых бетонов), фольги, электропроводов. Алюминиевую фольгу применяют для изготовления высокоэффективного утеплителя (альфоля), в качестве отражателя тепловых лучей, а также декоративного материала. Из алюминиевых сплавов анодным оксидированием получают архитектурные детали различной расцветки.

Для строительных изделий алюминий применяют в виде сплавов, в состав которых входят Си, Mn, Mg, Si, Fe. Сплавы алюминия имеют предел прочности при растяжении более 5- 108 н/м².

Сплавы, состоящие из алюминия, меди, магния и марганца, носят название дуралюминий. Из алюминиевых сплавов изготовляют плоские и волнистые листы, прокатные, гнутые, клепаные и сварные профили, трубы.

В настоящее время область применения алюминиевых сплавов сильно расширена. Их рекомендуется применять: в конструкциях большепролетных сооружений, в которых собственный вес составляет значительную часть нагрузок; в сборно-разборных конструкциях; в конструкциях сооружений, возводимых в труднодоступных местах; при строительстве в сейсмических районах; в конструкциях сооружений, предназначенных для службы в агрессивной среде; в конструкциях подвижных и подъемно-транспортных устройств.

Экономически целесообразно применение трехслойных навесных панелей из листов алюминия с пенопластмассовым заполнением, кровельных покрытий, алюминиевых оконных переплетов, перфорированных плит для звукопоглощающих поверхностей и др. Вес 1 м² алюминиевой панели с поропластом в 8-10 раз легче железобетонной.

Строительные изделия из алюминиевых сплавов отличаются хорошим внешним видом, сейсмостойкостью, хладостойкостью, огнестойкостью, антимагнитностью, долговечностью. Такое сочетание свойств определило широкое применение алюминия в строительстве.

Алюминиевые сплавы применяются в основном в долговечных, стойких против коррозии декоративных ограждающих конструкциях.

Область применения алюминиевых конструкций расширяется благодаря созданию конструктивно-облицовочных материалов с защитнодекоративными полимерными, эмалевыми и электрохимическими покрытиями.

Применяя алюминий, можно уменьшить вес стен и кровли в 10-80 раз, уменьшить трудоемкость монтажа и сократить его сроки в 2-3 раза.

В строительстве применяют высокоэффективный материал - пеноалюминий. Процесс его получения заключается в том, что в расплавленный металл вводят гидриды металлов (титана, бария или циркония), которые при нагреве выделяют газы. В результате получают пористый материал с низкой объемной массой (100 - 300 кг/ж3) и малой теплопроводностью. Пеноалюминий обладает хорошей пластичностью и может подвергаться резанию, пайке, склеиванию.

В соответствии с нормами и техническими условиями рекомендуется применять следующие сплавы:
-термически необрабатываемые - алюминиево-магниевые для клепаных и сварных конструкций, алюминиево-марганцевые для конструкций зданий, не требующих повышенной стойкости против коррозии;
-термически обрабатываемые - алюминиево-кремнистые для конструкций, требующих повышенной стойкости против коррозии;
- алюминиевые нормальной и повышенной прочности для конструкций, не требующих повышенной стойкости против коррозии.

Магний и его сплавы. Магний - один из наиболее легких металлов. Плотность его 1,73 o 103 кг/м³, температура плавления 649° С. В чистом виде магний малоустойчив. Получают магний из морской рапы после осадки поваренной соли, из карналлита и магнезита. Применяют магний при изготовлении специальных легких сплавов.

Цинк. Плотность цинка 7,0 o 103 кг/м³. Температура плавления 419° С. Применяют его главным образом для оцинкования различных стальных изделий (гвоздей, болтов, кровельной стали) в качестве составляющего сплавов. При обычной температуре цинк хрупок, при нагревании до 150° С он становится пластичным. Цинк получают из сульфидных цинковых руд ZnS.

Свинец - мягкий, пластичный, тяжелый металл. Плотность свинца 11,40- 103 кг/м³. Температура плавления 327° С. Свинец хорошо льется и прокатывается, хорошо противостоит действию серной и соляной кислот. Предел прочности при растяжении до 2-107 н/м², твердость - 5,9. Свинец непроницаем для рентгеновских лучей и частично гамма-лучей. Применяется в строительстве для специальных труб, антикоррозионных покрытий, звуко- и гидроизоляции и как составная часть некоторых легкоплавких сплавов. Свинец добывают из сульфидных руд.

Олово - мягкий, стойкий против коррозии металл. Плотность олова (7,2) 103 кг/м³. Температура плавления 232° С. Применяется для лужения стали и меди в качестве припоя и как составная часть цветных легкоплавких сплавов. Предел прочности при растяжении (350-450) 105 н/м², относительное удлинение 40%, твердость-12. Олово добывают из руды, которая называется оловянным камнем.

Медь и ее сплавы. Медь - металл красного цвета с плотностью 8,8 o 103 кг/м³, температурой плавления 1083° С, пределом прочности при растяжении около 20 -105 н/м², относительным удлинением 30-60%. Медь - мягкий и пластичный металл, хорошо проводит электричество и тепло.

Медь добывают из медных, сульфидных и окисленных руд. Применяют медь для изготовления электрических проводов и в качестве составной части различных сплавов.

Сплав, состоящий из меди и цинка, называют латунью. Латунь обладает высокими механическими и антикоррозионными свойствами и поддается горячей и холодной обработке. Иногда к латуни добавляют свинец, олово, алюминий, кремний и др. Применяют ее в виде листов, прутьев, проволоки, труб. Латунь в строительстве применяют также в виде специальных изделий для архитектурной отделки интерьеров (базы колонн, различные погонажные изделия).

Сплав меди с оловом (до 10%) называют оловянистой бронзой. Сплавы меди с алюминием, никелем, кремнием носят название безоловянистых бронз. Иногда в состав бронзы вводят свиней, цинк, фосфор. Бронзу применяют для внутреннего оборудования зданий (сантехническая арматура, вентиляционные решетки, детали карнизов, фурнитура и др.).

Кроме бронзы и латуни, известны другие сплавы, содержащие медь. Например, мельхиор (20% никеля и 80% меди), никелин (45% никеля и 55% меди), константан (40% никеля, 59% меди и 1% марганца).

Сплавы, состоящие из свинца, олова, сурьмы, меди, применяют в качестве так называемых антифрикционных или подшипниковых. Такие сплавы носят название баббитов.

В последнее время некоторые цветные металлы с успехом заменяют стеклом, пластмассами, химически обработанной древесиной и др.