3.10. Титан и его сплавы

Титан – металл серебристо-белого цвета, очень легкий (плотность 4500 кг/м ), тугоплавкий (1665 ºС), а из-за наличия пленки TiO на поверхности деталей по коррозийной стойкости превосходит нержавеющую сталь.

Титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается электродуговой сваркой в защитных газовых средах и контактной сваркой, но плохо обрабатывается резанием.

Основным легирующим элементом титановых сплавов является алюминий; также вводятся ванадий, молибден и другие химические элементы (Cr, Mn, Fe, Cu и др.). Титановые сплавы характеризуются высокой прочностью, высокой жаропрочностью, отсутствием хладноломкости, обладают низкой теплопроводностью и малым коэффициентом линейного расширения, но уступают стали в твердости (НВ 100) и по износостойкости.

По способу производства сплавы делятся на деформируемые и литейные (ВТ1Л, ВТ5Л6, ВТ96). Сплав ВТ1Л обладает наивысшей коррозийной стойкостью, но механические свойства его низкие.

Сплав ВТ5Л применяется для деталей, работающих в диапазоне температур -235 … +350ºС, а сплав ВТ9Л наиболее высокопрочен и предназначен для изготовления нагруженных деталей, работающих при температурах до 500ºС.

Промышленные титановые сплавы ВТ-5, ВТ5-1, ОТ4, ВТ-6, ВВ14, ВТ8 применяются:

- в химической промышленности (теплообменники, компрессоры, насосы и др.);

- в машиностроении (клапаны, золотники, пружины и др.);

- в производстве дисков и лопаток компрессоров и турбин, обшивок ракет и подводных лодок;

- в медицине (стержни).

4. Каменные строительные материалы

Каменные строительные материалы так же, как и многие другие, делятся на две основные группы (рис.4.1):

1. Природные.

2. Искусственные.

П ервые могут использоваться без какой либо особой подготовки, или, чаще всего, выполняется комплекс работ по дроблению и сортировке их. Поражают воображение каменные творения людей далеких тысячелетий и столетий: египетские пирамиды, греческие и римские храмы и спортивные арены, скульптуры острова Пасхи, древние российские храмы и многое, многое другое. Человек в те далекие времена, практически не имея с наших позиций механизмов и инструмента, создал эти гигантские и долговечные сооружения.

Искусственные материалы настоящего времени поражают своим разнообразием, функциональными возможностями и характеристиками. Это убедительно прослеживается в истории создания новых и эффективных искусственных каменных строительных материалов.

4.1. Природные каменные материалы

Это наиболее древний вид материалов, применяемых для каменной кладки и облицовки зданий, в качестве кровельного и дорожного материала.

Штучный камень для кладки стен выпиливают из массивов лёгких горных пород (пористых известняков и вулканических туфов) специальными механизмами.

Для кладки невысоких стен и фундаментов применяют бутовый камень (бут), не имеющий правильной формы (известняк, доломит, песчаник и многие другие). Изделия для наружной и внутренней облицовки стен, ступени, плитки и различные архитектурно-строительные детали изготовляют из гранитных, мраморных или известковистых плит, получаемых распиливанием блоков. Кровельные плитки изготовляют из морозостойких сланцев и песчаников раскалыванием их.

Для мощения дорог применяют брусчатку, шашку мозаичную, булыжный камень, плиты тротуарные и др., изготовляемые преимущественно из твердых пород (гранит, диорит и др.).

Для монументальных сооружений используют плотные изверженные породы, продолжительность службы которых исчисляется веками. Путем специальной обработки камню может быть придана необходимая форма, а также наиболее полно выявляющиеся его декоративные особенности фактуры.

Материалы из горных пород, применяются не только для каменной кладки, облицовки, устройства дорожных покрытий, но и в качестве сырья для изготовления искусственных каменных материалов (керамических, теплоизоляционных и др.).

В зависимости от минерального состава и способа обработки природные каменные материалы делятся на следующие разновидности:

- глина;

- песок и гравий, получаемые просеиванием или промывкой рыхлых горных пород;

- щебень;

- бутовой камень, добываемый при разработке взрывным способом песчаников и других осадочных пород;

- пиленые камни и блоки из легких горных пород (туфы, ракушечники и пр.);

- облицовочные камни;

- плиты и фасонные изделия.

Эти материалы химически стойкие, негорючие, твердые, стойкие к нагреву, экологически чистые и относительно дешевые.

Бутовой камень - грубообработанный каменный материал в виде крупных обломков горных пород размером в поперечнике 150…500 мм, получаемый чаще всего взрывным способом известняков, доломитов, песчаников. Его обычно используют для кладки фундаментов и при строительстве плотин.

Гравий – рыхлый, грубо обработанный каменный материал, образующийся в результате естественного разрушения (выветривания) и состоящий из окатанных зерен размером 1…10 мм. При большом содержании песка (25…40 %) материал называется песчанно – гравийной смесью. Гравий применяют в качестве заполнителя для бетона и в дорожном строительстве.

Щебнем называется грубообработанный каменный материал, полученный в результате дробления и рассева камней из горных пород на куски 5…150 мм остроугольной формы. Лучшими считаются куски по форме приближенные к кубу или тетраэдру. Крупный щебень получают дроблением горных пород на шнековых или конусных дробилках, а мелкий (менее 25 мм) щебень - на молотковых или валковых дробилках.

Песок – это мелкообломочная (0,1…2 мм) рыхлая горная порода, состоящая из зерен различных материалов (кварца, полевого шпата и др.) и содержащая примеси пылеватых и глинистых частиц.

Пески могут быть природными и искусственными. Природные пески по месту залегания, по свойствам и применению различаются как:

- горные (овражные);

- речные (морские).

Искусственные пески изготовляют дроблением и просеиванием горных пород. В хорошем песке для бетона пустотелость должна быть не выше 38 %.

Пески применяются для изготовления строительных конструкций (изготовление растворов, бетонов, силикатных кирпичей), в дорожном строительстве (отсыпка профилей и дорожного полотна), в литейном и в стекольном производстве, в керамической промышленности при изготовления фарфора и фаянса, огнеупорных кирпичей и химической посуды.

В зависимости от области применения песка имеются ограничения по допускаемым предельным значениям удельной эффективной активности естественных радионуклидов:

1. Менее 370 Бк/кг для жилых и общественных зданий.

2. В пределах 370… 740 Бк/кг для производственных зданий и дорожного строительства в пределах населенных пунктов.

3. От 740 до 2800 Бк/кг для дорожного строительства вне населенных пунктов.

В Тюмени два основных песчаных карьера: «Муллашовский» (лесной песок сухой добычи, используемый для растворов) и «Озеро Андреевское» (намывной песок, используемый для производства строительных материалов). Кроме того, были песчаные карьеры для дорожного строительства. Например, был карьер по Велижанскому тракту при выезде из г. Тюмени, а сейчас это озеро Липовое, используемое как место отдыха горожан. Крупнозернистый песок для укладки брусчатки и штукатурных работ поступает из Омской и Севера Тюменской областей.

Глина - тонкодисперсные (частицы размером менее 0,01…0,001 мм) горные породы, состоящие, в основном, из глинистых минералов – силикатов со слоистой кристаллической структурой. Они способны при увлажнении разбухать и приобретать пластичность, а после обжига - камнеподобное состояние.

Глины состоят из кремнезема SiO₂ (40…70 %), глинозема Al₂O₃ (15…35 %) и других оксидов (K₂O, Na₂O, Fe₂O_3, TiO_2, MgO). Глина – это строительный, огнеупорный и поделочный материал. Она входит в состав цемента, является сырьем для изготовления керамического кирпича, фарфора и фаянса, из глины изготовляют гончарные и керамические художественные изделия.

Керамзит – материал округлой формы, получаемый из глин путем вспучивания газами, выделяющимся из них при нагреве. Насыпная плотность керамзита находится в пределах 150…800 кг/м³. Он используется как утеплитель и для изготовления легких керамзитобетонов и керамзитоблоков.