Контрольная работа по "Строительству"

Окислительные пленки имеются на поверхности всех металлов. На одних металлах они не обнаруживают себя, а на других - выражены ярко и изменяют его внешний вид.

Возможность пассивации металла окисной пленкой зависит от ее кристаллохимического строения. При соответствии кристаллохимической структуры металла структуре пленки последняя плотно удерживается на поверхности металла и создает его защиту от агрессивного воздействия. Если кристаллохимическое строение пленки не соответствует строению металла, (например, пленка окисла на стали в виде a-Fe203), то она не защищает металл от коррозии.

Электрохимическая коррозия является наиболее распространенным типом коррозии металлов. Она происходит во влажном воздухе и в различных водных растворах, проводящих электрический ток.

Строительные металлические конструкции, большей частью работающие во влажном воздухе, подвержены, в основном, электрохимической коррозии, которая усиливается с ростом концентрации в воздухе углекислого и сернистого газов. Интенсивно корродируют конструкции, находящиеся в грунте, например трубопроводы.

При электрохимической коррозии часть атомов из кристаллической решетки металла или сплава переходит в раствор электролита в виде ионов. В металле остается эквивалентное количество электронов. В результате металл заряжается отрицательно, а окружающий его раствор электролита - положительно. Возникает гальваническая пара, в которой частицы разрушающегося металла постепенно переходят в раствор:

Fe + лН20 -> Fe+2 - лН20 + 2е.

При появлении разности потенциалов между отдельными участками поверхности металла электроны начинают перемещаться по металлу к поверхности катода, а ионы железа группируются у анода, т. е. происходит снижение разности потенциалов. При отсутствии посторонних факторов деструкция металла на этом могла бы закончиться. Однако к поверхности катода может поступать кислород, который связывает свободные электроны:

02 + 2Н20 + 4е = 40Н_.

В результате этого процесса на катоде накапливается гидроксил

Накопление гидроксила вызывает появление разности потенциалов, и снова электроны с анода устремляются к катоду. Одновременно гидроксилионы перемещаются в электролите к аноду, где связываются с ионами железа, образуя гидрат закиси и гидрат окиси железа, так называемые продукты коррозии:

2 0HT + Fe2+-*Fe(OH)2;

4Fe(OH)2 + 02 + 2Н20 ~> 4Fe(OH)3.

Эти продукты по сравнению с железом имеют менее отрицательный нормальный электродный потенциал и образуют с металлом разность потенциалов, стимулируя процесс его коррозии. 

Таким образом, для протекания процесса электрохимической коррозии стали необходимы следующие условия: наличие активных участков поверхности металла, способных к анодному растворению; связывание на катодных участках поверхности металла избыточных электронов, например с восстановлением кислорода; наличие электролита, в котором может осуществляться движение ионов между анодом и катодом.

Процесс электрохимической коррозии зависит от вида металла. Если гальваническая пара состоит из двух металлов, то растворяется металл, стоящий правее в ряду напряжений: золото, серебро, медь, свинец, олово, никель, железо, хром, цинк, марганец, титан, алюминий, магний. Например, при контакте железа с цинком растворяется цинк, а при контакте железа с медью - железо. В паре металл - неметалл в электролите растворяется металл.

Электрохимическая коррозия стали в щелочной среде значительно замедляется. Это обстоятельство используют при изготовлении железобетона. В процессе твердения большинства цементов возникает щелочная среда, которая способствует образованию на поверхности стальной арматуры защитной пленки из нерастворимых соединений железа типа Fe(OH)3. Происходит так называемое пассивирование железа. Пленка предохраняет металл от коррозии. Это характерно для бетона при рН среды более 11,5. Поэтому в железобетонных конструкциях, находящихся в воздушной или водной среде при отсутствии агрессивного воздействия, коррозии арматуры не происходит. Обязательным требованием при этом является наличие у арматуры защитного слоя из бетона толщиной 15...30 мм.

Защита от коррозии представляет собой конструктивные и профилактические меры, повышение коррозионной стойкости металлов, изоляцию их поверхности от воздействия среды, протекторную защиту.

Конструктивные и профилактические меры заключаются в повышении качества обработки поверхности металлических изделий, а также в защите конструкций от атмосферных осадков. Благодаря этому сокращается реальная площадь поверхности металла, контактирующего со средой. Для профилактики коррозии консервируют дорогостоящие машины и механизмы защитными смазочными материалами.

Повышение коррозионной стойкости достигается, введением в состав стали легирующих добавок - хрома, никеля, марганца, титана, меди. Весьма стойки к атмосферной коррозии нержавеющие легированные стали, содержащие в большом количестве хром, который создает на поверхности изделий плотную оксидную пленку. Используемые в строительстве углеродистые и низколегированные стали, иногда изготовляют с добавкой 0,2.,.0,5 % меди, что повышает коррозионную стойкость в 1,5...3 раза.

Изоляция поверхности металла от воздействия среды - наиболее распространенный способ защиты строительных конструкций путем использования покрытий либо получения на поверхности металла защитной пленки.

Неметаллические покрытия образуют на поверхности изделий защитную пленку, препятствующую проникновению влаги. Тем самым предотвращается возможность развития коррозии.

В число неметаллических покрытий входят в основном лаки и краски. Используют битумные, дегтевые, синтетические лаки, а также масляные краски, алкидные и другие эмали. Санитарно-технические изделия - ванны, раковины, мойки - защищают неорганическими эмалями. Нередко защитные покрытия выполняют из полимеров - полиэтилена, поливинилхлорида, полистирола, эпоксидных смол. Поверхности закладных деталей сборных железобетонных конструкций защищают с помощью цементно-полистирольных или цементно-перхлорвиниловых обмазок.

Металлические покрытия получают нанесением на поверхность изделия тонкой пленки из другого металла (металлизация и горячие покрытия). Различают покрытия анодные и катодные. Анодные покрытия выполняют из металла, стоящего в ряду напряжений правее защищаемого металла. Для стальных изделий анодной защитой служит пленка из цинка, алюминия. Если покрытие окажется нарушенным, то разрушается покрывающий, а не основной металл. Цинковые и алюминиевые покрытия часто применяют для защиты поверхности закладных деталей в сборных железобетонных конструкциях.

Катодные покрытия предохраняют металл от прямого контакта с коррозионной средой. Катодную защиту выполняют из олова, свинца, никеля. Такая защита работоспособна до тех пор, пока не нарушена целостность покрытия. При местном нарушении защитной пленки начнется, коррозия стали.

Защитные пленки формируют путем целенаправленной обработки деталей специальными химическими реагентами. После такой обработки на поверхности металла образуются соединения с большой коррозионной стойкостью. Защитные пленки создают, например, путем оксидирования.

Протекторная защита заключается в соединении металла защищаемой конструкции с металлом, который находится правее в ряду напряжений. В образованной таким путем гальванической паре металл протектора служит анодом. Он и будет постепенно разрушаться, а основной металл останется целым. Данный способ применяют для защиты конструкций в морской воде, влажных грунтах. Стальные конструкции опор ЛЭП, электроконтактной сети, трубопроводов снабжают протекторами в виде пластин из цинка, алюминиево-цинковых или магниевых сплавов.

 

Классификация свай по виду материалов, методу погружения в грунт и по характеру работы в грунте. Конструкции свайных фундаментов.

 

Сваи подразделяют по целому ряду признаков на несколько групп:

по материалу - деревянные, металлические, бетонные и железобетонные, комбинированные, грунтовые;

по методу погружения в грунт различают сваи следующих видов:

1) сваи забивные, заглубляемые  в грунт с помощью молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих  и вдавливающих устройств без  выемки грунта;

2) сваи-оболочки, заглубляемые вибропогружателями  без выемки или с частичной  выемкой грунта (не заполняемые  бетонной смесью);

3) сваи-оболочки, заглубляемые вибропогружателями  с выемкой грунта (заполняемые  частично или полностью бетонной  смесью);

4) сваи набивные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного отжатия (вытеснения) грунта;

5) сваи буровые, устраиваемые в  грунте путем заполнения пробуренных  скважин бетонной смесью или  установки в них железобетонных элементов;

6) сваи винтовые.

 по условиям взаимодействия с грунтом сваи подразделяют на сваи-стойки и висячие сваи. К сваям-стойкам относят сваи всех видов, опирающиеся на скальные грунты, а также забивные сваи, нижний конец которых погружен в малосжимаемый грунт. К мало сжимаемым грунтам причисляют крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем и глины твердой консистенции с модулем общей деформации в водонасыщенном состоянии Е ≥ 30 000 кПа. К висячим сваям относят сваи всех видов, опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку на основание боковой поверхностью и нижним концом.

 Несущая способность сваи  может быть повышена устройством  уширения в ее нижней части, в результате чего увеличивается  площадь опирания сваи на грунт. Сваи, имеющие такое уширение, получили название свай с уширенной пятой.

Конструкции свайных фундаментов не так сложны, как кажется на первый взгляд. Сваи – это своего рода элемент, передающий нагрузку от здания грунту. Каждая свая может выдержать груз до пяти тонн. Сваи применяют для устройства фундаментов под различные здания и сооружения, повышения несущей способности слабых грунтов, шпунтовые сваи - для укрепления стенок котлованов от обрушения. Свайный фундамент используют в тех случаях, когда верхний слой грунта не в состоянии выдержать большую тяжесть, либо при высоком уровне грунтовых вод и на плывунах. Конструкция свайного фундамента является наиболее подходящей для крупногабаритного строительства. В частном строительстве такие фундаменты используют довольно редко. Основными элементами свайных фундаментов являются собственно сваи, оголовки и ростверки.

 Свайные фундаменты в зависимости от размещения свай в плане проектируют в виде:

а) одиночных свай — под отдельно стоящие опоры;

б) свайных лент — под стены зданий и сооружений при передаче на фундамент распределенных по длине нагрузок с расположением свай в один, два ряда и более;

в) свайных кустов — под колонны с расположением свай в плане на участке квадратной, прямоугольной, трапецеидальной и другой формы;

г) сплошного свайного поля — под тяжелые сооружения со сваями, равномерно расположенными подвеем сооружением и объединенными сплошным ростверком, подошва которого опирается на грунт.

При разработке проекта свайных фундаментов учитывают следующие данные: конструктивную схему проектируемого здания или сооружения; размеры несущих конструкций и материал, из которого они проектируются; наличие и габариты приближения заглубленных помещений к строительным осям здания или сооружения и их фундаментам; конструкции полов и технологические нагрузки на них; нагрузки на фундамент от строительных конструкций; размещение технологического оборудования, нагрузки, передаваемые от него на строительные конструкции, а также требования к предельным осадкам и кренам строительных конструкций и фундаментов под оборудование.

Число свай в фундаменте определяют из условия максимального использования прочностных свойств их материала при расчетной нагрузке, допускаемой на сваю, с учетом допустимых перегрузок крайних свай в фундаменте. Выбор конструкции и размеров свай осуществляется с учетом значений и направления действия нагрузок на фундаменты (в том числе технологических нагрузок), а также технологии строительства здания и сооружения.

Сваи в фундаментах под стены зданий обычно располагаются параллельными рядами (обычно в 1…4 ряда в зависимости от погонной нагрузки и несущей способности принятых свай). При восприятии сосредоточенных нагрузок от отдельных опор сваи располагаются «кустами» (чаще всего по 4…12 свай). Если несущая способность свай достаточно высока или сосредоточенная нагрузка мала, можно ограничиваться одной сваей под опору («односвайный фундамент»). В частности, при нагрузках на опору менее 300кН очень эффективными могут быть сваи-колонны, выполняющие одновременно функции фундамента и колонны. Изготовление сваи фундамента непосредственно в грунте: иногда используют такую конструкцию свайного фундамента, когда сваи изготавливаются непосредственно в грунте. Для этого бурят скважину, вставляют в неё арматурный каркас и полые трубы. Далее всё это заливают бетоном. После чего бетон необходимо уплотнить утрамбовкой или вибрацией. Эта конструкция фундамента на сваях практически ничем не отличается от столбчатого фундамента. Разница лишь в размере и несущей способности. Расстояние между сваями и их число определяют расчетом.