1. Перечислите по позициям, в чем сходство и в чем различие углеродистых и легированных сталей по составу, свойствам, применению в строительстве, поведению в условиях пожара (при нагреве до высоких температур)

• Название: 1. Перечислите по позициям, в чем сходство и в чем различие углеродистых и легированных сталей по составу, свойствам, применению в строительстве, поведению в условиях пожара (при нагреве до высоких температур)
• Дата: 08.10.2022
• Размер: 179.93 Kb.
• Имя файла: 839003.docx
• Тип: Документы; #722120

">http://www.allbest.ru/

Содержание
1. Перечислите по позициям, в чем сходство и в чем различие углеродистых и легированных сталей по составу, свойствам, применению в строительстве, поведению в условиях пожара (при нагреве до высоких температур)?

2. Перечислите по позициям, в чем сходство и в чем различие в последовательности проведения испытаний различными экспериментальными методами определения показателей пожарной опасности строительных материалов?

3. Образцы строительного материала испытали на установке трубчатая электропечь. Результаты испытаний приведены в таблице

Список литературы
1. Перечислите по позициям, в чем сходство и в чем различие углеродистых и легированных сталей по составу, свойствам, применению в строительстве, поведению в условиях пожара (при нагреве до высоких температур)?

легированный сталь пожар строительный

Сталями называют сплавы железа и углерода. Содержание углерода в сталях не превышает 2%. При содержании углерода более 2% сплав называют чугуном. Сталь получают в конверторных или мартеновских печах путем продувки кислородом расплавленного чугуна. В результате продувки происходит окисление различных добавок и части углерода, содержащихся в чугуне. После плавки сталь разливают в изложницы, где происходит остывание и кристаллизация металла. В процессе кристаллизации выделяется большое количество газов и неметаллических включений. Сталь, полученную таким способом, по степени раскисления называют кипящей. Качество такой стали невысокое. В период остывания стали можно ввести специальные раскислители - кремний, марганец, алюминий и др., которые связывают газы и успокаивают процесс кристаллизации. Полученную сталь в этом случае называют спокойной. Качество спокойной стали выше, чем кипящей. В случае неполного раскисления получают промежуточную сталь - полуспокойную. Стали, в которых кроме железа и углерода присутствуют только нормальные примеси, называют углеродистыми. Нормальные примеси могут быть полезными - кремний, марганец и вредными — сера, фосфор, кислород. Содержание примесей ограничено. По содержанию углерода стали классифицируют на

- малоуглеродистые - 0,09-0,22% углерода,

- среднеуглеродистые - 0,25-0,5% углерода,

- высокоуглеродистые - 0,6-1,2% углерода.

Строительные стали являются малоуглеродистыми. Среднеуглеродистые стали в основном применяют в машиностроении. Высокоуглеродистые используют для инструментов. Строительные и машиностроительные стали относят к группе конструкционных сталей. По механическим характеристикам конструкционные стали делят на семь марок: СтО, Ст1, Ст2, СТЗ, Ст4, Ст5, Стб. Основными строительными сталями являются СтЗ и Ст5, из которых изготавливают несущие металлические конструкции и арматуру для железобетона. Из сталей Ст4 и Ст5 изготавливают также болты, шурупы и т.д. Углеродистые стали обыкновенного качества в зависимости от гарантируемых свойств объединяют в группы А, Б и В. В маркировке эту букву добавляют спереди, а в конце маркировки - способ раскисления: спокойный - сп, полуспокойный - пс, кипящий - кп, например: АСтЗпс, ВСт4пс. По группе А стали поставляют с гарантированными механическими свойствами, по группе Б - химическому составу, по группе В - по механическим свойствам и химическому составу. По требованиям ударной вязкости в зависимости от температурных условий эксплуатации и назначения конструкций углеродистые стали разделяют на 6 категорий (номер категории указывают в конце маркировки после обозначения способа раскисления), например, ВСтЗкп2.

Существенного улучшения физико-механических свойств сталей можно добиться введением в их состав специальных легирующих добавок. Стали, в которых кроме нормальных примесей присутствуют легирующие добавки, называют легированными. В зависимости от характера влияния, легирующие добавки делят на добавки группы никеля и группы хрома. Входящие в эти группы химические элементы и их условные обозначения приведены в табл.1
Таблица №1


По сравнению с углеродистыми, легированные стали имеют, кал правило, более высокие показатели прочности, ударной вязкости, стойкости к коррозии, лучше свариваются. Недостатком легированных сталей является более высокая стоимость, чем углеродистых. Легированные стали классифицируют в основном по следующим признакам.

1.По количеству легирующих добавок: низколегированные - количество добавок до 2,5%, среднелегированные - количество добавок от 2,5 до 10 % и высоколегированные - количество добавок свыше 10%.

2.По назначению: конструкционные - машиностроительные и строительные стали; инструментальные; специальные - нержавеющие, кислотостойкие, жаростойкие. По экономическим соображениям в строительстве применяют низколегированные стали. Маркируют легированные конструкционные, в том числе и строительные стали следующим образом. Первые две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента. Затем следуют условные обозначения легирующих элементов. Цифра, стоящая за условным обозначением, показывает приблизительное содержание элемента в процентах. Например, сталь 18Гсп в среднем содержит 0,18% углерода и приблизительно 1% марганца. Буквы «сп» обозначают, что сталь спокойная (по способу раскисления). Сталь 20ХГ2С в среднем содержит 0,2% углерода, приблизительно 1% хрома, около 2% марганца и 1% кремния. Если количество легирующих добавок менее 0,3%, то обозначение легирующего элемента не проставляется. Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная. В строительстве применяют низколегированные стали: 18Г, 09Г2; 10Г2С1; 20ХГ2С и др.
Таблица №2


Большое влияние на механические характеристики сталей оказывает содержание углерода. С повышением содержания углерода твердость стали увеличивается, а пластичность уменьшается. Упругость сталей изменяется мало. Модуль упругости изменяется в пределах 2 1 05 - 2,06-Ю5 Мпа. Предел прочности увеличивается до содержания углерода 0,8-1,0%, а затем снижается (рис. 1.)


Рис.1 Влияние содержания углероданамеханические свойства стали75В строительстве сталь применяют в виде прокатных изделий, получаемых с металлургических заводов и имеющих различную форму поперечного сечения — профиль. Каталог прокатных профилей называют сортаментом (рис. 2)


Рис. 2. Сортамент прокатных стальных профилей: а - круглый: б-квадратный; в - плоский: г- периодического профиля, д - ребристого профиля;е-волнистый; ж-угалокравнобокий;з-уголокнеравнобокий; и-швеллер; к-двутавр; л- тавр сварной; м- подкрановая балка; и - рельсовая балка; о- балка для шахтного крепления
Основным способом получения стальных изделий является горячая прокатка. Этим способом получают различные профили, листы, стержни, трубы. Изделия в этом случае называют горячекатанными. Важной особенностью сталей является способность улучшать свои физико-механические свойства и, в частности, прочность в результате термической и механической обработки. К термическим видам обработки, применяемым для строительной стали, относят закалку и отпуск. Закалка стали заключается в нагреве ее до высоких температур с последующим охлаждением в воде, масле, расплавленном свинце. Структура и свойства закаленных сталей зависят от скорости охлаждения. Стали, прошедшие закалку, имеют повышенную прочность и твердость, однако при этом имеют склонность к хрупкому разрушению. Отпуск стали производят с целью уменьшения внутренних напряжений, возникающих при закалке, а также для снижения хрупкости и твердости закаленной стали. Стали при этом нагревают до температуры не выше 600°С и после изотермической выдержки постепенно охлаждают. Проволоку изготовляют путем вытяжки (волочения). Некоторые виды арматуры периодического профиля изготовляют путем холодного сплющивания. И в том и в другом случае сталь упрочняется за счет наклепа. Арматуру при этом называют холоднотянутой.

При нагреве металла подвижность атомов повышается, увеличиваются расстояния между атомами и связи между ними ослабевают. Термическое расширение нагреваемых тел — признак увеличения межатомных расстояний. Большое влияние на ухудшение механических свойств металла оказывают дефекты, число которых возрастает с увеличением температуры. При температуре плавления количество дефектов, увеличение межатомных расстояний и ослабление связей достигает такой степени, что первоначальная кристаллическая решетка разрушается. Металл переходит в жидкое состояние. В интервале температур от абсолютного нуля до точки плавления изменение объема всех типичных металлов приблизительно одинаково - 6- 7,5%. Судя по этому, можно считать, что увеличение подвижности атомов и расстояний между ними, а соответственно, и ослабление межатомных связей, свойственно всем металлам почти в одинаковой степени, если они нагреты до одной и той же гомологической температуры. Гомологическая температура — это относительная температура, выражается в долях температуры плавления (Г ) по абсолютной шкале Кельвина.

Чем ниже температура плавления металла или сплава, тем при более низких температурах происходит снижение прочности, например у алюминиевых сплавов - при более низких температурах, чем у сталей. При высоких температурах также происходит увеличение деформаций ползучести, которые являются следствием увеличения пластичности металлов.

Наряду с общими закономерностями, характерными для поведения металлов при нагреве, поведение сталей в условиях пожара имеет особенности, которые зависят от ряда факторов Так, на характер поведения оказывает влияние прежде всего химический состав стали: углеродистая или низколегированная, затем способ изготовления или упрочнения арматурных профилей: горячая прокатка, термическое упрочнение, холодная протяжка и т.п. Рассмотрим эти особенности подробнее. При нагревании образцов горячекатанной арматуры из углеродистой стали происходит уменьшение ее прочности и увеличение пластичности, что приводит к снижению пределов прочности, текучести, возрастанию относительного удлинения b и сужения i/л. При остывании такой стали ее первоначальные свойства восстанавливаются.
2. Перечислите по позициям, в чем сходство и в чем различие в последовательности проведения испытаний различными экспериментальными методами определения показателей пожарной опасности строительных материалов?
Таблица №3

Метод I

Метод II

Удалить из печи держатель образца, проверить установку печной термопары, включить источник питания. Стабилизировать печь. Поместить образец в держатель, установить термопары в центре и на поверхности образца. Ввести держатель образца в печь и установит его. Продолжительность операции должна быть не более 5 с. Включить секундомер сразу же после введения образца в печь. В течение испытания вести регистрацию показаний термопар в печи, в центре и на поверхности образца. Продолжительность испытания составляет, как правило, 30 мин. Испытание прекращают через 30 мин при условии достижения температурного баланса к этому времени. Температурный баланс считают достигнутым, если показания каждой из трех термопар изменяются не более чем на 2С за 10 мин. При этом фиксируют конечные термопары в печи, в центре и на поверхности образца. Если по истечении 30 мин температурный баланс не достигается хотя бы для одной из трех термопар, испытание продолжают, проверяя наличие температурного баланса с интервалом 5 мин. При достижении температурного баланса для всех трех термопар испытание прекращают и фиксируют его продолжительность. Держатель образца извлекают из печи, образец охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Осыпавшиеся с образца во время или после испытания остатки (продукты карбонизации, зола и т.п.) собирают, взвешивают и включают в массу образца после испытания. При испытании фиксируют все наблюдения, касающиеся поведения образца, и регистрируют следующие показатели: — массу образца до испытания тн, г; — массу образца после испытания тк, г; — начальную температуру печи Тп.н., С; — максимальную температуру печи Тп.м, С; — конечную температуру печи Тп.к, С; — максимальную температуру в центре образца Тц.м, С; — конечную температуру в центре образца Тц.к, С; — максимальную температуру поверхности образца Тп.о.м, С; — конечную температуру поверхности образца Тп.о.к, С; — продолжительность устойчивого пламенного горения образцаtr, с.

Для каждого материала следует проводить три испытания. Каждое из трех испытаний заключается в одновременном испытании четырех образцов материала. Проверить систему измерения температуры дымовых газов, для чего включить измерительные приборы и подачу воздуха. Указанная операция осуществляется при закрытой дверце камеры сжигания и неработающем источнике зажигания. Отклонение показаний каждой из четырех термопар от их среднего арифметического значения должно составлять не более 5С. Взвесить четыре образца, поместить в держатель, ввести его в камеру сжигания. Включить измерительные приборы, подачу воздуха, вытяжную вентиляцию, источник зажигания, закрыть дверцу камеры. Продолжительность воздействия на образец пламени от источника зажигания должна составлять 10 мин. По истечении 10 мин источник зажигания выключают. При наличии пламени или признаков тления фиксируют продолжительность самостоятельного горения (тления). Испытание считают законченным после остывания образцов до температуры окружающей среды. После окончания испытания выключить подачу воздуха, вытяжную вентиляцию, измерительные приборы, извлечь образцы из камеры сжигания. Для каждого испытания определяют следующие показатели: — температуру дымовых газов; — продолжительность самостоятельного горения и (или) тления; — длину повреждения образца; — массу образца до и после испытания. В процессе проведения испытания регистрируют температуру дымовых газов не менее двух раз в минуту по показаниям всех четырех термопар, установленных в газоотводной трубе, и фиксируют продолжительность самостоятельного горения образцов (при наличии пламени или признаков тления). При испытании фиксируют также следующие наблюдения: — время достижения максимальной температуры дымовых газов; — переброс пламени на торцы и необогреваемую поверхность образцов; — сквозное прогорание образцов; — образование горящего расплава; — внешний вид образцов после испытания: осаждение сажи, изменение цвета, оплавление, спекание, усадка, вспучивание, коробление, образование трещин и т.п.; — время до распространения пламени по всей длине образца; — продолжительность горения по всей длине образца.

3. Образцы строительного материала испытали на установке трубчатая электропечь. Результаты испытаний приведены в таблице
Сделать вывод о группе горючести материала согласно ГОСТ 30244– (ответ обосновать).
Таблица №4

№ образца	Прирост температуры в печи t,0С	Потеря массы образца m, %	Продолжительность пламенного горения t, с
1	49	47	9
2	51	52	11
3	53	50	12
4	46	49	8
5	50	51	9

Материал относятся к группе негорючих (НГ), если при испытании пяти образцов получены следующие результаты:

- среднее значение разности между максимальной и конечной (на 30 мин.) температура в печи не превышает 50⁰С;

- средняя потеря массы образцов не превышает 50 % их первоначальной массы;

- средняя продолжительность пламенного горения не превышает 10с.

Если хоть бы один из названных критерий не выполняется, материал относят к горючим (Г).
Таблица №5

№ образца	Прирост температуры в печи l10C	Потеря массы образца m, %	Продолжительность пламенного горения t,c	Горючесть
1	49	47	9
2	51	52	11	Г
3	53	50	12	Г
4	46	49	8
5	50	51	9	Г

В соответствии с данными материал относится к горючим материалам.
Список литературы

1. 
   ГОСТ 30244-94. Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть.
   
2. 
   Здания сооружения и их устойчивость при пожаре: учебник. Часть 1. «Строительные материалы, их пожарная опасность и поведение в условиях пожара» / Под общей редакцией Г.Н. Кирилова. – СПб: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2007. – 176с.
   
3. 
   Методы огневых испытаний строительных материалов и конструкций: Учебно-методическое пособие // Беляев А.В., Лимонов Б.С. / Под общей ред. В.С. Артамонова. – СПб.: Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России, 2009. – 76 с.
   
4. 
   Пожарная опасность строительных материалов /Баратов А.Н., Корольченко А.Я., Андрианов Р.А. и др. – М.: Стройиздат, 1988.
   
5. 
   Попов К.Н., Каддо М.Б. Строительные материалы и изделия: Учебник/ К.Н. Попов.— М.: Высшая школа, 2005.