|
Железобетон. Для некоторых отраслей машиностроения перспективным является применение железобетонных конструкций. Из железобетона целесообразно изготовлять крупногабаритные корпусные и базовые детали агрегатов в тяжелом машиностроении (станины уникальных металлорежущих станков, прессов, шаботы молотов и др.). При этом резко сокращается металлоемкость конструкций и снижаются расходы на их изготовление.
Для изготовления железобетонных конструкций применяют качественный портландцемент, представляющий собой тонкоизмельченную предварительно обожженную около 1500°С силикатную смесь, состоящую из известняка, глины и кварцевого песка. Обычный состав обожженного цемента: 65 - 70% СаО; 20-25% Si02; 8-10% А1203, 2 - 5% Fe203. При взаимодействии с водой цемент твердеет, превращаясь по истечении некоторого времени в прочную монолитную массу. Для правильного твердения необходима температура не ниже 15 - 20 °С и повышенная влажность окружающей среды. Твердение замедляется при понижении температуры, особенно ниже нуля. С целью ускорения твердения цемент подвергают температурно-влаж-ностной обработке (пропариванию).
Качество портландцемента зависит от его минералогического состава и тонкости помола: чем мельче цемент, тем быстрее и полнее он взаимодействует с водой и тем выше его прочность. Портландцемент схватывается обычно через 1 -1,5 ч и затвердевает через 10-12 ч. При последующей выдержке прочность цемента увеличивается; по истечении примерно 30 суток процесс упрочнения замедляется.
Выпускают портландцемент марок: 200, 250, 300, 400, 500, 600. Цифры указывают предел прочности (МПа), увеличенный в 10 раз (кубиковая прочность) при сжатии стандартного образца в виде куба размерами 20 х 20 х 20 см', изготовленного из смеси цемента и кварцевого песка в отношении 1:3 и испытанною после 28 суток твердения при 15 -20 "С и влажности воздуха 90%. Объемная масса портландцемента 3 - 3,2 кг/дм3.
Бетоны представляют собой твердую массу, состоящую из смеси цемента, мелкого наполнителя (кварцевого песка) и крупного наполнителя (щебня, гравия). Прочность бетона зависит от качества цемента, свойств и гранулометрического состава наполнителей, процентного соотношения цемента и наполнителей, условий твердения (температуры и влажности окружающей среды), способа укладки и степени уплотнения смеси.
Чем меньше водоцементный модуль, тем прочнее получается бетон. Для нормальной гидратации достаточно В/Ц = 0,2. Однако уменьшение содержания воды снижает подвижность бетонной смеси, вследствие чего на практике принимают В/Ц = 0,3 - 0,5. Обычный состав бетона 1:1:2
Для изготовления строительного бетона применяют кварцевый или гранитный песок со средним размером зерен 0,2 - 0,4 мм и щебень из прочных кристаллических пород (гранит, сиенит, диабаз, базальт) со средним размером кусков 5-10 мм. Тонкостенные машиностроительные детали изготовляют из высокопрочного бесщебенчатого бетона на основе тонкоизмельченного цемента, молотого песка с добавлением поверхностно-активных веществ и с обязательным применением вибрации на всех стадиях подготовки и заливки смеси (способ Н. В. Михайлова).
Прочность бетона характеризуют пределом прочности на сжатие при испытании стандартного кубического образца. Обычно прочность кубика 50 - 60 МПа. Применяя в качестве наполнителя стальные опилки (сталебетон), можно повысить кубиковую прочность до 100 МПа. Объемная масса бетона зависит от состава бетона и вида наполнителей. Бетоны указанного выше состава имеют объемную массу 2,2 - 2,7 кг/дм3.
Легкие бетоны 1,5 кг/дм3 получают, используя в качестве наполнителей пористые осадочные породы (пемзу, туф, ракушечник), а также топливные или металлургические шлаки (шлакобетоны) Обладая пониженной прочностью, легкие бетоны отличаются хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Для тепло- и звукоизоляции применяют также ячеистые бетоны и пенобетоны (~ 0.2 кг/дм3).
Особенностью бетона как конструкционного материала являются хрупкость и резкая анизотропия механических свойств и склонность к хрупкому растрескиванию даже при небольших напряжениях растяжения; предел прочности на растяжение в 10-20 раз меньше предела прочности на сжатие.
Бетон обладает свойством ползучести. При напряжениях сжатия, превышающих 0,3 - 0,5 кубиковой прочности, бетон приходит в состояние текучести, и размеры бетонных изделий под нагрузкой самопроизвольно изменяются. Это требует ограничения расчетных напряжений сжатия довольно низким пределом (0,25 - 0,3 кубиковой прочности).
Особенностью бетона является низкое значение модуля упругости, обусловливающее пониженную жесткость изделий. Модуль нормальной упругости бетона (1,5 - 4,0)10* МПа (среднее значение 3 * 10* МПа) что примерно в 3 раза меньше, чем у чугуна, и в 7 раз меньше, чем у стали. Модуль сдвига (0,4-1,6)10* МПа.
Бетон обычного состава неустойчив против действия кислот, щелочей, машинных масел, смазочно-охлаждающих жидкостей. Наиболее надежный способ защиты от воздействия этих веществ - покрытие бетонных деталей листовыми металлическими оболочками. Стойкость бетонов против химических веществ можно значительно повысить введением полимеров типа силиконов (полимербетоны).
Положительной особенностью бетона как конструкционного материала является малая величина усадки при твердении. Коэффициент линейной усадки бетона в среднем равен 0,03 %. Это обеспечивает сохранение геометрических размеров отливок из бетона и точность взаимного расположения заформованных в бетон металлических элементов, а также уменьшает механическую обработку базовых металлических элементов изделия.
Существуют практически безусадочные цементы (с добавками гипса и других веществ).
В конструкциях, работающих на растяжение, а также подверженных динамическим и знакопеременным нагрузкам, применяют почти исключительно железобетон, т. е. бетон с заформованной арматурой из стальных прутков, решеток или сеток.
Коэффициент линейного расширения бетона близок к коэффициенту линейного расширения стали, что обеспечивает хорошую связь между бетоном и элементами арматуры при колебаниях температуры.
Подвергая арматуру растяжению при за-формовке (растяжение домкратами, электроподогрев арматуры), получают предварительно напряженный железобетоне повышенным сопротивлением растяжению. Масса стальной арматуры составляет 15 - 30% массы железобетона.
Предварительное напряжение растяжения в арматуре доводят до 15 - 25 МПа Допускаемые напряжения растяжения в предварительно напряженном железобетоне составляют в среднем 10-15 МПа, допустимые напряжения сжатия 30-50 МПа. Железобетон обладает высокой циклической вязкостью, примерно в 2 раза превосходящей вязкость серого чугуна. Это свойство обусловливает повышенную способность виброгашения у железобетонных деталей.
Основной особенностью железобетона как конструкционного материала являются пониженные по сравнению с металлическими материалами прочность и жесткость. Допустимые напряжения растяжения и сжатия у железобетона примерно в 3 раза меньше, чем у серых чугунов. Для создания конструкций, равнопрочных чугунным, необходимо увеличение сечений и моментов сопротивления, согласно которому сечения железобетонных конструкций должны быть больше сечений соответствующих чугунных конструкций не менее чем в 3 раза. Так как модуль упругости железобетона примерно в 3 раза ниже модуля упругости чугуна, то увеличение сечений в том же отношении доводит жесткость железобетонных конструкций при растяжении-сжатии до жесткости чугунных конструкций.
| 
