Kovy a kovové výrobky pro stavebnictví
Rozdělení kovů •kovy železné – železo, litina, ocel
•kovy neželezné – hliník, měď, zinek, olovo, cín … a jejich slitiny
1. Železo a jeho slitiny •výroba železa se provádí ve vysoké peci redukcí železných rud tekuté železo •surové železo obsahuje pouze 2 – 4% uhlíku (C)
Postup výroby železa: shora se vysoká pec zaváží vsázkou, střídají se vrstvy: - koks - aglomerát (předem upravené železné rudy chudší na železo) - kusová železná ruda - kovový šrot - tavidla dochází k postupné redukci (tavení) ve spodní části pece se ukládá struska (výše, je lehčí) a tekuté železo (na dně), odkud se postupně vypouštějí - odpich
Produkty získané z vysoké pece: surové železo slévárenské - obsahuje 2 – 4% uhlíku - dále se z něho vyrábí šedá nebo tvárná litina surové železo ocelárenské (bílá litina) - tvrdší, křehčí, bílé barvy - dále se zpracovává na ocel vysokopecní struska - vzniká z přísad - plave na roztaveném železe
Produkty získané z vysoké pece: vysokopecní struska - po vypuštění chladne zvolna (výroba kameniva) nebo se rychle ochladí (granulování nebo zpěňování), používá se při výrobě cementů
Rozdělení železa: Železo nekujné obsah uhlíku 1,7%
kujné obsah uhlíku 1,7%
uhlíková ocel 0,05 – 1,7% C
legovaná (slitinová) ocel přidané prvky (Mo, Ni, Cr, W, V, Ti …)
Další zpracování vytavené oceli •vytavená ocel se odlévá do forem (kokil), tím se získávají meziprodukty – ingoty •při odlévání a tuhnutí ingotů se uvolňují v tavenině plyny (CO2), které ocel čeří neuklidněná ocel (pro stavebnictví)
•přidáním křemičitých přísad lze čeření zabránit
uklidněná ocel
•odlité ingoty se dále zpracovávají ve válcovnách •pro snížení energetické náročnosti výroby se v moderních hutích pracuje kontinuálně bez meziproduktů
Litina •vyrábí se druhým tavením surového železa, obsahuje asi 3,7% uhlíku Šedá litina – pevnost v tlaku 600 až 1080 MPa, tažnost 0,3-0,8 %, velmi křehká
- litinové sloupy, vodovodní a odpadní trouby, tvarovky, radiátory, kamna, kotle, rošty
Tvárná litina - pevnost v tlaku 700 až 1150 MPa, tažnost 2-22% - odlitky s vyššími nároky na mechanické vlastnosti
Výroba ocelových výrobků pro stavebnictví •ocelové výrobky pro stavební účely se vyrábějí buď tvářením zatepla (válcováním) při teplotách 900 – 1300 oC až do získání konečného tvaru •nebo tvářením zastudena (tažením, válcováním [tyče, dráty], kroucením [plechy, trubky]), přičemž se v materiálu vyvozuje napětí nad mez kluzu, ocel lze pak využít při vyšším namáhání, je však křehčí
Vlastnosti oceli •hustota – 7850 kg/m3
•modul pružnosti – 200-220 GPa •pevnost v tahu – 340-1800 MPa •součinitel teplotní délkové roztažnosti – 10-12.10-6 K-1
Ocelové výrobky pro stavebnictví Výztuž do betonu – běžná, předpínací, rozptýlená Ocelové válcované profily – (Jäckel), uzavřené, otevřené, kolejnice, štěty,... Kovové spojovací prostředky – šrouby, vruty, nýty, hřebíky, podložky … Dráty – vázací, výztuže, sítě, pletiva
Ploché výrobky – pásy, plechy (černý, pozink, smaltované), lisované vlnité Trubky – hladké, hrdlové, závitové, přírubové, bezešvé Manesmann
Lana – jedno-vícepramenná, kabelová (jeřáby, výtahy, lanovky, el. vedení,...)
Ocel a výztuž do betonu
Dráty a tyče ocel tř. 10 a 11 válcované za tepla za studena, tažené za studena povrch hladký, s vtisky nebo žebírky Svařované sítě dráty Ø 4-10 mm, rozteče ok 50-300 mm Korozivzdorná betonářská ocel min. 12% chromu, 18-24 x odolnější proti korozi než běžná bet. ocel, 10x dražší Předpínací ocel dráty: 2-7mm, pevnost v tahu až 2000 MPa spletence a lana: 2-3 dráty, 7 hl. drátů tyče: žebírkové a hladké 10-16 mm, 25-32 mm
Ocelové výrobky pro stavebnictví Ocelové profily – tyčová ocel, úhelníky, průřezy I IPE HPE T U pásoviny, štětovnice, kolejnice a další
Koroze oceli •působením vody a vlhkosti vzniká na povrchu oceli rez (Fe2O3)
•postupně se oslabuje průřez
ztráta únosnosti
•rez zvětšuje svůj objem odprýskávání krycí vrstvy výztuže u železobetonových konstrukcí
Předcházení korozi oceli •Primární ochrana – již při výrobě oceli - úprava složení suroviny – legování oceli - výroba nerezavějící oceli (přídavek Ni, Cr, Cu) •Sekundární ochrana – dodatečná úprava ocel. prvku - pokovováním ponoření nebo stříkání taveninou kovu, např. zinkování - nátěr povrchu ochranné povlaky, působí i esteticky
2. Neželezné kovy •ve stavebnictví nachází využití zejména hliník, měď, zinek, olovo, cín a jejich slitiny
Hliník •vyrábí se z rud s vyšším obsahem oxidu hlinitého – bauxitu
•bauxit se autoklávuje (160 – 250 oC)
Al2O3 (čistý oxid hlinitý)
•z něho se elektrolýzou v elektrických pecích se získává čistý hliník
Vlastnosti hliníku •hliník má stříbrošedou barvu •je elektricky vodivý (dříve elektroinstalace, dnes zakázáno) •dobře odolává korozi •hustota – cca 2700 kg/m3 •teplota tavení cca 650 oC •pevnost v tahu – čistý Al 70 – 130 MPa, slitiny Al 180 – 440 MPa
Slitiny hliníku •slitiny hliníku (tzv. lehké slitiny) se vyrábějí roztavením hliníku s malým množstvím jednoho nebo více kovů (Mn, Mg, Cu, Si, Zn) •výrobky z hliníku a jeho slitin jsou získávány tvářením zastudena i zatepla (pří výrazně nižších teplotách než ocel) •slitiny hliníku se využívají proto, že čistý hliník má poměrně malou pevnost •Dural je slitina Al (90-96%) Cu (4-6%) a přísadou Mg a Mn -oproti Al je tvrdší (tvrdý hliník) a má až pětinásobnou pevnost v tahu
Použití hliníku a jeho slitin podlahová lišta
klempířský lemovací pás s hliníkovou fólií
asfaltový pás s hliníkovou vložkou
okenní profily
Použití hliníku a jeho slitin
duralové trubky
duralový žebřík
Měď •vyrábí se ze sulfidických rud (obsahují síru) v několika krocích: - drcení a koncentrace rudy (obsah Cu se zvýší na 15 – 20%) - pražení rudy (odstraňuje se část síry a sulfidy se mění na oxidy) - tavení při 1400 oC na měděný lech (kamínek) - dmýchání taveniny v konvertoru - elektrolytické čistění surové mědi
Vlastnosti mědi •kovově lesklá s červenozlatým nádechem (nezoxidovaná), po krátké době mění barvu na rezavěhnědou (zoxidovaná) •odolnost vůči povětrnostním vlivům (nekoroduje) •je měkká – výborně tvarovatelná, dá se pájet
•výborná elektrická vodivost •důležitá pro výrobu dalších slitin ruda s obsahem mědi chalkopyrit CuFeS2
Jak je to s oxidací mědi? •čistá měď nalézá uplatnění pro svoji odolnost proti korozi, protože se na vzduchu působením atmosférické vlhkosti a oxidu uhličitého rychle pokryje tenkou vrstvičkou nazelenalého zásaditého uhličitanu měďnatého (CuCO3 . Cu(OH)2) – měděnka, který ji účinně chrání proti další korozi
•vzhledem k dnešnímu znečištěnému ovzduší však chemická reakce zabarví měď do hněda. Pokud bychom chtěli historickou, zelenou patinu, musí se měď ještě potřít zvláštní chemikálií, jejíž složkou je čpavek
nezoxidovaný měděný žlab
zoxidovaný měděný žlab a svod
měděná krytina kupole pokrytá měděnkou
Použití mědi •plechy na střešní krytiny
•plechy na klempířské konstrukce •trubky a tvarovky pro rozvody TZB •elektroinstalační kabely •vložky asfaltových pásů
Slitiny mědi - mosaz •slitina mědi a zinku (ideálně 32% Zn)
•existují stovky druhů mosazi s rozdílnými vlastnostmi •výrazná zlatavá barva •odolnost vůči atmosférické korozi •nízká odolnost vůči louhům a kyselinám
Slitiny mědi - mosaz •mosaz se používá na výrobu trubek a dekoračního kování
•ve formě drátů se používá jako tvrdá pájka (teplota tavení okolo 840 oC) mosazné kování
pájecí dráty z mosazi mosazné „fitinky“
Slitiny mědi - bronz •bronz je slitina mědi a cínu
•při obsahu malého množství cínu lze bronz tvářet, zpravidla se zpracovává litím •používá se k dekorativním účelům, výrobě luxusního kování apod.
Ostatní barevné kovy - zinek •Malá pevnost a tvrdost (10 – 30 MPa)
•Tavící teplota je 400oC •Pokovování ocel. plechů máčením, hotové výrobky a ocelové konstrukce se ošetřují žárovým nástřikem •Dříve se používal plech z hutnického zinku na klempířské a pokrývačské práce
•Dnes je zinkový plech nahrazen plechem z legovaného zinku
Ostatní barevné kovy - Titanzinek •slitina elektrolytického zinku čistoty 99,995%, legovaný mědí a titanem
•lepší stálé mechanické a fyzikální vlastnosti •plechy v tl. 0,5 – 1,5 mm v cívkách nebo tabulích
•na vzdušném povrchu vzniká ochranná vrstvička uhličitanu zinečnatého, šedomodrá patina a ochrana proti korozi
Ostatní barevné kovy - olovo měkký, šedý, dobře tavitelný kov největší hustota za všech technických kovů ( 1,5 x více než ocel – 11340 kg/m3) velká odolnost proti korozi a chemikáliím olova a jeho slitiny jsou jedovaté má velký útlum proti prostupu rentgenových paprsků a gama záření – ochrana
Ostatní barevné kovy - olovo Výrobky z olova a jeho slitin ve stavebnictví: plechy – střešní krytiny, těžké hydroizolace proti silně agresivním vodám, chemicky odolné obklady nádrží a bazénů, zařízení v chemickém průmyslu, radiační ochrana trubky měkké pájky – při klempířských pracích pro spojování plechů pájením
Vlastnosti barevných kovů KOV hustota [kg/m3] teplota tavení [oC] měrná tepelná vodivost [W/m.K]
olovo 11 340
zinek 7 150
mosaz 8 940
měď 8 940
327
400
910
1 083
35
109
116
390
