METALE

W BUDOWNICTWIE

6

Podział metali budownictwie

Metale stosowane w budownictwie dzieli się na dwie

grupy:

•

metale żelazne,

do których należą stale, staliwa i

żeliwa, tj. stopy żelaza (Fe) z węglem (C) oraz innymi

dodatkami uszlachetniającymi;

•

metale nieżelazne

(kolorowe), składające się z

pierwiastków metalicznych bez dodatku żelaza;

należą do nich: aluminium (Al), miedź (Cu), cynk (Zn),

cyna (Sn), ołów (Pb), brąz (Cu + Sn) , mosiądz (Cu +

Zn) , spiż (Cu + Sn + Zn) i inne.

Ze względu na temperaturę topliwości rozróżnia się

metale:

•

łatwo topliwe

- o temperaturze topliwości

230=660°C , do których zalicza się m.in. cynę, ołów,

cynk, magnez i glin,

•

trudno topliwe

- o temperaturze topliwości

1083=1820°C, m.in. miedź, nikiel, żelazo, tytan.

STOPY ŻELAZA - Rodzaje stali i sposób ich
oznakowania

Pojęcie żelazo to chemicznie czysty metal (Fe).
Znaczenie techniczne mają

stopy żelaza

z

węglem
i innymi pierwiastkami. Wprowadzone są one do
stopu albo stanowią pozostałości surowców.

Składnikami stopów żelaza są:

węgiel (

C

), krzem (

Si

), mangan (

Mn

), fosfor (

F

),

siarka (

S

) oraz

domieszki uszlachetniające

.

Istotny wpływ na właściwości stopów żelaza ma
zawartość węgla i postać jego występowania

.

STOPY ŻELAZA - Rodzaje stali i sposób ich
oznakowania

Stopy żelaza otrzymuje się

przez stopienie i

redukcję w wielkim piecu rud żelaza z koksem
i topnikami, którymi najczęściej są wapienie
lub dolomity.

W wyniku procesu wielkopiecowego otrzymuje

się

surówkę

(zawierającą 3÷5% węgla) -

półprodukt do dalszego przetopienia na

żeliwo i

staliwo lub stal

.

Przeróbka surówki na stal

polega na usunięciu

nadmiaru węgla i innych składników

.

STOPY ŻELAZA - Rodzaje stali i sposób ich
oznakowania

Stal zwykła

jest wytwarzana metodą martenowską.

Stale stopowe

wytwarza się w piecach elektrycznych.

Stal z pieca jest odlewana w bloki, które następnie

poddaje się obróbce przez walcowanie lub kucie i

przekazuje do użytku lub do dalszej obróbki.

Obróbka ostateczna

żelaza i innych metali odbywa się

przez:

• odlewanie,

• obróbkę plastyczną na zimno lub gorąco,

• obróbkę mechaniczną

.

Według zawartości pierwiastków stale dzielimy na :
• stale niestopowe konstrukcyjne ogólnego

przeznaczenia

• stale stopowe, te zaś następnie - na gatunki,

zgodnie z PN-EN 10020:2002 (U).

Rodzaje stali i sposób ich oznakowania

Ze względu na sumaryczny udział pierwiastków w

składzie chemicznym

stale stopowe

dzieli się na grupy:

• NISKOSTOPOWE

, w których zawartość jednego

pierwiastka (oprócz węgla) ≤ 2,0%, a suma
pierwiastków łącznie ≤ 3,5%,

• ŚREDNIOSTOPOWE

, w których zawartość

jednego pierwiastka (oprócz węgla) > 2,0%, ale
jest ≤ 8% lub suma pierwiastków łącznie ≤
12%,

• WYSOKOSTOPOWE

, w których zawartość

jednego pierwiastka > 8% lub suma
pierwiastków ≤ 55%.

Rodzaje stali i sposób ich oznakowania

W zależności od zawartości głównego pierwiastka lub

kilku pierwiastków, gatunki stali stopowych łączyć się

w

podgrupy

, m.in.:

- stale manganowe,

- stale krzemowe,

- stale manganowo-krzemowe,

- stale niklowe

.

ZNAKI STALI NIESTOPOWYCH

(PN-EN 10027-1:1994)

mają

na początku litery

St

a

następnie jedną cyfrę

(

0,3,4,5,6,7

) określająca gatunek stali.

Znak stali gatunków

St3

oraz

St4

uzupełnia się literą

S

(oznaczającą przydatność stali do konstrukcji

spawanych), literą

V

(obniżona zawartość węgla) lub

literą

W

(

obniżona zawartość węgla, fosforu i siarki).

Stale, których oznaczenia kończą się literą

V

lub

W

są

także przydatne do spawania.

Rodzaje stali i sposób ich oznakowania

Ze względu na odgazowanie stali w fazie ciekłej

rozróżnia się stale:

• uspokojone

, z niewielką liczbą pęcherzy

gazowych, które mogą zawierać wtrącenia

niemetaliczne, a po połączeniu się z tlenem lub

azotem pozostają w roztopionej stali i

zastygają,

• częściowo uspokojone

, np. półuspokojone,

• nieuspokojone

, zawierające znaczną liczbę

pęcherzy gazowych, które ulegają

zniekształceniu podczas obróbki plastycznej, a

w miejscach ich występowania powstają często

wady stali, mogące być powodem, uszkodzeń.

Litera X na końcu oznaczenia stali (np. St4SX)

oznacza stal nieuspokojoną,

Litera Y oznacza stal półuspokojoną (np.

St4SY).

Rodzaje stali i sposób ich oznakowania

Znaki stali stopowych składają się z:
•

liczby

określającej średnią zawartość węgla

w setnych procenta (np. 34 oznacza 0,34%) i
•

liter

wskazujących na udział składników stopowych.

Litery oznaczające składniki stopowe to:

G

- mangan,

S

- krzem,

B

- bor,

V

- wanad,

Nb

- niob,

H

- chrom,

N

- nikiel,

J

- glin,

Cu

- miedź.

Jeśli przeciętna zawartość składnika stopowego jest

>1%, lecz wynosi <2%, to po literze podaje się liczbę 2.
Na przykład oznaczenie 18G2 wskazuje na stal

niskostopową zawierającą około 0,18% węgla i 1÷2%

manganu.

Stale przeznaczone do zbrojenia konstrukcji betonowych

dzieli się na klasy: A-0, A-I, A-II, A-III i A-IIIN

(PN-89/H-84023.06 i PN-H-84023-6/A1:1996).

Właściwości wytrzymałościowe stali

Wykres rozciągania stali:

a) wykazujący granicę plastyczności,

b) niewykazujący wyraźnej granicy

plastyczności, stal

o wysokiej wytrzymałości

Właściwości wytrzymałościowe stali

oznaczenia na

wykresie:

• granica plastyczności (R

e

)

jest to naprężenie, po którego osiągnięciu

występuje wyraźny wzrost wydłużenia rozciąganej próbki, bez wzrostu
obciążenia. Oblicza się je jako iloraz siły (P

e

) i pierwotnego

poprzecznego przekroju (S

o

) próbki -

PN-EN 10002-1:2002 (U).

• Wytrzymałość doraźna na rozciąganie (R

m

)

jest to naprężenie

odpowiadające największej sile obciążającej (F

m

) , uzyskanej w czasie

przeprowadzania próby rozciągania, odniesionej do pierwotnego
przekroju poprzecznego (A

0

) .

• Umowna granica plastyczności (R

0,2

)

oznacza naprężenie, przy

którym powstaje trwałe wydłużenie ε = 0,2% .

• Wydłużenie względne (ΔL)

jest to przyrost długości pomiarowej

próbki po jej zerwaniu (L

u

) , odniesiony do pierwotnej długości

pomiarowej (L

0

) próbki, wyrażony w procentach.

• Moduł sprężystości

jest to stosunek naprężenia do odpowiadającego

mu wydłużenia jednostkowego o zakresie, w którym krzywa
rozciągania jest linią prostą.

Właściwości wytrzymałościowe
metali

Właściwości wytrzymałościowe stali

Wpływ temperatury na wytrzymałość stali na rozciąganie R

m,

granicę plastyczności R

e

oraz na współczynnik sprężystości E

Właściwości mechaniczne stali
niestopowej

ZNAK

STALI

Granica

plastyczności R

e

[MPa]

Wytrzymałość

na rozciąganie

R

m

[MPa]

St0S

185÷195

300÷340

St3SX

St3SY

St3 S

St3V, St3W

215÷235

360÷400

St4VX

St4VY

St4V, St4W

245÷255

410÷420

Właściwości mechaniczne stali charakteryzują przede wszystkim
dwie wartości :

granica plastyczności i wytrzymałość na

rozciąganie

Wyroby ze stali

Wśród używanych w budownictwie wyrobów

stalowych rozróżnia się następujące asortymenty:

- kształtowniki,

- blachy,

- rury, - pręty do zbrojenia betonu, - - pręty

walcowane, - wyroby z blachy,

a ponadto różne wyroby i materiały pomocnicze:

- siatki, - gwoździe,

- śruby

.

Do kształtowników stalowych

stosowanych jako

zasadnicze elementy konstrukcyjne zalicza się:

• dwuteowniki

• ceowniki

• teowniki

• kątowniki

• profile specjalne.

Kształtowniki mogą być wykonywane jako

walcowane na gorąco lub gięte na zimno.

Kształtowniki

walcowane na gorąco ze stali

niestopowej

a) dwuteownik zwykły, b) ceownik, c) teownik wysoki, c~ teownik
niski, e) zetownik, f) kątownik równoramienny, g) kątownik
nierównoramienny

Kształtowniki

gięte na zimno z bednarki lub taśmy
walcowanej

a) kątownik równoramienny,

b) ceownik,

c) kątownik nierównoramienny d) zetownik,
Kształtowniki wykonuje się ze stali: St0S, St3SX, St3S, 18G2.
Długość kształtowników wynosi 2÷6 m.

Walcówka i pręty do zbrojenia
betonu

PN-82/H-93215, PN-89/H-84023.06, PN-89/H-84023-6/A1:1996

PRĘTY DO ZBROJENIA BETONU

PRĘTY DO ZBROJENIA BETONU

Pręty do zbrojenia betonu

(wg PN-ISO 6935-1:1998 i PN-ISO

6935-2:1998 uzupełnionych arkuszami krajowymi z 1998 i

1999 r.). W normach tych podane są zalecenia odmienne niż

w PN-89/H-84023.06, rozróżnia się :

• dwa gatunki stali gładkiej (PB240 i PB300),
• pięć gatunków stali żebrowanej

,

w tym:

trzy

trudno spawalne

(RB300, RB400 i RB500)

oraz

dwa spawalne

(RB400W i RB5OOW).

Liczby w oznaczeniach gatunków stali odpowiadają górnej

granicy plastyczności (Re) .

Gatunek

stali

Górna

granica

plastycznoś

ci R

e

[MPa]

Wytrzymałość

na rozciąganie

R

m

[MPa]

Wydłużeni

e

względne

A

5

[%]

PB 240

240

265

20

PB 300

300

330

16

Pręty stalowe

Wymiary prętów gładkich

Nominaln

a

średnica

pręta

[mm]

Nominalna powierzchnia

przekroju

poprzecznego

[mm

2

]

6

28,3

8

50,3

10

78,5

12

113,0

16

210,0

20

314,0

Podział metali budownictwie

Pręty żebrowane

nieskręcone do

zbrojenia betonu
(wg PN-ISO 6935-

2:1998)

Wymiary prętów
żebrowanych

Nominalna

średnica

pręta

[mm]

Nominalna

powierzchnia

przekroju

poprzecznego

[mm

2

]

6

28,3

8

50,3

10

78,5

12

113,0

16

210,0

20

314,0

25

491,0

32

804,0

40

1 256,0

Stal do sprężania betonu

(PN-71/M-80014)

Właściwości strun (drutów) do sprężania betonu

Średni

ca

[mm]

Klas

a

Wytrzymało

ść

na

rozciąganie

[MPa]

Umowne

granice

plastyczno

ści

[MPa]

Wydłużeni

e

[%]

2,5

I

II

220
190

175
152

3

5,0

I

II

170
150

135
126

4

Stal do sprężania betonu

(PN-71/M-80014)

Do sprężania konstrukcji betonowych używa

się wysokogatunkowej stali węglowej-
ciągnionej lub walcowanej; na zimno.

Stosuje się ją w postaci pojedynczych strun

lub splotów kilku strun, zwykle o średnicy 2,5
lub 5 mm.

Struny o średnicach mniejszych stosuje się

rzadko, tylko w niektórych systemach
kotwienia i do sprężania rur.

Kable do sprężenia kablobetonów otrzymuje

się przez skręcenie odpowiedniej liczby strun.

Inne wyroby walcowane

Bednarka (PN-76/H-92325) jest produkowana przez
walcowanie na gorąco stali zwykłej jakości. Ma grubość 1,5÷5
mm, sze rokość 2÷30 cm i jest zwijana w kręgi o masie 120 ÷
300 kg.
Bednarkę stosuje się do robót ślusarskich (balustrady, kraty)
oraz do zbrojenia stropów Kleina oraz niektórych typów
ścianek działowych.

Walcówka i pręty walcowane na gorąco ze stali niestopowej

Inne wyroby

Blachy profilowane i żeberkowe

Inne wyroby

Rury ze stali niskostopowej okrągłe
i kwadratowe oraz prostokątne

Siatki

Szyny dźwignicowe

Inne wyroby

Gwoździe

Inne wyroby

Wkręty do drewna, samogwintujące do blach, nity, kołki do
wstrzeliwania