14.1. Podstawowe pojęcia, podział i dziedziny stosowania

Metalami nazywamy substancje, które w skondensowanych stanach skupienia (stałym i ciekłym) charakteryzują się bardzo dobrą przewodnością cieplną i elektryczną, dużą plastycznością (zdolnością do odkształceń pod wpływem sił zewnętrznych bez zniszczenia spójności), specyficznym połyskiem oraz nieprzezroczystością, a ponadto w stanie stałym występują wyłącznie w formie krystalicznej. Do metali zalicza się około 80 pierwiastków chemicznych oraz stopy, tj. substancje składające się z dwu lub więcej pierwiastków i zachowujące wymienione wyżej główne właściwości stanu metalicznego.

Do celów praktycznych metale dzieli się na:

- metale i stopy żelazne, w których głównym składnikiem jest żelazo (stal, żeliwo ),

- metale i stopy nieżelazne, których podstawowy składnik stanowią np. aluminium, miedź, cyna itp.

Stosuje się także podział metali pod względem ich gęstości; metale o gęstości do 4,5 g/cmJ zalicza się do grupy lekkich (np. magnez i glin), natomiast pozostałe tworzą grupę metali ciężkich (np. cynk, żelazo, miedź), wśród których wyróżnia się grupę metali szlachetnych najbardziej odpornych chemicznie (srebro, złoto, platynowce).

Z uwagi na stale wzrastające wymagania w zakresie właściwości mechani­cznych i odporności materiałów konstrukcyjnych, istotnym staje się kryterium podziału metali pod względem temperatury ich topnienia (wiąże się z tym wytrzymałość mechaniczna i twardość). Za łatwo topliwe uważa się np. cynę, ołów i cynk (230 - 660°C), trudno topliwe - np. miedź i żelazo ( 1080 - 1540°C), zaś bardzo trudno topliwe- np. molibden, niob (2500-3410°C).

Stal budowlana

Zagadnienia technologiczne

W wyniku procesu metalurgicznego uzyskuje się z rud żelaza - przez wytapianie ich w wielkim piecu z dodatkiem koksu (paliwo) oraz topników - jako produkt główny tzw. surówkę oraz jako produkty uboczne żużel i gaz wielkopiecowy. Surówka jest niekowalnym stopem żelaza z węglem (zwykle 3-4,5% C), krzemem, man­ganem, fosforem i siarką o łącznej zawartości domieszek (około 6%). Z surówki szarej, zawierającej węgiel głównie w postaci grafitu, uzyskuje się przez jej przetopienie ze złomem staliwnym, odpadkami z odlewni, koksem i topni­kami – żeliwo. Na ogół jest żeliwo stopem kruchym, nie mającym właściwości plastycznych; wykazuje natomiast większą odporność na korozję niż stal i nie zmienia swoich charakterystyk mechanicz­nych pod wpływem wysokiej temperatury.

Ze względu na postać zawartego węgla żeliwo może być białe, szare lub pstre. Wytrzymałość żeliwa na rozciąganie jest niska i waha się w granicach 120- 260 MPa, a na ściskanie wynosi 800 MPa.

Z surówki białej (przeróbczej) przez jej świeżenie - tj. usuwanie nadmiaru węgla, krzemu i innych domieszek, w piecach Siemensa-Martina lub piecach elektrycznych bądź też w konwertorach Bessemera lub Thomasa- otrzymuje się stal płynną. Stopioną stal odlewa się do form, uzyskując po jej ostygnięciu tzw. wlewki, przydatne do dalszej przeróbki plastycznej, która może być realizowana na zimno i gorąco, tz.: kucie, walcowanie, tłoczenie i przeciąganie.

Przy wykonywaniu przedmiotów o dużych wymiarach, szczególnie w przy­padkach gdy jakość i wytrzymałość materiału są mniej istotne od względów ekonomicznych, celowe jest stosowanie techniki odlewania wyrobu. Zależnie od rodzaju stopu odlewniczego i właściwości odlewu stosuje się odlewanie: w for­mach piaskowych, pod ciśnieniem, kokilowe, odśrodkowe, precyzyjne i ciągłe. W zależności od składu chemicznego rozróżnia się staliwo węglowe i stopowe, przy czym to pierwsze zawiera tylko pierwiastki pochodzące z wytopu (C, Mn, Si, P, S), natomiast staliwo stopowe ma celowo wprowadzone pierwiastki (nikiel, chrom, wolfram, wanad) polepszające jego właściwości.

Odmiany stali i ich właściwości ogólne

Z omówionych wyżej trzech postaci stopów żelaza stosowanych w tech­nice: żeliwa, staliwa i stali istotne źnaczenie w budownictwie ma praktycznie tylko stal. Stal tworzy stop żelaza i węgla o zawartości tego ostatniego nie przekraczającego 2,0% (zwykle- 0,01-1,6%). Gdy wszystkie składniki stali pochodzą z przerobu hutniczego, to podobnie jak w przypadku staliwa, mamy do czynienia ze stalami węglowymi, natomiast gdy do składu stali są celowo wprowadzone pierwiastki dodatkowe, stale noszą nazwę stopowych. Przy zawartościach dodatków stopowych nie przekraczających 1,5% stale określa się jako niskostopowe, 1,5 - 5,0% - średniostopowe, więcej niż 5% dodatków – stal wysokostopowe.

Właściwości stali można w dość istotnym zakresie modyfikować przez poddanie jej obróbce cieplnej, polegającej na ogrzaniu stali do odpowiedniej temperatury, wygrzaniu jej i ochłodzeniu, Stosowane są trzy rodzaje obróbki cieplnej: wyżarzanie, hartowanie i odpuszczanie.

Wyżarzanie polega na ogrzaniu, wygrzaniu i powolnym studzeniu stali. W zależności od czasu i temperatury wygrzania, wyżarzanie może być ujed­norodniające, normalizujące, zmiękczające, rekrystalizujące, odprężające itp.

Hartowanie jest zabiegiem cieplnym, w którym następuje gwałtowne ochłodzenie uprzednio ogrzanej stali.

Odpuszczenie polega na nagrzaniu i wolnym chłodzeniu materiału uprzed­nio hartowanego.

Stal poddaną na przemian zabiegowi hartowania i odpuszczania nazywa się ulepszoną cieplnie.

W procesie wytopu występują w stali pęcherzyki gazów (tlen, azot, wodór i tlenek węgla), powodujące porowatość struktury materiału. Stal tego typu nazywa się nieuspokojoną.

Właściwości stali węglowych zależą głównie od zawartości węgla (rys. 14-1 ), ze wzrostem którego wzrasta wytrzymałość, twardość i hartowność, a maleje np. odporność stali na korozję, wydłużenie i udarność.

Z pozostałych domieszek naturalnych występują: do 0,8% manganu, do 0,55% krzemu, do 0,07% fosforu i 0,06% siarki.

W przypadku stali stopowych ich spawalność ocenia się w zależności od wielkości tzw. równoważnika węgla C_E

,

przy czym dla CE < 0,42% stal jest dobrze spawalna, natomiast przy CE = 0,42-0,60% wymagane jest przed spawaniem podgrzanie elementu.

Podział stali stopowych jest na ogół związany z ich zastosowaniem, w związku z czym rozróżnia się stale stopowe konstrukcyjne, narzędziowe i specjalne. W budownictwie stali stopowych używa się głównie w konstrukcjach mostowych, np. na kable mostów wiszących, w mostach wielkich rozpiętości itp., oraz na elementy elewacyjne.

Ze stali stopowych o właściwościach specjalnych wymienić należy:

- stale chromowe odporne na korozję, zawierające ponad 12% chromu i uzyskujące odporność chemiczną przez wytwarzanie ochronnej warstwy tlenkowej,

- stale chromowo-niklowe, zwane także kwasoodpornymi, odporne również na korozję; są to stale o niskiej zawartości węgla,

- stale żaroodporne, przeznaczone do wyrobu maszyn i urządzeń pracujących w wysokiej temperaturze i narażonych na działanie agresywnych środowisk gazowych; zawierają one chrom, krzem i niekiedy aluminium,

- stale odporne na ścieranie, zawierające 11-14% M n i 1,0-1,3% C, stosowane przeważnie w postaci odlewów (szczęki kruszarek, gąsienice do czołgów itp.).

Charakterystyczne właściwości mechaniczne i fizyczne stali

Fizyczne właściwości stali, mające istotne znaczenie dla konstrukcji budowlanych, tj. gęstość i gęstość objętościowa, rozszerzalność cieplna i dźwię­kowa oraz stałe materiałowe, nie zależą prawie od składu chemicznego stali, jej obróbki i wytrzymałości.

Zarówno gęstość jak i gęstość objętościowa są, ze względu na zwartą budowę stali, nieomal jednakowe i stąd przyjmuje się praktycznie do obliczeń gęstość średnią równą 7,85 g/cm³.

Elementy stalowe są wrażliwe na zmiany temperatury. Współczynnik rozszerzalności cieplnej liniowej przyjmuje się a = 0,000012. Przewodność cieplna jest cechą wyróżniającą metale, a tym samym i stal od innych tworzyw budowlanych. Współczynnik przewodności cieplnej dla stali przyjmuje się średnio λ = 58 W /(m°C). Przewodność dźwiękowa stali jest również znacznie większa od przewod­noŚci dźwiękowej innych konstrukcyjnych materiałów budowlanych.

Stałe materiałów (E, G, μ) przyjmuje się dla wszystkich gatunków stali jednakowe wg wartości jak niżej:

• współczynnik sprężystości podłużnej (moduł Younga) E = 2,05.105 MPA,

• współczynnik sprężystości poprzecznej G = 0,80 . 105 MPa, współczynnik

• Poissona μ = 0,3.

W przeciwieństwie do opisanych właściwości fizycznych, właściwości mechaniczne stali są na ogół funkcją jej składu chemicznego i obróbki. Do najbardziej istotnych dla projektanta konstrukcji właściwości mechanicznych należą: wytrzymałość, sprężystość, plastyczność, twardość, udarność, ciąg­liwość, spawalność oraz kowalność.

W zależności od warunków pracy rozróżnia się wytrzymałość na roz­ciąganie, ściskanie, zginanie, ścinanie i skręcanie. W dalszym ciągu, jeśli nie zostanie to wyraźnie inaczej określone, przez pojęcie wytrzymałość należy rozumieć wytrzymałość pod obciążeniem statycznym.

Największa wartość naprężenia, przy której materiał zachowuje cechy sprężyste, nazywa się granicą sprężystości i dla stali jest ona zależna od składu chemicznego i obróbki.

Twardość jest to zdolność przeciwstawiania się materiału wciskaniu się weń przedmiotu wykonanego z tworzywa bardziej twardego.

Spawalnością nazywamy właściwość umożliwiającą trwałe łączenie ele­mentów metalowych za pomocą spawania, tj. przez stapianie brzegów łączenia przy użyciu spoiwa z tego samego materiału co przedmiot spawany.

Gatunki stali budowlanych

Stale, zależnie od ich składu chemicznego, właściwości, uspokojenia itp., są odpowiednio znakowane. Znak gatunku stali niestopowych konstrukcyjnych składa się z liter S t i cyfry porządkowej O, 3,4, 5, 61ub 7, do której, w przypadku gatunków przewidzianych do spawania, dodaje się literę S (np. StOS) oraz w przypadku określonej zawartości miedzi (z wyjątkiem StOS) dodatkowo litery Cu (np. St3SCu, St49Cu).

Stale gatunku 3 i 4 o podstawowych wymaganiach jakościowych (obniżona zawartość węgla oraz fosforu i siarki) oznacza się literą V lub W (np. St3V, St4W). Znak gatunku stali St5, St6 i St7 w przypadku określonej dodatkowo zawartości węgla, manganu i krzemu uzupełnia się na początku literą M (np. MSt5). Gatunki stali o cyfrach porządkowych 3 i 4 z literą S lub V oznacza się dodatkowo literą X (np. St3SX, St4SCuX, St3VX) w przypadku stali nieuspoko­jonej, zaś literą Y (St3SY, St3SCuY) w przypadku stali półuspokojonej. Znaki gatunku stali, w przypadku wymaganej udarności uzupełnia się na końcu znakiem odmiany plastyczności B, C, D lub U, M, J (np. St3SYU, St4WD).

Znak stali węglowej wyższej jakości, przeznaczonej do patentowania t), zawiera literę D (nadruk) i liczbę określającą średnią zawartość węgla w setnych częściach procenta (np. D90).

Oznakowanie stali niskostopowych o podwyższonej wytrzymałości składa się z liczby oznaczającej średnią zawartość węgla w setnych procentach i liter określających składniki stopowe z ewentualnym dodaniem cyfry oznaczającej ich zawartość w całkowitych jednostkach procentowych (np. 34GS lub 18G2).

Przy istnieniu dodatkowych ograniczeń składu chemicznego dodaje się na końcu literę A (np. 18G2A); składniki stopowe oznaczone tutaj literami: G - mangan, Cu - miedź, V - vanad, N b - niob: Ze względów użytkowych można wydzielić następujące grupy stali budowlanych:

- stale StOS, St3SX, St3SY, 18G2, 34GS stosowane do zbrojenia betonu w postaci walcówki lub prętów gorąco walcowanych bez obróbki cieplnej.

- stal D90 stosowaną w postaci drutu, splotów i lin do zbrojenia betonu sprężonego,

- stale StOS, St3SX, St3SY, St3S, 18G2 i 18G2A stosowane w postaci blach, blach uniwersalnych, prętów i kształtowników do konstrukcji budow­lanych.

Oddzielnie należy wyodrębnić stale:

- St2N, St3N, St44N, walcówkai pręty walcowane na gorąco, stosowane głównie do wyrobu nitów,

- R, R35, R45, R45A, R50, stosowane do wyrobu rur, z tym że gatunki R35, R45, R45A przewidziane są do konstrukcji spawanych,

• 10H, 10HA stanowiące stale o zwiększonej odporności na korozję.

Przeważającą ilość wyrobów stalowych stosowanych w budownictwie stanowią wyroby walcowane, jak blachy grube, blachy uniwersalne, blachy cienkie, kształtowniki, pręty, rury i częściowo śruby.

Mniejszą ilościowo pozycję stanowią wyroby ciągnione, do których zalicza się pręty i druty, oraz wyroby walcowane na zimno, tzn. taśmy i blachy cienkie, jak również kształtowniki gięte z blachy na zimno.

Najmniejszą pozycję stanowią wyroby drobne, jak gwoździe, nity, kołki i śruby wstrzeliwane.

Blachy płaskie

Blachy grube (3-150 mm) walcowane na gorąco stosowane są do celów budowlanych i do konstrukcji stalowych; wykonuje się je ze stali StO, St3 (PN-88/H-84020) oraz St3M (PN-79/H-92l46).

Blachy uniwersalne walcowane na gorąco stosowane są do celów budowlanych, przede wszystkim w konstrukcjach stalowych, przy czym wykonuje się je ze stali w gatunkach analogicznych do omówionych wyżej blach grubych oraz o podobnej dokładności wymiarów. Walcowane są blachy grubości 6-40 mm oraz szerokości 160-700 mm.

Blachy cienkie grubości poniżej 3 mm, walcowane na gorąco wykonuje się ze stali węglowej konstrukcyjnej wyższej jakości oraz ze stali zwykłej jakości; są one stosowane w budownictwie przede wszystkim do prac blacharskich. Blacha produkowana jest w arkuszach o wymiarach znormalizowanych lub w kręgach.

Blachy żeberkowe wykonuje się ze stali w gatunkach StOS, St2S, St3S, St3SX lub St3SY, a w przy­padkach uzasadnionych - po' uzgodnieniu z wytwórcą - z innych znor­malizowanych gatunków stali. Produkowane są blachy żeberkowe grubości 2,5 -10 mm z jednostronnymi występami żeberkowymi, krzyżującymi się wg wzoru rombowego BR lub owalnego, zwanego "łezkowym". Żeberka wystają z płaszczyzny blachy na 1,0 - 1,6 mm, a ich szerokość wynosi 5 mm.

paczkach o masie nie przekraczającej 7t.

Blachy stalowe profilowane faliste i trapezowe ocynkowane oraz ocyn­kowane i powlekane powłoką organiczną grubości 0,5-1,25 mm wykonuje się ze stali gatunku StO i St1 wg PN-88/H-84020, przy czym blachy te wykonywane są z blach płaskich ocynkowanych.

Wyroby z blachy

Kątowniki gięte na zimno (rys. 14-8) stosowane na lekkie konstrukcje stalowe, wykonuje się ze stali węglowej zwykłej jakości o wytrzymałości Rm do 500 MPa oraz ze stali niskostopowej o podwyż­szonej wytrzymałości powyżej 500 MPa.

Ceowniki gięte na zimno. Podobnie jak w przypadku kątowników, ceowniki gięte na zimno (rys. 14-9) z taśmy zimnowalcowanej, powierzchni ciemnej i jasnej po żarzeniu, wykonuje się ze stali niskowęglowej zwykłej jakości. Zależnie od uzgodnień, ceowniki mogą być wykonane z określonego gatunku stali Stl5 do St3SX. Po wygięciu ceowniki nie są poddawane obróbce cieplnej.

Kształtowniki na poręcz drogową, typu B - gięte na zimno. Kształtowniki oznaczone KB (rys.14-11) wykonuje się z taśmy walcowanej na zimno ze stali konstrukcyjnej zwykłej jakości gatunku St3SX. Pole przekroju poprzecznego kształtownika wynosi 13,05 cm2, a masa 1 m -10,24 kg. Długość fabrykacyjna dostarczanych elementów wynosi 4-12 m.

Kształtowniki na ościeżnice drzwiowe gięte na zimno. Kształtow­niki ościeżnicowe (rys. 14-12), wykonywane z blachy ze stali niskowęglowej zwykłej jakości w gatunkach St2SX i St3SX stosowane są do wyrobu ościeżnic drzwiowych.

Kształtowniki na pale szalunkowe gięte na zimno. Kształtowniki te (rys. 14-13) stosowane do szalowania wykopów wykonuje się ze stali konstruk­cyjnej podobnie jak kształtowniki ościeżnicowe.

Pomocnicze materiały blacharskie. Do pomocniczych materiałów zalicza się uchwyty do rynien, służące do mocowania rynny wzdłuż budynku, oraz uchwyty do rur spustowych do mocowania pionowego rur.

Taśmy (bednarka)

Bednarka (PN- 76/H-92325) stosowana jest w budownictwie do celów konstruk­cyjnych (np. zbrojenie słupów i nadproży typu Kleina) bądź też jako półfabrykat przewidziany do dalszej produkcji. Walcuje się ją na gorąco ze stali (wg PN-88/H-84020) i dostarcza do odbiorców w kręgach i snopkach lub, po uzgodnieniu z odbiorcą, w odcinkach. Długość fabrykacyjna w tym ostatnim przypadku wynosi 3 do 7 m.

W zależności od szerokości bednarki ogranicza się masę kręgu lub snopka: dla szerokości do 90 mm - do 120 kg, dla szerokości 90- 170 mm - do 300 kg i dla szerokości 170- 300 mm - do 1000 kg.

Wymiary i masę bednarki bez pokrycia podano w tabl. 14-11, a bednarki ocynkowanej w tabl. 14-12.

Siatki.

Siatki mogą być plecione, ślimakowe, jednolite, druciano-ceglane. Siatki nie powinny zawierać łuszczącej się rdzy. Siatki do tynków i ścianek gipsowych lub wapienno-gipsowych powinny być cynkowane lub lakierowane, ponieważ gips wywołuje rdzewienie nie zabezpieczonego żelaza. Również przy tynkach wapiennych pożądane są siatki cynkowane lub lakierowane, ponieważ mogą one rdzewieć w miejscach wilgotnych.

Siatki używane są przy tynkowaniu na drewnie, przy wykonywaniu tynków w sufitach podwieszonych (np. przy stropach gęstożebrowych bez pustaków i w krzywych powierzchniach sufitów), na szkielety lekkich ścianek działowych, w okładzinach słupów i belek stalowych, do okładania stopek belek stalowych w stropach Kleina, do zbrojenia w żelbecie itp.

Kształtowniki

Pełny zakres wyrobów hutniczych, a wśród nich kształtowników jako wyrobów walcowanych, podany jest w "Programie produkcji polskich hut żelaza i stali", zawierających wymiary i wskaźniki fizyczne poszczególnych wyrobów, niezbędne w projektowaniu. Poniżej omówiono jedynie zasadnicze kwestie, dotyczące ważniejszych profili walcowanych.

Dwuteowniki (rys. 14-20a,b) są kształtownikami przeznaczonymi głównie na elementy zginane, w związku z czym większa część ich masy zgromadzona jest w stopkach. Używa się także dwuteowników na elementy złożone oraz słupy, ale w tym ostatnim przypadku raczej grupowo (ze względu na wyboczenie). Produkuje się dwuteowniki: zwykłe (wg PN-86/H-93407) - o oznaczeniu np. I300 oraz równoległościenne-o oznaczeniu np. I PE 300 (wgPN-81/H-93419). Dwuteowniki zwykłe walcowane na gorąco wykonywane są ze stali węglowych konstrukcyjnych zwykłej i wyższej jakości oraz ze stali nisko­stopowych, a w przypadku profili I PE - ze stali węglowej zwykłej jakości i ze stali niskostopowej o podwyższonej wytrzymałości. Wysokość h dwuteowników zwykłych wynosi 80 do 550 mm, a profili I PE- 600 mm. Długość handlowa dwuteowników zwykłych: do wysokości 160 mm wynosi - 3 do 13 m, a wyższych - 3 do 15 m, dwuteowników równoległościennych zaś - 4 do 15 m.

Ceowniki (rys. 14-21), ze względu na dogodny kształt i gładką zewnętrzną ścianę środnika, są łatwe do łączenia z innymi profilami i mogą być stosowane w przypadku przekrojów złożonych, na pręty krat i stężeń, jako pręty rozciągane i ściskane bądź też jako belki zginane czy słupy. Wyrabiane są ceowniki zwykłe od numeru 35 (wysokość w mm) do 300 walcowane na gorąco ze stali węglowych konstrukcyjnych zwykłej i wyższej jakości oraz ze stali niskostopowych (po uzgodnieniu także z innych gatunków stali).

Długość handlowa wynosi: 3 -12 m - dla ceowników do wysokości h do 80 mm, 13 m - dla ceowników o wysokości powyżej 80 do 140 mm i do 15 m - dla wyższych ceowników. Szczegółowe wymiary i wielkości statyczne przekrojów podane są w PN-86/H-93403.

Kątowniki (rys. 14-22) walcowane są w dwu wariantach: jako profile równoramienne wg PN-84/H-93401 i nierównoramienne (PN-81/H-93402). Obydwa typy są szczególnie przydatne jako pręty kratownic oraz elementy składowe przekrojów złożonych. Kątowniki równoramienne dają się czasem lepiej wykorzystać w ściskanych prętach wielogałęziowych.

Profile równoramienne mają wymiary od 20 x 20 x 3 do 200 x 200 x 20 mm. Długość handlowa wynosi: 3 -12 m - dla kątowników o półce do 45 mm, długość handlowa kątowników nierównoramiennych jest taka sama, przy czym wymiarem rozgraniczającym jest długość ramienia a (rys. 14-22).

Teowniki (rys. 14-23) produkowane są obecnie prawie wyłącznie jako profile wysokie (wysokość h równa podstawie s). Grubość środnika g równa jest grubości półek, z tym że g mierzona jest w środniku wysokości h teownika, natomiast t w 1/4 s.

Zetowniki (rys. 14-24) są rzadko stosowane w budownictwie jako pręty samodzielne; używa się ich niekiedy na płatwie dachowe lub jako pręty złożone z innymi kształtownikami lub blachami. Długości handlowe wynoszą 3 -12 m.

14.2.11. Walcówka i pręty stalowe do zbrojenia betonu

W zależności od wymaganych właściwości mechanicznych rozróżnia się klasy i odpowiadające im gatunki stali, przeznaczone do zbrojenia betonu:

Klasa A-O*) znak stali StOS

A-l St3SX, St3SY,

A-II 18G2,20G2Y,

A-III 34GS,

A-III N 20G2VY.

Ze względu na postać dostarczonego zbrojenia rozróżnia się wyroby:

a} nie obrabiane cieplnie po walcowaniu na gorąco i stanowiące:

- walcówką ciągłą gładką średnicy 5,5 -14 ze stali StOS w klasie A-O i St3SX, St3SY w klasie A-l,

- walcówkę żebrowaną jednoskośnie (śrubowo) średnicy minimalnej 6-12 mm ze stali 18G2 i 20G2Y w klasie A-II,

- walcówkę żebrowaną dwuskośnie (w jodełkę) średnicy nominalnej 6-12 mm ze stali 34GS w klasie A-III,

- walcówkę żebrowaną dwuskośnie (w jodełkę) średnicy nominalnej 6-8 mm ze stali 20G2VY w klasie A-III N,

- pręty okrągłe gładkie średnicy 8-40 mm ze stali StOS w klasie A-O i St3SX, St3SY w klasie A-l,

- pręty średnicy nominalnej 10-32 żebrowanej jednoskośnie ze stali 18G2 oraz 10-28 żebrowanej jednoskośnie ze stali 20G2Y w klasie A-II, - pręty średnicy nominalnej 10-32 żebrowane dwustronnie ze stali 34GS w klasie A-II oraz 10-28 żebrowane dwustronnie ze stali 20G2VY w klasie A-III N,

b) obrabiane cieplnie (normalizowane) i stanowiące pręty gładkie okrągłe lub żebrowane w klasach A-II, A-III, A-lIl N.

Wymiary i ważniejsze dane charakterystyczne dla walcówki lub prętów okrągłych gładkich (rys. 14-25) zestawiono w tabl. 14-15. Handlowa długość prętów wynosi 6-12 m, jednakże po uzgodnieniu z dostawcą można otrzymy­waĆ pręty o długościach większych.

Pręty okrągłe żebrowane do zbrojenia betonu (PN-82/H-93215) produko­wane ze stali 20G2VY pokazano na rys. 14-26a, zaś ze stali 18G2 na rys. 14-26b.

Zbrojenie tego rodzaju stosuje się wszędzie tam, gdzie chodzi o dużą przyczepność stali do betonu. Długości handlowe prętów wynoszą 10-12 m. W tablicy 14-16 podano wymiary produkowanego zbrojenia wraz z odpowied­nimi jego charakterystykami.

14.2.12. Gwoździe, wkręty, kołki i gwoździe wstrzeliwane, nity

14.2.12.1 Gwoździe

Materiały do produkcji gwoździ. Prawie wszystkie rodzaje gwoździ wyra­biane są z miękkiej stali o niewielkiej zawartości węgla. Gatunki tej stali określone są w normie PN- 76/H-84028. Do produkcji gwoździ o przeznaczeniu specjalnym (np. gdy mogą podlegać działaniu kwasów i wody, gdy służą do

łączenia blach miedzianych, do bardzo twardego drewna itp.) stosuje się także i inne materiały, jak twardą stal, mosiądz lub miedź.

Produktem wyjściowym do fabrykacji zwykłych gwoździ jest stal w postaci walcowanego drutu surowego (tzw. popularnie walcówki) bądź też płasko­wników (bednarki). Walcówka będąca drutem średnicy 5,5-12 mm o chropo­watej powierzchni i nierównym przekroju stosowana jest zazwyczaj do wyrobu okrągłych i kwadratowych gwoździ budowlanych, natomiast bednarka (wal­cowana taśma stalowa) jest surowcem, z którego wykonuje się głównie teksy, gwoździe tapicerskie itp.

Przebieg produkcji gwoździ z walcówki. Typowa produkcja gwoździ z walcówki obejmuje następujące kolejne czynności: a) pranie walcówki (kwa­szenie), b) suszenie upranej walcówki, c) przeciąganie walcówki na drut ciągniony, d) formowanie gwoździ, e) polerowanie gwoździ (bębnowanie), f) wykańczanie ochronne powierzchni gwoździ, g) pakowanie i ważenie gwoź­dzi oraz cechowanie opakowania.

Oczyszczoną walcówkę poddaje się przeciąganiu, uzyskując w wyniku tego zabiegu drut utwardzony o określonych wymiarach i przekroju. Walcówka powinna być nieco grubsza od gotowego gwoździa i kilkakrotnie przeciągnięta dla nabrania odpowiedniej twardości, co ma istotny wpływ na jakość gwoździ. Walcówka zbyt mało przeciągana (np. jeden raz) daje gwoździe o nierównej i szorstkiej powierzchni, zbyt miękkie i zginające się przy wbijaniu w drewno, zwłaszcza twardsze. Zbyt liczne przeciąganie zaś daje drut za twardy do dalszej obróbki i musi być on wtedy specjalnie wyżarzany. W warunkach wytwarzania tradycyjnego formowanie gwoździ odbywa się w maszynach zwanych gwoŹ­dziarkami. Gwoździe po wyjściu z gwoździarki są ciemne, bez połysku i mają ostre krawędzie. W celu usunięcia tych wad gwoździe poddaje się polerowaniu. Wykończenie ochronne powierzchni gwoździ uzyskuje się przez: cyn­kowanie, miedziowanie, niebieszczenie itp.

Przed cynkowaniem gwoździe muszą być dobrze wypolerowane i zupełnie oczyszczone z brudu i tłuszczu. Gwoździe dobrze ocynkowane mają równą i cienką powłokę z cynku (przy dobrym wykonaniu wystarcza warstwa grubości 2-3 mikronów).

Do pokrywania gwoździ cynkiem i miedzią stosuje się również metodę galwanizacji (elektrolizę).

W budownictwie używa się gwoździ ocynkowanych tam, gdzie są one narażone na wpływ wilgoci. A zatem stosuje się ocynkowane gwoździe papowe, gwoździe do przybijania blachy na dachach itp.

Zabiegu niebieszczenia gwoździ dokonuje się w celu zwiększenia ich odporności na rdzewienie.

Pakowanie, przechowywanie i transport gwoździ. Gwoździe określonej grupy, typu, rodzaju, odmiany, postaci, wielkości itp. należy pakować w opako­wania jednostkowe. Masa pojedynczego opakowania powinna być równa odpowiednio: O, l; 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 2,5; 5,0; 10,0; 15,0; 20,0; 22,7; 25,0; 50,0 kg. Opakowaniajednostkowe powinny być umieszczone w opakowaniach transpor­towych (skrzynie, palety itp.) zabezpieczających gwoździe w czasie transportu

i przechowywania. Na opakowaniach należy podawać: nazwę lub znak wytwÓ­rni, oznaczenie gwoździ oraz masę netto. Gwoździe powinny być przechowywa­ne w suchych pomieszczeniach, z dala od materiałów działających korodująco. Gwoździe używane w budownictwie. Podział i oznaczenie gwoździ, ogólne wymagania jakościowe, oraz zakres i rodzaj badań przy odbiorze gwoździ podano w normie PN-84/M-81000. W zależności od przeznaczenia gwoździe dzieli się na grupy, w których gwoździe budowlane ciesielskie, stolarskie i ogólnego przeznaczenia oznaczono symbolem 01 (tabl. 14.17) (przykładowo gwoździe do instalacji elektrycznej mają symbol grupy 05). W zależności od kształtu główki (rys. 14-27) rozróżnia się następujące typy gwoździ: z główką płasko-stożkową- A 1, z główką płaską - A4, z główką płaską z fazką - A5, z główką baryłkową - A7, z główką podwójną - A14. Podział gwoździ na rodzaje wynika z kształtu trzpienia (rys. 14-28), który może być: gładki okrągły - B l, gładki kwadratowy - B2, gładki kwadratowy wklęsły - B3, ryflowany - B4, skręcony kwadratowy - B5, walcowany spiralnie - B6, walcowany skośnie - B7, walcowany wzdłużnie - B8, walcowany pierścieniowo - B9, trójkątny- B10. Oznaczenia odmiany gwoździ w zależności od kształtu ostrza (rys. 14-29) są następujące: ostrze czworograniaste 35° - C1, ostrze czworo­graniaste 60° - C2, ostrze czworograniaste specjalne - C3.

W zależności od zastosowanego materiału (stal węglowa, stal stopowa, metale kolorowe) rozróżnia się postacie gwoździ. Oznaczenie postaci gatunkiem materiału zawierają odpowiednie normy przedmiotowe, w których także zawarte są dane dotyczące wielkości gwoździ (średnica x długość, mm). Dodatkowe oznaczenia gwoździ dotyczą podziału w zależności od rodzaju zastosowanej na ich powierzchni powłoki: np. bez powłoki - bez oznaczenia, cynkowane - Zn, niebieszczone - n, żywicowane - ż.

Pełne zatem oznaczenie gwoździ na rysunkach powinno zawierać: skrót nazwy- Gw, grupę (Ol); typ (np. A4); rodzaj (np. B1); odmianę (np. C2); symbol postaci (np. St1); wielkość (np. 4,5 x 100), symbol wykonania (hp. Zn) i numer normy przedmiotowej. W tablicy 14-17 zestawiono wybrane, często spotykane gwoździe budowlane ciesielskie, stolarskie i ogólnego przeznaczenia (grupa 01).

Gwoździe z trzpieniem gładkim okrągłym i kwadratowym (BN-87/5028-12) oznaczone symbolami: Gw01.A5BIC1 (rys. 14-30a), Gw01.A1B1Cl (rys. 14-30b) oraz Gw01.A1B2C1 (rys. 14-31) są obecnie podstawowym sortymentem gwoździ używanych w budownictwie, zarówno do robót stolarskich, ciesielskich jak też do konstrukcji drewnianych. Produkuje się je z twardego drutu okrągłego gołego, szarego (wg PN-67/M-80026) wykonanego ze stali niskowęglowej gatunku St1. Wykonywane są gwoździe cynkowane ogniowo, galwanicznie lub żywicowane, z powierzchnią główki gładką lub kratkowaną. Gwoździe bez pokrycia czyszczone są przez bębnowanie. Przepisy normowe dopuszczają wykonanie gwoździ z innych materiałów, z zastrzeżeniem, żeby nie miały gorszych właściwości.

Wielkości gwoździ z trzpieniem okrągłym objęte normą branżową zawiera­ją się w granicach od 0,9 x 13 do 9 x 310, z tym że każdej średnicy od 1,2 mm przyporządkowane są różne długości gwoździa; dla średnic mniejszych od 3,5 mm - różnicowane przeważnie co 5 mm, a dla średnic większych - najczęściej co 10 mm lub krotność tej wielkości. Do połączeń elementów konstrukcji

drewnianych stosuje się gwoździe średnic 3,5 do 7,0 mm. Gwoździe z trzpieniem gładkim okrągłym są produkowane w znacznym asortymencie: 53 wielkości średnic oraz 19 rodzai długości. Szczegółowe wymiary i orientacyjna masa 1000 szt. gwoździ podane są w normie BN-87/5028-12.

Gwoździe z trzpieniem kwadratowym produkowane są w znacznie mniej­szym asortymencie: łącznie 22 wielkości średnic przy 53 rodzajach długości. Szczegółowe wymiary zestawiono w normie BN-87/5028-12 obejmują one gwoździe o wielkości 2,0 x 40 do 8,8 x 300.

Gwoździe skręcone i walcowane produkowane z trzpieniem skręcanym kwadratowym (BN-84-5028-18) i walcowanym spiralnie (BN-84/5028-18) prze­znaczone są głównie do łączenia elementów konstrukcji drewnianych. Zgodnie z zasadami podanymi w normie PN-84/M-81000 gwoździe te mają symbole: Gw01.A5B5C1; Gw01.A1B5C1 (rys. 14-32) oraz GwOl.A1B6C1 (rys. 14-33). Materiałem do wykonywania tych gwoździ jest - podobnie jak w przypadku gwoździ z trzpieniem gładkim - stal niskowęglowa gatunku St1. Szczegółowe wymiary gwoździ zestawiono są w tabl. 14-18 i 14-19.

Gwoździe papowe wyrabiane są ze stali niskowęglowej o wymiarach wg tabl. 14-20. Gwoździe o najmniej szych wymiarach stosuje się do przybijania pojedynczej papy, o największych zaś - do przybijania kilku warstw papy oraz przy reperacjach, wówczas gdy przybija się nową papę do starej.

Przykład oznaczenia: Gw01.A4B1C1-Stl-2,2 x 35, BN-83/5028-13 (rys. 14-34).

Gwoździe papowe bywają gołe lub ocynkowane. Gołe mogą być używane do papy smołowej, a ocynkowane należy używać przede wszystkim do papy bitumicznej. Orientacyjna masa 1000 szt. gwoździ wynosi 0,42-3,90 kg.

Gwoździe sufitowe (rys. 14-35) wyrabiane są z drutu stalowego w trzech wymiarach, podanych w tabl. 14-21. Przykładowe oznaczenie: Gw01.B1C1, BN-77/5028-33. Gwoździe te są zwane również trzcinowymi, trzciniakami lub haczykami. Gwoździe sufitowe znormalizowane są gołe, jakkolwiek produkuje się i gwoździe cynkowane do umocowania trzciny lub siatki przy tynkach gipsowych.

Gwoździe zawiasowe (rys. 14-36) przeznaczone do mocowania zawiasów okiennych i drzwiowych. Przykładowe oznaczenia: Gw01.A6B1C1-Stl-3 x 30, BN-77/5028-14. Produkowane są z główką prostą. Wymiary gwoździ zawiaso­wych podano w tabl. 14-22.

Gwoździe stolarskie i ogólnego przeznaczenia

Gwoździe druciaki (rys. 14-37) mają zastosowanie do drobniejszych robót, zwłaszcza stolarskich. Przykład oznaczenia: Gw01.A4B1C1-Stl-0,8 x 8,

BN-70/5028-24. Wymiary gwoździ: d = 0,8 do 1,8mm, I = 8 do 35mm. Średnica główki D wynosi odpowiednio 1,8 do 4,1 mm. Orientacyjna masa 1000 szt. gwoździ wynosi 0,04 do 0,82 kg.

Gwoździe ogólnego przeznaczenia z główką półkolistą (rys. 14- 38) stosuje się głównie do instalacji elektrycznych i stolarki budowlanej. Przykład oznaczenia: Gw01.AlOBIC1-Stl-I,4 x 20, BN- 70/5028-26.

Gwoździe te wyrabiane są z drutu stalowego, gołego, szarego (ga), twardego, wykonanego ze stali niskowęglowej gatunku Stl. Produkowane są gwoździe gołe (niepowlekane) lub pokryte żywicą. Wymiary tych gwoździ są następujące: długość 1- 13 do 40 mm, grubość d- 1,0 do 4,0 mm, średnica główki 2,0 do 7,6 mm. Na budowę gwoździe te dostarcza się w skrzynkach drewnianych po 20 kg netto albo w pudełkach tekturowych po 5 i 1 kg.

Gwoździe z podwójną główką wyrabiane ze stali niskowęglowych gatunku St1. Przykładowe oznaczenie Gw01.AI4B1C1-Stl-3,1 x 65, BN-77/5028-34. Stosowane są głównie do zbijania deskowań i rusztowań. Wymiary gwoździ według oznaczeń na rys. 14-39 zestawiono w tabl. 14-23. Orientacyjna masa 1000 szt. gwoździ w zależności od wymiarów wynosi 2,94 do 10,10 kg.

14.2.12.2. Śruby i wkręty do drewna

Śruby. Zależnie od wykonania śruby mogą być prasowane (po obróbce plastycznej) lub toczone (po obróbce wiórowej). Gwint może być na części długości (rys. 14-40) lub na całej długości trzpienia. W śrubach prasowanych gwint może być wytłaczany (średnica zewnętrzna większa od średnicy szyjki) lub nacinany (średnica zewnętrzna równa średnicy szyjki).

W budownictwie najczęściej znajdują zastosowanie śruby ze łbem szeŚcio­kątnym i ze łbem kwadratowym oraz, zależnie od przeznaczenia, różnego typu śruby specjalne (rys. 14-41), jak np. kotwiące, hakowe, napinające rurowe lub otwarte (rzymskie), noskowe itp.

W zależności od dokładności wymiarowej i geometrycznej rozróżnia się śruby: dokładne A, średnio dokładne B i zgrubne C. Te ostatnie, zwane często zwykłymi lub surowymi zaleca się stosować w połączeniach drugorzędnych obciążonych statycznie. Śruby dokładne i średnio dokładne mają trzpień dodatkowo obrabiany (toczony) i stąd przeznacza się je do połączeń bardziej odpowiedzialnych, wymagających dużej pewności, zwłaszcza gdy są poddane działaniu obciążeń dynamicznych.

Ze śrubami łączą się integralnie nakrętki, wśród których w zależności od wysokości odróżnia się zwykłe (m =0,8 d, gdzie d- średnica gwintu), wysokie (m > 0,8 d) i niskie (0,5 ~ m < 0,8 d). Ze względu na dokładność wykonania nakrętki określa się analogicznie do śrub. Dla śrub ze łbem sześciokątnym, stosowanych w budownictwie, produkuje się nakrętki sześciokątne. Podkładki pod nakrętki lub łby śrub stosuje się okrągłe, klinowe ( do półek kształtowników) i sprężyste (zabezpieczające przed samoczynnym odkręcaniem się nakrętek (rys.

14-42). .

Ze względu na użyte materiały śruby i nakrętki mogą być stalowe, z metali nieżelaznych i ich stopów oraz z tworzyw sztucznych.

Wkręty do drewna. Wkręty wykonywane są w kilku typach: z łbem sześciokątnym (do uchwytu kluczem), z łbem stożkowym, z łbem stożkowym soczewkowym oraz z łbem kulistym. Rodzaje wkrętów: z rowkiem - wprowa­dzane w otwory za pomocą śrubokręta (bez wyróżnika w oznaczeniu), z wgłębie-

niem krzyżowym zwykłym (oznaczenie H) lub z wgłębieniem krzyżowym wzmocnionym (oznaczenie Z). Wkręty wykonuje się w dwóch odmianach: z gwintem na części trzpienia (K) lub na całej długości trzpienia (D). Na rysunku 14-43 do 14-46 pokazano wkręty odmiany K. Zależnie od klasy dokładności wykonania wprowadzone są oznaczenia: C - zgrubne oraz B - śrdnio dokładne. Produkowane są wkręty ze stali (bez wyróżnika w oznaczeniu), z mosiądzu (oznaczenie Ms), z brązu (oznaczenie Br) oraz ze stopów aluminium (oznaczenie AI-s), przy czym mogą być one wykonane bez powłoki ochronnej lub dla określonych warunków z cynkową powłoką ochronną grubości 6um (oznaczenie Fe/Zn6). Przykładowe oznaczenie wkrętów na rysunkach powinno zawierać: określenie słowne - wkręt do drewna, oznaczenie wielkości d x l (np. 8 x 120), symbol rodzaju (np. H), symbol odmiany (np. K), klasę dokładności wykonania (np. B), rodzaj materiału (np. stal, czyli bez wyróżnika), ozna czenie powłoki ochronnej (np. Fe/Zn6), numer przedmiotowej normy (np. PN-85/M-82503), co odpowiada zapisowi: wkręt do drewna 8 x 120 - H - K - B - Fe/Zn6 PN-85/82503.

Wkręty do drewna ze łbem sześciokątnym (PN-85/M-82501) przeznaczone do uchwytów kluczem wyrabiane są w siedmiu średnicach. Długość śrub

stopniowana jest co 5 mm przy długości I = 30 mm do I = 80 mm, co 10 mm - przy długości I = 80 mm do I = 200 mm i co 20 mm - przy długości I = 200 do I = 280 mm. Wymiary podane są na rys. 14-43 i w tabl. 14-24. Długość gwintu o pełnej głębokości dla odmiany K wynosi: b = 0,6 I.

Wkręty do drewna ze łbem stożkowym (Pn-85/M-82503) wyrabiane są ze stali węglowej, z brązu, z mosiądzu oraz ze stopu aluminiowego. Wymiary wkrętów oznaczone na rys. 14-44, podano w tabl. 14-25. Długość gwintu o pełnej głębokości dla odmiany K stosuje się także b = 0,6 I.

Wkręty do drewna ze łbem stożkowym soczewkowym (PN-85/M-82504) wyrabiane są ze stali węglowej, z mosiądzu oraz stopu aluminiowego. Wymiary tych wkrętów podano na rys. 14-45. Długość gwintu o pełnej głębokości b = 0,6 I (odmiana K).

Wkręty do drewna ze łbem kulistym (PN-85/M-82505) wyrabiane są ze stali węglowej, z mosiądzu oraz stopu aluminiowego. Wymiary podano na rys. 14-46. Długość gwintu b o pełnej głębokości dla odmiany K wynosi 0,6 l.

14.2.12.3. Kołki i gwoździe wstrzeliwane. Rozwój prefabrykacji w dziedzi­nie budownictwa betonowego, szerokie stosowanie ścian osłonowych na bazie szkieletów stalowych, drewnianych lub z tworzyw sztucznych oraz rozpowszech­nienie elementów lekkiej obudowy w budownictwie przemysłowym stworzyły potrzebę opracowania nowoczesnych rozwiązań połączeń wbudowywanych elementów. Połączenia takie uzyskuje się np. przez zastosowanie systemów typu Hilti ( opracowanie firmy Hilti), Spit i in, umożliwiających wstrzeliwanie kołków gwintowanych oraz różnego rodzaju gwoździ specjalnych tworzących zamoco­wania średniego i ciężkiego typu w betonie i stali budowlanej.

Aparatura do prowadzenia prac tego rodzaju składa się z tzw . osadzacza tłokowego i wyposażenia odpowiedniego do typu wstrzeliwanych łączników i materiału mocowanego elementu (beton, stal). Tak np. najsilniej s z y z przy­rządÓw tłokowych umożliwia mocowanie profili stalowych grubości 8 mm do elementów stalowych grubości 10 mm.

Na rysunku 14-47 pokazano przykładowo nowoczesny uniwersalny osa­dzacz Spit P 200 (masa 2,6 kg, długość 370 mm) oraz wybrany zestaw kołków

i gwoździ wstrzeliwanych, stosowanych do różnych rodzajów zamocowań. W każdym typie zróżnicowana jest długość trzpieni dobieranych w zależności od grubości materiału oraz jego twardości.

W odniesieniu do kołków podanych na rys. 14-47, a mocujących wy­kładziny do betonu, długość ich dobiera się jako równą sumie grubości wykładziny plus 20 mm.

14.2.12.4. Nity. W złączach elementów ze stali o wysokiej wytrzymałości (800-1000 MPa), tj. trudno spawalnych lub niespawalnych, oraz przy łączeniu

więcej niż trzech blach, stosuje się zazwyczaj połączenia nitowe.

W nicie surowym wyodrębnić można: łeb, część zbieżną trzpienia długości zależnej od średnicy i rodzaju nitu oraz część trzpienia o stałej średnicy d. Długość całego trzpienia (długość nitu) przyjmuje się w zależności od jego średnicy i sumarycznej grubości S = ~ gi łączonych elementów wg zależności

I

l = 1,12S+ 1,4 d

Ze względu na trudności technologiczne przy wykonywaniu połączeń zaleca się przyjmować taką długość nitów, aby łączna grubość s łączonych elementów nie przekraczała 5d (d - średnica nitu).

Rodzaje nitów są zróżnicowane ze względu na kształt łba (rys. 14-48). Zależnie od dokładności wykonania rozróżnia się nity średnio dokładne (B) i zgrubne (C); stosowane są także nity z powłoką ochronną cynkową grubości 5~m (Fe/ZnS).

Nity wykonywane są z walcówki i prętów ze stali gatunków St2N, St3N i St4N oraz z drutów metali nieżelaznych (miedź, mosiądz, aluminium).

Średnice stosowanych nitów wynoszą 1 do 36 mm, z tym że do średnicy 8 mm (zastosowanie przy robotach ślusarskich i w połączeniach konstrukcji cienkościennych) nity zamyka się (zakuwa) na zimno, natomiast przy większych średnicach stosuje się zakuwanie na gorąco. Do właściwych konstrukcji stosuje się nity większych średnic, tj. od 10 mm. Średnicę otworów łączonych elementów wykonuje się o 1 mm większą od średnicy trzpienia nitu.

Długość produkowanych nitów zależy od ich średnicy i rodzaju i wynosi 2 do 180 mm dla nitów ze łbem kulistym i z łbem stożkowym oraz 3 do 210 mm dla nitów ze łbem stożkowym soczewkowym. Te trzy rodzaje nitów są najczęściej stosowane w połączeniach konstrukcyjnych. Szczegółowe wymiary nitów dla poszczególnych ich rodzajów podane są w normach: PN-88/M-82952, PN-88/M-82954 i PN-88/M-82956-9.

14.2.13. Rury

Rury okrągłe bez szwu i kwadratowe (rys. 14-49) znajdują zastosowanie w budownictwie głównie na rusztowania, przewody i elementy konstrukcyjne.

Rury bez szwu walcowane na gorąco ogólnego przeznaczenia (PN-80/M- 74219) wykonywane są ze stali gatunków R35, R45 i 18G2A. Długość dostarczanych rur wynosi 4 do 12,5 m, średnica zewnętrzna 20 do 508 mm i grubość 2,3 do 30 mm.

Rury czarne bez zabezpieczenia przed korozją dostarcza się bez ograniczeń średnicy, a ocynkowane (OC) do średnicy 89 mm. Powierzchnie zewnętrzne lub wewnętrzne rur mogą być zabezpieczone np. przez malowanie asfaltozą (odpowiednio MW lub ZM) lub powłokami bitumicznymi.

Średnica zewnętrzna rur bez szwu ciągnionych i walcowanych na zimno (PN-84/M- 74220) wynosi 10,2 do 63,5 mm, a grubość 1,6 do 10 mm. Długość dostarczanych rur konstrukcyjnych ze stali R55 i 18G2A wynosi 1,5 do 8 m, zaś rur przewodowych ze stali R35, R45 i 18G2A 4 do 8 m. Rury badane pod ciśnieniem 5 MPa nie powinny wykazywać nieszczelności i trwałych odkształceń. Wymiary rur kwadratowych wynoszą 40 do 130 mm. Zróżnicowanie grubości rur wynosi odpowiednio 2 do 4 mm dla najmniej szych wymiarów boku oraz 4 do 6 mm dla wymiarów największych.

Wymiary boków dostarczanych rur prostokątnych stosowanych w budow­nictwie wynoszą: 50 x 30 mm, 60 x 40 mm, 70 x 25 mm, 70 x 35 mm, 80 x 40 mm i 100 x 50 mm. Grubość ścianek jest różnicowana tak samo jak rur kwad­

ratowych. .

14.3. Aluminium i jego stopy

14.3.1. Wiadomości ogólne

Aluminium pod względem zużycia i szerokich możliwości zastosowania zajmuje pierwsze miejsce wśród metali nieżelaznych.

Jakkolwiekaluminium, w postaci różnych związków (krzemiany i glino­krzemiany), występuje w skorupie ziemskiej w większej ilości (8% masy skorupy) niż żelazo (5% masy skorupy), to jednak z uwagi na aktywność tego pierwiastka z tlenem (AI2OJ -podstawowy składnik rud aluminium) jest to metal dużo trudniejszy do otrzymania.

Proces produkcji aluminium składa się z dwóch podstawowych etapów: uzyskania tlenku glinowego Al2OJ z rud oraz elektrolitycznego przerobu tegoż tlenku na aluminium metaliczne. W pierwszym etapie proces produkcji może być prowadzony różnymi metodami, natomiast w drugim etapie (elektroliza) stosuje się na ogół tylko jedną metodę. Bazą do otrzymywania tlenku glinowego są boksyty (AI2OJ nH2O z zanieczyszczeniami tlenkami żelaza i krzemionką).

Boksyty wysokogatunkowe (o małej zawartości krzemionki) przerabiane są metodą zasadową Bayera, natomiast boksyty o dużej zawartości krzemionki - metodą spiekania. Należy podkreślić, że w Polsce zostały opracowane dwie oryginalne metody otrzymywania Al2OJ z innych surowców, a mianowicie: z gliny krajowej - wg. S. Bretsznajdera oraz jako produkt uboczny przy produkcji cementu szybkotwardniejącego wg J. Grzymka.

Technicznie czyste aluminium wytwarzane jest jako rafinowane (czystość w granicach 99,9-99,99%) albo też jako hutnicze (czystość 99,0--99,7%). Jest to metal koloru srebrnego o gęstości objętościowej 2,71g/cm3 i temperaturze topnienia 658,9°C; odznacza się wysoką przewodnością cieplną (200 W /m°C), najlepszą po srebrze i miedzi przewodnością elektryczną (38 m/.Q mm2) oraz lekkością.

Właściwości mechaniczne czystego aluminium zależą od jego stanu utwardzenia. Dla aluminium i jego stopów należy przyjmować następujące wartości techniczne:

moduł sprężystości podłużnej E 70 .103 MPa, moduł sprężystości poprzecznej G 27 .103 MPa, współczynnik Poissona Jl 0,3,

współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej (X = 0,000023 1/°C.

14.3.2. Stopy aluminium i ich zastosowanie w hutnictwie

Czyste aluminium charakteryzuje się niezbyt dużą wytrzymałością, a sto­sunkowo dużym odkształceniem i z tych względów nie jest stosowane na konstrukcje nośne.

W budownictwie znajduje ono zastosowanie na pokrycie dachowe, wykładziny, elementy dekoracyjne, taśmy, pręty, druty, rury itp.

Właściwości mechaniczne aluminium można w sposób istotny podwyższyć przez zastosowanie dodatków stopowych, z których głównymi są: miedź (Cu), magnez (Mg), mangan (Mn), cynk (Zn) i krzem (Si), rzadziej zaś nikiel, chrom oraz tytan. Miedź, mangan i magnez zwiększają wytrzymałość stopu, natomiast krzem podwyższa twardość i wytrzymałość stopów odlewniczych, poprawiając jednocześnie ich lejność. Dodatek niklu stosuje się do stopów alumium, gdy wymagana jest duża wytrzymałość metalu przy podwyższonej temperaturze.

Z technologicznego punktu widzenia stopy aluminium dzielą się na stopy odlewnicze i stopy przewidziane do przeróbki plastycznej. Ponieważ pierwsze z nich rzadko są stosowane w budownictwie, poniżej omówione zostaną jedynie stopy przewidziane do obróbki plastycznej, stosowane na konstrukcje i elementy budowlane. Są to:

- stop aluminium z magnezem (hydronalium - Al Mg). Stop ten ma dużą odporność na korozję, jest spawalny i podatny do przeróbki plastycznej; produkowany jest w postaci blach, profili, rur i drutów. Znajduje zastosowanie na elementy konstrukcyjne, wykładziny elewacyjne, okna, drzwi i poręcze;

- stop aluminium z magnezem i krzemem (anticorodal- AIMgSi). Ma on właściwości i zastosowanie analogiczne do hydronalium. W przypadku

zastosowania tego stopu na wykładziny poddaje się go, dla polepszenia efektów dekoracyjnych, dodatkowej obróbce powierzchni, jak polerowanie i barwienie; - stop aluminium z miedzią (4%) i niewielką ilością magnezu (AICuMg). Stop ten zwany duraluminium lub duralem - AICuMg ma korzystne właŚciwo­Ści mechaniczne, ale małą odporność na korozję. Wyroby dostarczane są w takiej samej postaci jak poprzednie stopy.

Duraluminium znajduje zastosowanie w konstrukcjach, w których wy­trzymałoŚĆ anticorodalu jest niewystarczająca.

W oznaczeniach stopu określa się rodzaj i zawartość procentową skład­ników stopowych; cecha PA oznacza, że stop nadaje się do przeróbki plastycznej. Istotną zmianę właściwości mechanicznych stopów aluminium można uzyskać przez obróbkę cieplną lub obróbkę na zimno. Pierwsza z nich obejmuje proces utwardzania, powodujący zwiększenie wytrzymałości i twardości. Obrób­ka tego typu stanowi połączony zabieg przesycania i starzenia stopu aluminium przez podgrzewanie go do określonej temperatury, wygrzewanie, a następnie gwałtowne studzenie. Tę formę zmiany niektórych parametrów wytrzymałoŚ­ciowych stosuje się do stopów typu anticorodal i duraluminium. Drugi rodzaj obróbki cieplnej: wyżarzanie - polega na wygrzaniu stopu przez kilka godzin i powolnym chłodzeniu. Stosowane jest w celu zmiękczenia tworzywa (zwięk­szenie ciągliwości) lub usunięcia skutków zgniotu po obróbce na zimno bądź też dla zmniejszenia naprężeń termicznych (wyżarzanie odprężające).

Obróbka na zimno polega na rozciąganiu materiału ponad granicę plastyczności (zgniot na zimno) i daje w efekcie zwiększenie wytrzymałości stopu lub czystego aluminium.

Zgniot na zimno występuje w niektórych fazach produkcyjnych, np. przy walcowaniu, przeciąganiu i wytłaczaniu. Nadmierną twardość stopu, wywołaną obróbką na zimno, usuwa się wspomnianym uprzednio wyżarzaniem, przy którym przez regulację temperatury i czasu trwania można uzyskać materiał w stanie miękkim, półtwardym i twardym.

Stopy techniczne aluminium mają gęstość w granicach 2,6-2,9 g/cm3. Ponieważ wytrzymałość obliczeniowa niektórych stopów przerabianych plas­tycznie dochodzi do 185 MPa, czyli jest porównywalna z wytrzymałością stali budowlanych, wynika stąd, że przy prawie trzykrotnie niższej gęstości stopów aluminium można uzyskać z nich konstrukcje o 40- 50% lżejsze od konstrukcji stalowych o takiej samej nośności. ­

Istotna z budowlanego punktu widzenia jest odporność aluminium na korozję - zarówno w powietrzu suchym, jak i wilgotnym - oraz odporność na działania chemiczne niektórych kwasów. Wynika to z tworzenia się na powierz­chni metalu - pod wpływem działania tlenu atmosferycznego - cienkiej, szczelnej warstewki ochronnej z tlenku glinowego. Stopy aluminium są na ogół mniej odporne na korozję niż aluminium czyste, przy czym największą odpor­noŚĆ wykazują stopy aluminium z krzemem i magnezem, najmniejszą zaś z miedzią. Na ogół konstrukcje nośne, zarówno kryte, jak i odkryte, wykonane ze stopów aluminium, nie wymagają w normalnych warunkach zabezpieczeń antykorozyjnych, jeśli nie są narażone na osiadanie skroplin pary wodnej .

Należy zwracać uwagę, że aluminium ulega łatwo tzw . korozji kontaktowej w miejscach połączenia z innymi metalami, np. w zetknięciu ze stalą, ołowiem i miedzią.

Zaletą aluminium i niektórych jego stopów jest ich również mniejsza, w porównaniu ze stalą, wrażliwość na obciążenia dynamiczne i zmęczeniowe. Na uwagę zasługuje fakt, że wraz ze spadkiem temperatury wzrasta wytrzymałość aluminium, przy czym nie występuje zjawisko kruchych pęknięć w połączeniach spawanych. Kwalifikuje to stopy aluminium do zastosowania do budowy zbiorników na gazy magazynowane w stanie ciekłym w bardzo niskiej temperaturze.

Do łączenia elementów konstrukcyjnych wykonanych ze stopów alumi­nium stosuje się nitowanie, spawanie, klejenie lub połączenia śrubowe. Ze względu na wspomnianą korozję kontaktową, nity powinny być wykonane z tych samych stopów co elementy łączące; zakuwa się je na zimno za pomocą młotów pneumatycznych (zakuwki miseczkowe, stożkowe płaskie i kuliste). Nitowanie stopów aluminiowych na gorąco pogarsza wytrzymałość materiału. Spawalność stopów aluminium zależy od ich składu oraz stanu. Stopy utwardzone są trudniej spawalne od stopów nie poddanych obróbce cieplnej. Stopy półtwarde są lepiej spawalne od twardych, a miękkie od półtwardych. Wobec występującego przy spawaniu znacznego miejscowego zmniej­szenia wytrzymałości materiału, celowe jest projektowanie połączeń w tych miejscach elementu, gdzie występują niewielkie naprężenia, bądź są wykonywa­ne lokalne wzmocnienia konstrukcji (blachy węzłowe w kratownicach). Spawa­nie aluminium i jego stopów jest trudniejsze od spawania stali. Ze względu na dużą przewodność cieplną aluminium przy jego spawaniu należy doprowadzić więcej ciepła niż przy spawaniu stali. Elektrody powinny być wykonane z tego samego materiału co spawana konstrukcja. Niezbędne jest przy tym użycie jako topników mieszaniny fluorków i chlorków metali alkalicznych.

Klejenie elementów aluminiowych jest najbardziej nowoczesną metodą łączenia, umożliwiającą łączenie dwóch różnych stopów (nie występuje zjawisko korozji w miejscach łączenia) i uzyskanie złącza gładkiego o nie zmienionej powierzchni.

Połączenia śrubowe znajdują zastosowanie głównie w konstrukcjach rozbieralnych i w stykach montażowych. Stosowane są śruby ze stopu zbliżone­go składem do materiału łączącego oraz śruby stalowe, gdy - dla przeniesienia sił - miarodajne jest ścinanie. W połączeniach pod każdą nakrętkę należy stosować podkładki średnicy nie mniejszej niż trzykrotna średnica śruby. Pewnym hamulcem dla szerszego stosowania konstrukcji aluminiowych jest nieco wyższy koszt wyrobów oraz znaczna odkształcalność konstrukcji, wynikająca z małej wartości współczynnika sprężystości podłużnej.

14.3.3. Wyroby aluminiowe

14.3.3.1. Blachy walcowane na gorąco. Blachy walcowane na gorąco przeznaczone do użytku ogólnego wykonuje się z aluminium oraz ze stopów

aluminium. Wymiary blach: grubość - w granicach 5- 80 mm, szerokości - 600, 800, 1000 i 1200 mm, a największa długość - 2500 mm.

14.3.3.2. Blachy walcowane na zimno. Blachy walcowane na zimno ogólnego przeznaczenia z aluminium hutniczego i ze stopów wykonuje się jako: - nieplaterowane (aluminium i stopy w gatunkach PA 43, PA 2N, PA 11N, PA lA, PA IN, PA 4N, PA 6N, PA 7N, PA 10N),

- platerowane dwustronnie (stopy w gatunkach PA 6N, PA 7N, PA9), - z platerem technologicznym (stop PA9).

W zależności od jakości powierzchni i liczby dopuszczalnych wad rozrÓŻ­nia się blachy zwykłej i podwyższonej jakości. Ze względu na dokładność grubości blach i wymiarów arkuszy (szerokość i długość) rozróżnia się klasy zwykłej i podwyższonej dokładności. Dopuszczalne wielkości odchyłek grubości blach w zależności od klasy dokładności i wymiarów arkuszy (długość, szerokość), jak też dopuszczalne odchyłki wymiarów arkuszy, zależnie od grubości i dokładności wykonania, podane są w PN-87/M-92741/02.

Produkowane są blachy grubości 0,3 do 10 mm i wymiarach arkuszy od 600 x 1500 mm do 1500 x 4000 mm. Maksymalne wymiary arkuszy, zależnie od grubości blachy i gatunku aluminium lub stopu, wynoszą dla blach cienkich (0,3-0,4 mm) 600 x 1500 mm, a dla pozostałych 1700 x 6000 mm.

Do obliczania masy 1 m2 blachy grubości nominalnej przyjmuje się gęstość aluminium 2,7 g/cmJ,stosując dla stopów współczynniki przeliczeniowe według normy.

Grubość warstw poleru - gwarantowana przez producenta - powinna wynosić z każdej strony blachy min 4% jej grubości nominalnej dla blach grubości do 2,5 mm oraz min. 2% dla blach grubości powyżej 2,5 mm. Charakterystyki wytrzymałościowe blach dla różnych gatunków alumi­nium stosowanych stopów podano w normie PN-87/M-92741/03.

14.3.3.3. Taśmy. Taśmy z aluminium i stopów aluminium walcowane na zimno produkuje się grubości 0,1 - 0,3 mm. Wymiary dostarczanych taśm: szerokość 10--2000 mm, długość min. 2,5 m.

14.3.3.4. Kształtowniki. Kształtowniki z aluminium i ze stopów z alumi­nium otrzymywane są przez wyciskanie na gorąco (tłoczenie). W zależności od przekroju dzieli się je na kształtowniki o przekroju prostym oraz kształtowniki o przekroju złożonym, uzgodnionym między wytwórcą a zamawiającym, przy czym w tej ostatniej grupie rozróżnia się \ przekroje pełne, półzamknięte i z otworem. Z kształtowników o przekroju prostym produkowane są kątowniki równoramienne i nierównoramienne, teowniki równoramienne i nierÓwnora­mienne oraz ceowniki. W obu grupach wykonywane są kształtowniki o zwykłej dokładności oraz o podwyższonej dokładności wykonania (oznaczenie - D), jak również o zwykłej jakości powierzchni lub o powierzchni do anodowania (oznaczenie - E).

z przekrojów prostych kątowniki równoramienne wyciskane są w gabary­tach wymiarowych od 10 x 10 x 1,5 do 120 x 120 x 15. Kątowniki nierÓw­noramienne produkuje się w dwu stosunkach długości ramion - b: a = 2: 1 oraz b: a = 3: 2; teowniki nierównoramienne mają stosunek h: s = 1 : 2.

Długość fabrykacyjna dostarczanych kształtowników wynosi 1,5 do 6,0 m lub są wielokrotnością tej wielkości z naddatkiem 5 mm na każde cięcie, albo są określane w zamówieniu.

14.3.3.5. Profile i kształtowniki cienkościenne. Profile i kształtowniki cienkościenne uzyskiwane są z blach i taśm przez odpowiednie gięcie, wy­tłaczanie itp, Na otwory okienne i drzwiowe stosuje się dużą liczbę kształtow­ników o profilach zamkniętych.

Istotną pozycję wśród wyrobów profilowych zajmują elementy lekkiej -obudowy, przeznaczone do obudowy hal przemysłowych, wiat i zadaszeń. Produkuje się je na ogół w dwóch postaciach, jako:

1) pojedyncze blachy faliste lub fałdowe (rys. 14-50),

2) elementy (płyty) warstwowe, składające się z dwu wyprofilowanych blach fałdowych ze styropianową wkładką termoizolacyjną (rys. 14-51). Elementy te charakteryzują się lekkością konstrukcji, wysokimi właŚciwoŚ­ciami wytrzymałościowymi, łatwością montażu i estetycznym wyglądem. Dzięki

dużej odporności antykorozyjnej elementy lekkiej obudowy mogą być stosowa­ne w budownictwie przemysłowym i rolniczym zarówno w atmosferze obojętnej, jak i agresywnej.

Mocowanie elementów do konstrukcji stalowej odbywa się za pomocą aluminiowych haków montażowych 0 7,2 mm. Dzięki dużej skali rozpiętości elementów (1-16 m) eliminuje się stosowanie styków prostopadłych do fali, co znacznie skraca czas montażu i zapewnia dobrą szczelność.

Płyty warstwowe typu AI-01-500 i AI-01-750 składają się z dwu blach fałdowych grubości 0,8 mm każda i warstwy wypełniającej ze styropianu samogasnącego grubości 40 mm. Całkowita grub. ocieplonego elementu lekkiej obudowy wynosi 140 mm, użytkowa szerokość - odpowiednio 500 i 750 mm. Długość produkowanych elementów wynosi 1 do 16 m, a masa 1 m2 płyty - 7,5 kg.

Oprócz wymienionych płyt produkowane są również tzw . uniwersalne płyty osłonowe ścienne i stropodachowe typu PW9/B. Mają one okładziny z blachy aluminiowej lakierowanej lub nielakierowanej i rdzeń ze sztywnej pianki poliuretanowej. Średnia grubość płyty wynosi 53 mm, szerokość- 1190 mm, długość - 12 000 mm. Znajdują one zastosowanie głównie do budowy osłonowych ścian o wysokich wymaganiach użytkowych, na lekkie przekrycia płatwiowe oraz na ściany działowe.

14.4. Miedź i jej stopy

14.4.1. Wiadomości ogólne

Miedź (Cu) jest w przyrodzie mało rozpowszechniona i jej zawartość w skorupie ziemskiej szacuje się wagowo na ok. 0,01% . Występuje ona najczęściej w postaci siarczków i siarkosoli lub połączeń tlenowych. Miedź

tworzy liczne (ponad 150) minerały, z których największe znaczenie mają: chalkopiryt, bernit, kowelin, chalkozyn, kupryt, malachit, azuryt itp.; występuje także w stanie rodzimym. Polskie złoże miedziowe, położone w zachodniej części Dolnego Śląska (Lubin), ocenia się jako jedno z najbogatszych w Europie. Metalurgia miedzi polega na tym, że siarczkowe rudy niskoprocentowe (2% Cu) wzbogaca się metodą flotacji, uzyskując koncentrat (15-30% Cu), z którego przez prażenie (dla usunięcia nadmiaru siarki), a następnie stapianie z dodatkiem koksu i topników - otrzymuje się tzw. surowy kamień miedziowy (Cu2S), zawierający 30-50% Cu.

Efektem stopniowego prażenia kamienia w konwertorach jest miedź surowa, tzw. blister o zawartości 97- 99% Cu. Dalsza rafinacja w piecach płomiennych w środowisku utleniającym i redukującym pozwala usunąć głównie domieszki metali i siarki, w wyniku czego uzyskany metal zawiera ok. 99% Cu. Czystą miedź (99,96-99,98% Cu) otrzymuje się po dalszej rafinacji elektro­litycznej.

Miedź jest metalem miękkim (twardość 35 HB), kowalnym, ciągliwym, dającym się łatwo walcować, przeciągać i tłoczyć na zimno. Temperatura topienia miedzi wynosi 1083°C, temperatura wrzenia - 2600°C. Gęstość miedzi w temperaturze 20°C wynosi 8,96 g/cmJ. Miedź jest jednym z najlepszych przewodników ciepła i elektryczności. Tak np. przewodność cieplna w tem­peraturze 18°C wynosi 394 W /m. '?C, natomiast opór właściwy w temperaturze 20°C - 0,0172 .o mm2/m.

Miedź i jej stopy odznaczają się dużą odpornością na wpływy atmosferycz­ne, tj. do temperatury ok. 185°C miedź jest odporna na działanie suchego tlenu, w wilgotnym zaś powietrzu powierzchnia wyrobów miedziowych pokrywa się szczelną powłoką niebieskozielonego zasadowego węglanu miedzi (tzw . patyna), chroniącego głębsze warstwy metalu przed korozją. Wynikająca stąd wysoka trwałość blach miedzianych kwalifikuje je do zastosowania na pokrycia dachów budynków reprezentacyjnych.

Oprócz blach wyrabia się z miedzi taśmy, druty, rury itp. Szersze rozpowszechnienie miedzi w budownictwie uniemożliwione jest ze względu na to, że jest ona nieodzownie potrzebna w wielu gałęziach życia gospodarczego (przemysł elektrotechniczny, zbrojeniowy, maszynowy, chemiczny, spożywczy itp.).

Ze stopów miedzi największe znaczenie mają: mosiądz, tj. stop miedzi z cynkiem i dodatkami Pb, Mn, Al, Sn, Ni, P; brązy cynowe (np. Cu-Sn-Zn - spiże) i bezcynowe (Cu-Al) oraz stopy miedzi z niklem (konstantan, nikielin).

14.4.2. Wyroby z. miedzi i jej stopów

14.4.2.1. Blacha miedziana. Blachy miedziane walcowane są na zimno

z miedzi odpowiadającej wymaganiom normy PN-77/H-82120. Stosuje się je w budownictwie bardzo rzadko, głównie do pokryć dachowych i to tylko dla budynków monumentalnych i zabytkowych. Grubość stosowanych do tych celów blach wynosi 0,5- 1,5 mm. Paski blachy miedzianej stosuje się także do

przekrywania dylatacji dachów, tarasów itp. Blacha miedziana produkowana jest w taśmach szerokości 300 mm oraz w arkuszach szerokości 500,700 i 1000 mm i długości od 600 do 2500 mm. Blachę dostarcza się w postaci arkuszy w paczkach, arkuszy luzem lub układanych w stosy bądź w rolach, w przypadku gdy grubość blachy nie przekracza 1 mm.

Trwałość pokryć z blachy miedzianej przekracza 300 lat. Po pewnym czasie użytkowania blacha ciemnieje (utlenia się na powierzchni), a następnie uzyskuje piękną, zieloną barwę malachitu. Stykając się z innym metalem, blacha miedziana w obecności wilgoci ulega elektrolizie, dlatego wszelkie stosowane elementy łączące (ząbki, gwoździe) powinny być także miedziane lub mosiężne.

14.4.2.2. Kształtowniki z miedzi. Kształtowniki wyciskane (P) i ciągnione (C) wykonywane są z miedzi w gatunku MIG, M2G i M3G oraz z miedzi stopowej w gatunkach MD1 i MS. W zależności od przekroju kształtowniki dzieli się na:

a) kształtowniki o przekroju prostym, do których należą: kątowniki równoramienne, kątowniki nierównoramienne, teowniki równoramienne (wy­sokie) i teowniki nierównoramienne (niskie).

b) kształtowniki o przekroju złożonym ustalonym między wytwórcą .

I zamawlaJącym.

Wykonywane są przy tym kształtowniki surowe (bez znaku), wyżarzone (znak M) oraz ciągnione, dostarczane w stanie półzwartym (znak C 1/2). Przy zwykłej dokładności wykonania kształtowniki wyciskane o przekroju prostym nie są znakowane, natomiast. przy podwyższonej dokładności wykonania opatrzone są one znakiem D. Przykładowo kątownik równoramienny wyciskany z miedzi w gatunku M l G o wymiarach: szerokość ramion a = 50 mm, grubość g = 4 mm i długość 3000 mm oznacza się - kątownik M 1 G-P 50 x 50 x 4 x 3000. Z kątowników o przekroju prostym kątowniki ciągnione wykonuje się o wymiarach mniejszych (np. kątowniki równoramienne produkowane są w zakresie wymiarów 10 x 10 x 3 - 40 x 40 x 6), natomiast kątowniki wyciskane - o wymiarach większych (kątowniki równoramienne wyciskane mają wymiary 50 x 50 x 4- 80 x 80 x 8). Kształtowniki złożone wyciskane i ciągnione produku­je się o przekrojach, które można opisać okręgiem średnicy 10-150 mm - dla kątowników wyciskanych, oraz średnicy 10 - 80 mm - dla ciągnionych. Długość fabrykacyjna kształtowników wynosi 0,5 do 4,0 m. W budownictwie kształtowniki z miedzi stosowane są rzadko, i to głównie jako elementy dekoracyjne w obiektach reprezentacyjnych.

14.4.2.3. Kształtowniki z mosiądzu. Kształtowniki z mosiądzu, pod wzglę­dem technologii wykonania i formy kształtu przekroju poprzecznego, produkuje się analogicznie do kształtowników z miedzi. Do wyrobów stosowane są gatunki mosiądzu MO59 i M63 o składzie chemicznym wg normy PN- 77 /H-87025. Wymiary przekroju poprzecznego kształtowników prostych są takie same jak kształtowników z miedzi, z tym jedynie że kątowniki nierównoramienne produkowane są w dwu rodzajach: o stosunku ramion l :2 oraz 2:3.

Przeznaczenie kształtowników z mosiądzu jest również takie same jak kształtowników miedzianych.

14.5. Cynk

14.5.1. Wiadomości ogólne

Cynk jest pierwiastkiem stosunkowo pospolitym, jakkolwiek zawartość jego w skorupie ziemskiej jest raczej nieznaczna, bo szacowana wagowo na ok. 0,2%. Z minerałów cynkowych rozróżnia się:

a) minerały siarczkowe - sfaleryt (blenda cynkowa) i wurcyt (rzadziej występujący),

b) minerały tlenkowe - smitsonit, hemimorfit, hydrocynkit i inne skład­niki galmanów.

Metalurgiczny cynk otrzymuje się z jego rud (odpowiednio wzbogaconych w drodze flotacji) dwiema metodami:

a) metodą termiczną - polegającą na wyprażaniu siarczku ZnS w tlenek ZnO w piecach szybowych w temperaturze powyżej 900°C i następnie redukcji tlenku za pomocą węgla. Wytworzone w ten sposób pary cynku skroplone w kondensatorach tworzą ciekły cynk surowy, z którego przez rafinację uzyskuje się czysty cynk (czystość dochodzi do 99,999%);

b) metodą elektrolityczną - znacznie wydajniejszą, umożliwiającą uzys­kanie cynku prosto z rudy. Proces polega na ostrożnym wyprażaniu rudy, w wyniku czego przechodzi ona w siarczan ZnSO4 rozpuszczany następnie w kwasie siarkowym. Elektroliza otrzymanego roztworu pozwala na uzyskanie cynku o czystości do 99,99%.

Cynk jest metalem srebrzystym o połysku niebieskawym, gęstości 7, 13 g/cm J , temperaturze topnienia 419,4 °C, temperaturze wrzenia 907"C. W zwykłej temperaturze cynk jest dość kruchy, natomiast powyżej 100°C staje się kowalny i ciągliwy (daje się walcować na cienką blachę i wyciągać w drut), z kolei powyżej temperatury 200°C staje się ponownie kruchy, a w temperaturze 500°C, gdy jest rozdrobniony, spala się w powietrzu na Z nO. Cynk jest odporny na korozję atmosferyczną dzięki powstawaniu na jego powierzchni bardzo cienkiej, przyle­gającej szczelnie warstewki tlenku ZnO (pasywacja).

W budownictwie cynk znalazł szerokie zastosowanie do wyrobów wal­cowanych (blachy), odlewów i jako materiał na powłoki rdzochronne dla wyrobów stalowych, a także do producji farb (głównie olejnych) i emalii.

14.5.2. Blacha cynkowa

Blacha cynkowa jest produktem walcowania cynku hutniczego, zawierają­cego ok. 15% różnych domieszek. Blachy grubości 0,5-0,7 mm, a w szczegÓl­nych przypadkach grubsze, stosuje się do krycia dachów oraz do różnych obróbek blacharskich. Nominalne wymiary i masy produkowanych blach podano w tabl.

14-26. Blachę dostarcza się luzem i przewozi ułożoną arkuszami na płask bądź zwijaną w rulony i układaną na środkach transportowych w pozycji stojącej.

Nowa blacha cynkowa, mająca barwę srebrzystą i połysk, utlenia się pod wpływem czynników atmosferycznych, uzyskując na powierzchni warstewkę zabezpieczającą przed korozją. Blacha cynkowa jest krucha i łamliwa w niskiej temperaturze, wymaga zatem stosowania łagodnych zagięć w połączeniach. Należy unikać prowadzenia robót z zastosowaniem blachy cynkowej w okresie zimowym. Pokrycia z blachy cynkowej Są. bardzo trwałe (do ok. 50 lat), ale ze względów ekonomicznych znajdują zastosowanie głównie do budynków o cha­rakterze reprezentacyjnym.

14.6. Inne metale

14.6.1. Ołów

Ołów jest metalem miękkim, łatwo topliwym, kowalnym, o barwie niebieskoszarej, gęstości 11,34 g/cmJ, temperaturze topnienia 327,4°C i tem­peraturze wrzenia 1724°C. W warunkach normalnych ołów jest odporny na działanie czynników atmosferycznych, gdyż pokrywa się cienką warstwą tlenku (P bO) i węglanu (PbCO2), chroniącą metal przed dalszym utlenianiem. Jest także odporny na działanie kwasu siarkowego, kwasu solnego o stężeniu do 10%, kwasu azotowego o stężeniu ponad 50% i innych kwasów; nie jest natomiast odporny na działanie zasad. Bardzo cenną właściwością ołowiu jest jego nieprzepuszczalność dla promieni X i 'Y .

Ołów jest pierwiastkiem stosunkowo pospolitym, ale występuje w niezbyt dużych ilościach. Głównymi minerałami są galena PbS, anglezyt PbSO 4 i cerusyt PbCOJ.

Produkcja ołowiu opiera się na przerobie rud siarczkowych, z których największe znaczenie mają rudy ołowiowo-cynkowe. Metaliczny ołów otrzymuje się z odpowiednio wzbogaconych rud, najczęściej metodą termiczną.

Ołów daje się walcować na blachy i folie, wykazuje dobre właściwości

odlewnicze. Stosowany jest do wyrobu aparatury chemicznej odpornej na działanie kwasu siarkowego, do uszczelniania rur (np. kanalizacyjnych i wodo­ciągowych), do wytwarzania osłon przed promieniowaniem jonizującym, do zalewania gniazd przy osadzaniu części metalowych w kamieniu sztucznym lub naturalnym oraz do elektrolitycznego powlekania wyrobów stalowych w celu ochrony przed korozją.

Ważnymi technicznie związkami ołowiu są:

- tlenek ołowiawy P bO, występujący w dwu odmianach polimorficznych: żółtej (masykot) i czerwonej (glejta); stosowany m.in. do wyrobu szkła ołowio­wego, farb, emalii oraz do otrzymywania innych związków ołowiu (głównie minii),

- minia ołowiana PbJO4 stosowana głównie jako składnik farb anty­korozyjnych oraz dodatek do kitów.

Istotne znaczenie mają stopy ołowiu takie, jak: stopy łożyskowe, stopy łatwo topliwe i stopy miękkie.

14.6.2. Cyna

Metaliczną cynę (Sn) otrzymuje się przez redukcję jej rudy, tj. najczęściej występującej w przyrodzie rudy tlenkowej SnO2 (tzn. kamienia cynowego). W zwykłych warunkach cyna jest odporna na działanie czynników atmosferycz­nych oraz rozcieńczonych kwasów, zasad i soli zarówno nieorganicznych jak i organicznych.

Cyna występuje w trzech odmianach alotropowych. Powszechnie znaną odmianą jest cyna biała (Sn-13) będąca metalem miękkim, ciągliwym, srebrzys­tobiałym, o gęstości 7,31 g/cmJ i niewielkiej wytrzymałości mechanicznej. W temperaturze 161°C odmiana ta przechodzi w odmianę tzw. Sn-y także metaliczną, kruchą; w temperaturze zaś poniżej 13,2°C - w odmianę szarą (Sn-cx) niemetaliczną, trwałą w niskiej temperaturze.

Ze względu na niski potencjał elektrochemiczny powłoka z cyny stanowi dobrą ochronę blach i wyrobów z żelaza. Stopy metaliczne cyny, tzw. luty łatwotopliwe zawierające 40- 70% Sn i 30- 60% Pb, służą do lutowania metalu.

14.7. Wytyczne badań i odbioru wyrobów metalowych

Poszczególne wyroby metalowe (blachy, kształtowniki, pręty, gwoździe, śruby) produkowane są z materiałów i w sortymentach określonych w odpowied­nich państwowych lub branżowych normach przedmiotowych. W normach tych, oprócz kształtów, wymiarów i charakterystyki wyrobów, określone są sposoby ich znakowania, pakowania, przechowywania i transportu. Do najistotniejszych przepisów normowych dla każdego wyrobu należą te, które określają rodzaj, zakres i sposób prowadzenia badań, jak również kryteria oceny wyników badań, mających na celu ustalenie, czy dana partia wyrobów spełnia wymagania właściwej normy. Poszczególne czynności badawcze ustalane są odpoWIednio do

rodzaju wyrobu i mogą przykładowo obejmować: sprawdzenie powierzchni, wymiarów, składu chemicznego, właściwości mechanicznych, makrostruktury itp. Liczba wykonywanych badań zależna jest na ogół od rodzaju wyrobu (np. blacha, gwoździe) i wielkości próbki (ilość dostarczanego produktu). Ocena wyników badań ma na celu ustalenie, czy liczba wykrytych wad jest zgodna z przepisami normowymi dla danej próbki i czy partia wyrobów może być oszacowana jako wykonana zgodnie z przepisami normowymi.