Металлический бетон
Металлический бетон (метон).
Металлический бетон – это композиционный материал, состоящий из заполнителей (горные породы, шлаки, стекло и другие), добавок и металлов, выполняющих роль вяжущих (алюминий и его сплавы, чугун, сталь, медь, титан, свинец и другие).
Заполнители должны иметь высокую прочность, термостойкость, совместимость с металлом (см. гл. ).
Добавки (растворы соляной, фосфорной, борной, уксусной кислот; растворы солей щелочных металлов; растворы оксидов кальция, селена, хрома, фосфора; растворы поваренной соли, хлористого кальция, сульфата лития, соды, поташа, нитрата натрия, жидкого стекла; поверхностно активные вещества и другие) вводятся для улучшения сцепления и совместимости заполнителей с металлом. Некоторые из них способны сами связывать заполнители, либо способствуют этому.
Для подбора состава метонов применяется экспериментальный метод. Оптимальный состав материала целесообразно устанавливать с использованием металлических методов и, в частности, метода математического планирования эксперимента.
В качестве примера ниже приведены некоторые составы метонов.
Табл. Составы алюминиевых метонов % по объему.
| Компоненты | Рекомендуемые материалыFREE Одноэтажное промышленное здание с железобетонным каркасом FREE Расчёт железобетонных конструкций FREE Железобетонные и бетонные конструкции, требования к их безопасности FREE Сборные железобетонные конструкции Курсовой проект "Железобетонные конструкции многоэтажного здания" FREE Мурування зовнішніх стін з бетонних каменів з облицюванням цеглою 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ||||
| Алюминиевый сплав AL – 9В Щебень Гравий Песок Добавки | 32 67 - - 1 | 32 - 67 - 1 | 32 - - 67 1 | 32 68 - - - | 32 - 68 - - | 32 - - 68 - | 32 33 - 34 1 | 32 - 33 34 1 | ||||
Табл. Составы метонов на основе чугуна и стали % по объему.
| Компоненты | составы | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| Сталь 35 Л Чугун С4-24-44 | 32 - | 32 - | 32 - | 32 - | - 32 | - 32 | - 32 |
| Щебень Гравий Песок Добавки | 67 - - 1 | - 67 - 1 | - - 67 1 | 68 - - - | 67 - - 1 | - 67 - 1 | - - 67 1 |
Табл. Составы свинцового метона, % по объему.
| Компоненты | Составы | |||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |||||
| Свинец Песчано-гравийная смесь Сульфат кальция Магнетий Барит Крупнозернистый кварцевый песок Мелкозернистый кварцевый песок Хлористый свинец | 30 64 6 - - - - - | 50 46 4 - - - - - | 40 55 5 - - - - - | 26 37 - 37 - - - - | 36 32 - 32 - - - - | 32 34 - - 34 - - - | 25 - - - - 50 24 1 | 27 - - - - 30 41,5 1,5 | ||||
Прочность на сжатие алюминиевых метонов при обработке заполнителей раствором NaOH 250 МПа, на растяжение 60 МПа, модуль упругости 35000 МПа; стальных и чугунных метонов – на сжатие 250...310 МПа; на растяжение 22...34 МПа; свинцовых метонов – на сжатие до 38 МПа. Кроме того свинцовые метоны являются стойкими в растворах серной кислоты (3-х процентный раствор) и поваренной соли, имеют допустимую дозу облучения 109 рад.
Метоны можно применять для изготовления колон и стоек промышленных зданий, ригелей, плит, свай, труб, тюбингов, опор мостов, полов в горячих цехах, покрытии аэродромов, радиационно стойких изделий АЭС, жаростойких конструкций, емкостей под агрессивные, радиоактивные и абразивные жидкости и т.д.. Свинцовые метоны можно использовать для защиты объектов, излучающих радиацию. Введение в их состав магнентита и барита значительно повышает их радиационные характеристики. Конструкции из метонов могут выдерживать ударные, сжимающие и динамические нагрузки с одновременным воздействием нагрева, радиации и агрессивных сред.
Производство метонов – это металлургический процесс, связанный с расплавлением металла и заполнением им межзернового пространства заполнителей.
Известно несколько способов изготовления изделий из метонов:
1. Производство изделий из предварительно приготовленной смеси «металл - заполнитель» с последующим уплотнением ее на вибросите;
2. Изготовление изделий методом предварительного заполнения форм обработанным наполнителем с последующим заполнением межзернового пространства расплавленным металлом под давлением 3...5 МПа;
3. Технология изделий путем заполнения межзернового пространства предварительно обработанного наполнителя в расплавленным металлом с одновременным уплотнением на вибростенде;
4. Получение изделий методом литья по выполненным моделям.
В качестве примера ниже излагается технология изделий из метонов по третьему способу.
Основные технологические операции:
1. Мойка и отсев заполнителя;
2. Обработка заполнителя добавками;
3. Заполнение специально подготовленной формы заполнителем и его виброуплотнение;
Ещё посмотрите лекцию "Препараты сложных эфиров азотной кислоты" по этой теме.
4. Нагрев формы с заполнителем до 600...700 0С;
5. Расплавление металла, дегазация, рафинирование и легирование расплава;
6. Заливка формы заполнителем расплавленным металлом на работающем вибростенде, который включается при остывании металла;
7. Охлаждение нижней части формы для создания направленной кристаллизации структуры метона;
8. Распалубка изделия и добавление его до товарного вида.
Качество изделий во многом зависит от режима заполнения металлом межзернового пространства заполнителей. Определение оптимальных тепловых условий формирования и охлаждения металла – одна из основных задач технологии изделий. Например, для метона на алюминиевой связке (AL – 9В) температура литья 690...740 0С. После отливки изделие находится в форме 20...30 минут и охлаждается до температуры 250...350 0С, при которой его можно распалубливать. При резком охлаждении в материале возникают внутренние напряжения, что приводит к короблению изделий, образованию трещин. Ввиду разницы коэффициентов температурного расширения металла и заполнителя возникновение внутренних напряжений в метоне неизбежно. Поэтому следует тщательно подбирать металл и заполнитель. К металлу также предъявляется требование жидкотекучести, чтобы он мог проникать в мельчайшие поры и капилляры. Для этого его надо хорошо нагреть, но не перекалить. В противном случае структура метона окажется рыхлой и непрочной. При недогреве металл будет достаточно вязким и не заполнит в достаточной степени межзерновое пространство заполнителя, что негативно скажется на свойствах материала.
