工程材料讲解.docx

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1、第三章工程材料第一节建筑结构材料一、建筑钢材(-)常用的建筑钢材I.钢筋混凝土结构用钢(新增)(I)热轧钢筋(2)冷加工钢筋(3)预应力混凝土热处理钢筋(4)预应力混凝土用钢筋(5)预应力混凝土钢绞线(1)热轧钢筋表3.1.1热轧钢筋的技术要求(2)冷加工钢筋热轧钢筋进行机械加工(冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、冲压)而成。1)冷拉热轧钢筋。在常温下将热轧钢筋拉伸至超过屈服点小于抗拉强度的某一应力，然后卸荷，即制成了冷拉热轧钢筋。如卸荷后立即重新拉伸，卸荷点成为新的屈服点，因此冷拉可使屈服点提高，材料变脆、屈服阶段缩短，塑性、韧性降低。若卸荷后不立即重新拉伸，而是保持一定时间后重新拉伸，钢筋的屈服强度

2、、抗拉强度进一步提高，而塑性、韧性继续降低，这种现象称为冷拉时效。11.与热轧钢筋相比，冷拉热轧钢筋的特点是()。A.屈服强度提高，结构安全性降低B.抗拉强度提高，结构安全性梃高C.屈服强度降低，伸长率降低D.抗拉强度降低，伸长率提高【答案】A【解析】冷拉可使屈服点提高，材料变脆，屈服阶段缩短，型性、韧性降低。若卸荷后不立即重新拉伸，而且保持一定时间后重新拉伸，钢筋的屈服强度、抗拉强度进一步提高，而塑性、韧性降低维续降低，这种现象称为冷拉时效。2）冷轧带肋钢筋。用低碳钢热轧盘圆条直接冷轧或经冷拔后再冷轧，形成三面或两面横肋的钢筋。冷轧带肋钢筋分为CRB550、CRB650、CRB800,CRB

3、600H.CRB680FkCRB800H六个牌号。CRB550.CRB600H为普通钢筋混凝土用钢筋，CRB650.CRB800、CRB800H为预应力混凝土用钢筋，CRB680H既可作为普通钢筋混凝十.用钢筋，也可作为预应力混凝土用钢筋使用。冷轧带肋钢筋克服了冷拉、冷拔钢筋握裹力低的缺点，具有强度高、握裹力强、节约钢材、质量稳定等优点，但颦性降低，强屈比变小。冷轧：用热轧钢卷为原料，经酸洗去除后进行冷连轧，其成品为轧硬卷，由于连续冷变形引起的使轧硬卷的强度、硬度上升、韧塑指标下降，因此冲压性能将恶化，只能用于简单变形的零件。3）冷拔低碳钢丝低碳钢热轧圆盘条或热轧光圆钢筋经次或多次冷拔制成的光

4、圆钢丝。冷拔低碳钢丝宜作为构造钢筋使用，作为结构构件中纵向受力钢筋使用时应采用钢丝焊接网。冷拔低碳钢丝不得作预应力钢筋使用。直径小于5mm的钢丝焊接网不应作为混凝土结构中的受力钢筋使用；除钢筋混凝土排水管、环形混凝十.电杆外，不应使用直径3mm的冷拔低碳钢丝：除大直径的预应力混凝土桩外，不宜使用直径8mm的冷拔低碳钢丝。（3）预应力混凝土热处理钢筋热处理钢筋是钢厂将热轧的带肋钢筋（中碳低合金钢）经淬火和高温回火调质处理而成的，即以热处理状态交货，热处理钢筋强度高，用材省，锚固性好，预应力稳定，主要用作预应力钢筋混凝土轨枕，也可以用于预应力混凝土板、吊车梁等构件。（4）预应力混凝土用钢丝预应力混

5、凝土用钢丝按照加工状态分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两类，消除应力钢丝的塑性比冷拉钢丝好。消除应力钢丝按松弛性能又分为低松弛钢丝（W1R）和普通松弛钢丝（WNR）两种；按外形分为光面钢丝（P）、螺旋类（肋）钢丝（H）和刻痕钢丝（I）三种。预应力混凝十.用钢丝强度高，柔性好，适用于大跨度屋架、薄腹梁、吊车梁等大型构件的预应力结构。2 .钢结构用钢（整体变动）钢材所用的母材主要是普通碳素结构钢及低合金高强度结构钢。（1）热轧型钢（2）冷弯薄壁型钢（3）钢板和压型钢板（1）热轧型钢按钢材的外形，钢结构常用热轧型钢有：工字钢、H型钢、T型钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢等。型钢是钢结构中采用的主要钢材。（2

6、）冷弯薄壁型钢薄壁型钢是用薄钢板（通常2-6mm）冷弯或者模压而成，其界面形状多样，可分为角钢、槽钢等开口薄壁型钢及方形、矩形等空心薄壁型钢。薄壁轻型钢结构中主要采用薄壁型钢、圆钢和小角钢，壁厚一般为15-5mm,多用于轻型钢结构。（3）钢板和压型钢板用光面轧辑轧制而成的扁平钢材称为钢板。按轧制温度的不同，钢板又可分热轧和冷轧两类。土木工程用钢板的钢种主要是碳素结构钢，某些重型结构、大跨度桥梁等也采用低合金钢。薄钢板经辐压或冷弯可制成截面呈V形、U形、梯形或类似形状的波纹，并可采用有.机涂层、镀铮等表面保护层的钢板，称压型钢板，在建筑上常用作屋面板、楼板、墙板及装饰板等。还可将其与保温材料等复

7、合，制成复合墙板等，用途十分广泛。3 .钢管混凝土结构用钢（整体变动）钢管混凝土结构即采用钢管混凝土构件作为主要受力构件的结构，简称CFST结构。承重结构的圆钢管可采用焊接圆钢管、热轧无缝钢管，不宜选用输送流体用的螺旋焊管。（二）钢筋的性能钢材的主要性能包括力学性能和工艺性能。力学性能包括抗拉性能、冲击性能、硬度、耐疲劳性能等。工艺性能表示钢材在各种加工过程中的行为，包括弯曲性能和焊接性能等。1.抗拉性能表征抗拉性能的技术指标主要是屈服强度、抗拉强度和伸长率。低碳钢（软钢）受拉的应力-应变图能够较好地解释这些重要的技术指标，见图3.1.1(1)屈服强度在弹性阶段OA,如卸去拉力，试件能恢复原状

8、，此阶段的变形为弹性变形，应力与应变成正比，其比值即为钢材的弹性模量，反映钢材的刚度。与A点对应的应力称为弹性极限。当对试件的拉伸进入AB阶段时，应力的增长滞后于应变的增加。当应力达到B点时，试件进入塑性阶段，应力不增加但应变增大，这时相应的应力称为屈服强度。(2)抗拉强度CD阶段曲线逐步上升，其抵抗塑性变形的能力又重新提高，称为强化阶段。对应于最高点D的应力称为抗拉强度CRm)。设计中抗拉强度虽然不能利用，但强屈比CRm/Ru能反映钢材的利用率和结构安全可靠程度。强屈比越大，反映钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大，因而结构的安全性越高。但强屈比太大，则反映钢材不能有效地被利用。强屈比是指钢

9、筋的抗震性能，是由钢筋的抗拉强度实测值/屈服强度实测值得来的，反映了钢材的强度储备，其结果不能小于125。(3)伸长率。表征了钢材塑性变形能力。伸长率的大小与标距长度有关。塑性变形在标距内的分布是不均匀的，颈缩处的伸长较大，离颈缩部位越远变形越小。因此原标距与试件的口径之比愈大，颈缩处伸长值在整个伸长值中的比重愈小，计算伸长率愈小。34 .硬度钢材的硬度是指表面层局部体积抵抗较硬物体压入产生理性变形的能力。表征值常用布氏硬度位HB表示5 .耐疲劳性能在交变荷载反复作用下，钢材往往在应力远小于抗拉强度时发生断裂，这种现象称为钢材的疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示，它是指钢材在交变荷载

10、作用下于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。6 .冷弯性能冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是钢材的重要工艺性能。冷弯性能指标是通过试件被弯曲的角度（90、180）及弯心直径d对试件厚度（或直径）a的比值（da）区分的。冷弯试验能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力、夹杂物未融合和微裂等缺陷。在拉力试验中，这些缺陷常因塑性变形导致应力重分布而得不到反映。因此，冷弯试验是一种比较严格的试验，对钢材的焊接质量也是一种严格的检验，能揭示焊件在受弯表面存在的未熔合、裂纹和夹杂物。7 .焊接性能钢材的可焊性是指焊接后在焊健处的性质与母材性质的一致程度。影响钢材可焊性的主要因素是化学

11、成分及含量。含碳量超过0.3%,可焊性显著下降等。（三）钢材的化学成分钢材的化学成分主要主要是铁和碳元素，此外，还有少量的硅、铳、硫、磷等，在不同情况下往往还需考虑氧、氮及各种合金元素。1 .碳土木建筑工程用钢材含碳量不大于0.8%。在此范围内，随着钢中碳含量的提高，强度和硬度相应提高，而部.性和韧性相应降低；碳还可显著降低钢材的可焊性，增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抗大气腐蚀能力。2 .硅当硅在钢中的含量较低（小于1%）时，随着含量的加大可提高钢材的强度，而对塑性和韧性影响不明显。3 .钵铳是我国低合金钢的主加合金元素，锌含量一般在1%2%,它的作用主要是使强度提高：锦还能消减硫和氧引起的

12、热脆性，使钢材的热加工性能改善。4 .硫硫是很有害的元素，呈非金属硫化物夹杂物存于钢中，具有强烈的偏析作用，降低各种机械性能。硫化物造成的低熔点使钢在焊接时易于产生热裂纹，显著降低可焊性。5 .磷磷为力.害元素，含量提高，钢材的强度提高，刑性和韧性显著下降，特别是温度愈低，对韧性和理性的影响愈大。磷在钢中偏析作用强烈，使钢材冷脆性增大，并显著降低钢材的可焊性。但磷可提高钢的耐磨性和耐腐蚀性，在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。6 .氮氨对钢材性质的影响与碳、磷相似，可使钢材的强度提高，但塑性特别是韧性明显卜降。氮还会加剧钢的时效敏感性和冷脆性，使其焊接性能变差。7 .氧氧含量增加使钢的

13、力学性能降低，蝌性和韧性降低。氧有促进时效倾向的作用，还能使热脆性增加，焊接性能较差。8 .钛铁是强脱轨剂，可显著提高钢的强度，但梢降低皇性。由于钛能细化晶粒，故可改善韧性。钛能减少时效倾向，改善焊接性能。二、股凝材料（无机股凝材料变为胶凝材料）胶凝材料可分为无机与有机两大类。石灰、石膏、水泥等属于无机胶凝材料：沥青、天然或合成树脂等属于有机胶凝材料二、胶凝材料（-）水泥水泥是一种良好的矿物胶凝材料，属于水硬性胶凝材料。1硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥1）硅酸盐水泥不掺混合材料的称为1型硅酸盐水泥，代号P-I；掺入不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称为H型硅酸盐水泥，代号P-II。

14、2）普通硅酸盐水泥。由硅酸盐水泥熟料、5%20%的混合材料，代号P0。最大掺量不得超过20%,其中允许用不超过水泥质量5%的密灰或不超过水泥质量8%的非活性混合材料。（2）硅酸盐水泥熟料的组成。硅酸盐水泥熟料主要矿物组成及其含量范围和各种熟料单独与水作用所表现特性，如表3.12所示。矿物4tC匕与含B（%）主费峙征水化由5水化热体积收婚抗斐现就缗通在3C*OSiO2CjS37-60铁大*中中2CaO-SiO2C1S15-17.小皿!眼后期匕中好MZaOAIQzCiA715大大4CaOA4Fe2OjC4AF1018中中小好（3）硅酸盐水泥的凝结硬化。水泥的凝结硬化包括化学反应（水化）及物理化学作

15、用（凝结硬化。水泥的水化反应过程是指水泥加水后，熟料矿物及掺入水泥熟料中的石膏与水发生一系列化学反应；水泥凝结硬化机理比较复杂，一般解释为水化是水泥产生凝结硬化的必要条件，而凝结硬化是水泥水化的结果。影响水泥凝结硬化的主要因素有熟料的矿物组成、细度、水灰比、石膏掺量、环境温湿度和龄期等。（4）硅酸盐水泥及普通水泥的技术性质1）细度。表示硅酸盐水泥及普通水泥颗粒的粗细程度。水泥的细度J1接影响水泥的活性和强度。颗粒越细，与水反应的表面积越大，水化速度快，早期强度高，但硬化收缩较大，且粉磨时能耗大，成本高。但颗粒过粗，乂不利于水泥活性的发挥，强度也低。硅酸盐水泥比表面积应大于300rkg2）凝结时间。凝结时间分为初凝时间和终凝时间。初凝时间为水泥加水拌和起，至水泥浆开始失去塑性所需的时间；终凝时间从水泥加水拌和起，至水泥浆完全失去塑性并开始产生强度所需的时间。水泥初凝时间不能过短；终凝时间不能太长。硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min,终凝时间不得迟于6.5h。普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min,终