土木工程材料

　　要求：

　　1.熟悉土木建筑工程主要材料的分类及特性;

　　2.熟悉混凝土强度等级及配合比计算;

　　3.了解主要装饰材料的基本知识。

　　一、钢筋

　　将生铁(含碳量高于2.06%)在炼钢炉中冶炼，将含碳量降低到指定范围，并控制其它杂质含量后得到钢。

　　(一)钢材分类

　　1、按化学成分分类有：碳素钢、合金钢：

　　碳素钢分为：低碳钢(C;<0.25%);中碳钢(C：0.25%～0.60%);高碳钢(C：>0.60%)。

　　合金钢：含有某些用来改善钢材性能的合金元素，如Si、Mn、Ti、V等。合金元素总含量小于5%为低合金钢;5%～10%为中合金钢;大于10%为高合金钢。

　　2、按用途分类：分为结构钢、工具钢和特殊钢(如不锈钢、耐热钢、耐酸钢等)。

　　3、按脱氧程度分类：脱氧充分者为镇静钢及特殊镇静钢(代号Z及TZ)，脱氧不充分者为沸腾钢(F)，介于二者之间为半镇静钢(b)。

　　建筑钢材多为普通碳素钢结构钢的低碳钢与低合金钢结构钢。

　　(二)钢材的力学性能与工艺性能

　　1.抗拉性能。抗拉性能是建筑钢材最重要的性能。表征抗拉性能的技术指标有：屈服点、抗拉强度及伸长率。

　　(1)屈服点。设计时，一般以屈服强度或压服点作为强度取值的依据。

　　(2)抗拉强度。在设计中，一定范围内，屈强比小则表明钢材在超过屈服点工作时可靠性较高，较为安全。太小了则反映钢材不能有效的被利用。

　　(3)伸长率。表征了钢材的塑性变形能力。越大越好。

　　2.冷弯性能。冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，它表征在恶劣变形条件下钢材的塑性，试件按规定条件弯曲，若弯曲处的外表面无裂断、裂缝或起层，即认为冷弯性能合格。能揭示内应力，杂质等缺陷，可用于焊接质量的检验，能揭示焊件在受弯表面裂纹，杂质等缺陷。

　　3.冲击韧性。冲击韧性指钢材抵抗冲击载荷的能力。对直接承受动荷载而且可能在负温下工作的重要结构，必须进行冲击韧性检验。

　　4.硬度。硬度指表面层局部体积抵抗压入产生塑性变形的能力。表征值常用布氏硬度值HB表示。

　　5.耐疲劳性。在反复荷载作用下，钢材在远低于抗拉强度时突然发生断裂，称为疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限表示，其含义是：试件在交变应力下工作，在规定的周期基数内不发生断裂的最大应力。

　　6.焊接性能。可焊性主要指焊接后在焊缝处的性质与母材性质的一致程度。

　　例题：[　　]性能表征在恶劣变形条件下钢材的塑性，能揭示内应力，杂质等缺陷。

　　A.焊接性能

　　B.耐疲劳性

　　C.伸长率

　　D.冷弯性能

　　答案：D

　　(三)、钢材的化学成分

　　1.碳(C);当含碳量小于o.8%时，C含量增加将使抗拉强度及硬度提高，但塑性与韧性将降低，焊接性能、耐腐蚀性能也下降。

　　2.硅(Si)：当小于等于1%时，Si含量的增加可显著提高强度及硬度，而对塑性及韧性无显著影响。

　　3.锰(Mn)：在一定限度内，随Mn含量的增加可显著提高强度并可消减因氧与硫引起的热脆性。改善热加工性能。

　　4.硫(S)：为有害元素，有强烈的偏析作用，使机械性能、焊接性能下降(引起热裂纹)。

　　5.磷(P);为有害元素，含量的增加可提高强度，塑性及韧性显著下降。

　　有强烈的偏析作用，引起冷脆性，焊接性下降。但可提高耐磨性及耐腐蚀性。

　　例题：钢材的化学成分中：在一定限度内，随〔　　〕含量的增加可显著提高强度并可消减因氧与硫引起的热脆性，改善热加工性能。

　　A、SB、Si

　　C、MnD、P

　　答案:C

　　(四)土木建筑常用钢材

　　1、碳素结构钢

　　碳素结构钢指一般的结构钢，碳素结构钢的牌号包括四个部分，依顺序为：屈服点字母(Q)、屈服点数值(单位为MPa)、质量等级(分为A、B、C、D四级，逐级提高)、脱氧方法符号(F为沸腾钢，B为半镇静钢，Z为镇静钢，TZ为特殊镇静钢。但表示中如遇Z、TZ可省略)。

　　[例]1，Q235—A.F，表示屈服点为235MPa，A级沸腾钢。

　　[例]2，Q235-B，表示屈服点为235MPa，B级镇静钢。

　　碳素结构钢依据屈服点Q数值的大小被划分为五个牌号，Q195，Q215，Q235，Q255，Q275，依牌号升序，含碳量及抗拉强度增大，但冷弯性及伸长率呈下降趋势。 建筑工程中主要应用的碳素钢是Q235号钢，可轧制各种型钢、钢板、钢管与钢筋。Q235号钢广泛用于一般钢结构。其中C、D级可用在重要的焊接结构。

　　Q195、Q215号钢材强度较低，但塑性、韧性较好，易于冷加工，可制作铆钉、钢筋。

　　Q255、Q275号钢材强度高，但塑性、韧性、可焊性差，可用于钢筋混凝土配筋及钢结构中的构件及螺栓等。

　　选用钢材时，还要根据工程结构的荷载类型(动荷载或静荷载)、连接方式(焊接或铆接)及环境温度等，综合考虑钢材的牌号、质量等级、脱氧方法加以选择。如受动荷载、焊接结构、在低温情况下工作的结构，不能选用A、B质量等级钢材及沸腾钢。

　　2、低合金高强度结构钢

　　低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上，少量添加若干合金元素而成。提高强度、韧性、耐磨性及耐腐蚀性。

　　3、型钢、钢板：

　　热轧钢板按板厚分两种：

　　(1)中厚板，厚度大于4mm;

　　(2)薄板，厚度为0.35-4mm。

　　冷轧钢板只有薄板一种，厚度为0.2-4mm。

　　4、钢筋(P68)

　　(1)热轧钢筋

　　I级钢筋(表面光圆，)的强度较低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，广泛用作普通混凝土中非预应力钢筋，Ⅱ级与Ⅲ级钢筋的强度较高，塑性及焊接性也较好，广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋。

　　(2)冷加工钢筋

　　在常温下对钢筋进行机械加工(冷拉、冷拔、冷轧)，使其产生塑性变形，从而达到提高强度(屈服点)、节约钢材的目的，这种方法称为冷加工。经冷加工后，虽钢筋的强度有所提高，但其塑性、韧性有所下降。

　　(3)热处理钢筋

　　热处理钢筋是以热轧的螺纹钢筋经淬火和回火调质处理而成，即以热处理状态交货，成盘供应，每盘长约200m。预应力混凝土用热处理钢筋强度高，可代替高强钢丝使用，配筋根数少，预应力值稳定，主要用作预应力钢筋混凝土轨枕，也可用于预应力混凝土板、吊车梁等构件。

　　(4)碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线

　　预应力混凝土需使用专门的钢丝，这些钢丝用优质碳素结构钢经冷拔、热处理、冷轧等工艺过程制得，具有很高的强度，安全可靠且便于施工。预应力混凝土用钢丝分为碳素钢丝(矫直回火钢丝，代号J)、冷拉钢丝(代号L)及矫直回火刻痕钢丝(代号JK)三种。

　　碳素钢丝(矫直回火钢丝)。由含碳量不低于0.8%的优质碳素结构钢盘条，经冷拔及回火制成。碳素钢丝具有很好的力学性能，是生产刻痕钢丝和钢绞线的母材。

　　刻痕钢丝。将碳素钢丝表面沿长度方向压出椭圆形刻痕，即为刻痕钢丝。压痕后，成盘的刻痕钢丝需作低温回火处理后交货。

　　钢绞线。钢绞线是将碳素钢丝若干根，经绞捻及热处理后制成。钢绞线强度高、柔性好，特别适用于曲线配筋的预应力混凝土结构、大跨度或重荷载的屋架等。

　　钢丝和钢绞线主要用于大跨度、大负荷的桥梁、电杆、枕轨、屋架、大跨度吊车梁等，安全可靠，节约钢材，且不需冷拉、焊接接头等加工，因此在土木建筑工程中得到广泛应用。