土木工程材料

　　要求：

　　1.熟悉土木建筑工程主要材料的分類及特性;

　　2.熟悉混凝土強度等級及配合比計算;

　　3.了解主要裝飾材料的基本知識。

　　一、鋼筋

　　將生鐵(含碳量高于2.06%)在煉鋼爐中冶煉，將含碳量降低到指定范圍，并控制其它雜質(zhì)含量后得到鋼。

　　(一)鋼材分類

　　1、按化學成分分類有：碳素鋼、合金鋼：

　　碳素鋼分為：低碳鋼(C;<0.25%);中碳鋼(C：0.25%～0.60%);高碳鋼(C：>0.60%)。

　　合金鋼：含有某些用來改善鋼材性能的合金元素，如Si、Mn、Ti、V等。合金元素總含量小于5%為低合金鋼;5%～10%為中合金鋼;大于10%為高合金鋼。

　　2、按用途分類：分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊鋼(如不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼等)。

　　3、按脫氧程度分類：脫氧充分者為鎮(zhèn)靜鋼及特殊鎮(zhèn)靜鋼(代號Z及TZ)，脫氧不充分者為沸騰鋼(F)，介于二者之間為半鎮(zhèn)靜鋼(b)。

　　建筑鋼材多為普通碳素鋼結(jié)構(gòu)鋼的低碳鋼與低合金鋼結(jié)構(gòu)鋼。

　　(二)鋼材的力學性能與工藝性能

　　1.抗拉性能。抗拉性能是建筑鋼材最重要的性能。表征抗拉性能的技術(shù)指標有：屈服點、抗拉強度及伸長率。

　　(1)屈服點。設(shè)計時，一般以屈服強度或壓服點作為強度取值的依據(jù)。

　　(2)抗拉強度。在設(shè)計中，一定范圍內(nèi)，屈強比小則表明鋼材在超過屈服點工作時可靠性較高，較為安全。太小了則反映鋼材不能有效的被利用。

　　(3)伸長率。表征了鋼材的塑性變形能力。越大越好。

　　2.冷彎性能。冷彎性能指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，它表征在惡劣變形條件下鋼材的塑性，試件按規(guī)定條件彎曲，若彎曲處的外表面無裂斷、裂縫或起層，即認為冷彎性能合格。能揭示內(nèi)應力，雜質(zhì)等缺陷，可用于焊接質(zhì)量的檢驗，能揭示焊件在受彎表面裂紋，雜質(zhì)等缺陷。

　　3.沖擊韌性。沖擊韌性指鋼材抵抗沖擊載荷的能力。對直接承受動荷載而且可能在負溫下工作的重要結(jié)構(gòu)，必須進行沖擊韌性檢驗。

　　4.硬度。硬度指表面層局部體積抵抗壓入產(chǎn)生塑性變形的能力。表征值常用布氏硬度值HB表示。

　　5.耐疲勞性。在反復荷載作用下，鋼材在遠低于抗拉強度時突然發(fā)生斷裂，稱為疲勞破壞。疲勞破壞的危險應力用疲勞極限表示，其含義是：試件在交變應力下工作，在規(guī)定的周期基數(shù)內(nèi)不發(fā)生斷裂的最大應力。

　　6.焊接性能�？珊感灾饕�指焊接后在焊縫處的性質(zhì)與母材性質(zhì)的一致程度。

　　例題：[　　]性能表征在惡劣變形條件下鋼材的塑性，能揭示內(nèi)應力，雜質(zhì)等缺陷。

　　A.焊接性能

　　B.耐疲勞性

　　C.伸長率

　　D.冷彎性能

　　答案：D

　　(三)、鋼材的化學成分

　　1.碳(C);當含碳量小于o.8%時，C含量增加將使抗拉強度及硬度提高，但塑性與韌性將降低，焊接性能、耐腐蝕性能也下降。

　　2.硅(Si)：當小于等于1%時，Si含量的增加可顯著提高強度及硬度，而對塑性及韌性無顯著影響。

　　3.錳(Mn)：在一定限度內(nèi)，隨Mn含量的增加可顯著提高強度并可消減因氧與硫引起的熱脆性。改善熱加工性能。

　　4.硫(S)：為有害元素，有強烈的偏析作用，使機械性能、焊接性能下降(引起熱裂紋)。

　　5.磷(P);為有害元素，含量的增加可提高強度，塑性及韌性顯著下降。

　　有強烈的偏析作用，引起冷脆性，焊接性下降。但可提高耐磨性及耐腐蝕性。

　　例題：鋼材的化學成分中：在一定限度內(nèi)，隨〔　　〕含量的增加可顯著提高強度并可消減因氧與硫引起的熱脆性，改善熱加工性能。

　　A、SB、Si

　　C、MnD、P

　　答案:C

　　(四)土木建筑常用鋼材

　　1、碳素結(jié)構(gòu)鋼

　　碳素結(jié)構(gòu)鋼指一般的結(jié)構(gòu)鋼，碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號包括四個部分，依順序為：屈服點字母(Q)、屈服點數(shù)值(單位為MPa)、質(zhì)量等級(分為A、B、C、D四級，逐級提高)、脫氧方法符號(F為沸騰鋼，B為半鎮(zhèn)靜鋼，Z為鎮(zhèn)靜鋼，TZ為特殊鎮(zhèn)靜鋼。但表示中如遇Z、TZ可省略)。

　　[例]1，Q235—A.F，表示屈服點為235MPa，A級沸騰鋼。

　　[例]2，Q235-B，表示屈服點為235MPa，B級鎮(zhèn)靜鋼。

　　碳素結(jié)構(gòu)鋼依據(jù)屈服點Q數(shù)值的大小被劃分為五個牌號，Q195，Q215，Q235，Q255，Q275，依牌號升序，含碳量及抗拉強度增大，但冷彎性及伸長率呈下降趨勢。 建筑工程中主要應用的碳素鋼是Q235號鋼，可軋制各種型鋼、鋼板、鋼管與鋼筋。Q235號鋼廣泛用于一般鋼結(jié)構(gòu)。其中C、D級可用在重要的焊接結(jié)構(gòu)。

　　Q195、Q215號鋼材強度較低，但塑性、韌性較好，易于冷加工，可制作鉚釘、鋼筋。

　　Q255、Q275號鋼材強度高，但塑性、韌性、可焊性差，可用于鋼筋混凝土配筋及鋼結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件及螺栓等。

　　選用鋼材時，還要根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的荷載類型(動荷載或靜荷載)、連接方式(焊接或鉚接)及環(huán)境溫度等，綜合考慮鋼材的牌號、質(zhì)量等級、脫氧方法加以選擇。如受動荷載、焊接結(jié)構(gòu)、在低溫情況下工作的結(jié)構(gòu)，不能選用A、B質(zhì)量等級鋼材及沸騰鋼。

　　2、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼

　　低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，少量添加若干合金元素而成。提高強度、韌性、耐磨性及耐腐蝕性。

　　3、型鋼、鋼板：

　　熱軋鋼板按板厚分兩種：

　　(1)中厚板，厚度大于4mm;

　　(2)薄板，厚度為0.35-4mm。

　　冷軋鋼板只有薄板一種，厚度為0.2-4mm。

　　4、鋼筋(P68)

　　(1)熱軋鋼筋

　　I級鋼筋(表面光圓，)的強度較低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，廣泛用作普通混凝土中非預應力鋼筋，Ⅱ級與Ⅲ級鋼筋的強度較高，塑性及焊接性也較好，廣泛用作大、中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋。

　　(2)冷加工鋼筋

　　在常溫下對鋼筋進行機械加工(冷拉、冷拔、冷軋)，使其產(chǎn)生塑性變形，從而達到提高強度(屈服點)、節(jié)約鋼材的目的，這種方法稱為冷加工。經(jīng)冷加工后，雖鋼筋的強度有所提高，但其塑性、韌性有所下降。

　　(3)熱處理鋼筋

　　熱處理鋼筋是以熱軋的螺紋鋼筋經(jīng)淬火和回火調(diào)質(zhì)處理而成，即以熱處理狀態(tài)交貨，成盤供應，每盤長約200m。預應力混凝土用熱處理鋼筋強度高，可代替高強鋼絲使用，配筋根數(shù)少，預應力值穩(wěn)定，主要用作預應力鋼筋混凝土軌枕，也可用于預應力混凝土板、吊車梁等構(gòu)件。

　　(4)碳素鋼絲、刻痕鋼絲和鋼絞線

　　預應力混凝土需使用專門的鋼絲，這些鋼絲用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)冷拔、熱處理、冷軋等工藝過程制得，具有很高的強度，安全可靠且便于施工。預應力混凝土用鋼絲分為碳素鋼絲(矯直回火鋼絲，代號J)、冷拉鋼絲(代號L)及矯直回火刻痕鋼絲(代號JK)三種。

　　碳素鋼絲(矯直回火鋼絲)。由含碳量不低于0.8%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼盤條，經(jīng)冷拔及回火制成。碳素鋼絲具有很好的力學性能，是生產(chǎn)刻痕鋼絲和鋼絞線的母材。

　　刻痕鋼絲。將碳素鋼絲表面沿長度方向壓出橢圓形刻痕，即為刻痕鋼絲。壓痕后，成盤的刻痕鋼絲需作低溫回火處理后交貨。

　　鋼絞線。鋼絞線是將碳素鋼絲若干根，經(jīng)絞捻及熱處理后制成。鋼絞線強度高、柔性好，特別適用于曲線配筋的預應力混凝土結(jié)構(gòu)、大跨度或重荷載的屋架等。

　　鋼絲和鋼絞線主要用于大跨度、大負荷的橋梁、電桿、枕軌、屋架、大跨度吊車梁等，安全可靠，節(jié)約鋼材，且不需冷拉、焊接接頭等加工，因此在土木建筑工程中得到廣泛應用。