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。

　　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：分為結構鋼、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構鋼的低碳鋼與低合金鋼結構鋼。

　　（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指標有：屈服點、抗拉強度及伸長率。

　　（1）屈服點。設計時，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。在設計中，一定范圍內，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。能揭示內應力，雜質等缺陷，可用于焊接質量的檢驗，能揭示焊件在受彎表面裂紋，雜質等缺陷。

　　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構，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)內不發(fā)生斷裂的最大應力。

　　6．焊接性能。可焊性主要指焊接后在焊縫處的性質與母材性質的一致程度。

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

　　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，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，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．S

　　B．Si

　　C．Mn

　　D．P

　　答案：C

　　（四）土木建筑常用鋼材

　　1、碳素結構鋼

　　碳素結構鋼指一般的結構鋼，碳素結構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。

　　碳素結構鋼依據(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構。其中C．D級可用在重要的焊接結構。

　　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構中的構件及螺栓等。

　　選用鋼材時，還要根據(jù)工程結構的荷載類型（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、質量等級、脫氧方法加以選擇。如受動荷載、焊接結構、在低溫情況下工作的結構，不能選用A．B質量等級鋼材及沸騰鋼。

　　2、低合金高強度結構鋼

　　低合金高強度結構鋼是在碳素結構鋼的基礎上，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、中型鋼筋混凝土結構的受力鋼筋。

　　（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淬火和回火調質處理而成，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)質碳素結構鋼經冷拔、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)質碳素結構鋼盤條，經冷拔及回火制成。碳素鋼絲具有很好的力學性能，是生產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構、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。