第三章　工程材料

一、知识结构

 

二、考纲要求

基本材料的分类、特性及应用；

结构材料的分类、特性及应用；

装饰材料的分类、特性及应用；

防水材料的分类、特性及应用。

 

三、考频统计

 

第一节　建筑钢材

知识点一、钢筋

（一）热轧钢筋

钢筋是土木建筑工程中使用量最大的钢材品种之一，其材质包括碳素结构钢、优质碳素结构钢和低合金高强度结构钢两大类。

  

l   随钢筋级别的提高，其屈服强度和极限强度逐渐增加，而其塑性则逐渐下降。

l   钢筋——机械强度较高，具有一定的塑性、韧性和冷加工性等。

l   非预应力——hpb235、hrb335和hrb400钢筋

l   预应力——hrb500、hrb400和hrb335钢筋。

 

（二）冷加工钢筋

在常温下对热轧钢筋进行冷拉、冷拔、冷轧而成。

常见的品种有冷拉热轧钢筋、冷轧带肋钢筋和冷拔低碳钢丝。

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。

 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。

 冷拉时效——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、抗拉强度进一步提高，而塑性、韧性继续降低

 实践中，可将冷拉、除锈、调直、切断合并为一道工序，这样可简化流程，提高效率。

 

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crb500、crb650、crb800、crb970、crb1170五个牌号。crb500用于非预应力钢筋混凝土，其他牌号用于预应力混凝土。

冷轧带肋钢筋克服了冷拉、冷拔钢筋握裹力低的缺点，而具有冷拉、冷拔钢筋相近的强度

在中、小型预应力钢筋混凝土结构构件中广泛应用。

 

3.冷拔低碳钢丝

将直径6.5-～8mm的q235或q215盘圆条通过小直径的拔丝孔逐步拉拔而成，直径3～5mm.

由于经多次拔制，其屈服强度可提高40%～60%，同时失去了低碳钢的良好塑性，变得硬脆。

甲级——用于预应力结构，乙级——用于非预应力结构

 

（三）热处理钢筋

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，成盘供应，每盘长约200m。

公称直径6mm、8.2mm、10mm，σ_0.2≥1325mpa，σ_b≥1470mpa，δ₁₀≥6%。

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。

 

（四）预应力混凝土用钢丝

预应力混凝土用钢丝强度高，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。

（五）预应力混凝土钢绞线

钢绞线。钢绞线是将碳素钢丝若干根，经绞捻及消除内应力的热处理后制成。

钢绞线主要多用于大型屋架、薄腹梁、大跨度桥梁等大负荷的预应力混凝土结构。　

 

知识点二、钢结构用钢

（一）热轧型钢

（二）冷弯薄壁型钢——2-6mm厚度的薄钢板经冷弯或模压而成

（三）钢板材——

(1)钢板和钢带

(2)花纹钢板——主要用于平台、过道及楼梯等的铺板

(3)压形钢板——主要用作屋面板、墙板、楼板和装饰板

(4)彩色涂层钢板——主要用于建筑物的围护和装饰

 

【2012】下列钢筋宜用于预应力钢筋混凝土工程的有（　）。

a. crb 650冷轧带肋钢筋　

b. crb 800冷轧带肋钢筋

c. 甲级q235冷拔低碳钢丝　

d. 乙级q235冷拔低碳钢丝

e. 热处理hrb335钢筋

『正确答案』a b c e

知识点三、钢筋的性能

（一）抗拉性能——钢筋的最主要性能，因为钢筋在大多数情况下是作为抗拉材料来使用的。

表征抗拉性能的技术指标——屈服点（也叫屈服强度）、抗拉强度（全称抗拉极限强度）和伸长率。

 

（1）屈服点——屈服下限点b下所对应的应力称为屈服强度或屈服点，记做σ_s。设计时一般以σ_s作为强度取值的依据。对屈服现象不明显的钢，规定以0.2%残余变形时的应力σ_0.2作为屈服强度。

（2）抗拉强度——屈强比σ_s/σ_b能反映钢材的利用率和结构安全可靠程度。屈强比愈小，反映钢材受力超过屈服点工作时的可靠性愈大，因而结构的安全性愈高。但屈服强比太小，则反映钢材不能有效地被利用。

（3）伸长率——表征了钢材的塑性变形能力。通常以δ₅和δ₁₀分别表示l₀=5d₀和l₀=10d₀（d₀为试件直径）时的伸长率，对于同一种钢材，δ₅应大于δ₁₀。

（二）冷弯性能——在常温下承受弯曲变形的能力，是钢材的重要工艺性能。冷弯时的弯曲角度越大、弯心直径越小，则表示其冷弯性能越好。

（三）冲击韧性——钢材抵抗冲击载荷的能力。钢材的化学成分、组织状态、内在缺陷及环境温度等都是影响冲击韧性的重要因素。

冷脆性——akv值随试验温度的下降而减小，当温度降低达到某一范围时，akv急剧下降而呈脆性断裂。

脆性临界温度——发生冷脆时的温度称为，其数值越低，说明钢材的低温冲击韧性越好。

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。

 

（四）硬度——指表面层局部体积抵抗较硬物体压入产生塑性变形的能力。表征值常用布氏硬度值hb表示。

 （五）耐疲劳性——在反复荷载作用下的结构构件，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，它是指疲劳试验中试件在交变应力作用下，于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。

（六）焊接性能——影响钢材可焊性的主要因素是化学成分及含量。硫——热脆性；磷——冷脆性；含碳量超过0.3%，可焊性显著下降等。

 

知识点四、钢材的化学成分及其对性能影响

1.碳——土木建筑工程用钢材含碳量不大于0.8%。

随着钢中碳含量的提高，强度和硬度相应提高，而塑性和韧性相应降低；

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，降低抗大气锈蚀性。

2.硅——当硅在钢中的含量较低（小于1%）时，随着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.锰——使强度提高；锰还能消减硫和氧引起的热脆性，使钢材的热加工性能改善。

4.硫——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——有害元素，含量提高，钢材的强度提高，塑性和韧性显著下降，特别是温度愈低，对韧性和塑性的影响愈大。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——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下降。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——炼氧化过程中进入钢水，经脱氧处理后残留下来的，是钢中的有害杂质。氧含量增加使钢的力学性能降低，塑性和韧性降低。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——强脱氧剂，可显著提高钢的强度，但稍降低塑性。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。