淺析建筑工程中的鋼材選用與防護(hù)問題

1、淺析建筑工程中的鋼材選用與防護(hù)問題 摘要：本文在大量收集資料，查閱建筑工程書籍的基礎(chǔ)上，對(duì)當(dāng)前建筑工程的鋼材選用和防護(hù)問題做出了簡要分析，內(nèi)容涵蓋了建筑鋼材力學(xué)、工藝、耐久性三大性能，最后在選用鋼材后，分析了鋼材的耐久性提升方法。 關(guān)鍵詞：建筑工程；鋼材；應(yīng)用 引言 建筑工程中所用到的各類鋼材統(tǒng)稱為建筑鋼材，是一種在嚴(yán)格技術(shù)質(zhì)量條件下生產(chǎn)的材料，具有材質(zhì)均勻密實(shí)，強(qiáng)度硬度高，塑性韌性佳，能進(jìn)行切割、焊接、栓接、鉚接，可承受較大沖擊荷載和振動(dòng)荷載等諸多優(yōu)點(diǎn)。由于鋼材的這些優(yōu)點(diǎn)，使得鋼材不僅適用于一般的建筑工程，更廣泛適用于大跨度結(jié)構(gòu)和高層建筑中。鋼材料發(fā)展至今，種類繁多，各種鋼材的技術(shù)性能（拉伸

2、性能、冷彎性能、沖擊韌性、硬度、可焊性以及耐銹蝕和防火性能等等）有很大差異，對(duì)應(yīng)不同的建筑結(jié)構(gòu)，合理選用適合的鋼材，是一門技術(shù)問題。所以，我們要了解各種鋼材的性能特征，做到在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中對(duì)癥下藥，恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用鋼材，增加建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性。 1鋼材的發(fā)展 鋼材經(jīng)過多年的發(fā)展，目前種類十分繁多，鋼技術(shù)也是目前發(fā)展成熟的技術(shù)，鋼材已經(jīng)成為我們社會(huì)生產(chǎn)的必備材料。按化學(xué)成分不同，鋼材分為碳素鋼（含碳量0.02%2.06%）和合金鋼。合金鋼是指在碳素鋼中加入一定含量的合金元素而制成的鋼，按合金元素的含量不同，合金鋼又可以分為低合金鋼（合金元素總含量小于5%）、中合金鋼（合金元素總含量在5%到10

3、%）和高合金鋼（合金元素總含量大于10%）。按鋼材冶煉方式不同，分為氧氣轉(zhuǎn)爐鋼、平爐鋼和電爐鋼。按脫氧程度不同，分為沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼。按鋼材內(nèi)部雜質(zhì)含量不同，分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。按用途分，還可以分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、專用鋼和特殊性能鋼。按外形不同，亦可分為圓鋼、角鋼、板鋼、工字鋼、鋼管、槽鋼、h型鋼、鋼筋、鋼絲和鋼絞線等。 2技術(shù)性能及選用 鋼材的性能主要有力學(xué)性能（拉伸性能、沖擊韌性、硬度）、工藝性能（耐疲勞性、可焊性、彎曲性能）和耐久性（抗銹蝕、防火）。 2.1拉伸性能 鋼材的拉伸性能是建筑鋼材最常用也最重要的技術(shù)指標(biāo)，通過拉伸試驗(yàn)，可以得到鋼材的彈性模量e。

4、彈性模量e的大小反映鋼材抗變形的能力，彈性模量越大，鋼材產(chǎn)生相同變形時(shí)所需要的應(yīng)力值也就越大。拉伸試驗(yàn)中最重要的幾個(gè)技術(shù)指標(biāo)是屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、屈強(qiáng)比和伸長率。屈強(qiáng)比是屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值，它能反映鋼材利用率和結(jié)構(gòu)安全可靠度，在工程中，需要在不浪費(fèi)鋼材的情況下適當(dāng)減小構(gòu)件的屈強(qiáng)比，增大結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備，提高結(jié)構(gòu)的安全可靠度。合理的屈強(qiáng)比一般是在0.6到0.75之間。伸長率是衡量鋼材塑性大小的指標(biāo)，建筑中選用伸長率大的鋼材，當(dāng)鋼材要發(fā)生破壞時(shí)可以明顯感覺到鋼材的塑性變形，起到危險(xiǎn)提醒的作用，給人員和財(cái)產(chǎn)撤離提供了時(shí)間。 2.2沖擊韌性和硬度 沖擊韌性是鋼材抵抗沖擊荷載而不破壞的能力，對(duì)于承受

5、沖擊荷載的鋼材，規(guī)范規(guī)定必須滿足沖擊韌性指標(biāo)要求。試驗(yàn)中用沖擊功來表示試件鋼材所吸收的功，沖擊功越大，鋼材的沖擊韌性越好。需要特別指出的是，溫度對(duì)于沖擊韌性的影響很大，鋼材的沖擊韌性會(huì)隨著溫度的降低而降低，鋼材在0攝氏度以下時(shí)，其沖擊韌性下降明顯，鋼材會(huì)由塑性轉(zhuǎn)為脆性，這就是俗稱的冷脆。所以，當(dāng)鋼材運(yùn)用于高寒環(huán)境時(shí)，需要注意鋼材的冷脆性能，避免鋼材發(fā)生冷脆破壞。硬度也是表示鋼材性能的一個(gè)重要指標(biāo)，測試鋼材硬度我們常使用布氏硬度法（hb）、洛氏硬度法（hrc）和維氏硬度法（hv）。 2.3冷彎性能 冷彎性能是指鋼材在常溫下承受變形而不斷裂的能力，鋼材的冷彎性能以彎曲角度、彎心直徑d與鋼材厚度（直

6、徑）a的比值 來表示，角越大， 越小，表示鋼材的冷彎性能越佳。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，伸長率較大的鋼材，其冷彎性能也是很好的。但是不可將伸長率指標(biāo)替代冷彎性能指標(biāo)，因?yàn)槔鋸澬阅苁且豁?xiàng)利用更加嚴(yán)格的檢驗(yàn)方法得出的指標(biāo)，它能暴露出鋼材內(nèi)部存在的缺陷（氣泡、雜質(zhì)、裂紋等），同時(shí)冷彎性能也可以反映鋼材的焊接性缺陷，可見，冷彎性能對(duì)于鋼材選用的重要性。 2.4耐疲勞和可焊性 鋼材承受交變荷載反復(fù)作用時(shí)，可能在最大應(yīng)力遠(yuǎn)低于屈服強(qiáng)度的情況下突然破壞，這種破壞稱為疲勞破壞。我們習(xí)慣用疲勞強(qiáng)度來表示鋼材的疲勞破壞指標(biāo)。疲勞強(qiáng)度越高，說明該鋼材接受交變力作用時(shí)抗破壞性能越強(qiáng)。在設(shè)計(jì)修建經(jīng)常受到交變力（風(fēng)荷載、浪壓力、機(jī)械振動(dòng)

7、等）作用的建筑物時(shí)，就需要特別考慮到鋼材的抗疲勞能力，選擇疲勞強(qiáng)度高的鋼材，可以完美地保證建筑物的抗疲勞要求。 鋼材在使用過程中不可避免地需要進(jìn)行焊接以滿足不同構(gòu)件的尺寸形狀要求，所以在設(shè)計(jì)需要焊接的構(gòu)件時(shí)，還要考慮到鋼材的可焊性是否滿足要求?？珊感院?，那么鋼材在焊接部位才不會(huì)產(chǎn)生裂縫和應(yīng)力集中，保證焊接部位的力學(xué)性能?？珊感允艿交瘜W(xué)成分和含量的影響，特別是碳、硫含量的多少，對(duì)可焊性起到重要影響。當(dāng)涉及到大量焊接時(shí)，選擇含碳量低的非合金鋼能保證良好的可焊性。 2.5耐久性 鋼材在使用過程中由于環(huán)境因素（暴露于空氣、水中或者溫度變化）變化，會(huì)發(fā)生一定程度的銹蝕。鋼材表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者

8、電化學(xué)反應(yīng)，使得鋼材有效截面變小，應(yīng)力集中，鋼材與混凝土的粘結(jié)力和承載力減小，加速結(jié)構(gòu)的破壞。所以，暴露在潮濕環(huán)境下的鋼材需要特別注意鋼筋的防銹蝕問題，選用抗銹蝕能力強(qiáng)的鋼材能延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，除此之外，采用電化學(xué)電池抗銹蝕也是很好的辦法。 鋼材在遇到高溫時(shí)其強(qiáng)度也會(huì)顯著下降，變形急劇增加，這說明鋼材結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。試驗(yàn)表明：鋼材在300攝氏度時(shí)，其彈性模量、屈服強(qiáng)度和極限抗拉強(qiáng)度開始出現(xiàn)明顯下降；當(dāng)溫度持續(xù)升高到600攝氏度時(shí)，鋼材以及基本失去了承載能力。由此可知，當(dāng)鋼材運(yùn)用于易發(fā)生火災(zāi)或者環(huán)境高溫地區(qū)的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意提高鋼材的防火性，比如給鋼材表面進(jìn)行防火層處理。 3鋼材防

9、護(hù) 上文已經(jīng)提到鋼材的耐久性所面臨的問題，主要是防銹蝕和防火。防銹蝕主要針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)和混凝土中鋼材兩方面，應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)中，那么可以有如下方法進(jìn)行防銹蝕處理。其一，在鋼材中摻入合金元素，制成抗銹蝕能力較強(qiáng)的合金鋼，適用于大構(gòu)件；其二，采用電鍍的方法，將其他耐銹蝕的金屬覆蓋在鋼材表面，即為所謂的“金包銀”，這種方法適用于小部件；其三，采用油漆涂層進(jìn)行鋼材覆蓋，這種辦法是用最為廣泛，其缺點(diǎn)是耐久性不佳，需要時(shí)常補(bǔ)漆。應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼材防銹蝕與鋼結(jié)構(gòu)不同，混凝土本身在鋼材表面生成的鈍化膜對(duì)鋼材有很好的保護(hù)作用，為防止在鈍化膜失效的情況下鋼筋被腐蝕，我們需要通過限制混凝土中氯離子含量和氯鹽外加劑摻量的方法來保護(hù)混凝土中鋼材。除此之外，增加混凝土保護(hù)層厚度和密實(shí)度，采用帶保護(hù)層的鋼材也是科學(xué)可行的辦法。 另外一個(gè)問題是鋼材的防火處理，防火處理的原理是采用絕熱材料，阻隔火焰和熱量，延長鋼結(jié)構(gòu)的升溫時(shí)間。目前鋼結(jié)構(gòu)的防火處理手段主要是以包覆法為主，主要使用材料是防火涂料和阻燃性板材。 4結(jié)語 鋼材是建筑工程中運(yùn)用十分廣泛的優(yōu)秀建筑材料，它較之于膠凝材料、砂石材料、混凝土、建筑砂漿有許多優(yōu)秀性能（例如自重輕、承載力大、可抗拉壓、可塑性強(qiáng)等），但是其不耐銹蝕，防火性能差等缺點(diǎn)使得它在某些領(lǐng)域難以大展拳腳，使用中，我們需要結(jié)合構(gòu)件的用途、使用環(huán)境、形狀合理使用各種鋼材，注意提高鋼