工程材料基本知識(shí)建筑鋼材

《市政工程質(zhì)量員》課件

壹第一節(jié)無(wú)機(jī)膠凝材料貳第二節(jié)混凝土叁第三節(jié)工程質(zhì)量的政府監(jiān)督管理叁第三節(jié)砂漿肆第四節(jié)石材、砌墻磚、砌塊和墻用板材第二章工程材料的基本知識(shí)伍第五節(jié)建筑鋼材鋼材是以鐵為主要元素，含碳量小于2.11%，并含有其他元素的鐵碳合金材料。

伍第五節(jié)建筑鋼材1、鋼材分類(lèi)按化學(xué)成分低碳鋼（含碳量小于0.25％）（1）碳素鋼中碳鋼(含碳量0.25%一0.6％)高碳鋼(含碳量大于0.6％)低合金鋼(合金元素總含量小于5％)（2）合金鋼合金鋼(合金元素總含量5%—10％)高合金鋼〔合金元素總含量大于10％)鋼材按質(zhì)量分為普通鋼(含硫量≤0.050%，含磷量≤0.0459

6)、優(yōu)質(zhì)鋼(含硫量≤0.035%，含磷量≤0.035%)、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼(含硫量≤

0.025%，含磷量≤0.025%)

和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼(含硫量≤0.015%，含磷量≤0.0259

6)。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在鋼的牌號(hào)后加“A”表示，特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在牌號(hào)后加“E”表示。

建筑鋼材指用于工程建設(shè)的各種鋼材，包括鋼結(jié)構(gòu)中使用的各種型鋼、鋼板以及鋼筋混凝土中使用的各種鋼筋、鋼絲利鋼絞線等。建筑鋼材的鋼種主要是碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼。

1.5.1建筑鋼材主要力學(xué)性能及指標(biāo)1.強(qiáng)度在外力作用下，材料抵抗變形和斷裂的能力稱(chēng)為強(qiáng)度。測(cè)定鋼材強(qiáng)度的方法是拉伸試驗(yàn)。通過(guò)拉伸試驗(yàn)得到鋼材的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度(極限強(qiáng)度)。(1)屈服強(qiáng)度。鋼材試件被拉伸a-e關(guān)系曲線分為四個(gè)階段，分別為彈性階段(第I階段)、屈服階段(第I階段)、強(qiáng)化階段(第川階段)和破壞階段(第N階段)。當(dāng)進(jìn)人屈服階段時(shí)(圖2-2)，屈服段的應(yīng)力上限對(duì)應(yīng)的點(diǎn)為B上,下限值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)為B下，對(duì)于低碳鋼以B下對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度，記作ay。鋼材受力達(dá)到屈服應(yīng)力后，由于變形迅速發(fā)展，盡管尚未破壞，但已不能滿足使用要求，故設(shè)計(jì)中以屈服強(qiáng)度作為強(qiáng)度取值的依據(jù)。但對(duì)于屈服現(xiàn)象不明顯的鋼材，如中碳鋼或高碳鋼，其應(yīng)力應(yīng)變曲線則與低碳鋼的明顯不同。其抗拉強(qiáng)度高，塑性變形小，屈服現(xiàn)象不明顯。對(duì)于這類(lèi)鋼材難于測(cè)得屈服強(qiáng)度，故規(guī)范規(guī)定以產(chǎn)生0.2%殘余變形時(shí)應(yīng)力值作為屈服強(qiáng)度。(2)

抗拉強(qiáng)度。在應(yīng)力一應(yīng)變圖中，曲線最高點(diǎn)C

對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱(chēng)為抗拉強(qiáng)度。抗拉強(qiáng)度雖然不能直接作為計(jì)算依據(jù)，但屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值即“屈強(qiáng)比”對(duì)工程應(yīng)用有較大意義。屈強(qiáng)比越小，反映鋼材在應(yīng)力超過(guò)屈服強(qiáng)度工作時(shí)的可靠性越大，即延緩結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程的潛力越大，因而結(jié)構(gòu)越安全。但屈強(qiáng)比過(guò)小時(shí)，鋼材強(qiáng)度的有效利用率低，造成浪費(fèi)。2.塑性塑性表示鋼材在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。鋼材的塑性通常用拉伸試驗(yàn)時(shí)的伸長(zhǎng)率或斷面收縮率表示。(1)伸長(zhǎng)率。伸長(zhǎng)率是以鋼材試件被拉斷后標(biāo)距長(zhǎng)度的增量與原標(biāo)距長(zhǎng)度之比的百分率來(lái)表示。(2)斷面收縮率。斷面收縮率是以鋼材試件被拉斷后頸縮處的截面面積的減小值與原截面面積之比的百分率表示。伸長(zhǎng)率和斷面收縮率表示鋼材斷裂前經(jīng)受塑性變形的能力。伸長(zhǎng)率或斷面收縮率越大，說(shuō)明鋼材的塑性越大，鋼材的塑性大，不僅便于進(jìn)行冷加工，而且能保證鋼材的使用安全。

3.冷彎性能冷彎性能指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，是建筑鋼材的一項(xiàng)重要工藝性能指標(biāo)。用于焊接承重結(jié)構(gòu)的鋼材和重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)的鋼材都要保證冷彎試驗(yàn)合格。根據(jù)試樣厚度，按規(guī)定的彎心直徑將試樣彎曲180°，其表面及側(cè)面無(wú)裂紋、裂縫或裂斷則為“冷彎試驗(yàn)合格”。4.沖擊韌性沖擊韌性指鋼材抵抗沖擊荷載的能力，鋼材的沖擊韌性用試件沖斷時(shí)單位面積上所吸收的能量來(lái)表示。對(duì)重要的結(jié)構(gòu)、直接承受動(dòng)荷載作用的結(jié)構(gòu)以及可能在負(fù)溫下工作的結(jié)構(gòu)，為了防止鋼材的脆性破壞，應(yīng)保證鋼材具有一定的沖擊韌性。5.硬度硬度是指鋼材抵抗硬物壓人表面的能力，即表示鋼材表面局部體積內(nèi)抵抗變形的能力。它是衡量鋼材軟硬程度的指標(biāo)。我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定金屬硬度的方法有布氏硬度法、洛氏硬度法和維氏硬度法。6.耐疲勞性材料在交變應(yīng)力作用下，在遠(yuǎn)低于抗拉強(qiáng)度時(shí)突然發(fā)生斷裂，稱(chēng)為疲勞破壞。疲勞破環(huán)的危險(xiǎn)應(yīng)力用疲勞極限來(lái)表示，其含義是:試件在交變應(yīng)力作用下工作，在規(guī)定的周?chē)鶖?shù)內(nèi)不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力。1.5.2建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用1.鋼結(jié)構(gòu)用鋼（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼包括熱軋鋼板、鋼板、鋼帶、型鋼和棒鋼等制品。《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T700——2006)規(guī)定，碳素結(jié)構(gòu)鋼共有四個(gè)牌號(hào)，即Q195，Q215，Q235和Q275。牌號(hào)表示方法由代表屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)(A、B、C、D)與脫氧程度(F、b、Z、TZ)四個(gè)部分組成。例如Q235A?F,表示屈服點(diǎn)為235MPa的A級(jí)沸騰鋼。選用鋼材時(shí)，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的重要性、荷載類(lèi)型、連接方式及環(huán)境溫度等條件。下列幾種情況限制使用沸騰鋼：1)直接承受動(dòng)荷載作用的焊接結(jié)構(gòu);2)非焊接結(jié)構(gòu)而計(jì)算溫度等于或低于-20℃

，3)受靜荷載及間接動(dòng)荷載作用，而計(jì)算溫度等于或低于-30℃

時(shí)的焊接結(jié)構(gòu)。建筑工程中應(yīng)用最多的碳素鋼是Q235號(hào)鋼。(2)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加人總量小于5%的合金元素(如硅、錳、釩等)，即得低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。根據(jù)《低合金高強(qiáng)度鋼》(GB/T1591--2008)的規(guī)定，共分8個(gè)牌號(hào)，每個(gè)牌號(hào)各分有若干個(gè)質(zhì)量等級(jí)，低合金鋼強(qiáng)度較高，塑性、韌性及可焊性等均較好，且成本不高，尤其適用于大跨度、承受動(dòng)荷載和沖擊荷載作用的結(jié)構(gòu)。(3)型鋼。鋼結(jié)構(gòu)所用鋼材主要是型鋼和鋼板。型鋼有熱軋及冷成型兩種，鋼板也有熱軋(厚度為0.35~200mm)和冷軋(厚度為0.2~5mm)兩種。常用的熱軋型鋼有角鋼、工字鋼、槽鋼、T型鋼、H型鋼、Z型鋼等。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼型鋼2.混凝土結(jié)構(gòu)用鋼(1)熱軋鋼筋?；炷两Y(jié)構(gòu)用熱軋鋼筋根據(jù)其表面狀態(tài)特征、工藝與供應(yīng)方式可分為熱軋光圓鋼筋和熱軋帶肋鋼筋?！朵摻罨炷劣娩摗?GB1499.1——2008)規(guī)定，熱軋光圓鋼筋的牌號(hào)分為HPB235和HPB300兩級(jí)。鋼筋牌號(hào)是由產(chǎn)品名稱(chēng)+屈服強(qiáng)度特征值構(gòu)成，即H表示熱軋，P表示光圓，B表示鋼筋，后面的數(shù)字235和300表示鋼筋屈服強(qiáng)度為235MPa和300MPa?！朵摻罨炷劣娩摗?GB1499.2--2007)規(guī)定，熱軋帶肋鋼筋分為普通熱軋鋼筋和細(xì)晶粒熱軋鋼筋，它們的牌號(hào)分為HRB335、HRB400、HRB500和HRBF335、HRBF400、HRBF500各三個(gè)等級(jí)。鋼筋牌號(hào)也是由產(chǎn)品名稱(chēng)十屈服強(qiáng)度特征值構(gòu)成，即H表示熱軋，R表示帶肋，B表示鋼筋，F(xiàn)表示細(xì)晶粒，后面的數(shù)字335、400和500表示鋼筋屈服強(qiáng)度為335MPa、400MPa和500MPa。熱軋光圓鋼筋HPB235和HPB300強(qiáng)度較低，塑性好，容易焊接，主要用作非預(yù)應(yīng)力鋼筋。熱軋帶肋鋼筋HRB335、HRB400和HRBF335、HRBF400強(qiáng)度較高，塑性及可焊性好，可作預(yù)應(yīng)力或非預(yù)應(yīng)力受力鋼筋。HRB500和HRBF500強(qiáng)度高，但塑性及可焊性較差，適宜用作預(yù)應(yīng)力鋼筋。熱軋鋼筋(2)冷拉熱軋鋼筋與冷拔低碳鋼絲。將熱軋鋼筋，在常溫下拉伸至超過(guò)屈服點(diǎn)(小于抗拉強(qiáng)度)的某一應(yīng)力，然后卸荷即得冷拉鋼筋。冷拉可使屈服點(diǎn)提高17%~27%，但伸長(zhǎng)率降低。將直徑為6.6~8mm的Q235的熱軋盤(pán)條，在常溫下通過(guò)截面小于鋼筋截面的拔絲模，經(jīng)一次或多次拔制即得冷拔低碳鋼絲。冷拔可提高屈服強(qiáng)度40%~60%，材質(zhì)硬脆，屬硬鋼類(lèi)鋼絲。(3)冷軋帶肋鋼筋。冷軋帶肋鋼筋是用熱軋圓盤(pán)條經(jīng)多道冷軋加工后，在其表面冷軋成三面或兩面有橫肋的鋼筋。冷軋帶肋強(qiáng)度較熱軋鋼筋明顯提高，塑性較好，與混凝土的握裹力較好。4)熱處理鋼筋。熱處理鋼筋是鋼廠將熱軋鋼筋經(jīng)淬火和回火調(diào)質(zhì)熱處理而成。熱處理創(chuàng)筋強(qiáng)度顯著提高，韌性好，而塑性降低不多，綜合性能較好。熱處理鋼筋通常有直徑為6mm、8.2mm、10mm三種規(guī)格。表面常軋有通長(zhǎng)的縱肋與均布的橫肋，使用時(shí)不能用電焊切割，也不能焊接，可用于預(yù)應(yīng)力混凝土工程中。(5)冷軋扭鋼筋是采用直徑6.5~10mm的低碳熱軋盤(pán)條Q235鋼，經(jīng)專(zhuān)用生產(chǎn)線，先冷軋扁，再冷扭轉(zhuǎn)而成的具有一定螺旋狀的直條鋼筋。冷軋扭鋼筋屈服強(qiáng)度高，與混凝土的握裹力大，因此無(wú)需預(yù)應(yīng)力和彎鉤即可用于普通混凝土工程，可節(jié)約鋼材30%。(6)預(yù)應(yīng)力混凝士用鋼絲及鋼絞線。預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲及鋼絞線為鋼廠用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)冷加工、再回火、冷軋或絞捻等加工而成，又稱(chēng)優(yōu)質(zhì)碳素鋼絲及鋼絞線。若將預(yù)應(yīng)力鋼絲經(jīng)輥壓出規(guī)律的刻痕，即成刻痕鋼絲。鋼絞線以一根鋼絲為芯，6根鋼絲圍繞其周?chē)g合而成。1.5.3建筑鋼材的腐蝕與防止1.鋼材的腐蝕根據(jù)腐蝕作用的機(jī)理，鋼材的腐蝕分為化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕兩種。

(1)化學(xué)廣蝕?；瘜W(xué)腐蝕是指鋼材直接與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕。一般為氧化作用，使鋼材表面形成疏松的氧化物而被腐蝕。(2)電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是指鋼材與電解質(zhì)溶液而產(chǎn)生電流，形成微電池而引起的腐蝕，這種腐蝕是建筑鋼材在存放和使用中發(fā)生腐蝕的主要形式。影響鋼材腐蝕的主要因素有:使用環(huán)境中的水、氧，介質(zhì)中所含的酸、堿、鹽，鋼