建筑材料第八章

1、第八章金属材料第八章金属材料第一节建筑钢材第一节建筑钢材第二节混凝土结构用钢材第二节混凝土结构用钢材第三节铝合金第三节铝合金第一节建筑钢材第一节建筑钢材钢材的概述钢材的概述钢材是以铁为主要元素，含碳量一般在钢材是以铁为主要元素，含碳量一般在2%以下，并含有其他以下，并含有其他元素的材料。元素的材料。建筑钢材主要指用于钢结构中的各种型材建筑钢材主要指用于钢结构中的各种型材(如角钢、槽钢、工如角钢、槽钢、工字钢、圆钢等字钢、圆钢等)、钢板、钢管和用于钢筋混凝土结构中的各种、钢板、钢管和用于钢筋混凝土结构中的各种钢筋、钢丝等。钢筋、钢丝等。作为一种建筑材料，钢材的主要优点如下作为一种建筑材料，钢材的

2、主要优点如下:强度高。强度高。塑性好。塑性好。品质均匀、性能可靠。品质均匀、性能可靠。下一页返回第一节建筑钢材第一节建筑钢材钢材的分类钢材的分类钢材的分类有多种方法，可按化学成分、主要质量等级、脱钢材的分类有多种方法，可按化学成分、主要质量等级、脱氧方法、用途及加工方法等进行分类。氧方法、用途及加工方法等进行分类。按化学成分分类按化学成分分类钢按其化学成分可分为钢按其化学成分可分为:碳素钢和合金钢两类。碳素钢和合金钢两类。按主要质量等级分类按主要质量等级分类钢按质量等级分类，即按钢中有害杂质的多少分类，可分为钢按质量等级分类，即按钢中有害杂质的多少分类，可分为以下几种以下几种:普通钢、优质钢、

3、高级优质钢、特级优质钢。普通钢、优质钢、高级优质钢、特级优质钢。按脱氧程度分类按脱氧程度分类钢材又可分为钢材又可分为:沸腾钢、镇静钢和半镇静沸腾钢、镇静钢和半镇静(半脱氧半脱氧)钢。钢。下一页返回上一页第一节建筑钢材第一节建筑钢材按用途分类按用途分类钢按用途可分为以下三类钢按用途可分为以下三类:结构钢、工具钢结构钢、工具钢 、特殊钢。、特殊钢。按压力加工方式分类按压力加工方式分类热加工钢材、冷加工钢材。热加工钢材、冷加工钢材。钢材的技术性质钢材的技术性质钢材的性质包括弹性、抗拉强度、塑性、韧性以及硬度等内钢材的性质包括弹性、抗拉强度、塑性、韧性以及硬度等内容。容。钢材在静荷载作用下，受拉的钢材

4、在静荷载作用下，受拉的从阶段，应力和应变成正比，从阶段，应力和应变成正比，这一阶段称为弹性阶段，具有这种变形特征的性质称为弹性。这一阶段称为弹性阶段，具有这种变形特征的性质称为弹性。在此阶段中应力和应变的比值称为弹性模量，即在此阶段中应力和应变的比值称为弹性模量，即 ，单，单位是位是mpa。e下一页上一页返回第一节建筑钢材第一节建筑钢材抗拉强度抗拉强度建筑钢材的抗拉强度包括建筑钢材的抗拉强度包括:屈服强度、极限抗拉强度、疲劳强屈服强度、极限抗拉强度、疲劳强度。度。建筑钢材应具有很好的塑性，在工程中，钢材的塑性通常用建筑钢材应具有很好的塑性，在工程中，钢材的塑性通常用伸长率伸长率(或断面收缩率或

5、断面收缩率)和冷弯来表示。和冷弯来表示。冲击韧性冲击韧性冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。冲击韧冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。冲击韧性指标是通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定的，如性指标是通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定的，如图图8-5所示，以摆锤冲击试件刻槽的背面，使试件承受冲击弯曲而所示，以摆锤冲击试件刻槽的背面，使试件承受冲击弯曲而断裂。将试件冲断的缺口处单位截面积上所消耗的功作为钢断裂。将试件冲断的缺口处单位截面积上所消耗的功作为钢材的冲击韧性指标，用材的冲击韧性指标，用 表示，表示， 值愈大，钢材的冲击韧值愈大，钢材的冲击韧性愈好。性愈好。kaka下一页

6、上一页返回第一节建筑钢材第一节建筑钢材塑性塑性(伸长率伸长率)建筑钢材应具有很好的塑性，在工程中，钢材的塑性通常用建筑钢材应具有很好的塑性，在工程中，钢材的塑性通常用伸长率伸长率(或断面收缩率或断面收缩率)和冷弯来表示。和冷弯来表示。硬度硬度钢材的硬度是指其表面抵抗重物压人产生塑性变形的能力。钢材的硬度是指其表面抵抗重物压人产生塑性变形的能力。测定硬度的方法有布氏法和洛氏法，较常用的方法是布氏法，测定硬度的方法有布氏法和洛氏法，较常用的方法是布氏法，如如图图8-7所示，其硬度指标为布氏硬度值所示，其硬度指标为布氏硬度值(hb)下一页上一页返回第一节建筑钢材第一节建筑钢材钢材的组成对其性质的影响

7、钢材的组成对其性质的影响钢材的组成钢材的组成钢是铁碳合金，除铁、碳外，由于原料、燃料、冶炼过程等钢是铁碳合金，除铁、碳外，由于原料、燃料、冶炼过程等因素使钢材中存在大量的其他元素，如硅、氧、硫、磷、氮因素使钢材中存在大量的其他元素，如硅、氧、硫、磷、氮等，合金钢是为厂改变性能而有意加入一些元素，如锰、硅、等，合金钢是为厂改变性能而有意加入一些元素，如锰、硅、钒、钛等。钒、钛等。钢材中铁和碳原子结合有三种基本形式钢材中铁和碳原子结合有三种基本形式:固溶体、化合物和机固溶体、化合物和机械混合物。械混合物。钢材的基本组织有铁素体、渗碳体和珠光体三种。钢材的基本组织有铁素体、渗碳体和珠光体三种。三种基

8、本组织的力学性质见三种基本组织的力学性质见表表8-1。下一页上一页返回第一节建筑钢材第一节建筑钢材化学成分对钢材性能的影响化学成分对钢材性能的影响碳是决定钢材性能的主要元素。钢材随含碳量的增加，强度碳是决定钢材性能的主要元素。钢材随含碳量的增加，强度和硬度相应提高，而塑性和韧性相应降低。和硬度相应提高，而塑性和韧性相应降低。磷、硫。磷与碳相似，能使钢的屈服点和抗拉强度提高，塑磷、硫。磷与碳相似，能使钢的屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性下降，显著增加钢的冷脆性，磷的偏析较严重，焊性和韧性下降，显著增加钢的冷脆性，磷的偏析较严重，焊接时焊缝容易产生冷裂纹，所以磷是降低钢材可焊性的元素接时焊缝容易产

9、生冷裂纹，所以磷是降低钢材可焊性的元素之一。硫在钢材中以之一。硫在钢材中以fes形式存在，形式存在，fes是一种低熔点化合是一种低熔点化合物，当钢材在红热状态下进行加工或焊接时，物，当钢材在红热状态下进行加工或焊接时，fes已熔化，已熔化，使钢的内部产生裂纹，这种在高温下产生裂纹的特性称为热使钢的内部产生裂纹，这种在高温下产生裂纹的特性称为热脆性。热脆性大大降低厂钢的热加工性和可焊性。脆性。热脆性大大降低厂钢的热加工性和可焊性。下一页上一页返回第一节建筑钢材第一节建筑钢材氧、氮。氧为有害元素，主要存在于非金属夹杂物内，可降氧、氮。氧为有害元素，主要存在于非金属夹杂物内，可降低钢的机械性能，特别

10、是韧性。氧有促进时效倾向的作用，低钢的机械性能，特别是韧性。氧有促进时效倾向的作用，使钢的可焊性变差。使钢的可焊性变差。硅，锰。硅是钢的主要合金元素，是为脱氧去硫而加入的。硅，锰。硅是钢的主要合金元素，是为脱氧去硫而加入的。当硅在钢材中的含量较低当硅在钢材中的含量较低(小于小于1%)时，可提高钢材的强度，时，可提高钢材的强度，而对塑性和韧性影响不明显。但若含硅量超过而对塑性和韧性影响不明显。但若含硅量超过1%时，会增加时，会增加钢材的冷脆性，降低可焊性。钢材的冷脆性，降低可焊性。铝、钦、钒、铌。铝、钦、钡、铌均为炼钢时的强脱氧剂能铝、钦、钒、铌。铝、钦、钡、铌均为炼钢时的强脱氧剂能提高钢材强度

11、，改善韧性和可焊性，是常用的合金元素。提高钢材强度，改善韧性和可焊性，是常用的合金元素。下一页上一页返回第一节建筑钢材第一节建筑钢材钢材的加工钢材的加工冷加工强化及时效处理冷加工强化及时效处理冷加工是钢材在常温下进行的加工，建筑钢材常见的冷加工方冷加工是钢材在常温下进行的加工，建筑钢材常见的冷加工方式有式有:冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。时效处理时效处理将经过冷拉的钢筋于常温下存放将经过冷拉的钢筋于常温下存放15 d20d，钢筋冷拉曲线或加，钢筋冷拉曲线或加热到热到100200并保持并保持2h左右这个过程称为时效处理。前者左右这个过程称为时效处理。前者称为自然

12、时效，后者称为人工时效。称为自然时效，后者称为人工时效。钢材热处理钢材热处理热处理是将钢材按一定规则加热、保温和冷却，以获得需要性热处理是将钢材按一定规则加热、保温和冷却，以获得需要性能的一种工艺过程。热处理的方法有能的一种工艺过程。热处理的方法有:退火、正火、淬火和回退火、正火、淬火和回火。建筑工程所用钢材一般只在生产厂进行热处理，并以热处火。建筑工程所用钢材一般只在生产厂进行热处理，并以热处理状态供应。在施工现场，有时需对焊接钢材进行热处理。理状态供应。在施工现场，有时需对焊接钢材进行热处理。下一页上一页返回第一节建筑钢材第一节建筑钢材常用建筑钢材的性能常用建筑钢材的性能建筑钢材可分为钢结

13、构用型钢和钢筋混凝土结构用钢筋。各种建筑钢材可分为钢结构用型钢和钢筋混凝土结构用钢筋。各种型钢和钢筋的性能主要取决于所用钢种及其加工方式。在建筑型钢和钢筋的性能主要取决于所用钢种及其加工方式。在建筑工程中，钢结构所用各种型钢，钢筋混凝土结构所用的各种钢工程中，钢结构所用各种型钢，钢筋混凝土结构所用的各种钢筋、钢丝筋、钢丝 ,锚具等钢材，基本上都是碳素结构钢和低合金结构锚具等钢材，基本上都是碳素结构钢和低合金结构钢等钢种，经热轧或冷轧、冷拔、热处理等工艺加工而成。钢等钢种，经热轧或冷轧、冷拔、热处理等工艺加工而成。碳素结构钢碳素结构钢碳素结构钢包括一般结构钢和工程用热轧钢板、钢带、型钢等。碳素结

14、构钢包括一般结构钢和工程用热轧钢板、钢带、型钢等。下一页上一页返回第一节建筑钢材第一节建筑钢材碳素结构钢的特性及应用碳素结构钢的特性及应用q195钢。强度不高，塑性、韧性、加工性能与焊接性能较好，钢。强度不高，塑性、韧性、加工性能与焊接性能较好，主要用于轧制薄板和盘条等。主要用于轧制薄板和盘条等。q215钢。用途与钢。用途与q195钢基本相同，由于其强度稍高，还大钢基本相同，由于其强度稍高，还大量用做管坯、螺栓等。量用做管坯、螺栓等。q235钢。既有较高的强度，又有较好的塑性和韧性，焊接性钢。既有较高的强度，又有较好的塑性和韧性，焊接性能也好，在建筑工程中应用最广泛，大量用于制作钢结构用能也好

15、，在建筑工程中应用最广泛，大量用于制作钢结构用钢、钢筋和钢板等。其中钢、钢筋和钢板等。其中q235级钢，一般仅适用级钢，一般仅适用q255钢。强度高、塑性和韧性稍差，不易冷弯，焊接性能较钢。强度高、塑性和韧性稍差，不易冷弯，焊接性能较差，主要用于做加下铆接或栓接结构以及钢筋混凝土的配筋。差，主要用于做加下铆接或栓接结构以及钢筋混凝土的配筋。q275钢。强度、硬度较高，耐磨性较好，但塑性、冲击韧性钢。强度、硬度较高，耐磨性较好，但塑性、冲击韧性和焊接性能差，不宜用于建筑结构，主要用于制作机械零件和焊接性能差，不宜用于建筑结构，主要用于制作机械零件和工具等和工具等下一页上一页返回第一节建筑钢材第一

16、节建筑钢材低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上，添加少量的低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上，添加少量的一种或几种合金元素一种或几种合金元素(总含量小于总含量小于5%)的一种结构钢。其日的的一种结构钢。其日的是为厂提高钢的屈服强度、抗拉强度、耐磨性、耐蚀性及耐是为厂提高钢的屈服强度、抗拉强度、耐磨性、耐蚀性及耐低温性能等。因此，它是综合性较为理想的建筑钢材，尤其低温性能等。因此，它是综合性较为理想的建筑钢材，尤其在大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构中更适用。另外，在大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构中更适用。另外，与使用碳素钢相比，可节约钢材与使用

17、碳素钢相比，可节约钢材20%30%，而成本并不是很，而成本并不是很高。高。下一页上一页返回第一节建筑钢材第一节建筑钢材建筑钢材的选用原则建筑钢材的选用原则对建筑结构钢材选择时，应符合图纸设计要求的规定，对建筑结构钢材选择时，应符合图纸设计要求的规定，表表8-9所列为一般选择原则。所列为一般选择原则。钢材的腐蚀与防护钢材的腐蚀与防护钢材腐蚀的原因钢材腐蚀的原因根据钢材表面与周围介质的不同作用，一般把腐蚀分为下列根据钢材表面与周围介质的不同作用，一般把腐蚀分为下列两种。两种。化学锈蚀。化学锈蚀指钢材直接与周围介质发生化学反应而化学锈蚀。化学锈蚀指钢材直接与周围介质发生化学反应而产生的锈蚀，这种锈蚀

18、多数是氧化作用，使钢材表面形成疏产生的锈蚀，这种锈蚀多数是氧化作用，使钢材表面形成疏松的氧化铁。松的氧化铁。下一页上一页返回第一节建筑钢材第一节建筑钢材电化学锈蚀。电化学锈蚀是指钢材与电解质溶液相接触而产电化学锈蚀。电化学锈蚀是指钢材与电解质溶液相接触而产生电流，形成原电池作用而发生的腐蚀。生电流，形成原电池作用而发生的腐蚀。钢材腐蚀的防护钢材腐蚀的防护防止钢材腐蚀的主要方法有三种防止钢材腐蚀的主要方法有三种:保护膜法。利用保护膜使钢材与周围介质隔离，从而避免或保护膜法。利用保护膜使钢材与周围介质隔离，从而避免或减缓外界腐蚀性介质对钢材的破坏作用。减缓外界腐蚀性介质对钢材的破坏作用。电化学保护

19、法。无电流保护法是在钢铁结构上接一块较钢铁电化学保护法。无电流保护法是在钢铁结构上接一块较钢铁更为活泼的金属如锌、镁，因为锌、镁比钢铁的电位低，所更为活泼的金属如锌、镁，因为锌、镁比钢铁的电位低，所以锌、镁成为腐蚀电池的阳极遭到破坏以锌、镁成为腐蚀电池的阳极遭到破坏(牺牲阳极牺牲阳极)，而钢铁，而钢铁结构得到保护。结构得到保护。合金化。在碳素钢中加入能提高抗腐蚀能力的合金元素，如合金化。在碳素钢中加入能提高抗腐蚀能力的合金元素，如镍、铬、钦、铜等制成不同的合金钢。镍、铬、钦、铜等制成不同的合金钢。下一页上一页返回第一节建筑钢材第一节建筑钢材钢材的防火处理钢材的防火处理钢结构防火保护的基本原理是

20、采用绝热或吸热材料，阻隔火钢结构防火保护的基本原理是采用绝热或吸热材料，阻隔火焰和热量，推迟钢结构的升温速率。防火方法以包覆法为主，焰和热量，推迟钢结构的升温速率。防火方法以包覆法为主，即以防火涂料、不燃性板材或混凝土和砂浆将钢构件包裹起即以防火涂料、不燃性板材或混凝土和砂浆将钢构件包裹起来。来。上一页返回第二节混凝土结构用钢材第二节混凝土结构用钢材热轧钢筋热轧钢筋用加热钢坯轧成的条型钢筋，称为热轧钢筋。主要用于钢筋用加热钢坯轧成的条型钢筋，称为热轧钢筋。主要用于钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土结构的配筋。混凝土和预应力钢筋混凝土结构的配筋。热轧钢筋从表面形状可分为光圆钢筋和带肋钢筋热轧钢筋从表面

21、形状可分为光圆钢筋和带肋钢筋;而带肋钢筋而带肋钢筋又分为月牙肋钢筋和等高又分为月牙肋钢筋和等高肋钢筋。月牙肋钢筋的纵横肋不相交，而等高肋钢筋的纵横肋钢筋。月牙肋钢筋的纵横肋不相交，而等高肋钢筋的纵横肋相交，见肋相交，见图图8-9。下一页返回第二节混凝土结构用钢材第二节混凝土结构用钢材冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋是热轧圆盘条经冷轧后横肋的钢筋。冷轧带肋钢筋是热轧圆盘条经冷轧后横肋的钢筋。冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋是由普通低碳钢热轧盘圆钢筋经冷轧扭工艺制成冷轧扭钢筋是由普通低碳钢热轧盘圆钢筋经冷轧扭工艺制成的。其表面形状为连续的螺旋形，故它与混凝土的钻结性能的。其表面形状为连续的螺旋形

22、，故它与混凝土的钻结性能很强，同时具有较高的强度和足够的塑性。很强，同时具有较高的强度和足够的塑性。预应力混凝土用热处理钢筋预应力混凝土用热处理钢筋预应力混凝土用热处理钢筋是用热轧带肋钢筋经淬火和回火预应力混凝土用热处理钢筋是用热轧带肋钢筋经淬火和回火等工艺热处理而成的等工艺热处理而成的下一页上一页返回第二节混凝土结构用钢材第二节混凝土结构用钢材预应力混凝土用钢丝及钢绞线预应力混凝土用钢丝及钢绞线大型预应力混凝土构件，由于受力很大，常采用高强度钢丝大型预应力混凝土构件，由于受力很大，常采用高强度钢丝或钢绞线作为主要受力钢筋。预应力高强度钢丝是用优质碳或钢绞线作为主要受力钢筋。预应力高强度钢丝是用优质碳素结构钢盘条，经酸洗、冷拉或再经回火处理等工艺制成的。素结构钢盘条，经酸洗、冷拉或再经回火处理等工艺制成的。钢绞线由钢绞线由7根直径为根直径为2.55.0 mm的高强度钢丝，绞捻后经一的高强度钢丝，绞捻后经一定热处理清除内应力而制成，绞捻方向一般为左捻。定热处理清除内应力而制成，绞捻方向一般为左捻。上一页返回第三节第三节 铝合金铝合金铝合金的组成及分类铝合金的组成及分类铝为银自色轻金属，强度低，但塑性好，导热、电热性能强。铝为银自色轻金属，强度低，但塑性好，导热、电热性能强。铝的化学性质很活泼，在空气中易和空气反应，在其表面生铝的化学性质很活泼，在空气中易和空气反应，在其表面生成一