第6-7章道路建筑材料

1、： 第第6章章建筑钢材建筑钢材： 学习目的与任务： 本章应掌握建筑钢材的力学性能（抗拉性能、冲击韧性、耐疲劳性能和硬度）和工艺性能（冷弯性能、可焊性等），以及建筑结构用钢材的技术标准。定义定义：建筑钢材指在建筑工程结构中使用的各种钢材，如型材、板材、钢筋等。优点：优点： 强度高、塑性及韧性好、耐冲击、性能可靠，易于加工成板材、型材和线材、良好的焊接和铆接性能 。缺点缺点：易锈蚀、维护费用高，耐火性差， 生产能耗大。用途：用途：可用作主要的结构材料、也可以用作连接材料、围护材料和饰面材料等。 ： 6.1钢材的分类及其技术性质钢材的分类及其技术性质6.1.1钢材的分类钢材的分类 碳素钢碳素钢合金钢

2、合金钢按化学组成分按化学组成分 低碳钢（含C量0.60%） 低合金钢（合金元素总量10%）按质量分：按质量分：普通碳素钢，优质碳素钢，普通碳素钢，优质碳素钢， 高级优质钢。高级优质钢。按用途分：按用途分：结构钢，工具钢，结构钢，工具钢， 特殊钢。特殊钢。按冶炼时脱氧程度分按冶炼时脱氧程度分沸腾钢（F） 镇静钢（Z） 半镇静钢（b） 特殊镇静钢（TZ） 6.1.2钢材的技术性能钢材的技术性能1）低碳钢的抗拉性能低碳钢的抗拉性能弹性阶段弹性阶段OA段段特点：荷载较小，应力和应变成比例增加，弹性变形。指标：A点所对应的应力称为弹性极限，用 表示。 弹性模量 ， 反映钢材的刚度。 屈服阶段屈服阶段AB

3、段段特点：由A点当荷载增大时应力与应变不再成比例变化，应变增大的速度大于应力增大的速度，即开始产生塑性变形。B上屈服上限；B下屈服下限屈服点屈服点。指标：屈服强度 B下对应的应力。pE s强化阶段强化阶段BC段段特点：过B点后变形速度较快，随应力的提高而增加。指标：极限抗拉强度 最高点C对应的应力。屈强比n 反映钢材的可靠率和利用率。（7-1） 屈强比小时，钢材的可靠性大，结构安全。但屈强比过小，则钢材有效利用率太低可能造成浪费。所以应合理选用屈强比，在保证安全可靠的前提下，尽量提高钢材的利用率。bsbn（4）颈缩阶段）颈缩阶段CD段段特点：变形明显，应变迅速增加而应力反而下降，钢材被拉伸，并

4、在某一薄弱处断面开始缩小，产生“颈缩颈缩”现象至D点断裂。指标：伸长率 ，是衡量钢材塑性的重要指标。（7-2）100100%LLL图图拉断前后的试件拉断前后的试件伸长率大表明钢材的塑性好伸长率大表明钢材的塑性好2）中碳钢和高碳钢的抗拉性能中碳钢和高碳钢的抗拉性能特点：没有明显的屈服阶段，应力随应变的增加持续增加，直至断裂。屈服点：常用发生残余变形0.2%时的应力作为规定的屈服极限，用 表示。0.2 概念：冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载作用的能力。能较全面地反映钢材材质的优劣程度。试验：将钢材制成中面V形槽口的试件，置于试验机上，将试验机中的摆锤扬起后，使其自由下落以冲断试件，试件单位面积上所消耗

5、的功即为冲击韧性的指标 。 该指标值越大说明钢材的冲击韧性越好。ka影响冲击韧性的因素：影响冲击韧性的因素：钢中的S、P等有害杂质含量；成分偏析程度；轧制与焊接质量；钢的加工硬化与时效；环境温度等。其中环境温度对钢材性能的影响最为明显。钢材冲击韧性与温度的关系： 值与试验温度有关，某些材料在常温时冲击韧性并不低，破坏时呈现韧性破坏特征。但当试验温度降至某一温度范围时， 突然大幅度下降，材料无明显塑性变形而发生脆性断裂，这种性质称为钢材的冷脆性冷脆性。 剧烈改变的温度区间称为脆性转变温度脆性转变温度。kakaka疲劳破坏：交变荷载反复作用，钢材往往会在低于抗拉强度的情况下发生断裂的现象。疲劳强度

6、：在多次反复交变荷载的作用下未产生疲劳破坏的最大应力，它是表明钢材耐疲劳性的指标。疲劳极限：通常取交变应力循环次数N=107时，试件不发生破坏的最大应力 作为其疲劳极限。特点：钢材承受交变应力越大，则钢材至断裂时所经受的交变应力的循环次数越少，反之则多。当交变应力降至一定值时，钢材可经受无数次的应力循环变化而不发生疲劳破坏。n影响因素：钢材疲劳强度的高低与其内部组成状态、成分偏析、杂质含量及各种缺陷有关，钢材的表面光洁程度及受腐蚀善等都会影响它的耐疲劳性能。疲劳破坏原因： 钢材的疲劳破坏一般由拉应力引起的，首先在局部开始形成细小裂纹，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时

7、疲劳断裂。钢材内部的组织结构、成分偏析及其它缺陷，是决定其疲劳性能的主要因素。 钢材的截面变化、表面质量及内应力大小等造成应力集中的因素，都与其疲劳极限有关。如钢筋焊接接头和表面微小的腐蚀缺陷，都可使疲劳极限显著降低。 当疲劳条件与腐蚀环境同时出现时，可促使局部应力集中的出现，大大增加了疲劳破坏的危险。 钢材抵抗另一硬物体压入其内的能力叫硬度，即受压时抵抗局部塑性变形的能力。 有布氏法和洛氏法两种方法测定。 洛氏硬度测量原理图洛氏硬度测量原理图 布氏硬度测量原理图布氏硬度测量原理图 2.钢材的工艺性能 冷弯性能 可焊性 切削切工性能 锻造性能 热处理工艺性能 （1）钢材的冷弯性能钢材的冷弯性能

8、概念：冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力常温下承受弯曲变形的能力，是钢材的重要工艺性能，冷弯性能可以反映钢材内部组织是否存在不均匀内应力和杂质等缺陷。冷弯试验：冷弯性能是将钢材试件（圆形或板形）置于冷弯机上弯曲至规定角度（90或180）观察其弯曲部位是否有裂纹、起层或断裂现象，如无，则为合格。评价指标：用不同弯曲角度 和不同弯心半径d相对于钢材厚度a的比值（d/a）表示。 越大， d/a比值越小，则表示钢材的冷弯性能越好。： P钢材的冷弯试验ad外拱面冷弯检验的意义： 钢材的冷弯性能和其伸长率一样，也是表示钢材在静荷载条件下的塑性。但冷弯是钢材处于不利变形条件下的塑性，而伸长率是反映钢

9、材在均匀变形下的塑性。故冷弯试验是一种比较严格的检验。 它能揭示钢材内部组织的均匀性，以及存在内应力或夹杂物等缺陷的程度。在拉力试验中，这些缺陷常因塑性变形导致应力重分布而反映不出来。 在工程实践中，冷弯试验还被用作检验钢材焊接质量的一种手段，能揭示焊件在受弯表面存在的未熔合、微裂纹和夹杂物 。（2 2）可焊性）可焊性 定义：钢材在焊接后，焊头联结的牢固程度和硬脆倾向大小的性能；测量：将焊接的钢材试件进行拉伸试验，要求断裂处不在焊接点上。影响因素： 化学成分（含碳量、S、P和气体杂质）； 冶炼质量（镇静钢） 冷加工等。 ： 钢材的可焊性试验焊接点断裂点断裂点合格不合格： 冷加工强化冷加工强化

10、将金属材料于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧，使之产生一定的塑性变形，其强度可明显提高，塑性和韧性有所降低，这个过程称为金属材料的冷加工强化。包括冷拉和冷拔。6.1.3钢的化学成分对钢材性能的影响钢的化学成分对钢材性能的影响： 6.2建筑用钢的技术要求建筑用钢的技术要求： 建筑钢材主要有三大类： 钢结构用钢； 钢筋混凝土结构用钢； 其它用途用钢。6.2.1 钢结构用钢 碳素结构钢 低合金结构钢等： 1. 1.碳素结构钢碳素结构钢（1）碳素结构）碳素结构钢的牌号钢的牌号 根据国标GB700-1988，碳素结构钢按照屈服强度分为Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五个牌号，每个牌号又根据硫、

11、磷等杂质含量分为A、B、C、D四个质量等级。 牌号的顺序：屈服强度字母Q、屈服强度数值、质量等级（A、B、C、D）、脱氧程度符号（F、b、Z、TZ）。 例如Q235AF，表示屈服强度为235MPa，A级沸腾钢。（2）钢牌号与性能的关系）钢牌号与性能的关系 钢牌号越大，钢的含碳量增加，强度与硬度增高，塑性和韧性降低，可焊性变差。 ： （3）选用原则）选用原则 应根据钢结构的工作条件、荷载类型、连接方式、环境温度与介质的腐蚀情况等综合因素选用。例如： Q195和Q215号钢强度较低，塑性和韧性较大，易弯加工，可用于钢钉、螺栓等。Q235A使用于承受静载作用的钢结构；Q235B可用于承受动载焊接的普

12、通钢结构；Q235C可用于承受动载焊接的重要钢结构；Q235D可用于低温承受动荷载焊接的钢结构。Q255和Q275强度较高，塑性和韧性较差，主要用于机械零件等： 2. 2. 桥梁用结构钢桥梁用结构钢 桥梁钢的牌号由代表屈服汉语拼音字母Q、屈服点数值、桥梁钢的汉语拼音字母q、质量等级符号4个部分组成。 如Q345qc。3. 3. 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢 低合金结构钢是在碳素钢的基础上加入小于总量5的合金元素而形成的，用以提高钢材的强度、耐冲击韧性和耐腐蚀性等。 低合金结构钢的牌号由代表屈服汉语拼音字母Q、屈服点数值、质量等级（A、B、C、D、E） 3个部分组成。 如Q390A。：

13、6.2.2 钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构用钢筋及钢丝 主要品种有： 钢筋混凝土用热轧钢筋； 预应力混凝土用热处理钢筋； 钢筋混凝土冷拉钢筋； 冷轧带肋钢筋； 冷拔低碳钢丝等。 第第7 7章章 其他工程材料其他工程材料 7.1 无机结合稳定类材料无机结合稳定类材料 定义：定义： 在各种粉碎或原来松散的土、碎（砾）石、工业废渣中，掺人适当数量的无机结合料（如石灰、水泥）及水，或同时掺入土壤固化剂，经拌和得到的混合料在压实及养生后，具有一定的强度和稳定性，在广义上统称为无机结合料稳定类混合料，或无机结合料稳定土。 特点：特点： 优点：稳定性好，抗冻性能强，结构本身自成板体。缺点：耐磨性差，干缩，

14、温缩，养生期长。 无机结合料稳定材料的刚度介于柔性路面材料和刚性路面材料之间，常称之为半刚性材料。分类：分类：（1）按无机结合料品种分类）按无机结合料品种分类 石灰稳定类、水泥稳定类、水泥石灰稳定类、石灰工业废渣稳定类。（2）按照土中单个颗粒）按照土中单个颗粒（指碎石、砾石和砂粒料，不指土块或土团）的粒径大小和颗粒组成分类的粒径大小和颗粒组成分类细粒土细粒土 颗粒的最大粒径10mm，且2mm的颗粒含量不少于90；中粒土中粒土 颗粒的最大粒径30mm，且20mm的颗粒含量不少于85；粗粒土粗粒土 颗粒的最大粒径50mm，且40mm的颗粒含量不少于85。 7.1.1 石灰稳定土p 石灰稳定土强度及

15、影响因素p 石灰稳定土的收缩特征及影响因素p 石灰稳定土组成设计概念：概念：在粉碎的土和原状松散的土（包括各种粗、中、细粒土）中掺入适量消解后的石灰和水，按照一定技术要求，经拌和后，在最佳含水量时摊铺、压实及养生，其抗压强度符合规定要求的路面基层称为石灰稳定类基层。分类：分类：石灰土、石灰砂砾土、石灰碎石土。7.1.1 石灰稳定土1、石灰稳定土强度石灰稳定土强度及影响因素及影响因素（1）石灰稳定土的强度形成机理）石灰稳定土的强度形成机理离子交换作用碳酸化作用 火山灰作用 结晶作用 Ca2+Na+、H+、K+ 7.1.1 石灰稳定土（2）石灰稳定土强度的影响因素）石灰稳定土强度的影响因素（1）土

16、质）土质 塑性指数为1520的粘性土较好；粒料和砂性土不宜；有机质含量大不宜。 （2）灰质）灰质 消石灰粉或生石灰粉，级以上的技术标准，妥善保管 。 （3）石灰剂量）石灰剂量 存在最佳石灰剂量，对于粘性土及粉性土为8%14%；对砂性土则为9%16%。 （4）含水量）含水量 通过标准击实试验确定最佳含水量。7.1.1 石灰稳定土（5）拌和及压实）拌和及压实 土的粉碎程度和拌和的均匀性；压实度（每增加2%，抗压强度平均增加14.1%）。 （6）养生条件与龄期）养生条件与龄期 温度高可使反应过程加快，一定的湿度为结晶和火山灰反应提供了必要的水。强度随龄期而缓慢增长，（28d30%强度），强度增长期可

17、达810年以上。7.1.1 石灰稳定土（3）石灰稳定土的强度指标及标准）石灰稳定土的强度指标及标准 7.1.1 石灰稳定土2、石灰稳定土石灰稳定土的收缩特性及影响因素的收缩特性及影响因素 体积收缩主要包括因体积收缩主要包括因含水量变化而引起的干缩含水量变化而引起的干缩和因和因温度温度降低而引起的温缩降低而引起的温缩。（1）干缩干缩 水分蒸发和水化作用产生的。（2）温缩温缩 与基本体的固相、所相和液相的不同温度收缩性综合效应的结果。7.1.1 石灰稳定土3、石灰稳定土石灰稳定土组成设计组成设计 根据强度标准，通过试验选取合适的土，确定必需的或根据强度标准，通过试验选取合适的土，确定必需的或最佳的

18、石灰剂量和混合料的最大干密度、最佳含水量。最佳的石灰剂量和混合料的最大干密度、最佳含水量。（1）原材料原材料（2）试件制备试件制备（3）确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度）确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度（4）强度试验）强度试验（5）确定石灰剂量）确定石灰剂量 7.1.2 水泥稳定土p 强度及影响因素p 混合料组成设计概念：概念：在粉碎的土或原状松散的土(包括各种粗、中、细粒土)中，掺入适量的水泥和水，按照技术要求，经拌和摊铺，在最佳含水量下压实及养生成型，其抗压强度符合规定要求，以此修建的路面基层称为水泥稳定类基层。分类：分类：水泥土、水泥砂砾、水泥稳定碎石。7.1.2 水泥稳定土

19、1、水泥、水泥稳定土强度稳定土强度及影响因素及影响因素（1）强度形成机理）强度形成机理水泥的水化作用离子交换作用 化学激发作用 碳酸化作用 Ca2+Na+、H+、K+ 硅酸三钙：2C3S+6H20C3S2H3+3CH硅酸二钙：2C2S+4H20C3S2H3+CH 铝酸三钙：C3A+6H2OC3AH6 铁铝酸四钙：C4AF+7H20C4AFH7 4CaO5SiO25H2O、4CaOAl2O319H2O、3CaOAl2O316H2O、CaOA12O310H2O7.1.2 水泥稳定土（2）影响影响强度的因素强度的因素（1）土质）土质 碎(砾)石和砂砾砂性土粉性土和粘性土。 （2）水泥品种及剂量）水泥

20、品种及剂量 硅酸盐类水泥较好，铝酸盐水泥较差，优先选用终凝时间较长(6h以上)的低强度水泥。水泥稳定土的强度随水泥剂量的增加而增长，但过多的水泥用量，不经济，易开裂，水泥剂量为4%8%较为合理。 （3）含水量含水量 达到最佳密实度的含水量，满足完全水化和水解作用的需要。（4）施工工艺）施工工艺 混合料须拌和均匀并充分压实。水泥土从开始加水拌和到完成压实的延迟时间要尽可能的短，一般要在6h以内。 湿法养生；养生温度愈高，强度增长得愈快。7.1.2 水泥稳定土（3）水泥稳定土的强度和压实度标准）水泥稳定土的强度和压实度标准 7.1.2 水泥稳定土2、水泥、水泥稳定土稳定土的收缩特性及影响因素的收缩

21、特性及影响因素 水泥稳定土在硬化和形成强度过程中也会发生因水泥稳定土在硬化和形成强度过程中也会发生因温度变温度变化而引起的温度收缩化而引起的温度收缩和因和因含水量变化而引起的干燥收缩含水量变化而引起的干燥收缩。 水泥稳定土中塑性土含量对温度收缩系数影响较大，塑性土含量越高，其温缩系数随温度降低变化幅度较大，并以水泥土的变化幅度最大，其温缩系数随龄期而增长。 水泥稳定土的干缩系数受粒料含量及矿物成分的影响。黏粒含量越高，土的塑性指数越大，混合料干缩越严重。 水泥稳定土的干缩系数和温缩系数均随水泥剂量降低、粒料含量增加而降低。7.1.2 水泥稳定土3、水泥、水泥稳定土稳定土组成设计组成设计（1）原

22、材料原材料（2）试件制备试件制备（3）确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度）确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度（4）强度试验）强度试验（5）确定水泥剂量）确定水泥剂量 7.1.3 石灰工业废渣稳定土概念：概念：一定数量的石灰和粉煤灰，或石灰和煤渣与其他集料（土）相配合，加入适量的水(通常为最佳含水量)，经拌和、压实及养生后得到的路面结构层，当其抗压强度符合规定要求时，称为石灰工业废渣基层。分类：分类：石灰粉煤灰类和石灰其他废渣类。 在工程中，石灰粉煤灰石灰粉煤灰常被称为二灰二灰，石灰粉煤灰稳定类混合料简称为二灰稳定土。7.1.4 无机结合料稳定类混合料的疲劳性能疲劳破坏：在小于材料极限强

23、度的应力反复作用下所产生的累积破坏。耐疲劳性能：指某种材料对不同水平应力的反复作用的反应，它以不同应力水平达到破坏时的荷载反复作用次数（疲劳寿命）来表示。疲劳试验方法疲劳试验方法：弯拉疲劳试验、劈裂疲劳试验。疲劳试验结果：疲劳试验结果：fsfN/曲线对数坐标直线拟合7.1.4 无机结合料稳定类混合料的疲劳性能在一定的应力条件下混合料的疲劳寿命取决于：（1）材料的强度和刚度强度愈大、刚度愈小，其疲劳寿命就愈长。（2）材料的不均性，无机结合料的疲劳方程还与材料试验的变异性有关。（3）石灰粉煤灰稳定材料的抗疲劳性能优于水泥砂砾。（4）应力水平的少量变化，对石灰粉煤灰稳定材料的疲劳寿命影响较大。7.2

24、 防水材料防水材料 防水材料防水材料是指用于满足建筑物或构筑物防漏、防渗、防潮功能的材料。 防水材料从性能性能上一般可分为: 柔性防水材料柔性防水材料 刚性防水材料刚性防水材料堵漏止水材料膨胀剂等减水剂防水剂外加剂防水砂浆防水混凝土刚性防水材料非定形密封材料定形密封材料防水密封材料聚合物水泥基防水涂料水泥基防水涂料合成高分子防水涂料料聚合物改性沥青防水涂沥青类防水涂料防水涂料合成高分子防水卷材材聚合物改性沥青防水卷沥青类防水卷材防水卷材建筑防水材料、依据防水材料的依据防水材料的外观形态外观形态分分:防水材料共同的性能要求：防水材料共同的性能要求：（1）良好的耐候性，对光、热、氧等具有一定的耐受

25、力；（2）抗渗性，对水、盐等腐蚀性物质渗透作用的抵抗性能；（3）耐腐蚀性，对接触到的酸、碱、油等化学物质的抗蚀性能；（4）具有对温度和外力作用的适应性，防水材料应具有较高的拉伸强度和断裂伸长率，能承受温差变化及各种外力与基层伸缩、开裂所引起的变形；（5）良好的整体性，既能保持自身的粘结性，又能与基层牢固粘接，在外力作用下有较高的抗剥离强度，形成稳定的不透水整体。 防水卷材防水卷材是以原纸、纤维毡、纤维布、金属箔、是以原纸、纤维毡、纤维布、金属箔、塑料膜、纺织物等材料中的一种或多种复合为胎基，塑料膜、纺织物等材料中的一种或多种复合为胎基，浸涂沥青、高聚物改性沥青制成的或以合成高分子浸涂沥青、高聚

26、物改性沥青制成的或以合成高分子材料为基料加入助剂、填充剂，经多种工艺加工而材料为基料加入助剂、填充剂，经多种工艺加工而成的长条片状成卷供应并起防水作用的产品。成的长条片状成卷供应并起防水作用的产品。7.2.1 防水卷材依据防水卷材的依据防水卷材的外观形态外观形态分分:防水材料共同的性能要求：防水材料共同的性能要求：（1）良好的耐候性，对光、热、氧等具有一定的耐受力；（2）抗渗性，对水、盐等腐蚀性物质渗透作用的抵抗性能；（3）耐腐蚀性，对接触到的酸、碱、油等化学物质的抗蚀 性能；（4）具有对温度和外力作用的适应性，防水材料应具有较 高的拉伸强度和断裂伸长率，能承受温差变化及各种 外力与基层伸缩、开裂所引起的变形；（5）良好的整体性，既能保持自身的粘结性，又能与基层 牢固粘接，在外力作用下有较高的抗剥离强度，形成 稳定的不透水整体。7.2.1 防水涂料 防水涂料防水涂料是在常温下呈无固定形状的粘稠状是在常温下呈无固定形状的粘稠状液态高分子合成材料，涂刷在建筑物表面，经溶液态高分子合成材料，涂刷在建筑物表面，经溶剂或水分的挥发或两种组分的化学反应形成一层剂或水分的挥发或两种组分的化学反应形成一层连续薄层，使建筑物表面与水隔绝，并能抵抗一连续