第8章-建筑钢材课件

作业中出现的问题P136.6用32.5级P.O水泥配制的混凝土，在10℃的条件下养护7d，测得标准立方体试件的抗压强度为15MPa。试估计此混凝土在此温度下28d抗压强度

龄期（d）混凝土养护期间的平均温度（℃）15101520253035混凝土强度对标准养护条件下28d强度的百分率（%）P.O312.520.024.031.037.043.048.051.0523.028.036.043.050.058.562.564.5731.540.048.053.062.068.571.076.01041.050.058.069.077.079.081.084.01552.061.571.081.088.090.0--2868.078.086.592.0100.0---1P136.7某混凝土预制构件厂秋季（气温15℃左右）用P.O32.5水泥生产混凝土梁，设计强度等级为C25，要求混凝土梁必须达到设计强度的80%方可起吊堆放，估计需要养护几天？

水泥品种龄期（d）混凝土养护期间的平均温度（℃）15101520253035混凝土强度对标准养护条件下28d强度的百分率（%）P.O水泥312.520.024.031.037.043.048.051.0523.028.036.043.050.058.562.564.5731.540.048.053.062.068.571.076.01041.050.058.069.077.079.081.084.01552.061.571.081.088.090.0--2868.078.086.592.0100.0---2P136.15实验室试拌混凝土（以气干状砂、石为准），经调整后各种材料用量为P.O32.5水泥4.5kg、水2.7kg、砂9.9kg、碎石18.9kg，测得拌和物的表观密度为2380kg。试求：（1）每立方米混凝土的各种材料用量；（2）当施工现场砂子含水率为3.5%，石子含水率为1%时，试求施工配合比；（3）如果将实验室配合比直接用于现场，则现场混凝土的实际配合比将如何变化？对混凝土强度产生多大的影响？

3第八章建筑钢材4第一节概述5一、金属材料重金属和轻金属。重金属的密度大于4.5g/cm3，轻金属的密度小于4.5g/cm3冶金工业上还常常把金属分为黑色金属和有色金属黑色金属有三种：铁、锰、铬。表面常有灰黑色的氧化物有色金属：铁、锰、铬以外的金属西欧、美国等：黑色金属是指铁和铁的合金，有色金属又称非铁金属

6二、钢材（一）按化学成分分

非合金钢（碳素钢）低合金钢合金钢（二）按含碳量分低碳钢（含碳量<0.25%)中碳钢（含碳量0.25%~0.6％)高碳钢（含碳量>0.6%)7（三）按主要性能及使用特性分结构钢(包括机械结构用钢及工程结构用钢)：包括碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金高强度结构钢及合金结构钢等工具钢：主要用于刀具，模具等各种工具，含碳量一般较高，便于进行热处理

特殊性能钢及专门用途钢：主要有桥梁钢、铁道用钢、船舶用钢、压力容器用钢等8(四)按质量分普通质量钢优质钢特殊优质钢(五)按其加工工艺分压钢锻钢铸钢(六)按冶炼方法分转炉法平炉法电炉法(六)按钢脱氧程度分碳素钢可分为沸腾钢(F)、镇静钢(Z)和半镇静钢(b)及特殊镇静钢(TZ)9工字钢压型钢板花纹钢板

光圆钢筋10槽钢角钢11三、建筑钢材的应用钢铁材料是应用最广、产量最大的金属材料，也是建筑工程中主要材料之一（1）用型钢制作厂房、桥梁、闸门及高压管道等，安全性强、质量轻，适于大跨度及多、高层结构（2）用钢筋和混凝土组成的钢筋混凝土结构，强度高、耐久性好，适用范围广12钢结构厂房13北京2008年奥运会“鸟巢”工程总用钢量11万吨14钢筋15武汉长江大桥16巴黎艾菲尔铁塔17第二节

建筑钢材的力学性能和工艺性能18一、力学性能建筑钢材的力学性能主要有：抗拉性能、硬度和冲击韧性等19（一）抗拉屈服强度和抗拉极限强度

20低碳钢单轴拉伸应力－应变示意图比例弹性阶段（O→p）非比例弹性阶段（p→e）弹塑性阶段（e→s）塑性阶段或屈服阶段(s→s/)应力强化阶段（s/→b）颈缩破坏阶段（b→f）比例极限σp、弹性极限σe、屈服强度σs、极限强度σb21屈服强度（σs）是确定允许应力的主要依据硬钢的屈服点屈强比（σs/σb）愈小，结构愈安全。过小则造成浪费，一般碳素钢为0.58～0.63，合金钢为0.65～0.75中碳钢和高碳钢没有明显的屈服现象，规范以0.2%残余变形所对应的应力值作为名义屈服强度，用σr0.2表示22L1——拉断后标距部分长度mm；L0——原标距长度mm；通常取L0=5d，或L0=10d，伸长率分别为δ5和δ10相同钢材，δ5≥δ10（二）伸长率δ

23（三）硬度钢材抵抗硬物压入表面的能力常用的硬度指标为布氏硬度（HB）和洛氏硬度（HR）

24（四）冲击韧性

钢材抵抗冲击荷载的能力。用冲击韧性表示——冲击韧性（J/cm2）

——试件冲断时吸收的冲击能（J）

——试件槽口处最小横截面积（cm2）

25温度对钢材冲击韧性影响很大钢的脆性转变温度冲击韧性骤然下降而成脆性（冷脆性）负温条件下使用的结构，设计时必须考虑钢材的低温冲击韧性

26二、工艺性能（一）可焊性在焊接过程，由于高温及焊后急冷，会使焊缝及附件区域的钢材发生组织构造变化，产生局部变形，内应力和局部变硬脆等，甚至在焊缝周围产生裂缝，降低了钢材质量可焊性好的钢材，没有质量显著降低的现象，所得焊接牢固焊接性能通过拉伸(拉伸、冷弯)试验检测27（二）冷弯性能

冷弯性能是指钢材在常温下承受静力弯曲时所容许的变形能力冷弯性能合格是指钢材试件在收到规定的弯曲角度和弯芯直径条件下，弯曲试件的外拱面不发生裂缝、断裂或起层现象钢材含C、P较高，或曾经过不正常冷热处理，则其冷弯性能往往不合格冷弯性能通过冷弯试验检测28冷弯试验29在更苛刻的条件下检验钢材的塑性以试验时的弯曲角度和弯心直径作为指标来表示弯曲角度愈大，弯心直径愈小，表示对冷弯性能要求愈高冷弯性能合格：弯曲处无裂纹、断裂及起层等现象

30第三节

化学元素对钢材性能的影响31一、碳随着含C量的增加：钢的伸长率，断面收缩率和冲击韧性逐渐下降硬度增大C=0.8％左右抗拉强度最高冷弯性能、焊接性能和抗腐蚀性能下降

32二、硅使钢的硬度、强度提高含量超过1.0％时，钢的塑性和冲击韧性显著降低，冷脆性增加，焊接性能变差33三、锰炼钢过程中，锰可形成MnO及MnS，成为钢渣而排出，故Mn起着脱氧去硫作用，能消除钢的热脆性改善热加工性过剩的Mn固溶于钢内，形成含Mn的合金铁素体和合金渗碳体，能提高钢的屈服强度和抗拉强度负作用是使钢的伸长率略有下降，当锰的含量较高时，还会显著降低可焊性34四、磷使钢的屈服点和抗拉强度提高塑性降低、韧性显著下降增加钢的冷脆性(韧性随温度下降而急剧恶化的现象)，对于承受冲击荷载或低温下使用的钢材是有害的使钢的冷弯性能急剧下降，可焊性变差普通碳素钢中磷的含量最多不得超过0.045％35五、硫在钢材热加工过程中产生晶粒的分离，引起钢的断裂，即所谓热脆现象硫的存在也降低了钢的冲击韧性、疲劳强度、可焊性和抗腐蚀性硫为钢的有害成分，其含量受严格控制，普通碳素钢中最高含量不得大于0.055％36六、氧氧也是钢中的有害杂质使钢材强度下降热脆性增加，冷弯性能变差热加工性能和焊接性能下降37七、氮可提高钢的屈服点、抗拉强度和硬度使钢材的塑性和冲击韧性显著下降增大冷脆性、热脆性和时效敏感性，使钢的焊接性能和冷弯性能变差尽量减少钢中氮的含量38第四节

钢的压延加工及热处理

39一、压力热加工压力热加工是将钢锭(或钢材)加热到900～1200℃，通过碾轧或锻压（压延加工），以获得一定大小或形状的钢材或零件压力热加工可消除钢锭中的某些缺陷，从而带来机械性能的提高40二、冷加工及冷加工强化

冷加工工艺是常温下钢材的冷拉、冷拔、冷轧等工艺的总称

冷加工强化是在冷加工过程中，钢材产生了塑性变形，并引起其强度和硬度的提高，塑性和韧性降低

冷加工强化的原因是钢材在塑性变形过程中，晶粒破碎而细化、晶格发生拉长、压扁或歪扭等畸变，晶界处位错密度增大41三、钢的热处理

钢的热处理是通过对钢进行加热、保温、冷却等手段，来改变钢材组织结构，以达到改善性质的一种工艺。基本的热处理工艺如下(1)退火将钢材加热到一定温度，保温若干时间，而后缓慢冷却，称为退火(2)淬火将钢材加热到一定温度，保温一段时间后，在盐水、冷水或油中急速冷却的处理过程，称为淬火淬火的目的是要获得更高强度和硬度的钢材42(3)回火将淬火处理后的钢，再进行加热、冷却处理，称为回火回火的目的是消除钢件的内应力，增加其韧性。回火温度一般在150～6500C范围内(4)正火将钢材加热到一定温度，保持足够时间，然后静置于空气中冷却，称为正火。对于断面尺寸较大的钢件，正火相当于退火的效果(5)调质处理对钢材进行多次淬火、回火等多种处理的综合热处理工艺，称为调质处理43加热保温退火正火淬火回火温度时间44四、钢的时效硬化钢的强度和硬度随时间延长而逐渐增大，塑性和韧性逐渐减退的现象称为时效硬化(简称为时效)时效分为热时效和冷加工时效两种热时效(又称淬火时效)——是低碳钢由高温快速冷却后，其塑性和韧性会随静置时间延长而不断降低的现象

冷加工时效——钢材经冷加工后，将发生冷加工强化现象(如前述)，静置一段时间后，即产生冷加工时效45

淬火时效和冷加工时效可同时发生建筑工程中，将钢筋进行冷加工(如冷拉)，并在常温下放置15~20d后再使用，通过冷加工强化和时效，来提高钢筋的屈服强度，达到节约钢材的目的46第五节

建筑钢材的牌号与应用建筑钢材分为钢结构用钢材和钢筋混凝土用钢筋47一、钢结构用钢材钢结构是用各种型钢、钢板，经焊接、铆接或螺栓连接而成的工程结构钢结构的特点：(1)构件尺寸大，形状复杂，不可能对其进行整体热处理，钢材必须在供货状态下直接工作（2）构件在制作过程中，常需经冷弯焊接等，要求钢材可焊性好，冷加工时效敏感性小(3)结构暴露于自然环境，尤其是水工钢结构多处于潮湿、腐蚀或低温条件下工作，要求钢材具有在所处环境下的可靠性及耐久性48（一）常用钢结构用钢的牌号及性能

碳素结构钢牌号表示方法：字母Q、屈服点值、质量等级（A、B、C、D）及脱氧方法四部分构成如Q235-A·F为屈服点不低于235MPa、A级质量、沸腾钢的碳素结构钢

碳素钢的牌号(屈服值〕增高，钢的含碳量增大，强度提高，塑性降低，冷弯及可焊性下降。质量等级由A至D，钢中有害杂质S、P含量逐渐减少，低温冲击韧性改善，质量提高49建筑工程中常用钢种——Q235Q235钢既有较高的强度，又有较好的塑性及可焊性，是建筑工程中应用广泛的钢种。（Q195及Q215钢的强度低；Q255及Q275钢虽然强度高，但塑性及可焊性较差）

502.低合金结构钢低合金高强度结构钢是在低碳钢基础上，加入适量合金元素冶炼而成牌号表示方法与碳素结构钢相似低合金高强度结构钢比碳素结构钢具有更高的屈服强度，同时还有良好的塑性、冷弯性、可焊性、耐腐蚀性和低温冲击韧性，更适用于大跨度钢结构及大型水工建筑物513.优质碳素结构钢及合金结构钢（1）优质碳素结构钢是生产过程中对质量控制较严（如S＜0.035％、P＜0.035％)，质量较稳定的碳素钢按含Mn量的不同分为（二组）l

普通含Mn量（含Mn量＜0.8％)l

较高含Mn量（含Mn量＜0.7％～1.2％)（2）合金结构钢合金结构钢是合金元素含量较高的钢（在炼钢中，为改善性能而加入超过普通钢允许含量的一种或多种合金元素）52（3）应用

优质碳素结构钢及合金结构钢是用于机械结构的主要钢种在建筑工程及水工钢结构中，常用来加工制作各种轴、杆、铰、高强螺栓等受力构件，以及钢铸件53

(二)建筑及水工钢结构钢材的选用l

一般工程结构，选用普通碳素结构钢Q235-A，Q235-B及低合金高强度结构钢Q345-A、Q345-B等有特殊要求时(如动荷载、严寒地区工程)，应选用专门用途钢材水工钢闸门用Q235、Q345或16Mn钢；埋件选用Q195～Q235l

水电站压力钢管的受力条件可归属于大直径的压力容器，压力钢管宜采用20R、16MnR、15MnVR等压力容器用钢板，以及Q460或Q500高强结构钢钢板54二、钢筋混凝土结构常用钢筋及钢丝

(一)热轧钢筋热轧光圆钢筋

用Q235碳素钢轧制而成的光圆钢筋，强度级别为I级，牌号R2352.热轧带肋钢筋

用低合金镇静钢和半镇静钢轧制，强度等级代号为HRB335、HRB400、HRB500，其中：HRB335，Ⅱ级；HRB400，Ⅲ级；HRB500，介于Ⅲ、Ⅳ级之间553.应用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级光圆及带肋钢筋，适用于普通钢筋混凝土结构用钢筋(简称普通钢筋)

其中：Ⅰ级钢筋强度较低，塑性及可焊性好，主要用于一般钢筋混凝土结构的受力筋及各种钢筋混凝土结构的构造筋Ⅱ、Ⅲ级钢筋强度较高，塑性及可焊性也较好，适用于大、中型钢筋混凝土结构的受力筋

HRB500带肋钢筋，强度高但塑性较差，适用于预应力钢筋混凝土结构中施加预应力的钢筋56(二)冷轧带肋钢筋1、冷轧带肋钢筋按抗拉强度（与热轧钢筋不同）分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170五个牌号572、应用冷轧带肋钢筋具有强度高、塑性好、综合力学性能优良以及握裹力强等优点，既可节约钢材，又可提高结构的整体强度和抗震能力CRB550适宜用作普通钢筋混凝土结构以及用于有抗震要求的结构58（三)预应力混凝土用钢丝及钢绞线1.预应力混凝土用钢丝用优质碳素结构钢热轧盘条经淬火、回火等调质处理后，再冷拉加工制成的高强度钢丝，简称预应力钢丝预应力钢丝分为：冷拉钢丝和消除应力钢丝两种钢丝外形：光面、刻痕及螺旋肋三种59预应力钢丝的代号为：冷拉钢丝——WCD低松弛钢丝——WLR普通松弛钢丝——WNR钢丝外形——光圆（P）、螺旋肋（H）、刻痕（I）预应力钢丝强度高、柔性好、无接头、质量稳定、施工简便、安全可靠，主要用于大型预应力混凝土结构、电杆、轨枕等预制构件602．预应力混凝土用钢铰线预应力混凝土用钢绞线——用冷拉光圆钢丝或冷拉刻痕钢丝捻制而成两根、三根光圆钢丝捻制的钢绞线（1×2、1×3）三根刻痕钢丝捻制的钢绞线（1×3I）钢绞线为盘卷状供货，每盘为一整根，质量不小于1000kg钢绞线主要用于大型预应力混凝土结构，以及岩土锚固工程等61第七节

钢材的腐蚀与防护62

钢材的腐蚀是指钢材受周围的气体、液体等介质作用，产生化学或电化学反应而遭到的破坏6364一、钢材腐蚀的原因(一)化学腐蚀化学腐蚀是指钢材与周围介质直接起化学反应而产生的腐蚀。如在高温中与干燥的O2、NO2、SO2、H2S等气体以及与非电解质的液体发生化学反应，在钢材的表面生成氧化铁、硫化铁等65(二)电化学腐蚀电化学腐蚀是指钢材与介质之间发生氧化还原反应而产生的腐蚀。其特点是