建筑材料.ppt-ppt课件.ppt

1、2020/11/241建筑材料建筑材料树玉秀树玉秀2012,12012,10 02020/11/242020/11/242 2绪论（绪论（introduction)introduction)一、土木工程材料分类一、土木工程材料分类1 1、定义：土木工程中所使用的一切材料及制品。、定义：土木工程中所使用的一切材料及制品。 分类分类 （1 1）按来源分）按来源分 天然材料：竹、木等天然材料：竹、木等 人造材料：砖、瓦、水泥、砼、钢材等人造材料：砖、瓦、水泥、砼、钢材等（2 2）按化学成分）按化学成分 无机材料：金属材料（钢、铁、铝、铜等）；非金无机材料：金属材料（钢、铁、铝、铜等）；非金属材料属材

2、料( (水泥、玻璃、砖瓦、石材）水泥、玻璃、砖瓦、石材） 有机材料：木、竹、沥青、塑料等有机材料：木、竹、沥青、塑料等 复合材料：玻璃纤维增强复合材料：玻璃纤维增强塑料塑料、钢纤维增强砼等、钢纤维增强砼等精品资料2020/11/242020/11/244 4 你怎么称呼老师？ 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？ 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ 教师的教鞭 “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘 ” “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早”2020/11/242020/11/245 5二、土木工程材料在土木工程中作用及重要

3、性二、土木工程材料在土木工程中作用及重要性1 1、土木工程材料是构成土木工程的物质基础。、土木工程材料是构成土木工程的物质基础。2 2、直接影响着或决定着土木工程一些重要性质。、直接影响着或决定着土木工程一些重要性质。（1 1）结构形式：山西应县佛宫寺木塔（）结构形式：山西应县佛宫寺木塔（10551055年）高年）高6666米；米；马来西亚石油双塔楼（砼结构）高马来西亚石油双塔楼（砼结构）高452452米；上海金茂大米；上海金茂大厦（钢砼混合材料结构）高厦（钢砼混合材料结构）高420.5420.5米；米； 上海电视塔（预应力砼结构）上海电视塔（预应力砼结构）468468米；旧金山金门大桥米；旧

4、金山金门大桥（悬索桥）主跨（悬索桥）主跨1280.21280.2米；苏通大桥（斜拉桥）主跨米；苏通大桥（斜拉桥）主跨10881088米、主塔米、主塔300300多米；大跨度的钢结构展览馆；体育多米；大跨度的钢结构展览馆；体育馆；机场航站楼。馆；机场航站楼。0707年有年有3939人在金门大桥自杀，当局人在金门大桥自杀，当局准备化费准备化费50005000万装防护网。万装防护网。-08-10-12-08-10-12京华时报。京华时报。（2 2）安全性）安全性 唐山地震唐山地震 重庆彩虹桥事件（重庆彩虹桥事件（9999年年1 1月月4 4日晚日晚6 6时时5050分分4040多人伤亡）多人伤亡）2

5、020/11/242020/11/246 6（3 3）功能、适用性）功能、适用性 绝热材料、吸声隔声材料、装饰材料、耐热防火材绝热材料、吸声隔声材料、装饰材料、耐热防火材料、防水抗渗材料、耐磨耐腐蚀材料、防爆防辐射料、防水抗渗材料、耐磨耐腐蚀材料、防爆防辐射材料。材料。（4 4）经济性）经济性 优良的建材能满足：优良的建材能满足： 足够的强度（承载）足够的强度（承载） 较轻（减轻地基负荷）较轻（减轻地基负荷） 相应的耐久性（降低维修费）相应的耐久性（降低维修费） 美观美观 功能要求功能要求 低能耗低能耗 环保环保2020/11/242020/11/247 7三、土木工程材料的发展趋势三、土木工

6、程材料的发展趋势1 1、上古时期人类野处穴居、上古时期人类野处穴居 旧石器时代的北京猿人（旧石器时代的北京猿人（6969万年前）住天然岩洞。万年前）住天然岩洞。 北京周口店龙骨山山顶洞人（北京周口店龙骨山山顶洞人（1800018000年前）住天然年前）住天然岩洞。岩洞。 巢氏教民构木为巢，居于树上。巢氏教民构木为巢，居于树上。2 2、砖木房屋、砖木房屋 土坯（土坯（80008000年欧洲）年欧洲） 凿琢自然石（凿琢自然石（5000600050006000年前）年前） 砖（砖（30003000年前）年前） 秦砖汉瓦（秦砖汉瓦（20002000年前）年前） 钢筋混凝土（钢筋混凝土（1919世纪）世

7、纪） 化学建材具有特殊功能的新型建材化学建材具有特殊功能的新型建材2020/11/242020/11/248 83 3 、展望、展望 发展方向：环保、节能、轻质高强、多功能、结构发展方向：环保、节能、轻质高强、多功能、结构功能一体化、构件化、单元化。功能一体化、构件化、单元化。（1 1）墙体材料）墙体材料 非黏土砖的应用非黏土砖的应用（2 2）轻质高强混凝土、改性混凝土、预应力混凝土）轻质高强混凝土、改性混凝土、预应力混凝土四、本课程的主要内容及学习方法四、本课程的主要内容及学习方法 水泥、混凝土、钢材、沥青、塑料的生产、性能及水泥、混凝土、钢材、沥青、塑料的生产、性能及应用是重点。应用是重点

8、。 听课、作业、实验。听课、作业、实验。 闭卷考试（考试成绩占闭卷考试（考试成绩占80%80%、平时成绩、平时成绩20%20%）。）。2020/11/242020/11/249 9第一章第一章 土木工程材料的基本性质土木工程材料的基本性质土木工程材料受到诸多因素的影响：土木工程材料受到诸多因素的影响： 力学作用（外力、自重、风力、地震）力学作用（外力、自重、风力、地震） 物理作用（雨、雪、霜、干湿循环、冻融循环、火）物理作用（雨、雪、霜、干湿循环、冻融循环、火） 化学作用（风化、酸碱盐侵蚀）化学作用（风化、酸碱盐侵蚀）材料的性能是多方面的，必须与使用环境相适应。材料的性能是多方面的，必须与使用

9、环境相适应。1.1.11.1.1材料的组成材料的组成1 1、化学组成（化学元素、化合物种类及数量）、化学组成（化学元素、化合物种类及数量） 决定材料的：抗酸碱侵蚀性、可燃性、耐火性、钢材决定材料的：抗酸碱侵蚀性、可燃性、耐火性、钢材的锈蚀等。的锈蚀等。2 2、矿物组成（矿物种类和数量）、矿物组成（矿物种类和数量）1-11-1材料科学的基本理论材料科学的基本理论2020/11/242020/11/2410103 3、 相组成（结构相近性质，相同的均匀部分）相组成（结构相近性质，相同的均匀部分） 气相、液相、固相：一般材料气相、液相、固相：一般材料 铁素体、渗碳体、珠光体：钢铁素体、渗碳体、珠光体

10、：钢 集料相、基相、界面相：砼集料相、基相、界面相：砼1.1.21.1.2材料的结构和构造材料的结构和构造1 1、宏观结构、宏观结构（1 1）宏观结构的孔隙特征）宏观结构的孔隙特征 致密结构：金属、玻璃、塑料致密结构：金属、玻璃、塑料 多孔结构：加气混凝土、泡沫混凝土、轻质多孔材料多孔结构：加气混凝土、泡沫混凝土、轻质多孔材料 微孔结构：石膏制品微孔结构：石膏制品2020/11/242020/11/241111（2 2）按组织构造特征）按组织构造特征 堆聚结构：混凝土、砂浆、沥青混合料堆聚结构：混凝土、砂浆、沥青混合料 纤维结构：木材、玻璃钢纤维结构：木材、玻璃钢 层状结构：胶合板层状结构：胶

11、合板 散粒结构：混凝土集料散粒结构：混凝土集料2 2、细观结构（以光学显微镜观察）、细观结构（以光学显微镜观察） 混凝土的基相、集料相、界面相混凝土的基相、集料相、界面相 钢铁的铁素体、珠光体、渗碳体钢铁的铁素体、珠光体、渗碳体 木材的木纤维、导管髓线、树脂道木材的木纤维、导管髓线、树脂道3 3、微观结构（用中子显微镜或、微观结构（用中子显微镜或x x射线分析射线分析) ) 晶体：钢铁材料晶体：钢铁材料 玻璃体：火山灰玻璃体：火山灰 、炉渣、玻璃、炉渣、玻璃 胶体：胶粒胶体：胶粒 （粒径（粒径 10 10-7-7-10-10-10-10）作为分散相，分散在连）作为分散相，分散在连续相（水、气、

12、溶剂）中续相（水、气、溶剂）中 形成的分散体。形成的分散体。2020/11/242020/11/2412121.21.2材料的基本物理性质材料的基本物理性质1.2.11.2.1材料的密度、表观密度、堆积密度材料的密度、表观密度、堆积密度1.1.密度密度 绝对密实状态下，材料单位体积的质量。绝对密实状态下，材料单位体积的质量。 =m/v=m/v -g/cm-g/cm3 3 m-g m-g V-cm V-cm3 3近似密度近似密度a a ：用排液置换法直接测得的砂、碎石的密：用排液置换法直接测得的砂、碎石的密度度, ,有的教科书称为碎石等的表观密度。有的教科书称为碎石等的表观密度。2.2.表观密度

13、表观密度 在自然状态下，材料单位体积的质量。在自然状态下，材料单位体积的质量。 0 0 =m/v=m/v0 0 V V0 0-表观体积（包含内部孔隙的体积）表观体积（包含内部孔隙的体积）3.3.堆积密度堆积密度 0 0 =m/v=m/v0 02020/11/242020/11/2413131 1.2.2.2.2材料的密实度与孔隙度材料的密实度与孔隙度1.1.密实度密实度 材料的体积内被固体物质充实的程度材料的体积内被固体物质充实的程度 D=v/vD=v/v0 0* *100% 100% 或或D=D=0 0/ /* *100%100%2.2.孔隙率孔隙率 P P= =（v v0 0-v-v）/v

14、/v0 0=1-D=1-D1 1.2.3.2.3材料的填充率与空隙率材料的填充率与空隙率1.1.填充率：某堆积体中，被散粒材料的颗粒所填充的程度填充率：某堆积体中，被散粒材料的颗粒所填充的程度 D=vD=v0 0/v/v0 0* *100% 100% 或或D= D= 0 0/0 0* *100%100%2.2.空隙率空隙率 P =1-DP =1-D2020/11/242020/11/2414141.2.41.2.4材料与水的关系材料与水的关系1. 1. 材料的亲水性与憎水性材料的亲水性与憎水性 亲水材料亲水材料9090 憎水材料憎水材料 9090 - -润湿边角润湿边角 石灰岩、玄武岩属于憎水

15、岩石，与沥青粘结力强，常石灰岩、玄武岩属于憎水岩石，与沥青粘结力强，常用来做铺路材料。用来做铺路材料。 花岗岩属亲水岩石，与沥青粘结力不强，遇水易剥落，花岗岩属亲水岩石，与沥青粘结力不强，遇水易剥落，即水稳定性差不宜用做铺路材料。即水稳定性差不宜用做铺路材料。2.2.材料的吸水性与湿性材料的吸水性与湿性（1 1）含水率）含水率 所含水的质量与干燥状态下材料的质量所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比之比 W W= =（m m1 1-m-m）/m/m* *100%100% m m-材料干燥状态下的质量，材料干燥状态下的质量，g g m m1 1-材料在含水状态下的质量，材料在含水状态下的质量，g

16、 g2020/11/242020/11/241515（2 2）吸水性）吸水性 吸水率：材料吸水饱和时的含水率。吸水率：材料吸水饱和时的含水率。 致密岩石：致密岩石：0.5-0.7%0.5-0.7% 混凝土：混凝土：2-3%2-3% 粘土砖：粘土砖：8-20%8-20% 木材等：木材等：100%100%（3 3）吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质，具有）吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质，具有 可逆性。可逆性。 影响：木制门窗、保温材料影响：木制门窗、保温材料3.3.材料的耐水性：材料抵抗水破坏作用的能力。材料的耐水性：材料抵抗水破坏作用的能力。（1 1）破坏作用）破坏作用 力学性质方面

17、力学性质方面 光学性质方面光学性质方面 装饰性质方面装饰性质方面2020/11/242020/11/241616（2 2）软化系数）软化系数 材料在吸水饱和状态下抗压强度材料在吸水饱和状态下抗压强度/ /材料在干燥状态下材料在干燥状态下的抗压强度的抗压强度 长期受水浸泡或处于潮湿环境中的重要建筑，其材长期受水浸泡或处于潮湿环境中的重要建筑，其材料的软化系数料的软化系数0.850.85。4.4.材料的抗渗性材料的抗渗性 材料抵抗压力水渗透的性质。材料抵抗压力水渗透的性质。 K=Qd/AtHK=Qd/AtH K-K-渗透系数，渗透系数，cm/hcm/h Q-Q-透水量，透水量，cmcm3 3 D-

18、D-试件厚度，试件厚度，cmcm A -A -透水面积，透水面积，cmcm2 2 t-t-时间，时间，h h H-H-静水压力水头，静水压力水头，cmcm K K越小，抗渗性越好。越小，抗渗性越好。2020/11/242020/11/2417171-3 1-3 材料的基本力学性质材料的基本力学性质1.3.11.3.1材料的强度材料的强度(strength)(strength) 材料在外力作用下，抵抗破坏的能力材料在外力作用下，抵抗破坏的能力 抗压强度抗压强度 、抗拉强度、抗拉强度 、抗剪强度、抗剪强度 f=F f=Fmaxmax/A /A 抗弯强度抗弯强度 f=3F f=3FmaxmaxL/2

19、bhL/2bh2 2 ( (单点集中加荷）；单点集中加荷）；f=Ff=FmaxmaxL/bhL/bh2 2 ( (三分点集中加荷）三分点集中加荷） 土木工程材料常根据其强度划分为若干不同的等级。土木工程材料常根据其强度划分为若干不同的等级。1.3.21.3.2弹性与塑性弹性与塑性(elasticity and plasticity)(elasticity and plasticity) 弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力除去后变弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力除去后变形随即消失，完全恢复原来形状的性质称为弹性。这形随即消失，完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种可完全恢复的变形称为弹性

20、变形。种可完全恢复的变形称为弹性变形。 塑性：材料在外力作用下，当压力超过一定限值时产塑性：材料在外力作用下，当压力超过一定限值时产生显著变形，且不产生裂缝或发生断裂，外力取消后，生显著变形，且不产生裂缝或发生断裂，外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸的性质。这种不能恢复的仍保持变形后的形状和尺寸的性质。这种不能恢复的变形称为塑性变形。变形称为塑性变形。2020/11/242020/11/2418181.3.41.3.4脆性与韧性脆性与韧性(shortness/brittleness and (shortness/brittleness and toughness) toughness) 脆性

21、：材料发生突然破坏之前无明显的塑性变形。脆性：材料发生突然破坏之前无明显的塑性变形。 如陶瓷、玻璃、石材、砖瓦、铸铁。如陶瓷、玻璃、石材、砖瓦、铸铁。 韧性：在冲击、振动荷载作用下，材料能够吸收较韧性：在冲击、振动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量不发生破坏的性质。也称冲击韧性。如大的能量不发生破坏的性质。也称冲击韧性。如. .建筑钢材（软钢），木材等。建筑钢材（软钢），木材等。 桥梁、吊车梁及有抗震要求的工程中，结构材料要桥梁、吊车梁及有抗震要求的工程中，结构材料要有较好的韧性。有较好的韧性。1.41.4材料的耐久性材料的耐久性(durability)(durability) 定义：材料在使

22、用中，抵抗其自身和环境的长期破定义：材料在使用中，抵抗其自身和环境的长期破坏作用，保持其原有性能而不破坏、不变质的能力。坏作用，保持其原有性能而不破坏、不变质的能力。 内容：抗风化、抗酸碱盐侵蚀、抗渗、耐水、抗冻内容：抗风化、抗酸碱盐侵蚀、抗渗、耐水、抗冻等性能，属于综合指标。等性能，属于综合指标。2020/11/242020/11/241919第二章建筑钢材第二章建筑钢材(steel material)(steel material) 建筑钢材包括：钢筋混凝土结构的钢筋、钢丝和用于建筑钢材包括：钢筋混凝土结构的钢筋、钢丝和用于钢结构各种型钢如钢管、槽钢、工字钢、角钢等。钢结构各种型钢如钢管、

23、槽钢、工字钢、角钢等。2-1 2-1 钢材的化学组成钢材的化学组成1 1、主要成分：铁、碳、合金元素、杂质。、主要成分：铁、碳、合金元素、杂质。2 2、分类、分类 按化学成分分为碳素钢和合金钢按化学成分分为碳素钢和合金钢（1 1）碳素钢）碳素钢 低碳钢低碳钢 含碳量小于含碳量小于0.25%0.25% 中碳钢中碳钢 含碳量含碳量0.25%0.25%，0.6%0.6%） 高碳钢高碳钢 含碳量大于含碳量大于0.6%0.6%（2 2）合金钢）合金钢 低合金钢低合金钢 合金元素含量小于合金元素含量小于 5% 5% 中合金钢中合金钢 合金元素含量合金元素含量 5% 5%，10%10%2020/11/242

24、020/11/242020 高合金钢：合金元素含量大于高合金钢：合金元素含量大于 10% 10% 建筑钢材含碳量一般为不超过建筑钢材含碳量一般为不超过0.8%0.8%的碳素钢及低合的碳素钢及低合金钢。金钢。3 3、各元素对钢材性能的影响、各元素对钢材性能的影响（1 1）碳）碳它与铁原子的结合方式有：它与铁原子的结合方式有： 固溶体：形成铁素体，含碳量极少。固溶体：形成铁素体，含碳量极少。 化合物（化合物（F Fe3e3C C）：形成渗碳体，含碳量较高。）：形成渗碳体，含碳量较高。 机械混合物：形成珠光体，含碳量在二者之间。机械混合物：形成珠光体，含碳量在二者之间。 含碳量含碳量，珠光体，珠光体

25、，强度，强度，塑性、韧性、可焊，塑性、韧性、可焊性性（0.6%0.6%时，可焊性很差）。时，可焊性很差）。（2 2）合金元素）合金元素 硅硅 含量低于含量低于1%1%时，能提高钢材的强度。时，能提高钢材的强度。 锰锰 含量含量1%-2%1%-2%，提高钢材的强度。，提高钢材的强度。 钛钛 强度强度 ，韧性、可焊性，韧性、可焊性。2020/11/242020/11/242121 其化学性质稳定，耐腐蚀其化学性质稳定，耐腐蚀( (抵抗海水腐蚀能力很强），抵抗海水腐蚀能力很强），主要用于飞机、火箭、导弹、飞船等，少量用于冶金、主要用于飞机、火箭、导弹、飞船等，少量用于冶金、能源、交通医疗及石化工业。

26、能源、交通医疗及石化工业。 矾矾 强度强度 铌铌 强度强度（3 3）杂质元素）杂质元素 磷磷 强度强度 ，可焊性，可焊性 ，冷脆性，冷脆性 。 有益作用：提高强度、硬度、耐磨性、改善切削性，耐有益作用：提高强度、硬度、耐磨性、改善切削性，耐大气腐蚀性强，大气腐蚀性强，在低合金钢中可配合其它元素做合金元在低合金钢中可配合其它元素做合金元素用，军事上利用其脆性制造炮弹增大杀伤力。素用，军事上利用其脆性制造炮弹增大杀伤力。普通碳素钢普通碳素钢 磷含量磷含量0.045%0.045%优质碳素钢优质碳素钢 磷含量磷含量0.035%0.035%高级优质碳素钢高级优质碳素钢 磷含量磷含量0.030%0.030

27、% 2020/11/242020/11/242222 硫硫 极有害元素极有害元素 可焊性可焊性 ，热脆性，热脆性，热加工性，热加工性普通碳素钢普通碳素钢 硫含量硫含量0.055%0.055%优质碳素钢优质碳素钢 硫含量硫含量0.040%0.040%高级优质碳素钢高级优质碳素钢 硫含量硫含量 0.02%-0.03% 0.02%-0.03% 氧氧 韧性、可焊性韧性、可焊性 氮氮 强度强度 ，塑性、韧性，塑性、韧性 包括：抗拉、冷弯、冲击韧性、硬度和耐疲劳性。包括：抗拉、冷弯、冲击韧性、硬度和耐疲劳性。2.2.12.2.1抗拉性能抗拉性能(tensile strength)(tensile stre

28、ngth) 属最重要的性能，主要技术指标有：屈服点、抗拉强度、属最重要的性能，主要技术指标有：屈服点、抗拉强度、伸长率。伸长率。2-22-2建筑钢材的主要力学性能建筑钢材的主要力学性能2020/11/242020/11/2423231 1、- -图图 OAOA：弹性阶段：弹性阶段 ABAB：弹塑性阶段：弹塑性阶段 BCBC：塑性阶段：塑性阶段 CDCD：强化阶段：强化阶段 DDDD：破坏阶段：破坏阶段 （颈缩、断裂）（颈缩、断裂）插图插图p24p242020/11/242020/11/2424242 2、指标、指标(indexes)(indexes) 弹性极限弹性极限p p 弹性范围内，所能承

29、受最大的力。弹性范围内，所能承受最大的力。 弹性模量弹性模量E E 弹性模量大，抗变形能力强。弹性模量大，抗变形能力强。 上屈服点上屈服点su su 屈服阶段，所能承受最大的力。屈服阶段，所能承受最大的力。 下屈服点下屈服点slsl 对试验条件较不敏感。对试验条件较不敏感。 屈服强度屈服强度s s 取为下屈服点取为下屈服点 抗拉强度抗拉强度b b 抗拉试验中，所能承受最大的力。抗拉试验中，所能承受最大的力。 强屈比强屈比b b / / s s 大于大于1.21.2，影响材料安全及利用率。，影响材料安全及利用率。 硬钢的屈服点硬钢的屈服点 0.20.2 产生残余变形达到原始长度产生残余变形达到原

30、始长度0.2% 0.2% 时所对应的应力。时所对应的应力。 断后伸长率断后伸长率 = =（l l1 1-l-l0 0）/l/l0 0* *100% 100% 对于钢筋一般对于钢筋一般 8-27% 8-27%。反映钢材的塑性。反映钢材的塑性。 5 51010 (5(5，1010为试件为试件的长、径直比）。的长、径直比）。工程上把工程上把10105%5%的材料成为塑性材料；的材料成为塑性材料； 10105%5%的为的为脆性材料。脆性材料。2020/11/242020/11/2425252.2.2 2.2.2 冷弯性能冷弯性能(cold bending property) (cold bending

31、 property) 1 1、定义、定义 钢材在钢材在常温下常温下承受弯曲变形的能力。承受弯曲变形的能力。2 2、物理意义、物理意义 一定程度上揭示钢材是否存在内部组织的一定程度上揭示钢材是否存在内部组织的不均匀、内应力、夹杂物未融合及微裂纹等缺陷，能不均匀、内应力、夹杂物未融合及微裂纹等缺陷，能反映冶金质量和焊接质量。反映冶金质量和焊接质量。3 3、冷弯实验、冷弯实验 试件长度试件长度 L=5a+150(mm); L=5a+150(mm);试验角度试验角度180180； 弯心直径弯心直径d=0,0.5a,a,2a,3ad=0,0.5a,a,2a,3a a- a-试件厚度或直径；试件厚度或直径

32、； 试验温度试验温度10-3510-35； 缓慢加载。缓慢加载。4 4、指标、指标 弯曲角度，弯曲角度，弯心直径弯心直径/ /试件厚度或直径试件厚度或直径2020/11/242020/11/2426262.2.32.2.3冲击韧性冲击韧性(impact toughness)(impact toughness)1 1、定义：钢材抵抗冲击载荷的能力。、定义：钢材抵抗冲击载荷的能力。2 2、冲击韧性试验、冲击韧性试验3 3冲击韧性值：冲击韧性值：K Kv v=GH=GH1 1-GH-GH2 24 4、冷脆性：钢材在低温下，呈现脆性的现象。、冷脆性：钢材在低温下，呈现脆性的现象。5 5、脆性临界温度：

33、钢材在降到某一温度范围时，、脆性临界温度：钢材在降到某一温度范围时，冲击韧性急剧下降，而呈现脆性，该温度即为冲击韧性急剧下降，而呈现脆性，该温度即为脆性临界温度。脆性临界温度。6 6、时效：钢材随时间延长强度提高、时效：钢材随时间延长强度提高、塑性和韧性塑性和韧性下降的现象。下降的现象。7 7、时效敏感性：因时效而导致性能改变的程度。、时效敏感性：因时效而导致性能改变的程度。受动载的结构物如桥梁等，应选用时效敏感性受动载的结构物如桥梁等，应选用时效敏感性小的钢材。小的钢材。2020/11/242020/11/2427278 8、实例、实例(instances)(instances) 国外一钢桥

34、在夜间温度骤降下，因冷脆而塌落。国外一钢桥在夜间温度骤降下，因冷脆而塌落。 Poland Poland 一跨度一跨度76.676.6米的钢梁组合桥（米的钢梁组合桥（composite composite bridge)bridge)于于1987.1.81987.1.8在温度在温度-35-35发生塌毁事故。发生塌毁事故。 我国北方我国北方6060年代初，一钢筋混泥土梁，因钢筋焊接接年代初，一钢筋混泥土梁，因钢筋焊接接头冷脆而塌落的事故。头冷脆而塌落的事故。 选用钢材时，在负温使用下的结构应选用脆性临界温选用钢材时，在负温使用下的结构应选用脆性临界温度较使用温度为低的钢材。度较使用温度为低的钢材。

35、 2.2.42.2.4硬度硬度(hardness)(hardness)1 1、定义、定义 指钢材表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性指钢材表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力。是钢材变形的能力。是钢材弹性、塑性、强度、韧性及变形弹性、塑性、强度、韧性及变形强化率强化率等的综合反映。等的综合反映。2 2、布氏硬度、布氏硬度(Brinell hardness) HB=P/(Brinell hardness) HB=P/（DhDh) ) P-P-压入载荷，压入载荷，N;N;D D- -钢球直径，钢球直径，mm;mm;H H- -压入深度，压入深度，mmmm。2020/11/242020/11/

36、242828F,DF,D是定值，只要测出是定值，只要测出d,d,再查表即可。再查表即可。硬度计压头为淬火钢球时用硬度计压头为淬火钢球时用HBSHBS表示适用于表示适用于HBHB450450的材料；的材料；压头为硬质合金钢球时用压头为硬质合金钢球时用HBWHBW表示，适用于表示，适用于450HB650450HB650的的材料。材料。标注方法：标注方法：170HBS10/3000/30170HBS10/3000/30170-170-布氏硬度值布氏硬度值10-10-钢球直径钢球直径(mm)(mm)3000-3000-试验力试验力F F值（值（kgf)kgf)30-30-加压持续时间（加压持续时间（s

37、)s)3 3、布氏硬度值与抗拉强度的相关性、布氏硬度值与抗拉强度的相关性 碳素钢：碳素钢： HBHB175175时，时，b b=3.6HB=3.6HB HBHB175时，时，b b=3.5HB =3.5HB 根据以上关系，可在钢结构上原位测得的根据以上关系，可在钢结构上原位测得的HBHB值估算值估算b b。2020/11/242020/11/2429294 4、洛氏硬度、洛氏硬度(Rockwell hardness)(Rockwell hardness)根据压头压入试件的深度大小确定材料的硬度值。一般用于判断机械零根据压头压入试件的深度大小确定材料的硬度值。一般用于判断机械零件的热处理效果。数

38、值可直接从硬度计仪表盘读出。件的热处理效果。数值可直接从硬度计仪表盘读出。1 1）包括）包括4 4种类型种类型: :HRA:120HRA:120金刚石圆锥压头，测量范围金刚石圆锥压头，测量范围6085HRA,6085HRA,试验力试验力588.4N;588.4N;HRB:HRB:直径直径1.588mm1.588mm钢球压头，钢球压头，25100 HRB,980.7N;25100 HRB,980.7N;HRC:HRC:金刚石圆锥压头金刚石圆锥压头,2067 HRC,1471N;,2067 HRC,1471N;（生产中使用最多）（生产中使用最多）HRD:HRD:金刚石圆锥压头金刚石圆锥压头,407

39、7 HRC,980.7N.,4077 HRC,980.7N.2 2）标注：）标注：60HRC60HRC3 3）HRC:HB=1:10(HRC:HB=1:10(当当HBSHBS220220时）时）5 5、维氏硬度（、维氏硬度（Vickers hardness)Vickers hardness)压头为金刚石正四棱锥，用压头为金刚石正四棱锥，用HVHV表示。表示。2.2.52.2.5 耐疲劳性耐疲劳性 1 1、钢材的疲劳破坏：指在交变应力作用下，钢材在应力远小于、钢材的疲劳破坏：指在交变应力作用下，钢材在应力远小于b b时发时发生断裂的现象。生断裂的现象。2 2、疲劳极限、疲劳极限r r 在疲劳试验

40、中，试件在交变应力作用下，于规定的周在疲劳试验中，试件在交变应力作用下，于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。2020/11/242020/11/2430303 3、应力比值、应力比值 = =minmin/ / maxmax 测定钢筋疲劳极限时，通常采用拉应力循环。测定钢筋疲劳极限时，通常采用拉应力循环。 非预应力筋非预应力筋 =0.1-0.8=0.1-0.8 预应力筋预应力筋 =0.7-0.85=0.7-0.85 周期基数周期基数 200 200万次或万次或400400万次以上。万次以上。4 4、钢材疲劳破坏的原因、钢材疲劳破坏的原因 微小缺陷

41、，表面质量不好裂纹形成裂纹扩展断裂2.3 2.3 钢材的冷加工强化、时效强化、热处理和焊接钢材的冷加工强化、时效强化、热处理和焊接1、钢材的冷加工强化、钢材的冷加工强化指将钢材在常温下进行指将钢材在常温下进行冷拉、冷拔或冷轧冷拉、冷拔或冷轧（热轧：（热轧：12001300），），产生塑性变形产生塑性变形屈服强度屈服强度 ：塑性、韧性、弹模：塑性、韧性、弹模2020/11/242020/11/2431312 2、时效处理、时效处理 将经过冷加工后的钢材于常温下存放将经过冷加工后的钢材于常温下存放15-2015-20天，或加热天，或加热到到 100 100-200-200，并保持一段时间，这一过程

42、就是时，并保持一段时间，这一过程就是时效处理。效处理。 前者称自然时效，后者为人工。前者称自然时效，后者为人工。 一般强度较低的钢筋可采用自然时效，强度较高的钢一般强度较低的钢筋可采用自然时效，强度较高的钢筋应采用人工时效处理。筋应采用人工时效处理。时效处理抗拉强度略有提高塑性、韧性下降弹模基本恢复屈服强度提高2020/11/242020/11/2432322.3.22.3.2钢材的热处理钢材的热处理1 1、退火：用于冷加工后的钢材处理，以、退火：用于冷加工后的钢材处理，以减少冷加工产减少冷加工产生的各种缺陷，消除内应力生的各种缺陷，消除内应力。分为：。分为： 低温退火：加热温度在铁素体等转变

43、温度以下，是少低温退火：加热温度在铁素体等转变温度以下，是少量位错重新排列。量位错重新排列。 完全退火：加热温度高于相变温度，达到完全退火：加热温度高于相变温度，达到800800850850度，度，在经适当保温后缓慢冷却，使钢材再结晶。在经适当保温后缓慢冷却，使钢材再结晶。2 2、淬火和回火（二者通常相连）、淬火和回火（二者通常相连）（1 1）淬火：加热到相变温度（）淬火：加热到相变温度（723723度）以上，保温使组度）以上，保温使组织完全转变，即投入冷却介质（水或矿物油）中急冷，织完全转变，即投入冷却介质（水或矿物油）中急冷，使转变为不稳定介质：强度、硬度使转变为不稳定介质：强度、硬度，塑

44、性、韧性，塑性、韧性。（2 2）回火：在淬火之后进行，加热温度在转变温度以）回火：在淬火之后进行，加热温度在转变温度以下（下（150650150650度），保温后按一定速度冷却至室温。度），保温后按一定速度冷却至室温。 消除淬火内应力，硬度消除淬火内应力，硬度，塑性、韧性，塑性、韧性。2020/11/242020/11/243333 我国生产的热处理钢筋采用中碳低合金钢经油浴淬火我国生产的热处理钢筋采用中碳低合金钢经油浴淬火和铅浴高温（和铅浴高温（500-600500-600度）回火制得。其组织为铁素体度）回火制得。其组织为铁素体和均匀分布的细颗粒渗碳体。和均匀分布的细颗粒渗碳体。2.3.32

45、.3.3钢材的焊接钢材的焊接1 1、焊接方法、焊接方法（1 1）电弧焊（钢结构）焊条与焊件之间产生）电弧焊（钢结构）焊条与焊件之间产生高温电弧高温电弧，将焊条与焊件金属将焊条与焊件金属熔化熔化，凝固后形成，凝固后形成焊缝焊缝。（2 2）电渣压力焊（钢筋）电渣压力焊（钢筋） 电流通过电流通过渣池渣池产生电阻热将产生电阻热将钢筋钢筋端部熔化端部熔化，施加压力使钢筋，施加压力使钢筋焊合焊合。2 2、焊接质量的检验、焊接质量的检验 取样试件试验（钢筋接头）取样试件试验（钢筋接头） 原位非破损检测（钢结构）原位非破损检测（钢结构） 超声波、超声波、射线、磁力、射线、磁力、荧光等。荧光等。3 3、实例：鸟

46、巢体育场钢结构（钢号、实例：鸟巢体育场钢结构（钢号Q460Q460）焊缝总长）焊缝总长300Km300Km，超声波检验合格率，超声波检验合格率100%100%。2020/11/242020/11/2434342-42-4钢材的防火与防腐钢材的防火与防腐2.4.12.4.1钢材的防火钢材的防火1 1、高温对钢材的性能有很大影响（高温蠕变）、高温对钢材的性能有很大影响（高温蠕变）: : 250250度时，度时，b b,k k,称蓝脆现象。称蓝脆现象。 大于大于300度时，度时，b b， s s . 600度时，强度度时，强度 （-2/3），不能承载。），不能承载。2、防火措施、防火措施（1）设置防

47、火板）设置防火板（2）涂刷防火涂料）涂刷防火涂料 非膨胀型防火涂料非膨胀型防火涂料 难难(不不) 燃性树脂燃性树脂+难燃剂难燃剂+防火填料。防火填料。 膨胀型防火涂料膨胀型防火涂料 难难(不不) 燃性树脂燃性树脂+难燃剂难燃剂+成碳剂成碳剂+脱水成碳催化剂脱水成碳催化剂+发发泡剂泡剂2020/11/242020/11/2435352.4.22.4.2钢材的锈蚀与防止钢材的锈蚀与防止1 1、主要原因、主要原因（1 1）化学锈蚀）化学锈蚀 钢材与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀。主钢材与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀。主要是要是氧化作用氧化作用引起，环境干燥时较慢而在潮湿的环境，引起，环

48、境干燥时较慢而在潮湿的环境，和温度较高时则速度较快。空气中的二氧化碳，二氧和温度较高时则速度较快。空气中的二氧化碳，二氧化硫也能引起。化硫也能引起。（2 2）电化学腐蚀）电化学腐蚀 金属在潮湿的气体中或导电溶液（电解质）中，形成金属在潮湿的气体中或导电溶液（电解质）中，形成微电池微电池而引起的腐蚀，是最主要的腐蚀形式。而引起的腐蚀，是最主要的腐蚀形式。1 1）钢的表面在电解质溶液中形成）钢的表面在电解质溶液中形成微电池微电池：铁素体铁素体- -阳极，失去电子成为阳极，失去电子成为FeFe2+2+进入水膜；进入水膜；渗碳体渗碳体- -阴极，溶于水中的氧被还原成阴极，溶于水中的氧被还原成OHOH-

49、 -; ;2020/11/242020/11/243636二者反应最终产物为疏松易剥落的红棕色铁锈二者反应最终产物为疏松易剥落的红棕色铁锈Fe(OH)Fe(OH)3.3. .随暴露出的渗碳随暴露出的渗碳体越来越多，微电池也越来越多，锈蚀也日益加速。体越来越多，微电池也越来越多，锈蚀也日益加速。2 2）铁铜接触形成微电池）铁铜接触形成微电池( (二者之间存在电解质）二者之间存在电解质）铁的电极电位低铁的电极电位低(-0.44v)(-0.44v)，为阳极不断失去电子而被溶解；铜的电极电，为阳极不断失去电子而被溶解；铜的电极电位高位高(+0.33v)(+0.33v)为阴极在其上放出氢气。为阴极在其上

50、放出氢气。提高电极电位提高电极电位-在钢中加入在钢中加入CrCr、NiNi、SiSi等合金，如在铁中加铬等合金，如在铁中加铬11.7%11.7%时，时，可把合金的电位提高到可把合金的电位提高到+0.2v,+0.2v,能有效地抵抗空气、水、酸碱盐腐蚀；能有效地抵抗空气、水、酸碱盐腐蚀；尽量获得单相组织尽量获得单相组织-在钢中加入在钢中加入CrCr、NiNi、SiSi等合金，使之在常温下形成等合金，使之在常温下形成单相铁素体、奥氏体、马氏体，难以形成微电池；单相铁素体、奥氏体、马氏体，难以形成微电池；形成氧化膜（钝化膜）形成氧化膜（钝化膜）-在钢中加入在钢中加入CrCr、SiSi、AlAl等合金等