建筑金属材料.ppt

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1、第八章 建筑金属材料 建 筑 钢 材 可用作主要的结构材料、也可以用作连接材料、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。围护材料和饰面材料等。优点：优点：高的抗拉强度高的抗拉强度 易于加工成板材、型材和线材易于加工成板材、型材和线材 良好的焊接和铆接性能良好的焊接和铆接性能 缺点：缺点：易锈蚀、维护费用高易锈蚀、维护费用高 耐火性差耐火性差 生产能耗大生产能耗大8.1 建筑钢材基本知识 一、铁的概念一、铁的概念 定义：将铁矿石在高炉内熔炼，并以碳还原其中定义：将铁矿石在高炉内熔炼，并以碳还原其中的氧化铁而得到含碳量大于的氧化铁而得到含碳量大于2 2的铁碳合金，称为的铁碳

2、合金，称为生铁。生铁。根据碳与铁的结合形态分为：白口铁与灰口铁。根据碳与铁的结合形态分为：白口铁与灰口铁。灰口铁也称为铸铁。灰口铁也称为铸铁。用途：在建筑工程中，铸铁主要用来铸造上、下用途：在建筑工程中，铸铁主要用来铸造上、下水管，连接件，窑井和排水沟盖等。水管，连接件，窑井和排水沟盖等。二、钢 的 概 念 炼钢的原理炼钢的原理将熔融的生铁进行氧化，使碳的将熔融的生铁进行氧化，使碳的含量降低到一定限度，同时把其它杂质的含量也含量降低到一定限度，同时把其它杂质的含量也降低到容许的范围内。降低到容许的范围内。即：即：含碳量在含碳量在含碳量在含碳量在2 2以下，有害杂质含量较少的以下，有害杂质含量较

3、少的以下，有害杂质含量较少的以下，有害杂质含量较少的FeCFeC合金称为钢合金称为钢合金称为钢合金称为钢主要炼钢方法：空气转炉炼钢主要炼钢方法：空气转炉炼钢法法 氧气转炉炼钢法氧气转炉炼钢法 平炉炼钢法平炉炼钢法 电炉炼钢法电炉炼钢法 依据脱氧程度：沸腾钢、半镇静钢、依据脱氧程度：沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。镇静钢、特殊镇静钢。钢材的加工 目的：通过压力加工，去除铸锭过程中所出现的目的：通过压力加工，去除铸锭过程中所出现的偏析、气泡、晶粒粗大、组织不致密等缺陷。偏析、气泡、晶粒粗大、组织不致密等缺陷。分：分：热加工热加工将钢锭加热至呈塑性状态，再施将钢锭加热至呈塑性状态，再施加压力改

4、变其形状，并使钢锭内部气泡焊合、疏加压力改变其形状，并使钢锭内部气泡焊合、疏松组织密实。松组织密实。钢锭钢锭型钢、钢筋型钢、钢筋 冷加工冷加工是指钢材在常温下进行的压力加工。是指钢材在常温下进行的压力加工。如冷拉、冷拔、冷扭。冲压和挤压等。如冷拉、冷拔、冷扭。冲压和挤压等。钢 材 的 分 类 按化学成分：按化学成分：低碳钢（含低碳钢（含C C量量0.250.60%0.60%）低合金钢（合金元素总量低合金钢（合金元素总量5%10%10%）建筑工程中，钢结构用钢和钢筋混凝土结构钢，建筑工程中，钢结构用钢和钢筋混凝土结构钢，主要是非合金钢中的低碳钢，及低合金钢加工成主要是非合金钢中的低碳钢，及低合金

5、钢加工成的产的产钢 的 分 类 按质量分：普通碳素钢、非合金和低合金钢、优质碳素钢、特殊碳素钢 优质质量、特殊质量 建筑工程中主要应用的是普通质量和优质的碳素钢和低合金钢。钢的分类按用途分：结构钢、工具钢、特殊钢 建筑工程中使用的结构钢包括普通碳素结构钢、优质碳素结构钢和低合金高强度结构钢。8.2 建筑钢材的主要技术性质 包括：拉伸性能、冲击韧性、力学性质、疲劳强度、硬度、冷弯性能、工艺性能、冷加工性能、焊接 性能 弹性阶段（OA段）弹性极限，用p表示。此阶段应力与应变成正比，其比值为常数，即弹性模量，用E表示，/=E。弹性模量反映了钢材抵抗变形的能力。它是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指

6、计算结构变形的重要指标。标。常用低碳钢的弹性模量E=(2.02.1)105 MPa，p=180200MPa。屈服阶段（AB段）应力超过应力超过 p p后，应变增加很快，而应力基本保持后，应变增加很快，而应力基本保持不变。这种现象称为屈服。不变。这种现象称为屈服。此时应力与应变不再成比例，试件开始产生塑性此时应力与应变不再成比例，试件开始产生塑性变形。变形。曲线上开始发生屈服的点，称为屈曲线上开始发生屈服的点，称为屈服点，这时的应力称为屈服极限，用服点，这时的应力称为屈服极限，用 s s表示。表示。钢材受力达到屈服点后，变形即迅速发展，尽管钢材受力达到屈服点后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏但已不

7、能满足使用要求。故设计中一般尚未破坏但已不能满足使用要求。故设计中一般以以屈服点作为强度取值的依据屈服点作为强度取值的依据屈服点作为强度取值的依据屈服点作为强度取值的依据。常用低碳钢的常用低碳钢的 s s为为185235Mpa185235Mpa。强 化 阶 段 当荷载超过屈服点后，因塑性变形使其内部的组当荷载超过屈服点后，因塑性变形使其内部的组织结构得到调整，抵抗变形的能力有所增强，织结构得到调整，抵抗变形的能力有所增强，曲线又开始上升，称为强化阶段。曲线又开始上升，称为强化阶段。曲线最高点所对应的应力称为抗拉强度，用曲线最高点所对应的应力称为抗拉强度，用 b b表示。常用低碳钢的表示。常用低

8、碳钢的 b b为为375-500MPa375-500MPa。屈强比（屈强比（屈强比（屈强比（s/s/b b）屈强比越小，钢材在受力超屈强比越小，钢材在受力超过屈服点时的可靠性越大，结构越安全。但如果过屈服点时的可靠性越大，结构越安全。但如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。常用低碳钢的屈强比为常用低碳钢的屈强比为0.580.630.580.63，合金钢为，合金钢为0.650.750.650.75。颈 缩 阶 段 应力超过b后，试件的变形开始集中于某一小段内，使该段的横截面面积显著减小，出现图所示的颈缩现象，曲线开始下降，直至点，试件被拉断。

9、二、冲 击 韧 性 冲击韧性冲击韧性指钢材抵抗冲击荷载的能力。指钢材抵抗冲击荷载的能力。钢材的冲击韧性用冲断试样时缺口处单位钢材的冲击韧性用冲断试样时缺口处单位面积上所消耗的功面积上所消耗的功冲击功冲击功（K）来表）来表示，示，K的单位为的单位为J/cm2。K越大表示钢材抗冲击的能力越强。越大表示钢材抗冲击的能力越强。影响冲击韧性的因素 钢材的冲击韧性对钢的化学成分、组织状态，以钢材的冲击韧性对钢的化学成分、组织状态，以及冶炼、轧制质量都比较敏感。如，钢中磷、硫及冶炼、轧制质量都比较敏感。如，钢中磷、硫含量较高，存在偏析、非金属夹杂物和焊接中形含量较高，存在偏析、非金属夹杂物和焊接中形成的微裂

10、纹等都会使冲击韧性显著降低。成的微裂纹等都会使冲击韧性显著降低。K K值还与试验温度有关。某些材料在常温时冲击值还与试验温度有关。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。但当试韧性并不低，破坏时呈现韧性破坏特征。但当试验温度低于某值时，验温度低于某值时，K K突然大幅度下降，材料无突然大幅度下降，材料无明显塑性变形而发生脆性断裂，这种性质称为钢明显塑性变形而发生脆性断裂，这种性质称为钢材的材的冷脆性冷脆性冷脆性冷脆性。K K剧烈改变的温度区间称为剧烈改变的温度区间称为脆性转脆性转脆性转脆性转变温度变温度变温度变温度。承受动荷载、负温结构等需检验钢材的冷脆性。承受动荷载、负温结构

11、等需检验钢材的冷脆性。三、耐 疲 劳 性 钢材在钢材在交变荷载交变荷载交变荷载交变荷载的反复作用下，往往在应力远小的反复作用下，往往在应力远小于其抗拉强度时就发生破坏，这种现象称为钢材于其抗拉强度时就发生破坏，这种现象称为钢材的疲劳破坏。的疲劳破坏。实验证明，钢材承受的交变应力实验证明，钢材承受的交变应力 越大，则钢材至越大，则钢材至断裂时经受的交变应力循环次数断裂时经受的交变应力循环次数N N越少，反之越多越少，反之越多。当交变应力降低至一定值时，钢材可经受无限。当交变应力降低至一定值时，钢材可经受无限次交变应力循环而不发生疲劳破坏。次交变应力循环而不发生疲劳破坏。通常取交变应力循环次数通常

12、取交变应力循环次数N=107N=107时，试件不发生时，试件不发生破坏的最大应力破坏的最大应力 n n作为其作为其疲劳极限疲劳极限疲劳极限疲劳极限。疲劳破坏的原因 钢材的疲劳破坏一般由拉应力引起的，首先在局部开始形钢材的疲劳破坏一般由拉应力引起的，首先在局部开始形钢材的疲劳破坏一般由拉应力引起的，首先在局部开始形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成细小裂纹，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐成细小裂纹，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐成细小裂纹，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。扩大

13、，直至突然发生瞬时疲劳断裂。扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。钢材内部的组织结构、成分偏析及其它缺陷，是决定其疲钢材内部的组织结构、成分偏析及其它缺陷，是决定其疲钢材内部的组织结构、成分偏析及其它缺陷，是决定其疲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。劳性能的主要因素。劳性能的主要因素。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钢材的截面变化、表面质量及内应力大小等造成应力集中钢材的截面变化、表面质量及内应力大小等造成应力集中钢材的截面变化、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

14、接接头和表面微的因素，都与其疲劳极限有关。如钢筋焊接接头和表面微的因素，都与其疲劳极限有关。如钢筋焊接接头和表面微的因素，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。小的腐蚀缺陷，都可使疲劳极限显著降低。小的腐蚀缺陷，都可使疲劳极限显著降低。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当疲劳条件与腐蚀环境同时出现时，可促使局部应力集中当疲劳条件与腐蚀环境同时出现时，可促使局部应力集中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的出现，大大增加了疲劳破坏的危险的出现，大大增加了疲

15、劳破坏的危险的出现，大大增加了疲劳破坏的危险四、硬 度 硬度是金属材料抵抗硬物压入表面的能力，亦即材料表面抵抗塑性变形的能力。强度硬度：材料的强度越高，硬度值越大。硬度指标 布氏硬度 洛氏硬度 肖氏硬度钢材的工艺性能 工艺性能是指钢材是否易于加工成型的性能。包括：冷弯性能、冷拉性能、冷拔性能、可焊性能1、冷弯性能 冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是以试验时的弯曲角度是以试验时的弯曲角度 和弯心直径和弯心直径d d为指标表示为指标表示（下图）。（下图）。钢材的冷弯试验钢材的冷弯试验:是通过直径（或厚度）为是通过直径（或厚度）为a a的试件，

16、采用标准的试件，采用标准规定的弯心直径规定的弯心直径d d（d=d=nana），弯曲到规定的角度），弯曲到规定的角度时（时（180180 或或9090），检查弯曲处有无裂纹、断裂），检查弯曲处有无裂纹、断裂及起层等现象。若无则认为冷弯性能合格。及起层等现象。若无则认为冷弯性能合格。钢材冷弯时的弯曲角度越大，弯心直径越小，则钢材冷弯时的弯曲角度越大，弯心直径越小，则表示其冷弯性能越好。表示其冷弯性能越好。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，条件下的塑性。但冷弯是钢材

17、处于不利变形条件下的塑性，而伸长率是反映钢材在均匀变形下的塑性。故冷弯试验是而伸长率是反映钢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。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。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、微裂纹和种手段，能揭示焊件在受弯表面

18、存在的未熔合、微裂纹和夹杂物夹杂物 。2、冷加工强化 将金属材料于常温下进行冷拉冷拉、冷拔冷拔或冷冷轧轧，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。A、冷 拔 冷拔是强力拉拔钢筋通过截面小于钢筋截面积的拔丝模。冷拔作用比纯拉伸的作用强烈，钢筋不仅受拉，而且同时受到挤压作用。经过一次或多次冷拔后得到的冷拔低碳钢丝，其屈服点可提高40%60%，但失去软钢的塑性和韧性，而具有硬质钢材的特点。B、冷 轧 冷轧是将圆钢在轧钢机上轧成断面形状规则的钢筋，可提高其强度及与混凝土的粘接力。钢筋在冷轧时，纵向与横向同时产生变形，因而能较好地保持其塑性和内部结

19、构的均匀性。冷加工的工程效益 钢筋经冷拉后，一般屈服点可提高钢筋经冷拉后，一般屈服点可提高20%25%20%25%，冷拔钢丝的屈服点可提高冷拔钢丝的屈服点可提高40%60%40%60%。由此可适当减小钢筋混凝土结构设计截面，或减由此可适当减小钢筋混凝土结构设计截面，或减少混凝土中配筋数量，从而达到节约钢材的目的。少混凝土中配筋数量，从而达到节约钢材的目的。钢筋冷拉还有利于简化施工工序。冷拉盘条钢筋钢筋冷拉还有利于简化施工工序。冷拉盘条钢筋可省去开盘和调直工序；冷拉直条钢筋则可与矫可省去开盘和调直工序；冷拉直条钢筋则可与矫直、除锈等工序一并完成直、除锈等工序一并完成 3、焊接性能 在焊接中，由于

20、高温作用和焊接后急剧冷却作用，在焊接中，由于高温作用和焊接后急剧冷却作用，焊缝及附近的过热区发生晶体组织及结构变化，焊缝及附近的过热区发生晶体组织及结构变化，产生局部变形及内应力，使焊缝周围的钢材产生产生局部变形及内应力，使焊缝周围的钢材产生硬脆倾向，降低了焊接质量。硬脆倾向，降低了焊接质量。低碳钢的可焊性很好，随着碳含量和合金含量的低碳钢的可焊性很好，随着碳含量和合金含量的增加，钢材的可焊性减弱。增加，钢材的可焊性减弱。钢中含硫也会使钢材在焊接时产生热脆性。钢中含硫也会使钢材在焊接时产生热脆性。采用焊前预热和焊后热处理的方法，能提高可焊采用焊前预热和焊后热处理的方法，能提高可焊性差的钢材焊接

21、质量。性差的钢材焊接质量。8.3 钢的化学成分对钢材性能的影响 一、钢的组织及其对刚性能的影响一、钢的组织及其对刚性能的影响 （一）、刚的基本组织（一）、刚的基本组织 1 1、钢是铁碳合金，则钢中碳与铁的结合三种基本、钢是铁碳合金，则钢中碳与铁的结合三种基本形式：固溶体、化合物和有机物。形式：固溶体、化合物和有机物。2 2、钢的基本组织形式：、钢的基本组织形式：（1 1）铁素体）铁素体 是碳在是碳在 Fe Fe中的固溶体中的固溶体 （2 2）奥素体）奥素体 是碳在是碳在-Fe-Fe中的固溶体中的固溶体 （3 3）渗素体）渗素体 是铁与碳的化合物是铁与碳的化合物 （4 4）珠光体）珠光体 是铁素

22、体与渗素体的机械混合物是铁素体与渗素体的机械混合物（二）、钢的组织对钢材性质的影响 在常温下钢的阿组织及其含量随含碳量的不同而在常温下钢的阿组织及其含量随含碳量的不同而改变，钢的力学性能亦随之变化：改变，钢的力学性能亦随之变化：（1 1）含碳量为）含碳量为0.800.80的碳素钢称为共析钢。其组的碳素钢称为共析钢。其组织为珠光体。织为珠光体。（2 2）含碳量小于）含碳量小于0.800.80的碳素钢称为亚共析钢。的碳素钢称为亚共析钢。此时钢的强度、硬度逐渐提高，塑性、韧性则逐此时钢的强度、硬度逐渐提高，塑性、韧性则逐渐降低。渐降低。（3 3）含碳量大于）含碳量大于0.800.80的碳素钢称为过共

23、析钢。的碳素钢称为过共析钢。此时钢的强度、硬度逐渐增大，塑性、韧性则逐此时钢的强度、硬度逐渐增大，塑性、韧性则逐渐降低。渐降低。二、化学成分对钢性能的影响 碳含量对钢的强度、塑性、韧性和焊接性有决定碳含量对钢的强度、塑性、韧性和焊接性有决定性的影响。随着含碳量增加，钢的抗拉强度和屈性的影响。随着含碳量增加，钢的抗拉强度和屈服强度上升；但其塑性、冷弯性能和冲击韧性降服强度上升；但其塑性、冷弯性能和冲击韧性降低，焊接性也变差。低，焊接性也变差。锰能提高钢材的屈服强度和抗拉强度，而又不过锰能提高钢材的屈服强度和抗拉强度，而又不过多地降低塑性和冲击韧性；锰能显著改善钢材的多地降低塑性和冲击韧性；锰能显

24、著改善钢材的冷脆性能；锰还能消减硫和氧导致的热脆性，改冷脆性能；锰还能消减硫和氧导致的热脆性，改善钢材的热加工性能。锰是低合金结构钢的主加善钢材的热加工性能。锰是低合金结构钢的主加元素，含量一般在元素，含量一般在1%2%1%2%范围内。它可细化晶范围内。它可细化晶粒，提高钢材的强度。粒，提高钢材的强度。硅的含量较低（硅的含量较低（1%1%）时，可提高钢材的强度，）时，可提高钢材的强度，对塑性和韧性影响不明显。对塑性和韧性影响不明显。硫和磷是钢中十分有害的元素。硫化物所造成的硫和磷是钢中十分有害的元素。硫化物所造成的低熔点使钢在焊接时易于产生热裂纹，显著降低低熔点使钢在焊接时易于产生热裂纹，显著

25、降低可焊性。这种特性称为热脆性。硫还将降低钢材可焊性。这种特性称为热脆性。硫还将降低钢材的塑性与冲击韧性。磷将使钢在低温时韧性降低的塑性与冲击韧性。磷将使钢在低温时韧性降低并容易产生脆性破坏称为冷脆性。磷也降低钢材并容易产生脆性破坏称为冷脆性。磷也降低钢材的可焊性。的可焊性。钛、钒、铌等低合金钢中常用的合金元素可细化钛、钒、铌等低合金钢中常用的合金元素可细化晶粒，有效地提高强度。晶粒，有效地提高强度。8.4 钢材的冷加工和热处理 一、钢材的热处理 淬火 热处理的方法 回火 退火 正火 8.5 建筑钢材的标准与选用 钢结构用钢材钢结构用钢材 普通碳素结构钢普通碳素结构钢 低合金高强度结构钢低合金

26、高强度结构钢 钢筋混凝土用钢材钢筋混凝土用钢材 热轧钢筋热轧钢筋 冷加工钢筋（冷拉钢筋、冷拔钢丝）冷加工钢筋（冷拉钢筋、冷拔钢丝）热处理钢筋热处理钢筋 高强钢丝和钢绞线高强钢丝和钢绞线碳素结构钢 建筑工程中常用的碳素结构钢牌号为Q235。这种钢冶炼方便，成本较低，具有较高的强度和较好的塑性与韧性，可焊性也好，满足一般钢结构和钢筋混凝土结构的用钢要求。低合金钢 低合金钢与碳素钢相比，具有较高的强度，综合低合金钢与碳素钢相比，具有较高的强度，综合性能好，所以在相同使用条件下，可比碳素钢节性能好，所以在相同使用条件下，可比碳素钢节省用钢省用钢20%20%30%30%，这对减轻结构自重十分有利。，这对

27、减轻结构自重十分有利。低合金钢具有良好的塑性、韧性、可焊性、耐低低合金钢具有良好的塑性、韧性、可焊性、耐低温性及抗腐蚀等性能，有利于延长结构使用寿命。温性及抗腐蚀等性能，有利于延长结构使用寿命。低合金钢特别适用于高层建筑、大柱网结构和大低合金钢特别适用于高层建筑、大柱网结构和大跨度结构。跨度结构。常见钢牌号的意义 国标中规定牌号由代表屈服点的符号（国标中规定牌号由代表屈服点的符号（Q Q）、屈）、屈服点值（服点值（195195，215215，235235，255255，和，和275MPa275MPa）、）、质量等级（质量等级（A A，B B，C C，D)D)和脱氧程度（和脱氧程度（F F，b

28、b，Z Z，TZ)TZ)构成。其中构成。其中A A，B B为普通质量钢为普通质量钢;C;C，D D为硫磷杂为硫磷杂质控制较严格的优质钢。脱氧程度以质控制较严格的优质钢。脱氧程度以F F代表沸腾钢，代表沸腾钢，b b代表半镇静钢，代表半镇静钢，Z Z和和TZTZ代表镇静钢和特殊镇静钢。代表镇静钢和特殊镇静钢。T T和和TZTZ在牌号中可以省略。在牌号中可以省略。如：如：Q235-A.FQ235-A.F表表示屈服点为示屈服点为235MPa235MPa的质量为的质量为A A级的沸腾钢。级的沸腾钢。钢材的选用原则 依据：荷载性质 使用温度 连接方式 钢材厚度 结构重要性金属的腐蚀 金属的腐蚀是指其表面

29、与周围介质发生化学反应而遭到的金属的腐蚀是指其表面与周围介质发生化学反应而遭到的破坏。破坏。金属材料若遭到腐蚀，将使受力面积减小，而且因局部锈金属材料若遭到腐蚀，将使受力面积减小，而且因局部锈坑的产生，可能造成应力集中，促使结构提前破坏。坑的产生，可能造成应力集中，促使结构提前破坏。尤其是在有反复荷载作用的情况下，将产生锈蚀疲劳现象，尤其是在有反复荷载作用的情况下，将产生锈蚀疲劳现象，使疲劳强度大为降低，出现脆性断裂。使疲劳强度大为降低，出现脆性断裂。在钢筋混凝土中的钢筋发生锈蚀时，由于锈蚀产物的体积在钢筋混凝土中的钢筋发生锈蚀时，由于锈蚀产物的体积增大，在混凝土内部产生膨胀应力，严重时可导致

30、混凝土增大，在混凝土内部产生膨胀应力，严重时可导致混凝土保护层开裂，降低钢筋混凝土构件的承载能力。保护层开裂，降低钢筋混凝土构件的承载能力。腐蚀的分类 根据腐蚀作用的机理，金属的腐蚀可分为：化学腐蚀是指金属直接与周围介质发生化学反应而产生的腐蚀。这种腐蚀多数是由于氧化作用所导致的。电化学腐蚀是指电极电位不同的金属与电解质溶液接触形成微电池，产生电流而引起的腐蚀。腐蚀的防止和减缓 1 1、正确地设计金属结构，防止形成电化学微电池。、正确地设计金属结构，防止形成电化学微电池。如，钢管与黄铜紧固件连接会形成腐蚀电池，使如，钢管与黄铜紧固件连接会形成腐蚀电池，使钢管被腐蚀。钢管被腐蚀。2 2、使金属与

31、环境隔绝。常用的方法是在金属表面、使金属与环境隔绝。常用的方法是在金属表面涂刷保护层。油漆、搪瓷、镀锌或铬。涂刷保护层。油漆、搪瓷、镀锌或铬。3 3、缓蚀剂、缓蚀剂 4 4、阴极保护。将起阳极作用的金属电极与结构连、阴极保护。将起阳极作用的金属电极与结构连接起来，让阳极受腐蚀，而结构就得到保护。如接起来，让阳极受腐蚀，而结构就得到保护。如锌和镁作为阳极可保护钢铁。锌和镁作为阳极可保护钢铁。第九章 合成高分子材料（一）、聚合物的分类 按合成高聚物时化学反应的不同分为：按合成高聚物时化学反应的不同分为：1.1.加聚树脂加聚树脂 定义：时由含有不饱和键的低分子化合物经加聚定义：时由含有不饱和键的低分

32、子化合物经加聚反应而得。又称聚合树脂。反应而得。又称聚合树脂。命名方法：命名方法：由一种单一加聚而得称为均聚物，其命名方法为由一种单一加聚而得称为均聚物，其命名方法为在单体名称前冠一在单体名称前冠一“聚聚”字。字。由两种或两种以上单体加聚而得得称为共聚物，由两种或两种以上单体加聚而得得称为共聚物，其命名方法为在单体名称后加其命名方法为在单体名称后加“共聚物共聚物”。2、缩 聚 树 脂 定义：一般由两种或两种以上含有官能团得单体定义：一般由两种或两种以上含有官能团得单体经缩和反应而得。又称缩和树脂。经缩和反应而得。又称缩和树脂。命名方法：一般在单体名称后加命名方法：一般在单体名称后加“树脂树脂”

33、。二、聚合物大分子链的形状二、聚合物大分子链的形状 1.1.线型线型 一般说线型结构的树脂，强度较低，弹性模量一般说线型结构的树脂，强度较低，弹性模量较小，变形较大，耐热、耐腐蚀性较差，且可溶较小，变形较大，耐热、耐腐蚀性较差，且可溶可熔。可熔。线型结构的合成树脂课反复加热软化，冷却硬化，线型结构的合成树脂课反复加热软化，冷却硬化，故称为热塑性树脂。故称为热塑性树脂。2、体 型 一般说此类树脂，强度较高，弹性模量较高，变形较小，较硬脆并且多没有塑性，耐热、耐腐蚀性较差，且不溶不熔。体型结构的合成树脂仅在第一次加热时软化，并且分子间产生化学交联而固化，以后再加热时不会软化，称为热固性树脂。三、常

34、用合成树脂的性质与应用 结晶度定义：固态高聚物存在晶态和非晶态两种聚集状态。在结晶高聚物两种存在“晶区”和“非晶区”，则晶区缩占的百分比称为结晶度。三、常用合成树脂四、合 成 橡 胶 1.1.橡胶的特点：在常温下受外力作用时即可产生橡胶的特点：在常温下受外力作用时即可产生百分之数百的变形，外力消失后变形可完全恢复，百分之数百的变形，外力消失后变形可完全恢复，但不符合虎克定律。但不符合虎克定律。2.2.橡胶的硫化：是利用硫化剂使橡胶由线型分子橡胶的硫化：是利用硫化剂使橡胶由线型分子结构交联成为网型分子结构的弹性体。结构交联成为网型分子结构的弹性体。3.3.橡胶的再生处理：主要是脱硫。脱硫是指将废

35、橡胶的再生处理：主要是脱硫。脱硫是指将废旧橡胶经机械粉碎和加热处理等，使橡胶氧化解旧橡胶经机械粉碎和加热处理等，使橡胶氧化解聚，即由大网型结构转变为小网型结构和少量的聚，即由大网型结构转变为小网型结构和少量的线性结构的过程。线性结构的过程。9.2 建 筑 塑 料 塑料是指以树脂为基本材料或基体材料，加入适塑料是指以树脂为基本材料或基体材料，加入适量的填料和添加剂后而制得的材料和制品。量的填料和添加剂后而制得的材料和制品。一、塑料的基本组成一、塑料的基本组成 （一）合成树脂（一）合成树脂 （二）填充料（二）填充料 （三）增塑剂（三）增塑剂 （四）固化剂（四）固化剂 （五）着色剂（五）着色剂 （六

36、）稳定剂（六）稳定剂二、塑料的基本性质 密度：一般为密度：一般为1.01.01.2g/cm3 1.2g/cm3 孔隙率与吸水率：吸水率一般不大于孔隙率与吸水率：吸水率一般不大于1 1 耐热性：耐热性：耐热性都不高，一般为耐热性都不高，一般为100100200200度度 导热性与温度变：导热系数低导热性与温度变：导热系数低 强度：一般塑料的强度较高强度：一般塑料的强度较高 弹性模量：一般塑料的弹性模量较低弹性模量：一般塑料的弹性模量较低 耐腐蚀性一般有较好的耐腐蚀性耐腐蚀性一般有较好的耐腐蚀性 9.3 合成高分子防水材料（一）热塑性树脂基防水卷材（二）橡胶基防水卷材（三）树脂橡胶共混防水卷材9.

37、4 建 筑 涂 料 定义：建筑涂料是指能涂于建筑物的表面，并能形成连续性涂膜，从而对建筑物起到保护、装饰或使建筑物具有某种特殊功能的材料。建筑涂料的基本组成：基料、颜料与填料、分散介质与助剂。常用建筑涂料：内墙涂料、外墙涂料与地面涂料。9.5 胶 粘 剂 胶粘剂的基本要求：胶粘剂的基本要求：（1 1）在室温下或加热、加溶剂或加水后具有适当）在室温下或加热、加溶剂或加水后具有适当的黏度；的黏度；（2 2）具有良好的浸润性，可很好地浸润被粘材料）具有良好的浸润性，可很好地浸润被粘材料地表面地表面;(3(3）在一定的温度压力时间等条件下，可通过物）在一定的温度压力时间等条件下，可通过物理和化学作用而

38、固化，从而将被粘材料牢固地粘理和化学作用而固化，从而将被粘材料牢固地粘结在一起；结在一起；（4 4）具有足够的强度和较好的其它物理力学性能。）具有足够的强度和较好的其它物理力学性能。胶粘剂的基本组成材料 粘料 组成材料 固化剂与硫化剂 填料 稀释剂第十章 沥青材料及其制品 沥青是一种憎水性的有机材料。以沥青或以沥青为主要组成的材料和制品，都具有良好的隔潮、防水、抗渗以及耐化学腐蚀、电绝缘等性能。用途：用于地下防潮、防水和屋面防水以及铺筑路面、木材防腐、金属防锈等工程中。沥 青 的 分 类 按产源可分为：天然沥青、地沥青、石油沥青*沥青 煤沥青*、焦油沥青、木沥青、页岩沥青10.1 石 油 沥

39、青 石油沥青是石油（原油）经蒸馏提炼出多种轻质石油沥青是石油（原油）经蒸馏提炼出多种轻质油后得到的油渣，或经再加工后得到的物质。油后得到的油渣，或经再加工后得到的物质。一、石油沥青的组成与结构一、石油沥青的组成与结构 （一（一)石油沥青的组成石油沥青的组成 1.1.化学组成化学组成 石油沥青是由多种碳氢化合物，及其石油沥青是由多种碳氢化合物，及其非金属衍生物组成的复杂混合物。非金属衍生物组成的复杂混合物。2.2.组组 分分 是将化学特性及物理力学性质接近的是将化学特性及物理力学性质接近的一些化合物分别提取出来，称为一个组分。一些化合物分别提取出来，称为一个组分。石 油 沥 青 的 组 分 石油

40、沥青的组分主要有油分、树脂和地沥青质。石油沥青的组分主要有油分、树脂和地沥青质。*它们所构成的胶体结构特性：地沥青质与油分的它们所构成的胶体结构特性：地沥青质与油分的亲和力小，是通过树脂将两者连接在一起的。树亲和力小，是通过树脂将两者连接在一起的。树脂对地沥青质的浸润性很好，又易熔与油分中，脂对地沥青质的浸润性很好，又易熔与油分中，因此，沥青胶团是比较稳固的结构。油分的流动因此，沥青胶团是比较稳固的结构。油分的流动性好，使胶团之间紧密结合，是沥青容易成膜、性好，使胶团之间紧密结合，是沥青容易成膜、且防水性好的原因。且防水性好的原因。*石油沥青各组分相对含量发生变化时对沥青性质石油沥青各组分相对

41、含量发生变化时对沥青性质的影响。的影响。二、石油沥青的技术性质*石油沥青的技术性质主要包括黏性、塑性、温度石油沥青的技术性质主要包括黏性、塑性、温度敏感性、大气稳定性以及耐蚀性、防水性。敏感性、大气稳定性以及耐蚀性、防水性。*(一）黏性一）黏性 定义：沥青受到外力或自重力作用时，定义：沥青受到外力或自重力作用时，将产生相应的变形或塑性流动，黏性就是表示沥将产生相应的变形或塑性流动，黏性就是表示沥青抵抗变形或阻滞塑性流动的能力。青抵抗变形或阻滞塑性流动的能力。表示方法：黏性用黏度表示，黏度用针入度测得表示方法：黏性用黏度表示，黏度用针入度测得的针入度质表示。的针入度质表示。（二）塑 性*定义：塑

42、性是指沥青受到外力作用时，产生变形而不破坏，当外力撤销，能保持所获得的变形的能力。*表示方法：塑性用延度来表示。延度是用延度仪测得的。（三）温度敏感性*定义：温度敏感性是指沥青的黏性和塑性随温度变化而改变的程度。*表示方法：温度敏感性用沥青软化点开表示。软化点的测定采用环球法。(四）大 气 稳 定 性 定义：大气稳定性是指石油沥青在温度、阳光、气和水的长期综合作用下，保持性能稳定的能力。*表示方法：石油沥青的大气稳定性，用“蒸发率”和“针入度”比表示。三、石油沥青的标准及选用 石油沥青的标准 1.石油沥青的技术标准（表102）2.按主要用途分类：建筑石油沥青、道路石油沥青、防水防潮石油沥青和普

43、通石油沥青。3.石油沥青牌号划分依据及表示 石油沥青的牌号主要是根据针入度及延度和软化点指标划分的，并以针入度值表示。（二）石油沥青的选用原则 选用石油沥青时，应根据工程特点使用部位及环选用石油沥青时，应根据工程特点使用部位及环境条件的要求，来确定石油沥青的品种与牌号，境条件的要求，来确定石油沥青的品种与牌号，在满足上述要求的前提下，尽量选用牌号大的石在满足上述要求的前提下，尽量选用牌号大的石油沥青，以保证有较长的使用年限。油沥青，以保证有较长的使用年限。（三）石油沥青掺配（三）石油沥青掺配 若单独选用一种牌号的石油沥若单独选用一种牌号的石油沥青的某些性质不能满足使用要求时，可以将两种青的某些

44、性质不能满足使用要求时，可以将两种或两种以上牌号的石油沥青按比例掺配，或称或两种以上牌号的石油沥青按比例掺配，或称“回配回配”。10.2 煤 沥 青 定义：煤沥青时由烟煤制煤气或制焦炭干馏出的煤焦油，定义：煤沥青时由烟煤制煤气或制焦炭干馏出的煤焦油，再经蒸馏加工提炼出各种油质后得到的产品，也称煤焦油再经蒸馏加工提炼出各种油质后得到的产品，也称煤焦油沥青或柏油。沥青或柏油。一、煤沥青的组成一、煤沥青的组成 1.1.主要组分为油分、树脂和游离碳。主要组分为油分、树脂和游离碳。2.2.各组分的作用：各组分的作用：a.a.油分有利于煤沥青的流动性，并使黏性降低；油分有利于煤沥青的流动性，并使黏性降低；

45、b.b.树脂中树脂中的硬树脂具有石油沥青中地沥青的特性，软树脂使沥青具的硬树脂具有石油沥青中地沥青的特性，软树脂使沥青具有塑性；有塑性；c.c.一定量的游离碳，会提高沥青的黏性和降低其温度敏感一定量的游离碳，会提高沥青的黏性和降低其温度敏感性。性。二、石油沥青的性质特点 煤沥青与石油沥青相比，煤沥青的性质特点是：（1）塑性差（2）温度敏感性大（3）大气稳定性差（4）与矿物质材料表面黏附力较强（5）有毒，有臭味、防腐能力强沥青和改性沥青防水材料及应用 防水卷材分为：沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材和高分子防水卷材三大类。一、沥青防水卷材 组成：沥渍防水卷材由沥青、胎体、填充料，经浸渍或压制成

46、。分类：按胎体材料可分为纸胎油毡、纤维胎油毡和特殊胎油毡。纸胎沥青卷材品种与标号 按所用沥青品种不同，分为石油沥青油纸、石油沥青油毡、煤沥青油毡三种。油纸和油毡的标号是由原纸每平方米面积的质量来表示的。油纸分为200和350号两个标号。油毡分为200，350和500三个标号。煤沥青油毡只有350号。二、沥青胶 沥青胶是在沥青种掺入适量矿质粉料，或再掺入部分纤维填料配制而成的胶结剂。主要用于粘贴卷材嵌缝、接头、补漏及做防水底层。（一）沥青胶的技术性质 a.耐热性 b.柔韧性 c.粘结性沥青胶的组成及对其性质的影响 沥青胶的组成：沥青与填料 1.沥青的种类应与被粘结材料相适应。2.掺入填料的目的不

47、仅为了节省沥青，更主要的是为了提高沥青的粘结性耐热性和大气稳定性。三沥青防水涂料 定义：沥青防水涂料是由沥青或改性沥青为基料，与分散介质和改性材料配置而成。按组成材料分类：沥青基防水涂料，高聚物防水涂料和合成高分子涂料。按分散介质分类：溶剂型涂料和水乳型涂料。（一）沥青基防水涂料 1.1.冷底子油冷底子油 定义：以沥青为基料，以汽油和没有定义：以沥青为基料，以汽油和没有等为溶剂，溶合而成的溶剂型沥青防水涂料。由等为溶剂，溶合而成的溶剂型沥青防水涂料。由于它主要用于建筑防水层的打底层，而且是冷用于它主要用于建筑防水层的打底层，而且是冷用的，所以称之为冷底子油。的，所以称之为冷底子油。2.2.乳化

48、沥青乳化沥青 定义：它以沥青为基料，通过强力搅定义：它以沥青为基料，通过强力搅拌，使热溶剂沥青分散于含有乳化剂的水溶液，拌，使热溶剂沥青分散于含有乳化剂的水溶液，所形成的均匀稳定的乳状液体称为乳化沥青，或所形成的均匀稳定的乳状液体称为乳化沥青，或称水乳型沥青防水称水乳型沥青防水 涂料。涂料。第 十一章 木 材 优点：比强度（强度与体积密度之比）高，即具有轻质高强的特点；导热系数低；易加工；部件连接简便；某些树种花纹美观；抗冻性高；耐化学腐蚀等。缺点：构造上的不均匀性；有天然的疵病；吸湿性高，导致尺寸变化较大；易翘曲和开裂；易燃等。分类：针叶树和阔叶树11.1 木材的构造 一、宏观构造一、宏观构

49、造 为了解宏观结构，一般从三个切面来观察木材：为了解宏观结构，一般从三个切面来观察木材：横切面、垂直于树干主轴的切面。横切面、垂直于树干主轴的切面。径切面、通过髓心，与树干平行的纵平面。径切面、通过髓心，与树干平行的纵平面。弦切面、与髓心有一定距离，与树干平行的纵平弦切面、与髓心有一定距离，与树干平行的纵平面。面。二、显微结构二、显微结构 11.2 木材的物理力学性质 平衡含水率：木材长期处于一定温度和湿度下，平衡含水率：木材长期处于一定温度和湿度下，其含水率趋于一个定值，表明木材表面的蒸汽压其含水率趋于一个定值，表明木材表面的蒸汽压与周围空气的压力达到平衡，此时的含水率称为与周围空气的压力达

50、到平衡，此时的含水率称为平衡含水率。平衡含水率。木材中水分子的三种状态：自由的，木材中水分子的三种状态：自由的，物理结合的和化学结合的。物理结合的和化学结合的。纤维饱和点：当木材细胞壁中的吸附水达到饱和，纤维饱和点：当木材细胞壁中的吸附水达到饱和，而细胞腔和细胞间隙中尚无自由水时，这时木材而细胞腔和细胞间隙中尚无自由水时，这时木材的含水率称为纤维饱和点。的含水率称为纤维饱和点。纤维饱和点时木材强纤维饱和点时木材强度和体积是否随含水率而发生变化的转折点。度和体积是否随含水率而发生变化的转折点。二 、木材的力学性质 木材的强度是以无疵病木材制成的标准试件，按规定的实验方法确定的。工程上常用的强度有