1、济宁职业技术学院建筑工程系,第5章 建筑材料,5.1 建筑钢材,上海宝钢,一、钢及其特性,钢理论上，凡是把含碳量小于2%，含杂质比较少的铁碳合金称为钢。含碳量超过2%，称为生铁；含碳量小于0.08%，称为工业纯铁。钢的特点具有强度高，塑性好，具有良好的韧性；工艺性能良好，易于加工；但是，钢材易锈蚀、耐火性差。,5.1.1 钢材的分类,1.型钢简单截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角钢等；复杂截面型钢：工字钢、角钢、槽钢、钢轨等。,5.1.1 钢材的分类,2.线材如钢筋、钢丝等。,5.1.1 钢材的分类,3.管材 无缝钢管、焊接钢管等。,5.1.1 钢材的分类,4.板材光面钢板、花纹钢板、彩色涂层
2、钢板等。,压型彩钢板,5.1.1 钢材的分类,1.按冶炼方法分2.按质量分 按S和P元素含量，分为普通质量钢、优质钢和特殊质量钢。,钢,转炉钢,沸腾钢,电炉钢,平炉钢,按冶炼方法分,按脱氧程度分,半镇静钢,镇静钢,特殊镇静钢,按炉衬材料分为酸性钢和碱性钢,5.1.1 钢材的分类,3.按化学成分分4.按用途分 分为建筑钢、结构钢、工具钢、特殊性能钢（如不锈钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等。,钢,中碳钢,低合金钢,高碳钢,低碳钢,碳素钢,合金钢,中合金钢,高合金钢,C0.25%,C=0.25%0.60,C0.60,合金总含量5%,5%10,10,5.1.2 钢材的化学成分及对钢材性能的影响,1.碳 碳是
3、决定钢材性能的主要元素.随含碳梁的增加,钢材的强度和硬度相应提高,而塑性和韧性相应降低.2.硫,磷 磷与碳相似,能使钢的屈服点和抗拉强度提高,塑性和韧性降低,显著增加钢的冷脆性.3.氧.氮 降低了钢的力学性能,应被严格限制.4.硅,锰,5.1.3 钢材的力学性能,标准试件,按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。,非标准试件,不经过加工，直接在线材上切取的试件。,1、拉伸性能,1.低碳钢的拉伸性能,0,钢材拉伸过程的-图,OB弹性阶段,BC屈服阶段,CD强化阶段,DE颈缩阶段,以下屈服点的应力作为钢材的屈服强度。,（1）拉伸试验过程,0,钢材拉伸弹性阶段示意图,p比例极限，MPa。,B弹性
4、极限，MPa。,注：由于A、B两点相距较近，一般认为p=B 。,0,钢材拉伸屈服阶段示意图,放大后,0,钢材拉伸强化阶段示意图,b 抗拉强度或强度极限。,0,钢材拉伸颈缩阶段示意图,DE颈缩阶段,（2）拉伸过程的参数,强度指标屈服强度：抗拉强度：塑性指标伸长率：,2.硬钢（高碳钢）的拉伸性能,硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈服强度0.2来代替屈服强度。条件屈服点0.2 ：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。见左图。,0,oa总变形。ba弹性变形99.8%。ob塑性变形0.2%。,二、 1.冲击韧性,定义及指标指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。其大小用
5、冲击韧性值k表示。k 越大，则冲击韧性越好。k是以试件冲击破坏时缺口处单位面积上所消耗的功（J/cm2）。影响因素硫、磷含量高，存在化学偏析，含非金属夹杂物，焊接形成裂纹，温度降低等，均会降低冲击韧性。对于承受冲击荷载和振动荷载部位的钢材，必须考虑冲击韧性。,2. 弹性模量,在应力应变曲线的弹性阶段中,应力和应变的比值称为弹性模量.弹性模量是衡量钢材抵抗变形能力的指标.,3. 塑性,1.冷弯性能 指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 冷弯试验的指标：弯心直径d与试件厚度（直径）a的比值d/a；弯曲角度（90或180）；试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹则冷弯合格。 通过冷弯试验，更有助于暴露钢材的某些
6、内在缺陷，它能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。,三、工艺性能,2.可焊性 可焊性是指在一定焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区是否产生裂缝及脆硬影响，焊接后接头强度是否与母体相近的性能。可焊性受化学成分及含量的影响。含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均会降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金钢具有良好的可焊性。 焊接结构应选择含碳量较低的氧气转炉或平炉的镇静钢。当采用高碳钢及合金钢时，为了改善焊接后的硬脆性，焊接时一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。,5.1.4 钢材的冷加工强化和时效,1.冷加工强化冷加工强化是钢材在常温下，以超过其屈服点但不超过抗拉强度的应力对
7、其进行的加工。建筑钢材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等 。对钢材进行冷加工的目的，主要是利用时效提高强度，利用塑性节约钢材，同时也达到调直和除锈的目的。,四、钢材的冷加工强化和时效,2.时效钢材随时间的延长，其强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性降低的现象称为时效。时效分为自然时效和人工时效两种。自然时效是将其冷加工后，在常温下放置1520d；人工时效是将冷加工后的钢材加热至100200保持2h以上。经过时效处理后的钢材，其屈服强度、抗拉强度及硬度都将提高，而塑性和韧性降低。,5.1.5 钢材的焊接性与耐火性,1.钢材的焊接性可焊性 可焊性是指在一定焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区是否产
8、生裂缝及脆硬影响，焊接后接头强度是否与母体相近的性能。可焊性受化学成分及含量的影响。含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均会降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金钢具有良好的可焊性。 焊接结构应选择含碳量较低的氧气转炉或平炉的镇静钢。当采用高碳钢及合金钢时，为了改善焊接后的硬脆性，焊接时一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。,2.钢材的耐火性钢材是典型的不燃性材料,但钢材却是不耐火的材料.当温度达到600以上时,其强度紧存20以下.这时强度已经不能承受其自身重力作用,钢结构建筑将发生严重的扭曲,变形,乃至垮塌.进行钢结构建筑设计和施工时,应进行钢结构防火处理.通常工程中采用:1)涂覆钢结构
9、防火涂料.,2)包封法处理,用耐火的保温材料将钢结构包封起来.3)水冷却法,即对空心钢柱,可在其内部充水保证钢结构的冷却.建筑构件的耐火能力,用耐火极限来表示.将构件在规定的时间-温度曲线条件下进行耐火实验，将材料或构件从受到火灾时刻起，到其失去支撑能力，完全破坏，失去隔火能力时刻止，用小时（h)表示的时间，称为材料和构件的耐火极限。,5.1.6 建筑钢材的防锈建筑钢材在如下条件适宜时会发生锈蚀：1.有氧气存在2.有水存在3.有电流作用在一般情况下，如钢材在碱性环境（PH12.5）钢材不应锈蚀，但若钢材和氯离子接触，氯离子会破坏钢材的钝化作用，使钢材在很高的环境下，发生快速锈蚀,钢材的锈蚀对土
10、木工程材料和结构的破坏性主要表现(1) 锈蚀膨胀导致砂浆保护层和混凝土开裂。(2)钢筋截面面积减小，乃至锈蚀，严重降低钢结构的承载力（3）焊缝，焊点开裂，导致结构突然坍塌。（4）钢结构锈蚀后，锈色锈迹影响装饰性，且与混凝土粘结力大大降低。,保护锈蚀采用如下方法（1）钢材的合金化。（2）钢材的表面涂漆处理（3）钢材的表面镀锌处理，也称阴极保护。（4）外加电流保护，也称阳极保护。（5）钢材的表面涂塑处理。（6）在土木工程中，采用钢筋混凝土，使得钢筋被混凝土的碱性环境保护,5.1.7 建筑钢材的技术标准及选用1.钢结构用钢（1）普通碳素结构钢1）牌号碳素结构钢的牌号有Q195,Q215,Q235,Q
11、255,Q275.以Q表示该种钢材的屈服点，以数字表示屈服点值，以A,B,C,D,表示质量等级。以F，b,Z,TZ,表示沸腾钢，半镇静钢，镇静钢，特镇静钢，如Q235-B.F表示屈服点是235MPa.质量等级，脱氧程度为沸腾钢的碳素结构钢。2）技术指标见表5-3， 5-4 5-5,（2）低合金钢质量较稳定，具有良好的塑性，韧性和适当的焊接性，性能大大优于普通碳素结构钢，构建钢结构时，选用低合金钢比普通碳素结构钢，能减轻结构自重，增大结构跨度，节约钢材，提高使用寿命，是建筑结构用钢的发展方向。,钢筋混凝土用钢分为（1）热轧钢筋强度等级可分为I,II,III,IV级从钢筋表面状态分为光圆钢筋和带肋
12、钢筋。I级只用非预应力混凝土结构，II,III级钢筋即可用非预应力也可用于预应力混凝土，IV只用与预应力混凝土。,（2）预应力混凝土热处理钢筋指热轧中碳低合金钢筋，经淬火，回火调质处理的钢筋。使用时用机械切割，不能用电焊气割，不能焊接，以免强度降低。（3）冷拔低碳钢筋采用6.5mm,8mm碳素结构钢盘条，在常温经冷拔制成的3mm,4mm,5mm圆界面钢丝，用于小型,预应力构件，焊接或绑扎骨架，网片或箍筋。（4）预应力钢丝，刻痕钢丝，钢绞线。5.1.8 建筑装饰用钢材制品1.不锈钢及其制品（1）不锈钢的一般特性不锈钢是加铬元素为主加其他元素的合金钢。铬含量越多，抗腐蚀性越好。,常用不锈钢有40多
13、种，建筑装饰工程常用薄型不锈钢钢板。(2)普通不锈钢装饰制品建筑装饰用最多的是厚度小于2mm的薄钢板用的最多。主要特点：耐腐蚀强，经不同表面加工可形成不同的光泽度和反射能力，安装方便，装饰效果好，具时代感,在建筑上用屋面，幕墙，隔墙，门，窗，内外墙饰面，栏杆扶手。（3）彩色不锈钢板用厅堂墙板，天花板，车箱板，建筑装潢，招牌等装饰用。采用彩色不锈钢板装饰墙面，不仅坚固耐用，美观新颖，具有时代感。,2.彩色涂层钢板用建筑外墙板，屋面板，3.塑料复合钢板在Q235,Q215钢板上，覆以厚0.2-0.4mm软质或半软质聚氯乙烯膜而成，被用在汽车外壳，家具物品。4 彩色涂层压型钢板,具有重量轻，抗震好，
14、耐久强，色彩鲜艳，易加工，施工方便。用建筑屋盖，墙板，墙壁粘贴。5.钢门帘板6.轻钢龙骨7.铁艺,5.2 建筑铝材,5.2.1 铝的特性1.铝属于轻金属,密度紧为钢的1/32.铝的熔点低3.铝呈银白色,反射能力强4.铝具有很好的导热导电性5.铝是活泼的金属材料,它暴露在空气中,表面易生成致密而坚固的氧化铝薄膜,可以阻止铝继续氧化,从而起到保护作用.,所以在大气中耐腐蚀性较强,铝不能和酸碱接触,否则会发生反应被腐蚀.,5.2.2 铝合金的分类与牌号,铝的强度很低,为提高其实用价值,常在铝中加入适量的铜,镁,锰,硅,锌等元素组成铝合金.铝合金按加工方法分为变形铝合金和铸造铝合金,建筑用主要为变形铝
15、合金.建筑用铝合金型材主要采用2AXX,2BXX和5AXX,5BXX两种变形铝合金制成.,5.2.3 铝合金的表面处理,为提高铝合金的性能,必须进行表面处理,经处理过的铝合金耐腐,耐磨,耐光,耐气候性均好,色泽也美观大方,主要处理方法1.阳极氧化处理2.表面着色处理,5.2.4 铝合金的特性和应用,1.铝合金的性能不仅用于建筑装修,还能用于建筑结构刚度和承受弯曲的能力较小2.铝合金的应用,5.2.5 建筑装饰铝合金制品,1.铝合金门窗特点1)重量轻2)密封性好3)色泽美观4)耐腐蚀5)铝合金门窗强度高,刚度好,坚固耐用6)便于工业化生产,铝合金门窗的性能1)强度2)气密性3)水密性4)开闭力5
16、)隔声性6)隔热性,铝合金门窗的技术标准按其风压强度,气密性,水密性三指标将产品分为A.B.C三类2.铝合金装饰板1)铝合金花纹板2)铝合金波纹板3)铝合金穿孔板3.吊顶龙骨,具有不锈,质轻美观,防火,抗振,安装方便等优点4.铝箔5.铝粉 又称银粉,用于制备装饰涂料和防锈涂料,也用于土方工程的发热剂和加气混凝土的引气剂.,5.3 铜和铜合金,5.3.1 铜及其应用铜是一种易精练的金属材料铜具有较高的导电性,导热性,耐腐蚀性和较好的延展性易加工性,可压延成薄片和线材,是良好的制水材料和导电材料,铜是一种高档材料,5.3.2 铜合金及其应用,主要有黄铜,白铜,青铜 其强度硬度等力学性能得到提高.1.黄铜 不易生锈,延展性较好易加工成各种建筑五金,装饰制品,水暖制品,和机械零件2.青铜,
