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土木工程材料笔记2讲解
第二章建筑钢材
概论
(一)钢的特性
1、优点:
1)品质均匀致密,抗拉和抗压强度都很高
2)具有良好的塑性和韧性,能经受冲击和振动荷载.
3)具有很好的加工性能
2、缺点:
4)易锈蚀
5)维修费用大
6)能耗大,成本高
(二)、钢的冶炼加工与分类
1、冶炼:
就是将生铁在炼钢炉中,经高温氧化作用,减少生铁中碳及硫、磷等有害杂质含量,以提高钢的技术性质和质量。
2、根据炼钢设备不同分为:
1)转炉炼钢法
2)平炉炼钢法
3)电弧炉炼钢法
3、钢的加工:
1)铸锭
2)脱氧:
沸腾钢、镇静钢、半镇静钢
3)压力加工:
热加工、冷加工.
4、钢的分类:
1)按化学成分分:
碳素钢
合金钢
2)按质量分:
普通碳素钢
优质碳素钢
高合金钢
3)按用途分:
结构钢
工具钢
特殊钢
2.1金属的微观结构及钢材的化学组成
一、金属的微观结构概述
1、金属的晶体结构
金属键结合,无方向性和饱和性,是金属材料具强度和延展性的根本原因。
三种类型:
FCC、BCC、HCP
2、金属晶体结构中的缺陷
1)点缺陷
2)线缺陷
3)面缺陷
3、金属强化的微观机理
1)细晶强化
2)固熔强化
3)弥散强化
4)变形强化
二、钢材的化学组成
1、碳:
(是决定性因素)
1)含碳量<0.8%,随含碳量增加,钢的抗拉强度.硬度也增加.
2)含碳量>1%,随含碳量增加,除硬度增加外,强度.塑性.韧性下降,冷脆性增强,抵抗大气腐蚀性能下降.
2、硅:
(有益元素)
1)含量一般在1%以内,可提高强度,对塑性和韧性没有明显影响.
2)含量超过1%时,冷脆性增加,可焊性变差.
3、锰:
1)含量为0.8%~1%时,可显著提高强度和硬度;
2)含量大于1%时,塑性及韧性有所下降,可焊性变差;
4、磷:
(有害元素)
产生冷脆性
5、硫:
(有害元素)
产生热脆性
6、氧、氮(有害元素)
降低钢材的塑性和韧性,以及冷弯性能和可焊性能.
7、铝、钛、钒、铌:
改善钢的组织,细化晶粒,显著提高强度和改善韧性.
2.2钢材的技术性质
1.抗拉强度:
1)弹性阶段:
OA阶段,荷载较小,应力与应变成正比,当卸去外力,试件能恢复到原状.σp表示弹性极限
2)屈服阶段:
AB阶段,应力与应变不成正比例,应力在很小范围内波动,应变仍继续上升,产生明显塑性变形.
σs
屈强比小,安全性大;过小,则不够经济.屈强比应为0.60~0.75
3)强化阶段:
BC阶段,内部组织重新建立了新的平衡,又恢复了抵抗外力的能力,变形继续发展.
σb
4)颈缩阶段:
CD阶段,某一薄弱环节断面开始显著缩小,应变迅速增大,应力随之下降,断裂.
断裂伸长率:
δ=(L1-Lo)/LoX100%
δ=15%~30%低碳钢
δ>2%~5%塑性材料如铜.铁
伸长率与标距有关
δ5>δ10
2.冲击韧性:
1)抵抗冲击荷栽而不破坏的能力.
2)<金属夏比冲击试验方法>求αk
αk值低,脆性材料,破坏时无明显变形,断口平齐;
αk值高,韧性材料,断口呈灰色纤维状
3)与钢材中磷.硫含量,组织,环境温度,解释冷脆性.
3.疲劳强度:
1)钢材承受交变荷载的作用下,可以在远低于屈服强度时突然破坏.
2)用疲劳强度表示,指试件在交变荷载作用下,不发生疲劳破坏的最大应力.
钢材承受1X107次交变荷载时不发生破坏所能承受最大应力为疲劳强度
3)原因:
a.应力较高点或缺陷点-------细微裂缝------裂缝,尖缝应力集中-----发展破坏
b.内部组织状态,成分偏析,夹杂物多少,其它各种缺陷
c.截面的变化,表面光洁度及内应力大小.
4.硬度:
1)金属材料抵抗硬物压入表面的能力,即对局部塑性变形;
2)是热处理工件质量检查的一项重要指标.
3)压入法测HB
5.冷弯性能:
1.定义:
钢材在常温下承受弯曲变形的能力.
2.指标以试件弯曲角度α及弯心直径d与钢材厚度a比值d/a
3.试验:
弯曲处外表面无裂纹.裂缝或裂断现象;
α值越大,d/a越小,冷弯性能要求越高
4.冷弯性能反映在静荷载下塑性指标,局部不均匀变形,更不利条件下的塑性变形,更严格检验.
6.冷加工性能及其时效处理;
1)冷加工:
在常温下对钢材进行加工,如冷拉.冷拔.冷扭.
使强度.硬度提高,冷作强化.
a.冷拉:
在常温下拉伸,使其产生塑性变形,增加钢材长度(4%~10%)节省钢材.
采用控制冷拉率或控制应力或双控.
b.冷拔:
在常温下将钢材通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔,由于模孔直径略小于钢筋直径,使钢筋不仅受拉,同时还受周围挤压,强度大大提高.
2)时效处理:
钢材经冷加工后,在常温下搁置15~20天或加热至100~200度保持2小时左右,钢的屈服强度.抗拉强度及硬度进一步提高,塑.韧性降低.
节约钢材,但对于受动力荷载作用或经常处于中温条件下钢结构,应使用时效敏感性小的材料.
7、钢材的热处理:
目的、为了减少冷加工中所产生的各种缺陷
工艺:
退火、正火、淬火、回火及离子注入等
8、焊接:
方法;电弧焊——钢结构、电渣压力焊——钢筋
检验方法:
取样试件试验和原位非破损检测
2.3钢材的防火及防腐蚀
一、钢材的防火:
危害:
温度升高,持久强度将显著下降。
措施:
预防包覆,如:
防火板、涂刷防火涂料
二、钢材腐蚀:
a.化学腐蚀
b.电化学腐蚀
c.应力腐蚀
2.锈蚀的防止:
a.保护层法;
b.合金法;
8.4建筑钢材的标准与选用
1.碳素结构钢:
a牌号表示;
b.技术要求;
c.各类牌号钢材的性能和用途;
2.低合金高强度结构钢:
a.牌号表示;
b.标准和选用;
3.钢结构用钢材:
b.热轧型钢;
c.冷弯薄壁型钢;
d.钢板.压型钢板;
4.钢筋混凝土用钢材:
b.热轧钢筋;
c.预应力混凝土用热处理钢筋;
d.冷轧带肋钢筋;
e.预应力混凝土用钢丝和钢绞线;
5.钢材的选用原则;
a.荷载性质;
b.使用温度;
c.连接方式;
d.钢材厚度;
e.结构重要性;
第六章沥青和沥青混合料
6.1沥青材料
定义:
是由多种有机化合物构成的复杂混合物.
分类:
沥青{地沥青{天然沥青
石油沥青
焦油沥青{煤沥青
页岩沥青
6.1.1.石油沥青:
1.分类:
建筑石油沥青
道路石油沥青
普通石油沥青
2.组成:
1)油分:
赋予沥青流动性
2)树脂:
使沥青具有良好的塑性和粘结性
3)地沥青质:
提高沥青粘性,耐热性.硬度;但若含量过多,塑性会降低
3.技术性质:
1)粘滞性(粘性)
反映材料内部阻碍其相对流动的特性,与温度组分有关,地沥青质含量较高,油分含量较少,粘性大;温度上升,粘性下降.
液态:
粘滞度表示;
固态.半固态:
针入度表示;
划分牌号的指标
2)塑性:
指石油沥青在受外力作用时产生变形而不破坏,除去外力,仍保持变形后形状的性质.
用延度过表示
3)温度敏感性:
指粘滞性,塑性随温度升降而变化的性能.
用软化点表示
4)大气稳定性(耐久性)
即抗老化能力.
5)溶解度、闪点、燃点
4.分类标准和选用:
牌号按针入度划分;
牌号增加,针入度.延度逐渐增大,软化点逐渐降低.
1)一般屋面用沥青材料的软化点应比本地区屋面最高温度高20C左右;
建筑石油沥青针入度较小,软化点较高,但延度较小.
2)道路石油沥青
于地区气候条件、施工季节气温、路面类型、施工方法有关。
6.1.2.煤沥青:
防腐性能好,有强烈的刺激性气味.
6.1.3.改性沥青:
可分为橡胶改性沥青;树脂沥青;橡胶树脂并用改性沥青;再生胶改性沥青和矿物填充剂改性沥青.
6.2沥青混合料的组成与性质
1、由矿料与沥青拌和而成的混合料。
分为:
沥青混凝土混合料、沥青碎(砾)石混合料
6.2.1沥青混合料的组成结构
1、悬浮密实结构:
采用连续密级配矿质混合料与沥青组成的沥青混合料
密实度、强度较高,但稳定性较差
2、骨架空隙结构
采用连续升级配矿质混合料与沥青组成的沥青混合料
稳定性好,耐久性差
3、骨架密实型
采用间断型级配矿质混合料与沥青组成的沥青混合料
密实度、强度、稳定性都较好
6.2.2沥青混合料的技术性质
1、高温稳定型
马歇尔试验法
2、低温抗裂性
3、耐久性
4、抗滑性
5、施工和易性
第七章砌筑材料
7.1砌墙砖
一、分类;
1.按原料分:
粘土砖.页岩砖.煤矸石砖.粉煤灰砖.灰砂砖.炉渣砖
2.按孔洞率分:
实心砖(孔洞率<15%),多孔砖(孔洞率>=15%)
3.按制作工艺分:
烧结砖;非烧结砖
二.烧结砖:
通过焙烧而得的砖
1.制造:
取土--------调制--------制坯--------干燥---------焙烧---------成品
欠火与过火砖成因,特征及影响
青砖:
还原气氛,低价铁;红砖:
氧化气氛,高价铁
2.技术性质
1)尺寸规格:
240X115X53mm
4块砖长,8块砖宽,16块砖厚恰好为1m
每立方米砖砌体需砖512块
2)质量等级;
根据外观质量.泛霜.石灰爆裂三项指标.
a)外观质量:
包括两条面高度差.弯曲程度.杂质突出高度.缺棱掉角.裂纹长度.完整面.
b)泛霜:
粘土中可溶性盐类,随砖内水分蒸发而在砖表面产生的盐析现象.
c)石灰爆裂:
石灰石烧结后形成CaO,在砖体内吸水消化膨胀,砖体胀裂.
3)强度等级:
分MU30MU25MU20MU15MU10MU7.5
解释其测定方法
4)吸水率:
8%~16%
5)抗风化性能:
注意风化区的划分
3.普通实心砖的优缺点及应用:
4.空心砖
1)孔洞率>=15%
2)优点:
节约粘土;减自重;隔热性能好;节约燃料;烧成率高.
3)技术性质:
质量等级划分:
按耐久性.外观质量.强度等级分
其它与普通砖类似.
5.其它烧结砖:
简介.
三.非烧结砖
1.优点:
节省粘土,减少环境污染.
2.不得用于长期受热(200C以上);受急冷急热和有酸性介质侵蚀;有流水冲刷的建筑部位.
7.2砌块
一.定义:
用于砌筑的.形体大于砌墙砖的人造块材.
二.分类:
按尺寸分:
大型砌块(高>980mm)
中型砌块(高在380~980mm)
小型砌块(高>115mm<380mm)
三.原料:
可用地方资源,工业废渣
四.特点:
生产工艺简单,原料来源广;
适应性强,制作使用方便;
改善墙体功能;
五.几种常见的砌块
7.3砌筑用石材
一、岩石分类:
1、火成岩:
深成岩:
如花岗岩
噴出岩:
如玄武岩
火山岩:
火山灰
2、沉积岩:
机械沉积岩:
如页岩、砂岩
化学沉积岩:
如石膏、白云岩
生物沉积岩:
如石灰岩
3、变质岩:
正变质岩:
由火成岩变质而成,变质后构造、性能一般较原火成岩差
如由花岗岩变质而成的片麻岩
副变质岩:
由沉积岩变质而成,变质后的结构、性能一般较原沉积岩好
如大理石、石英岩
二、建筑石材的技术性质
1、物理性质:
表观密度;孔隙率;吸水性;耐水性等简要介绍
2、石材力学性质:
A、力学性质:
立方体抗压强度
用MU表示
B、其它
三、石材工艺性质:
1、加工性;
2、磨光性;
3、抗钻性;
四、石材的应用
1)毛石
2)料石
3)石板
4)广场地坪、路面、庭院小径用石材
第九章建筑功能材料
本章要求:
了解建筑功能材料的性质及选用原则.
9.1防水材料
9.1.1防水卷材
1、防水卷材应具备的几种性能:
1)耐水性
2)温度稳定性
3)机械强度、延伸性、抗断裂性
4)柔韧性
5)大气稳定性
2、常见几种防水卷材
1).沥青防水卷材:
{石油沥青纸胎油毡
石油沥青玻璃布油毡
石油沥青玻璃纤维胎油毡
铝箔面油毡
2).改性沥青防水卷材:
{SBS卷材
APP卷材
3).合成高分子防水卷材:
{EPDM防水卷材
PVC防水卷才
氯化聚乙烯-橡胶共混防水卷材
9.2.2防水涂料
1、防水涂料应具备的几种性能
1)固体含量
2)耐热度
3)柔性
4)不透水性
5)延伸性
2、常见几种防水涂料
1).沥青类防水涂料:
A)冷底子油:
常作为底层来用
B)沥青胶:
也叫玛珶脂
C)水乳型沥青防水涂料:
2).高聚物改性沥青防水涂料:
A)氯丁橡胶沥青防水材料
B)水乳型再生橡胶防水涂料
C)聚氨脂防水涂料
9.1.3密封材料
1、嵌入建筑接缝的定型和不定型材料
2、应具有的性质:
1)高水密性
2)气密性
3)良好的粘结性
4)良好的耐高温性
5)良好的耐老化性
6)一定的弹塑性和拉伸—压缩循环性能
3、不同的使用部位有不同的要求
4、常见的几种密封材料
1)沥青嵌缝油膏
2)聚氯乙稀接缝膏和塑料油膏
3)丙烯酸类密封膏
4)聚胺酯密封膏
5)硅酮密封膏
1.2灌浆材料
1、定义:
在压力作用下注入构筑物的缝隙孔洞中,具有增加承载能力、防止渗漏及提高结构的整体性能效果的材料。
2、应具有的性能:
1)可灌性
2)胶凝时间可调性
3)良好的粘结性、强度、抗渗性、耐久性
3、分类:
水泥浆
固体浆材{粘土浆
水泥粘土浆
灌浆材料{化学浆材{甲基丙烯酸甲酯(甲凝)
丙烯酰胺(丙凝)
环氧树脂
木质素
9.3绝热材料
一.作用原理和基本要求:
1.表观密度小,导热性低
ρo<500Kg/m3λ<0.17W/(m.K)
2.影响因素:
2)孔隙率高,热导率小
3)受潮,热导率大
4)热流方向
二.常用种类:
1.无机绝热材料:
1)纤维材料:
玻璃棉及其制品
矿棉及其制品
2)松散粒状材料:
膨胀蛭石及其制品
膨胀珍珠岩
3)无机多孔材料:
泡沫混凝土
加气混凝土
微孔硅酸钙
泡沫玻璃
2.有机绝热材料
1)泡沫塑料
2)软木板
3)木丝板
4)甘蔗板
5)蜂窝板
3.玻璃绝热材料:
1)中空玻璃
2)热反射玻璃
3)吸热玻璃
4)窗用绝热玻璃
9.4吸声.隔声材料
12.2.1吸声材料:
1.要求:
规定取125HZ250HZ500HZ1000HZ2000HZ4000HZ等六个频率的平均吸声系数应大于0.2
2.使用原则;
1)材料的气孔是开放的,互相连通;
2)尽可能选用吸声系数较高的材料,以求得到较好的技术经济效果;
3)安装时应考虑尽量减少材料受碰撞的机会和因吸湿引起的胀缩影响;
4)注意吸声材料和隔音材料的区别.
3.常用的吸声材料(书中表格)
12.3.3隔声材料:
1.隔空气声:
材料密度越大,隔声效果越好
2.隔固体声:
结构中加如具有一定弹性的材料
第十章装饰材料
本章要求:
熟悉常用的几种装饰材料性质.应用.
10.1建筑装饰材料的基本功能与选择
一.功能:
2.外墙;保护.装饰
3.内墙:
保护.装饰.功能
4.地面:
保护.装饰.功能
二.效果:
2.质感
3.颜色
4.光泽
5.透明性
三.选用原则:
1.外观,美感,协调,实用
2.功能性
3.经济性
10.2建筑陶瓷(简介)
1.内.外墙砖.地砖之间的区别;
2.如何选择及鉴别其质量;
3.陶瓷锦砖与玻璃锦砖的区别
4.卫生陶瓷简介
10.3建筑装饰用板材:
2.板材分类
3.各板材适用环境
4.各自优.缺点
10.4卷材类装饰材料及装饰涂料
1.卷材类装饰材料简介
介绍地毯.窗帘,墙纸等
2.涂料类简介
10.5建筑玻璃
1.特点:
1)脆性
2)热稳定性差
3)耐酸性强
4)不耐碱(也叫风化)
2.普通平板玻璃
1)制作工艺:
浮法.引上法
2)以标准箱计
3)技术性质(简介)
3.其它平板玻璃:
4.安全玻璃
1)安全玻璃的两种原理
2)常见的安全玻璃
4.绝热玻璃(12章已讲过)
10.6建筑涂料
10.6.1涂料的作用.分类及组成
二.作用:
保护提高耐久性
三.分类:
外墙涂料
内墙涂料
地面涂料
防水涂料
三.基本类型:
2.溶剂型:
薄.硬,耐水性好;但价高,易燃,挥发物质对人体有害;
3.水溶型:
无毒无味,工艺简单,涂膜光洁.平滑,耐燃性及透气性好,价廉;但耐水性较差,潮湿发霉.
4.乳胶漆:
施工方便,耐候性.透气性好,但需在10C以上气温施工,以免影响质量.
四.涂料组成:
2.成膜物质(胶结剂)
3.次要成膜物质(颜料)-------赋予色彩.遮盖力
4.辅助材料(溶剂)--------调节涂料稠度
10.6.2常用的几种涂料(以下内容学生自习,再回答问题)
1.各类涂料常用几种涂料是什么?
2.各有什么特点?
3.适用环境和不适用环境?
6.3.1沥青混合料组成材料的技术要求
1、沥青材料
寒冷地区:
宜选稠度较小,延度较大的沥青
较热地区:
宜选稠度较大,软化点高的沥青
上层:
稠
下层、联接层:
稀
2、粗集料:
洁净、干燥、无杂质。
无风化
一般选高强、碱性岩石轧制碎石
3、细集料:
4、矿粉:
岩石磨制
6.3.2沥青混合料配合比设计
1、两个要求的比例
矿质混合料的配合比、最佳沥青用量
2、设计步骤:
A、矿质混合料的配合比
1)确定沥青混合料类型:
结构层次
高速公路、城市快速路、一级公路、城市主干路
其它等级公路
一般城市道路及其它道路工程
三层式沥青混凝土路面
两层式沥青混凝土路面
沥青混凝土路面
沥青碎石路面
沥青混凝土路面
沥青碎石路面
上层面
AC-13
AC-16
AC-20
AC-13
AC-16
AC-13
AC-16
AC-13
AC-5
AC-10
AC-13
AM-5
AM-10
中层面
AC-20
AC-25
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
下层面
AC-25
AC-30
AC-20
AC-25AC-30
AC-20AC-25AC-30AM-25AM-30
AM-25AM-30
AC-20AM-25AM-25AM-30
AC-25AM-30AM-40
2)确定矿质混合料的级配范围:
查表P198
3)试算法求配比
由矿质混合料的级配范围――――先算出累计筛余级配范围中值―――推算出分计筛余级配范围中值――试算
找出筛余最多的那个矿料,先计算,依次算出(X=分计中值/具体矿料分计筛余)
B、最佳沥青用量:
1)制备试样(沥青用量在表P198)
2)测定物理指标
视密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、稳定度、流值、马歇尔模数
3)绘制沥青用量与物理-力学指标关系图
附表格:
项目
沥青混合料类型
高速公路、城市快速路、一级公路、城市主干路
其它等级公路及城市道路
人行道路
击实次数
沥青混凝土
沥青碎石、抗滑表层
两面各75
>50
两面各50
两面各50
两面各50
两面各50
技术标准
稳定度MS(KN)
I型沥青混凝土
II型沥青混凝土
>7.5
>5.0
>5.0
>4.0
>3.0
-
流值FL(0.1mm)
I型沥青混凝土
II型沥青混凝土
20-40
20-40
20-45
20-45
20-50
-
空隙率VV(%)
I型沥青混凝土
II型沥青混凝土
III型沥青混凝土
3-6
4-10
1-0
3-6
4-10
1-0
2-5
-
-
沥青饱和度VAF(%)
I型沥青混凝土
II型沥青混凝土
70-85
60-75
70-85
60-75
75-90
-
残留稳定度MS0(%)
I型沥青混凝土
II型沥青混凝土
>75
>70
>75
>70
>.75
-
4)a1为密度最大值的沥青用量a2为稳定度最大值的沥青用量a3为空隙率范围中值的沥青用量
OAC1=(a1+a2+a3)/3
5)确定各关系曲线上沥青用量,画出共同部分OAC2=(OACmin+OACmax)/2
6)确定OAC值
注:
对于热区及高速公路、一级公路、主干路,在OAC2与OACmin范围内决定,不宜小于OAC2的0.5%
寒区道路、一般道路,在OAC2与OACmax,不宜大于OAC2的0.3%
7)水稳定检验抗车辙能力检验综合决定OAC值
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