造价师建设工程技术与计量(土建)第5讲

（三）、材料的力学性质
1、强度与比强度
（1）．强度。强度是指在外力(荷载)作用下材料抵抗破坏的能力。
材料抵抗外力破坏的强度分为抗压、抗拉、抗剪、抗弯、抗扭。又称静力强度.
2），比强度。比强度是按单位质量计算的材料的强度，其值等于材料强度对其表观密度的比值，是衡量材料轻质高强性能的重要指标。如普通混凝土C30的比强度(0．0125)低于Ⅱ级钢的比强度(o．043)，说明这两种材料相比混凝土显出质量大而强度低的弱点，应向轻质高强方向改进配制技术。
例题、（ ）是衡量材料轻质高强性能的重要指标比强度。
A、强度B、抗拉强度C、比强度D、弹性
答案：C

2、弹性与塑性
（1）弹性是指外力作用下材料产生变形，外力取消后变形消失，材料能完全恢复原来形状的性质，这种变形属可逆变形，称为弹性变形，变形数值的大小与外力成正比。在弹性范围内符合虎克定律。材料的弹性模量E是衡量材料在弹性范围内抵抗变形能力的指标。
（2）．塑性。塑性是指外力作用下材料产生变形，外力取消后仍保持变形后的形状和尺寸，但不产生裂隙的性质，这种变形称为塑性变形。
实际工程中多数材料受力后变形是介于弹塑性变形之间的。当受力不大时，主要产生弹性变形，受力超过一定限度，才产生明显的塑性变形。如混凝土，既具有弹性变形，又具有塑性变形。
3、材料的脆性和韧性，了解。

第二节 钢材，木材，水泥
一、钢材
将生铁(含碳量高于2．06％)在炼钢炉中冶炼，将含碳量降低到指定范围，并控制其它杂质含量后得到钢。
(一)钢材分类
1、按化学成分分类有碳素钢；合金钢：
碳素钢；分为低碳钢(C；<0．25％)；中碳钢(C：0．25％～0．60％)；高碳钢(C：>0．60％)。
合金钢：含有某些用来改善钢材性能的合金元素，如Si、Mn、Ti、V等。合金元素总含量小于5％为低合金钢；5％～10％为中合金钢；大于10％为高合金钢。
2、按用途分类：分为结构钢、工具钢和特殊钢(如不锈钢、耐热钢、耐酸钢等)。
3、按脱氧程度分类：脱氧充分者为镇静钢及特殊镇静钢(代号Z及TZ)，脱氧不充分者为沸腾钢(F)，介于二者之间为半镇静钢(b)。
建筑钢材多为 普通碳素钢结构钢的低碳钢与低合金钢结构钢。
(二)钢材的力学性能与工艺性能
1．抗拉性能。抗拉性能是建筑钢材最重要的性能。表征抗拉性能的技术指标有：屈服点、抗拉强度及伸长率。
(1) 屈服点。设计时，一般以屈服强度或压服点作为强度取值的依据。
(2)抗拉强度。在设计中，一定范围内，屈强比小则表明钢材在超过屈服点工作时可靠性较高，较为安全。太小了则反映钢材不能有效的被利用。
(3)伸长率。表征了钢材的塑性变形能力。越大越好。
2．冷弯性能。冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，它表征在恶劣变形条件下钢材的塑性，试件按规定条件弯曲，若弯曲处的外表面无裂断、裂缝或起层，即认为冷弯性能合格。能揭示内应力，杂质等缺陷，可用于焊接质量的检验，能揭示焊件在受弯表面裂纹，杂质等缺陷。
3．冲击韧性。冲击韧性指钢材抵抗冲击载荷的能力。对直接承受动荷载而且可能在负温下工作的重要结构，必须进行冲击韧性检验。

2004考题．影响钢材冲击韧性的重要因素有( )。
A．钢材化学成分 B．所承受荷载的大小
C．钢材内在缺陷 D．环境温度
E．钢材组织状态
4．硬度。硬度指表面层局部体积抵抗压入产生塑性变形的能力。表征值常用布氏硬度值HB表示。
5．耐疲劳性。在反复荷载作用下，钢材在远低于抗拉强度时突然发生断裂，称为疲劳破。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限表示，其含义是：试件在交变应力下工作，在规定的周期基数内不发生断裂的最大应力。
6．焊接性能。可焊性主要指焊接后在焊缝处的性质与母材性质的一致程度。

例题：[ ] 性能表征在恶劣变形条件下钢材的塑性，能揭示内应力，杂质等缺陷。
A焊接性能
B耐疲劳性
C伸长率
D冷弯性能
答案：D

(三)、钢材的化学成分
1．碳(C)；当含碳量小于o．8％时，C含量增加将使抗拉强度及硬度提高，但塑性与韧性将降低，焊接性能、耐腐蚀性能也下降。
2．硅(Si)：当小于等于1％时，Si含量的增加可显著提高强度及硬度，而对塑性及韧性无显著影响。
3．锰(Mn)：在一定限度内，随Mn含量的增加可显著提高强度并可消减因氧与硫引起的热脆性。改善热加工性能。
4．硫(S)：为有害元素，有强烈的偏析作用，使机械性能、焊接性能下降（引起热裂纹）。
5．磷(P)；为有害元素，含量的增加可提高强度，塑性及韧性显著下降。
有强烈的偏析作用，引起冷脆性，焊接性下降。但可提高耐磨性及耐腐蚀性。

例题、钢材的化学成分中：在一定限度内，随（ ）含量的增加可显著提高强度并可消减因氧与硫引起的热脆性，改善热加工性能。
A、S B、 Si C、Mn D、P
答案:C

（四）、土木建筑常用钢材
1、碳素结构钢
碳素结构钢指一般的结构钢，碳素结构钢的牌号包括四个部分，依顺序为：屈服点字母(Q)
屈服点数值(单位为MPa)
质量等级(分为A、B、C、D四级，逐级提高)
脱氧方法符号(F为沸腾钢，B为半镇静钢，Z为镇静钢，TZ为特殊镇静钢。但表示中如遇Z、TZ可省略)。

[例]1，Q235—A．F，表示屈服点为235MPa，A级沸腾钢。
[例]2，Q235-B，表示屈服点为235MPa，B级镇静钢。

碳素结构钢依据屈服点Q数值的大小被划分为五个牌号，Q195，Q215，Q235，Q255，Q275，依牌号升序，含碳量及抗拉强度增大，但冷弯性及伸长率呈下降趋势。
建筑工程中主要应用的碳素钢是Q235号钢，可轧制各种型钢、钢板、钢管与钢筋。Q235号钢广泛用于一般钢结构。其中C、D级可用在重要的焊接结构。
Q195、Q215号钢材强度较低，但塑性、韧性较好，易于冷加工，可制作铆钉、钢筋。
Q255、Q275号钢材强度高，但塑性、韧性、可焊性差，可用于钢筋混凝土配筋及钢结构中的构件及螺栓等。
选用钢材时，还要根据工程结构的荷载类型(动荷载或静荷载)、连接方式(焊接或铆接)及环境温度等，综合考虑钢材的牌号、质量等级、脱氧方法加以选择。如受动荷载、焊接结构、在低温情况下工作的结构，不能选用A、B质量等级钢材及沸腾钢。
2、低合金高强度结构钢
低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上，少量添加若干合金元素而成。提高强度、韧性、耐磨性及耐腐蚀性。

2004考题．普通低合金结构钢比普通碳素钢的( B )。
A．强度低 B．强度高
C．抗冲击性差 D.工难度大
3、型钢、钢板：
热轧钢板按板厚分两种：
(1)中厚板，厚度大于4mm；
(2)薄板，厚度为0．35-4mm。
冷轧钢板只有薄板一种，厚度为0．2-4mm。
4、钢筋
（1）、热轧钢筋
I级钢筋（表面光圆，）的强度较低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，广泛用作普通混凝土中非预应力钢筋，Ⅱ级与Ⅲ级钢筋的强度较高，塑性及焊接性也较好，广泛用作 大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋。
(2)冷加工钢筋。在常温下对钢筋进行机械加工(冷拉、冷拔、冷轧)，使其产生塑性变形，从而达到提高强度(屈服点)、节约钢材的目的，这种方法称为冷加工。经冷加工后，虽钢筋的强度有所提高，但其塑性、韧性有所下降。
(3)热处理钢筋。热处理钢筋是以热轧的螺纹钢筋经淬火和回火调质处理而成，即以热处理状态交货，成盘供应，每盘长约200m。预应力混凝土用热处理钢筋强度高，可代替高强钢丝使用，配筋根数少，预应力值稳定，主要用作预应力钢筋混凝土轨枕，也可用于预应力混凝土板、吊车梁等构件。
(4)碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线。预应力混凝土需使用专门的钢丝，这些钢丝用优质碳素结构钢经冷拔、热处理、冷轧等工艺过程制得，具有很高的强度，安全可靠且便于施工。预应力混凝土用钢丝分为碳素钢丝(矫直回火钢丝，代号J)、冷拉钢丝(代号L)及矫直回火刻痕钢丝(代号JK)三种。
碳素钢丝(矫直回火钢丝)。由含碳量不低于0．8％的优质碳素结构钢盘条，经冷拔及回火制成。碳素钢丝具有很好的力学性能，是生产刻痕钢丝和钢绞线的母材。
刻痕钢丝。将碳素钢丝表面沿长度方向压出椭圆形刻痕，即为刻痕钢丝。压痕后，成盘的刻痕钢丝需作低温回火处理后交货。
钢绞线。钢绞线是将碳素钢丝若干根，经绞捻及热处理后制成。钢绞线强度高、柔性好，特别适用于曲线配筋的预应力混凝土结构、大跨度或重荷载的屋架等。
钢丝和钢绞线主要用于大跨度、大负荷的桥梁、电杆、枕轨、屋架、大跨度吊车梁等，安全可靠，节约钢材，且不需冷拉、焊接接头等加工，因此在土木建筑工程中得到广泛应用。

例题、Q235—A．F，表示（ ），
A、镇静钢 B、A级 C、屈服点为235Mpa D、F级、
答案：B C、

(五)焊接材料
1．焊条
焊条材质分为碳素结构钢及低合金结构钢两种。根据药皮的不同，大体分为酸性型及碱性低氢型两种。焊条的选用要依据构件材质、化学成分及工艺要求来确定。
结构钢电焊条用量最大，主要用来焊接碳素钢、普通低合金钢及铸钢。
铸铁电焊条适用于焊接各种铸铁施焊物，如一般灰口铸铁、可锻铸铁及球墨铸铁等。
2．焊剂
为使焊头具有较好的机械性能，在进行焊接时多应选择适当的焊剂。焊剂的选择以适应施焊材料及施焊结构为依据。如一般的低碳钢结构可选用高锰高硅型焊剂，并配以H08A和H08MnA焊丝。对于Q345、Q390等低合金钢，则可选用高锰型或低锰型焊剂。在使用焊剂时要注意：在使用前，焊剂一般要在250~C下烘烤1-2h。

(六)钢材的防锈与防火
1．钢材的防锈
混凝土配筋的防锈措施应考虑：限制水灰比和水泥用量，限制氯盐外加剂的使用，采取措施保证混凝土的密实性，还可以采用掺加防锈剂(加重铬酸盐等)的方法。
2．钢材的防火
裸露的、未作表面防火处理的钢结构，耐火极限仅15min左右。防火处理主要的方法是在其表面上涂敷防火涂料。
防火涂料有STI—A型钢结构防火涂料及LG钢结构防火隔热涂料等。

二、木材
(一)木材的特性与分类
1．木材的特性
(1)比强度大，具有轻质高强的特点；
(2) 弹性韧性好，能承受冲击和振动作用
(3)；导热性低，具有较好的隔热、保温性能
(4)；在适当的保养条件下，有较好的耐久性
木材在使用时必然会受到木材自然属性的限制，主要有以下几个方面：
(1) 构造不均匀，呈各向异性；
2)湿胀干缩大，处理不当易翘曲和开裂；
(3)天然缺陷较多，降低了材质和利用率；
(4)耐火性差，易着火燃烧；易腐朽、虫蛀
2．木材的分类
土木建筑工程用木材，通常以三种材型供货，即：
原木：伐倒后经修枝并截成一定长度的木材。
板材：宽度为厚度的三倍或三倍以上的型材。
枋材：宽度不及厚度三倍的型材。
板材及枋材，统称锯材。锯材按国家标准分为特种锯材和普通锯材两个级别。普通锯材根据其缺陷又分为一等、二等和三等三个等级。
对于承重结构用木材，按受力要求分成三级，即I、Ⅱ、Ⅲ级。 I级材用于受拉或受弯构件；Ⅱ级材用于受弯或受压弯的构件；Ⅲ级材用于受压构件及次要受弯构件。

例题、对于承重结构用木材，（ ）级材用于受压构件及次要受弯构件。
A、I B、Ⅱ C、Ⅲ D、IV
答案：C
(二)木材的物理力学性质
1．木材的物理学性质
(1)含水率。木材内部所含的水根据其存在形式可分为三种，即自由水(存在于细胞腔与细胞间隙中)、吸附水(存在于细胞壁内)和化合水(木材化学组成中的结合水)。
水分进入木材后，首先吸附在细胞壁内的细纤维间，成为吸附水，吸附水饱和后，其余的水成为自由水。木材干燥时，首先失去自由水，然后才失去吸附水。当木材细胞腔和细胞间隙中的自由水完全脱去为零，而细胞壁吸附水饱和时，木材的含水率称为“木材的纤维饱和点”。纤维饱和点随树种而异。纤维饱和点是木材物理力学性质发生改变的转折点，是木材含水率是否影响其强度和干缩湿胀的临界值。
木材具有较强的“吸湿性”。当木材的含水率与周围空气相对湿度达到平衡时，此含水率称为平衡含水率。周围空气的相对湿度为100％时，木材的平衡含水率便等于其纤维饱和点。
(2)湿胀干缩。防止胀缩最常用的方法是对木料预先进行干燥，达到估计的平衡含水率时再加工使用。
2．木材的力学性质
木材的组织结构决定了它的许多性质为各向异性，在力学性质上尤其突出。以强度为例，木材不仅有抗拉、抗压、抗弯和抗剪四种强度，而且均具有明显的方向性。
抗拉强度——顺纹方向最大，横纹方向最小。
抗压强度——顺纹方向大，横纹方向小。
抗剪强度——横纹方向大，顺纹方向小。
抗弯强度——很大。因中性轴以上为顺纹抗压，以下为顺纹抗拉，都是很强的，所以抗弯很好。

(三)木材的防护
主要包括干燥、防腐、防火。
（四）、木材的加工利用
(一)胶合板
1．制作：将木材软化处理后切成薄板，表面刷胶后按纹理相互垂直方向叠放，加压热合而成的板材。以层数取名，如三合板。
2．特点：①解决了各项异性的缺点；②可用小直径原木制成宽幅板。 3．适用范围：室内、外工程。
(二)纤维板
1．制作：以植物纤维为原料，经破碎、浸泡、研磨、加压成型、干燥处理而成。
2．特点：各项同性，不易胀缩、翘曲及开裂，并有良好的保温、吸声、绝缘效果。
3．适用范围：室内墙面、天花板、地板。