习　题

对钢材进行冷加工强化与时效处理的目的是提高钢材的屈服强度，以便节约钢材。经冷加工强化与时效处理的钢材屈服强度提高明显，而经冷加工而没有经时效处理的钢材屈服强度提高有限，如图8.9所示。

建筑工地或预制构件厂常用的冷加工方法是冷拉和冷拔。

①冷拉：将热轧钢筋用冷拉设备进行张拉，拉伸至产生一定的塑性变形后，卸去荷载。冷拉参数的控制直接关系到冷拉效果和钢材质量。一般钢筋冷拉仅控制冷拉率，称为单控；对用作预应力的钢筋，须采用双控，即既控制冷拉应力又控制冷拉率。冷拉时当拉至控制应力时可以未达控制冷拉率，反之钢筋则应降级使用。

钢筋冷拉后，屈服强度可提高20%～30%，可节约钢材10%～20%，钢材经冷拉后屈服阶段缩短、伸长率降低、材质变硬。

②冷拔：将光圆钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔，每次拉拔断面缩小应在10%以内。钢筋在冷拔过程中，不仅受拉，同时还受到挤压作用，因而冷拔的作用比纯冷拉作用强烈。经过一次或多次冷拔后的钢筋表面光滑，屈服强度可提高40%～60%，但塑性大大降低，具有硬钢的性质。

8.5　土木工程中常用的钢材

土木工程用钢有钢结构用钢和钢筋混凝土用钢两类，前者主要有型钢、钢板和钢管，后者主要有钢筋、钢丝和钢铰线。二者钢制品所用的原料多为碳素结构钢、优质碳素结构钢和低合金结构钢。

8.5.1　主要钢种

1）碳素结构钢

碳素结构钢的化学成分应符合表8.1的要求，力学性能应符合表8.2的要求，冷弯试验应符合表8.3的要求。

按枟碳素结构钢枠（GB/T700—2006）的要求，钢的牌号由代表屈服强度的字母、屈服强度的数值、质量等级符号、脱氧方法符号4个部分按顺序组成。

Q：钢材屈服强度“屈”字汉语拼音首位字母；A、B、C、D：分别为质量等级；F：沸腾钢“沸”字汉语拼音首位字母；Z：镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母；TZ：特殊镇静钢“特镇”两字汉语拼音首位字母。在牌号表示方法中，“Z”与“TZ”符号可以省略。

例如，Q235唱B，表示屈服强度为235MPa（当钢材厚度或直径小于16mm时），质量等级为B级的镇静碳素结构钢。

碳素钢的特性及应用：

①Q195钢强度不高，塑性、韧性、加工性能与焊接性能较好，主要用于轧制薄板和盘条等。

②Q215钢用途与Q195钢基本相同，由于其强度稍高，还大量用作管坯和螺栓等。

③Q235钢既有较高的强度，又有较好的塑性和韧性，可焊性也好，在土木工程中应用最广泛，大量用于制作钢结构用钢、钢筋和钢板等。其中Q235唱A级钢，一般仅适用于承受静荷载作用的结构，Q235唱C和Q235唱D级钢可用于重要的焊接结构。另外，由于Q235唱D级钢含有足够的能形成细晶粒结构的元素，同时对硫、磷有害元素控制严格，故其冲击韧性好，有较强的抵抗振动、冲击荷载能力，尤其适用于负温条件。

④Q275钢强度、硬度较高、耐磨性较好，但塑性、冲击韧性和可焊性差，不宜用于建筑结构，主要用于制作机械零件和工具等。

2）优质碳素结构钢

优质碳素结构钢是含碳量小于0.8%的碳素钢，这种钢中所含的硫、磷及非金属夹杂物比碳素结构钢少，机械性能较为优良。

根据枟优质碳素结构钢枠（GB/T699—1999）的规定，钢中除含有碳（C）元素和为脱氧而含有一定量硅（Si）（一般不超过0.40%）、锰（Mn）（一般不超过0.80%，较高可到1.20%）合金元素外，不含其他合金元素（残余元素除外）。此类钢必须同时保证化学成分和力学性能。其硫（S）、磷（P）杂质元素含量一般控制在0.035%以下。若控制在0.030%以下者称为高级优质钢，其牌号后面应加“A”，例如20A；若P控制在0.025%以下、S控制在0.020%以下时，称为特级优质钢，其牌号后面应加“E”以示区别。对于由原料带进钢中的其他残余合金元素，如铬（Cr）、镍（Ni）、铜（Cu）等的含量一般控制在Cr≤0.25%、Ni≤0.30%、Cu≤0.25%。

优质碳素结构钢的牌号用2位数字表示，即是钢中平均含碳量的万分位数。如20号钢表示平均含碳量为0.20%的优质碳素钢。对于沸腾钢则在尾部加上F，如10F、15F等。有的牌号锰（Mn）含量达到0.70%～1.20%，称为锰钢，如45Mn。

优质碳素结构钢的硫磷含量低于0.035%，主要用来制造较为重要的机件。在工程中一般用于生产预应力混凝土用钢丝、钢绞线、锚具，以及高强度螺栓、重要结构的钢铸件等。

在建筑工程中，30～45号钢主要用于重要结构的钢铸件和高强度螺栓等，45号钢用作预应力混凝土锚具，65～80号钢用于生产预应力混凝土用钢丝和钢铰线。

3）低合金高强度结构钢

低合金高强度结构钢是一种在碳素结构钢的基础上添加总量不小于5%合金元素的钢材，所加合金元素主要有锰（Mn）、硅（Si）、钒（V）、钛（Ti）、铌（Nb）、铬（Cr）、镍（Ni）及稀土元素，均为镇静钢。

根据枟低合金高强度结构钢枠（GB/T1591—2008）的规定，钢的牌号由代表屈服强度的汉语拼音字母、屈服强度数值、质量等级符号3个部分组成。例如：Q345D，其中的Q是钢的屈服强度“屈”字汉语拼音的首位字母；345是屈服强度数值，单位MPa；D是质量等级为D级。

牌号有Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690共8个等级，质量等级有A、B、C、D、E共5个等级。

当需方要求铜板具有厚度方向性能时，则在上述规定的牌号后加上代表厚度方向（Z向）性能级别的符号，例如Q345DZ15。

低合金高强度结构钢的化学成分见表8.4，力学性能应符合表8.5、表8.6、表8.7的要求。

低合金高强度结构与碳素结构钢具有强度高、综合性能好、使用寿命长、应用范围广、比较经济等优点。该钢多轧制成板材、型材、无缝钢管等，被广泛用于桥梁、船舶、锅炉、车辆及重要建筑结构中。

8.5.2　钢筋混凝土用钢材

1）热轧钢筋

热轧钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品钢筋，由低碳钢和普通合金钢在高温状态下压制而成，主要用于钢筋混凝土和预应力混凝土结构的配筋，是土木工程中使用量最大的钢材品种之一。直径6.5～9mm的钢筋，大多数卷成盘条；直径10～40mm的一般是6～12m长的直条。热轧钢筋应具备一定的强度，即屈服点和抗拉强度，它是结构设计的主要依据，分为热轧光圆钢筋和热轧带肋钢筋两种。热轧钢筋为软钢，断裂时会产生颈缩现象，伸长率较大。

（1）热轧光圆钢筋

枟钢筋混凝土用钢第一部分：热轧光圆钢筋枠（GB1499.1—2008）规定，钢筋按屈服强度特征值分为235、300级。钢筋牌号的构成及其含义见表8.8。其钢筋的屈服强度ReL、抗拉强度Rm、断后伸长率A、最大力总伸长率Agt等力学性能特征值应符合表8.9的规定。当进行弯曲试验时，受弯部位表面不得出现裂缝。

（2）热轧带肋钢筋

枟钢筋混凝土用钢第二部分：热轧带肋钢筋枠（GB1499.2—2007）规定，钢筋按屈服强度特征值分为335、400、500级。钢筋牌号的构成及其含义见表8.10。带肋钢筋（图8.10）的屈服强度ReL、抗拉强度Rm、断后伸长率A、最大力总伸长率Agt等力学性能特征值应符合表8.11的规定。当进行弯曲试验时，受弯部位表面不得出现裂缝。

（3）特性及应用

HPB235是用碳素结构钢轧制的光圆钢筋，属于低强度钢筋，具有塑性好、伸长率高、便于弯折成型、容易焊接等特点。它的使用范围很广，可用作中、小型钢筋混凝土结构的主要受力钢筋、构件的箍筋、钢、木结构的拉杆等。因为HPB235强度低，HPB235逐步被HPB300取代。

HRB335、HRB400是用低合金镇静钢或半镇静钢轧制而成的。其强度较高，塑性较好，焊接性能比较理想。钢筋表面轧有通长的纵筋和均匀分布的横肋，从而可加强钢筋与混凝土间的黏结。广泛用于大、中型钢筋混凝土结构，如桥梁、水坝、港口工程和房屋建筑结构的主筋。经冷拉后，也可用作房屋建筑结构的预应力钢筋。

HRB500是用中碳低合金镇静钢轧制而成的，钢筋表面也轧有纵筋和横肋，它是房屋建筑工程的主要预应力钢筋。钢筋含碳量较高，对焊时一般采用闪光—预热—闪光焊或对焊后通电热处理的工艺，以保证对焊接头包括热影响区不产生淬硬性组织，防止发生脆性断裂。钢筋的直径一般为12mm，广泛用于预应力混凝土板类构件，以及成束配置用于大型预应力建筑构件（如屋架、吊车梁等）。

2）冷轧带肋钢筋

冷轧带肋钢筋是用热轧盘条经多道冷轧减径，一道压肋并经消除内应力后形成的一种带有二面或三面月牙形的钢筋。冷轧带肋钢筋在预应力混凝土构件中，是冷拔低碳钢丝的更新换代产品。

冷轧带肋钢筋牌号由CRB和钢筋的抗拉强度最小值构成。C、R、B分别为冷轧（Cold唱rolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars）3个词的英文首位字母。冷轧带肋钢筋分为CRB550、CRB650、CRB800和CRB970共4个牌号。CRB550为普通钢筋混凝土用钢筋，其他牌号为预应力混凝土钢筋。

冷轧带肋钢筋各国大都以焊网的形式用于工程中，少量用直条钢筋在现场绑扎。不论是直条钢筋还是焊网，都实行工厂化生产，按施工进度要求分批送到施工现场，钢筋工只需按图铺放，不需再作任何加工。

冷轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能应符合表8.12的规定。当进行弯曲试验时，受弯部位表面不得出现裂缝。

3）预应力混凝土用钢筋

（1）预应力混凝土用螺纹钢筋

枟预应力混凝土用螺纹钢筋枠（GB/T20065—2006）规定，预应力混凝土用螺纹钢筋是一种热轧成带有不连续的外螺纹的直条钢筋，该钢筋在任意截面处均可用带有匹配形状的内螺纹的连接器或锚具进行连接或锚固。主要用于制造高强度、大跨度、钢筋用螺母连接方式的混凝土制品上，如核电站、水电站、桥梁、隧道、高速铁路等重点工程。

预应力混凝土用螺纹钢筋以屈服强度划分级别，其代号为P、S、B加上规定屈服强度最小值表示。P、S、B分别为Prestressing、Screw、Bars的英文首位字母。例如，PSB830表示屈服强度最小值为830MPa的钢筋。强度等级分PSB785、PSB830、PSB930和PSB1080共4个等级。钢筋以热轧状态、轧后余热处理状态或热处理状态按直条交货。

（2）预应力混凝土用钢丝

枟预应力混凝土用钢丝枠（GB/T5223—2002）规定，预应力混凝土用钢丝是用优质碳素结构钢制成。按加工状态分为冷拉钢丝（WCD）和消除应力钢丝两类。消除应力钢丝按松弛性能又分为低松弛级钢丝（WLR）和普通松弛钢丝（WNR）。按外形分类光圆（P）、螺旋肋钢丝（H）和刻痕钢丝（I）。冷拉钢丝是用盘条通过拔丝模或扎辊经冷加工而成产品，以盘卷供货。

预应力混凝土用钢丝有强度高，柔性好，无接头，质量稳定可靠，施工方便，不须冷拉、不须焊接等优点。主要用于大跨度屋架及薄腹梁、大跨度吊车梁、桥梁、电杆和轨枕等的预应力钢筋等。

（3）预应力混凝土用钢绞丝

枟预应力混凝土用钢绞线枠（GB/T5224—2004）规定，预应力混凝土用钢绞丝是以数根优质碳素结构钢钢丝经绞捻和消除内应力的热处理而制成。根据捻制结构（钢丝的股数），将其分为1×2、1×3、1×3I、1×7和（1×7）C共5类。预应力混凝土用钢绞线的最大负荷随钢丝的根数不同而不同，7根捻制结构的钢绞线，整根钢绞线的最大力达384kN以上，规定非比例延伸力可达346kN以上，1000h松弛率≤1.0%～4.5%。

预应力混凝土用钢绞线具有强度高、柔韧性好、无接头、质量稳定和施工方便等优点，使用时按要求的长度切割，主要用于大跨度、大负荷的后张法预应力屋架、桥梁和薄腹板等结构的预应力筋。

8.5.3　钢结构用钢材

钢结构用钢材主要是热轧成型的钢板和型钢等；薄壁轻型钢结构中主要采用薄壁型钢、圆钢和小角钢；钢材所用的母材主要是普通碳素结构钢和低合金高强度结构钢。

1）热轧型钢

钢结构常用型钢有H型钢、工字钢、T型钢、Z型钢、槽钢、等边角钢和不等边角钢等。热轧型钢由于截面形式合理，材料在截面上分布对受力最为有利，且构件间连接方便，所以它是钢结构中采用的主要钢材。

我国建筑用热轧型钢，目前主要采用普通碳素钢（碳含量0.14%～0.22%），如Q235唱A，其特点是冶炼容易，成本低廉，强度适中，塑性和可焊性较好，适合建筑工程使用。低合金钢热轧型钢基本为热轧螺纹钢筋和以16Mn轧成的型钢，少数用15MnV，异形断面型钢用得较少。

工字钢广泛应用于各种建筑结构和桥梁，主要用于承受横向弯曲（腹板平面内受弯）的杆件，但不宜单独用作轴心受压构件或双向弯曲的构件。

与普通工字钢相比，H型钢具有截面模数大、质量轻、省钢材、便于同其他构件组合和连接等优点，常用于承载力大、截面稳定性好的大型建筑。其中宽翼缘和中翼缘H型钢适用于钢柱等轴心受压构件，窄翼缘H型钢适用于钢梁等受弯构件。

槽钢可用作承受轴向力的杆件、承受横向弯曲的梁以及联系杆件，主要用于建筑结构、车辆制造等。

角钢主要用作承受轴向力的杆件和支撑杆件，也可作为受力构件之间的连接零件。

在我国，热轧型钢已成为各项基本建设中使用最为广泛的材料之一。

2）冷弯型钢

冷弯型钢指用钢板或带钢在冷状态下弯曲成的各种断面形状的成品钢材。冷弯型钢是一种经济的截面轻型薄壁钢材，也称为钢制冷弯型材或冷弯型材。冷弯型钢是制作轻型钢结构的主要材料。它具有热轧型钢所不能生产的各种特薄、形状合理而复杂的截面。与热轧型钢相比较，在相同截面面积的情况下，回转半径可增大50%～60%，截面惯性矩可增大0.5～3.0倍，因而能较合理地利用材料强度；与普通钢结构（即由传统的工字钢、槽钢、角钢和钢板制作的钢结构）相比较，可节约钢材30%～50%。各种截面的冷弯型钢如图8.11所示。

目前，我国现有冷弯型钢主要品种有：结构用冷弯方矩形管、客车用冷弯钢、卷帘门及钢窗用型钢、低压流体输送用焊管、通用开口冷弯型钢、建筑用钢结构冷弯型钢以及各种断面的冷弯异型材。

3）钢板

钢板有热轧钢板和冷轧钢板之分，按厚度可分为厚板（厚度＞4mm）和薄板（厚度≤4mm）两种。厚板用热轧方式生产，材质按使用要求相应选取；薄板用热轧或冷轧方式均可生产，冷轧钢板一般质量较好，性能优良，但其成本高，土木工程中使用的薄钢板多为热轧型。钢板的钢种主要是碳素钢，某些重型结构、大跨度桥梁等也采用低合金钢。厚板主要用于结构，薄板主要用于屋面板、楼板和墙板等。在钢结构中，单块钢板不能独立工作，必须用几块板组合成工字形、箱形等结构来承受荷载。

4）钢管

按照生产工艺，钢结构所用钢管分为热轧无缝钢管和焊接钢管两大类。

①热轧无缝钢管以优质碳素钢和低合金结构钢为原材料，多采用热轧—冷拔联合工艺生产，也可用冷轧方式生产，但后者成本高昂。主要用于压力管道和一些特定的钢结构。

②焊接钢管采用优质或普通碳素钢钢板卷焊而成，表面镀锌或不镀锌（视情况而定）。按其焊缝形式有直缝电焊钢管和螺旋焊钢管，适用于各种结构、输送管道等用途。焊接钢管成本较低，容易加工，但多数情况下抗压性能较差。

在土木工程中，钢管多用于制作桁架、塔桅、钢管混凝土等，广泛应用于高层建筑、厂房柱、塔柱、压力管道等工程中。

8.6　钢材的腐蚀与防护

8.6.1　钢材的腐蚀

钢材与环境中的介质接触，由于环境和介质的作用，其中的铁与介质发生化学反应或电化学反应，钢材逐步被破坏，导致钢材腐蚀，也称为锈蚀。腐蚀可分为化学锈蚀和电化学锈蚀。

（1）化学锈蚀

化学锈蚀也称为干腐蚀，属于纯化学腐蚀，是指钢材与周围介质（如氧气、二氧化碳、二氧化硫和水等）直接发生化学反应，生成疏松的氧化物而产生的锈蚀。在干燥环境中化学锈蚀速度缓慢，但在温度和湿度较大的情况下，这种锈蚀进展加快。

（2）电化学锈蚀

电化学锈蚀也称为湿腐蚀，是指钢材与电解溶液接触而产生电流，形成原电池而引起的锈蚀。电化学锈蚀是建筑钢材在存放和使用中发生锈蚀的主要形式。在强碱溶液中，钢材表面能形成FeO钝化膜，会形成稳定的保护层，阻止钢筋的锈蚀。但混凝土在碱环境从表面向内部逐渐被破坏或减弱（即混凝土中性化），导致FeO钝化膜逐步被破坏，使钢材发生腐蚀，如果有氯离子参与钢材腐蚀，会加快锈蚀速度。混凝土中钢筋锈蚀机理如下：

①混凝土中钢筋锈蚀是在有水分子参与的条件下发生的，其电极反应式为：

阳极表面二次化学过程：

在氧气和水汽的共同作用下，由上述电化学反应使钢筋表面的铁不断失去电子而溶于水，从而逐渐被腐蚀，在钢筋表面生成红铁锈，其体积比原金属一般增大2～4倍，造成混凝土顺筋裂缝，从而进一步成为腐蚀介质渗入钢筋的通道，加快结构的损坏。

②氯离子加快锈蚀速度，其虽然不生成腐蚀产物，在腐蚀中也不消耗，但给腐蚀起了催化作用。氯离子Cl－和氢氧根离子OH－争夺腐蚀产生的Fe2＋，形成FeCl·4H2O（绿锈），绿锈从钢筋阳极向含氧量较高的混凝土孔隙迁徙分解为Fe（OH）2（褐锈）。褐锈沉积于阳极周围，同时放出H＋和Cl－，它们又回到阳极区，使阳极附近的孔隙液逐步酸化，Cl－再带出更多的Fe2＋。其反应式为：

8.6.2　腐蚀的防止

钢材的腐蚀有材质的因素，也有与钢材相接触的环境介质等因素，因此防腐蚀的方法也有所侧重。目前采用的防腐蚀方法主要有以下几种：

（1）制成合金钢

钢材的化学成分对耐腐蚀性有很大的影响，在碳素钢的基础上加入少量铜、锡、铬、镍、钛等合金元素，可以提高耐腐蚀能力。

（2）保护层

在钢材表面设置防护层，使钢材不与周围腐蚀介质接触，从而防止腐蚀。保护层可以分为金属保护层和非金属保护层。

用耐腐蚀性好的金属以电镀或喷镀的方法覆盖在钢材的表面，提高钢材的耐腐蚀能力。常用的方法有镀锌（如白铁皮）、镀锡（如马口铁）、镀铜和镀铬等。

非金属保护层是用有机和无机材料作为保护层。在钢材表面喷涂各种防锈涂料是钢结构防止锈蚀的常用方法。目前，在部分重要钢筋混凝土结构中，环氧涂层钢筋得到应用，其采用静电喷涂环氧树脂粉末工艺在钢筋表面形成一定厚度的环氧树脂防腐蚀涂层，这种钢筋保护层能长期保护钢筋使其免遭腐蚀。

（3）混凝土配筋的防腐蚀措施

对于钢筋混凝土中钢筋防腐蚀，通常的作法是提高混凝土的密实性，增加钢筋的混凝土保护层厚度和限制混凝土氯离子含量等途径来实现。预应力钢筋混凝土中的钢筋更易腐蚀，更要禁止氯离子掺入到混凝土中。

除了常规方法钢筋防腐蚀，还采用了环氧涂层保护法和电化学保护法。钢筋电化学保护法是根据电化学原理在钢筋上采取措施，使之成为腐蚀电池中的阴极，从而防止或减轻钢筋腐蚀的方法。按照防锈原理又分为2种不同的方法：牺牲阳极保护法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极，固定在被保护钢筋上，形成腐蚀电池，被保护钢筋作为阴极而得到保护；外加电流法是将被保护钢筋与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的钢筋作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。钢筋电化学法主要用于防止土壤、海水及河水中钢筋的腐蚀。

8.6.3　钢材在火灾中的防护

钢材虽属非燃烧材料，但由于钢材的热膨胀系数很高，在高温下可能造成结构的屈曲，而其良好的导热性也将助长热量的蔓延。在火灾高温下，其力学性能如屈服强度、弹性模量等会随着温度的升高而降低。无防火被覆钢材在400℃的温度下，其强度就会降低到原强度的一半；当温度达600℃时，钢材基本丧失其全部的强度，从而在火灾中变得很“软弱”。

目前，钢材防火保护基本采用的方法是截流法。截流法的原理是截断或阻滞火灾的热流量向构件传输，从而使得构件在规定的时间内温度升高不超过其临界温度。其做法是在构件表面设置一层保护材料，火灾产生的高温首先传给这些保护材料，再由保护材料传给钢材。由于所选保护材料的导热系数较小而热容又较大，所以能较好地阻滞热流向构件的传输，从而起到保护作用。截流法又分水喷淋法、完全封闭法、屏蔽法、喷涂法和包封法等。在土木工程上，钢结构用得较多的是其中的防火涂料喷涂法。钢筋混凝土中的钢筋已被混凝土浇筑其中，比钢结构耐火性好。

8.7　土木工程中的其他金属材料

8.7.1　铸铁

铸铁是含碳量大于2.06%的铁碳合金，它是将铸造生铁（部分炼钢生铁）在炉中重新熔化，并加进铁合金、废钢、回炉铁调整成分而得到。与生铁区别是铸铁是二次加工，大都加工成铸铁件。铸铁件具有优良的铸造性，可制成复杂零件，一般有良好的切削加工性；另外耐磨性和消震性良好，价格低。但铸铁也有缺点，铸铁性脆、无塑形、抗压强度较高、抗拉和抗折强度较低，不适合作结构材料。土木工程中常用于排水沟、地沟、铸铁给水排水管、暖气片、栏杆、栅栏等。

8.7.2　铝合金及制品

铝为银白色轻金属，纯铝的密度为2.7g/cm3，约为钢的1/3。铝的性质活泼，在空气中能与氧结合形成致密坚固的氧化铝薄膜，覆盖在下层金属表面阻止其继续腐蚀。因此，铝在大气中有良好的抗蚀能力。

1）铝合金

铝合金是以铝为基料的合金总称，主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。

铝合金在建筑装饰中得到广泛的应用。常用的铝合金有防锈铝合金（LF）、硬铝合金（LY）、超硬铝合金（LC）和锻铝合金（LD）。

防锈铝合金中主要合金元素是锰和镁。Al唱Mn系合金由于锰的作用，比纯铝具有更高的耐腐蚀性能和强度，并具有良好的可焊性和塑性，但切削性能差。Al唱Mg系合金由于镁的作用，密度比纯铝小，强度比Al唱Mn合金高，并具有相当好的耐腐蚀性。在土木工程中，防锈铝合金主要用于要求工艺塑性高、抗腐蚀的中轻载构件和管道。

硬铝合金属热处理可强化铝合金，包括Al唱Cu唱Mg系和Al唱Cu唱Mn系合金。这类合金强度和耐热性能均好，但耐蚀性不如纯铝和防锈铝合金。常用包铝方法提高硬铝制品在海洋和潮湿大气中的耐蚀性。该类合金广泛应用于各种构件和铆钉材料。在造船、建筑等部门也大量应用。在Al唱Zn唱Mg系中添加铁和镍可发展为锻造合金，有良好的高温强度和工艺性能。Al唱Cu唱Mn系合金的工艺性能良好，易于焊接，主要用于耐热可焊的结构材料和锻件。

超硬铝合金在Al唱Zn唱Mg系的基础上添加铜发展起来的铝合金，其强度可达784N/mm2，但耐热耐蚀性差，对铁敏感、抗应力腐蚀性差，应适当控制合金中锌和镁的比例，添加铜、锰等元素后，将进一步提高合金强度，改善塑性和耐应力腐蚀性能。工业上使用的室温力学性能最高，一般σb为490～690MPa的可压力加工铝合金，又称高强度铝合金。在土木工程中，超硬铝合金主要用于承重构件和高荷载零件。

锻铝合金是在铝中加入镁、硅及铜等元素。这类合金具有良好的热塑性，并有较好的机械性能，常用来制造形状复杂建筑型材。

2）铝合金制品

（1）铝合金门窗

铝合金门窗是将按特定要求成型并经表面处理的铝合金型材，经下料、打孔、铣槽、攻丝等加工制得门窗框料构件，再加连接件、密封件、开闭五金件等一起组合装配而成。在现代建筑中使用铝合金门窗，尽管造价比普通门窗高3～4倍，但由于长期维修费用低、性能好、美观、节约能源等，所以在世界范围内仍然得到广泛使用。

铝合金门窗与普通门窗相比，具有质量轻、气密性、水密性、隔声性、隔热性好，色泽美观，不需要涂漆、不褪色、不脱落，经久耐用、零部件经久不坏、开关灵活轻便、无噪声，利于工业化生产等优点。

（2）铝合金装饰板及吊顶

铝合金装饰板是现代较为流行的建筑装饰板材，具有质量轻、不燃烧、耐久性好、施工方便、装饰效果好等特点。

建筑装饰中主要使用的是金属板中的铝扣板吊顶。但是纯铝较软，因此铝扣板其实是铝合金材质的吊顶，有铝镁合金、铝锰合金等。铝锰合金扣板硬度较高，铝镁合金在增加了硬度的同时，还增加了一些亮度，质感好，装饰效果强。优质的铝锰合金扣板因为耐腐蚀性能好，俗称不锈铝。

有一些劣质基材采用垃圾铝、回收铝或土杂铝等材质制造装饰板及吊顶，其易变形、易氧化，有的甚至是含铬、铅、汞等有害物质的回收废铝，这种铝扣板基材价格低、硬度大、有一定的厚度，非常具有欺骗性。

本章小结

钢材的性能主要决定于其中的化学成分。钢的化学成分主要是铁和碳，此外还有少量的硅、锰、磷、硫、氧、氮等杂质元素，这些元素的存在对钢材性能有不同的影响，其中碳的影响最大。在一定范围内，钢材的硬度和强度随含碳的增加而提高。钢材的塑性、韧性和冷弯性能随含碳量的增加而下降。当含碳量增至0.8%时，强度最大，但当含碳量超过0.8%以后，强度反而下降。在钢材中，Mn、Si等元素是有益元素，而S、P、H是有害元素。

建筑用钢主要是承受拉力、压力、弯曲、冲击等外力的作用，在这些力的作用下，既要有一定的强度和硬度，也要有一定的塑性和韧性。

结合钢材的拉伸试验，掌握屈服强度、极限强度、条件屈服强度、伸长率及断面收缩率等概念。掌握钢材的冷拉工艺，钢筋冷拉后，屈服强度一般可提高20%～25%，同时能简化施工工艺，盘圆钢筋可使开盘、矫直、冷拉合成一道工序，并使锈皮脱落。工地通常是通过试验选择恰当的冷拉应力和时效处理措施。一般强度较低的钢筋，采用自然时效即可达到时效目的；强度较高的钢筋，对自然时效几天无反应，必须进行人工时效。

建筑钢材可分为钢结构用型钢和钢筋混凝土结构用钢筋两类。各种型钢和钢筋的性能主要取决于所用钢种及其加工方式。在建筑工程中，钢结构所用的各种型钢，钢筋混凝土结构所用的各种钢筋、钢丝、锚具等钢材，基本上都是碳素结构钢和低台金结构钢等钢种，经热轧或冷轧、冷拔及热处理等工艺加工而成的。应掌握热轧钢筋、冷轧钢筋、热处理钢筋及型钢等常用钢材的性能特点。

习　题

一、选择题

1.钢筋经冷拉和时效处理后，其性能的变化中，以下何种说法是不正确的？（　　）

A.屈服强度提高　B.抗拉强度提高

C.断后伸长率减小　D.冲击吸收功增大

2.HRB335表示（　　）钢筋。

A.冷轧带肋　B.热轧光面　C.热轧带肋　D.余热处理钢筋

3.在钢结构中常用（　　）轧制成钢板、钢管、型钢来建造桥梁、高层建筑及大跨度钢结构建筑。

A.碳素钢　B.低合金钢　C.热处理钢筋　D.冷拔低碳钢丝

4.钢材经冷拉时效处理后，其特性有何变化（　　）。

A.屈服点提高、抗拉强度降低、塑性韧性降低

B.屈服点提高、抗拉强度不变、塑性韧性提高

C.屈服点、抗拉强度提高、塑性韧性降低

D.屈服点、抗拉强度提高、塑性韧性提高

5.钢材中（　　）的含量过高，将导致其热脆现象发生。

A.碳　B.磷　C.硫　D.硅

6.钢材中（　　）的含量过高，将导致其冷脆现象发生。

A.碳　B.磷　C.硫　D.硅

7.钢结构设计中，钢材强度取值的依据是（　　）。

A.屈服强度　B.抗拉强度　C.弹性极限　D.屈强比

8.塑性的正确表述为（　　）。

A.外力取消后仍保持变形后的现状和尺寸，不产生裂缝

B.外力取消后仍保持变形后的现状和尺寸，但产生裂缝

C.外力取消后恢复原来现状，不产生裂缝

D.外力取消后恢复原来现状，但产生裂缝

9.屈强比是指（　　）。

A.屈服强度与强度之比　B.屈服强度与抗拉强度比

C.断面收缩率与伸长率之比　D.屈服强度与伸长率之比

10.在一定范围内，钢材的屈强比小，表明钢材在超过屈服点工作时（　　）。

A.可靠性难以判断　B.可靠性低，结构不安全

C.可靠性较高，结构安全　D.结构易破坏

11.对直接承受动荷载，而且在负温下工作的重要结构用钢应特别注意选用（　　）。

A.屈服强度高的钢材　B.冲击韧性好的钢材

C.延伸率好的钢材　D.冷弯性能好的钢材

12.钢的冷脆性直接受（　　）的影响。

A.断面收缩率　B.冷弯性　C.冲击韧性　D.所含化学元素

13.随钢材含碳质量分数的提高其性能有何变化？（　　）

A.强度、硬度、塑性都提高　B.强度提高，塑性下降

C.强度下降，塑性上升　D.强度、塑性都下降

14.钢和铁以含碳量分数（　　）为界，小于此值为钢，大于此值为铁。

A.0.25%　B.0.8%　C.1.0%　D.2.0%

15.工程用碳素钢，其含碳量均为（　　）。

A.小于0.25%　B.小于0.52%

C.小于0.6%　D.大于0.25%，小于0.52%

16.钢筋拉伸试验一般应在（　　）温度条件下进行。

A.（23±5）℃　B.0～35℃　C.5～40℃　D.10～35℃

17.在进行钢筋拉伸试验时，所用万能试验机测力计示值误差不大于极限荷载的（　　）。

A.±1%　B.±2%　C.±3%　D.不作要求

18.钢材焊接接头拉伸试验，一组试件有2根发生脆断，应再取（　　）根进行复验。

A.2　B.4　C.6　D.8

19.检验钢筋焊接接头弯曲性能时，其弯曲角度为（　　）。

A.30°　B.45°　C.90°　D.180°

20.预应力混凝土用钢绞线是由（　　）根圆形截面钢丝绞捻而成的。

A.5　B.6　C.7　D.8

二、填空题

1.目前我国工程中常用的两大钢种是＿＿＿和＿＿＿。

2.屈强比小的钢材，＿＿＿较低，＿＿＿较高。

3.炼钢过程中，由于脱氧程度不同，钢可分为＿＿＿、＿＿＿和＿＿＿3种，其中＿＿＿脱氧完全，＿＿＿脱氧很不完全。

4.碳素钢按含碳量的多少分类，当含碳量在＿＿＿%以下为低碳钢；含碳量在＿＿＿%为中碳钢；含碳量在＿＿＿%为高碳钢。

5.钢材随着含碳量的增加，其伸长率＿＿＿，断面收缩率＿＿＿，冲击韧性＿＿＿，冷弯性能＿＿＿，硬度＿＿＿，可焊性＿＿＿。

6.结构设计时，软钢是以＿＿＿强度、硬钢是以＿＿＿强度，作为设计计算取值的依据。

7.建筑工地或混凝土预制构件厂，对钢筋常用的冷加工方法有＿＿＿及＿＿＿，钢筋冷加工后＿＿＿提高，故可达到＿＿＿目的。

8.钢筋经冷拉后，其屈服点＿＿＿，塑性和韧性＿＿＿，弹性模量＿＿＿。冷加工钢筋经时效后，可进一步提高＿＿＿强度。

9.随着时间的进展，钢材强度＿＿＿，塑性和韧性＿＿＿，此称钢材的＿＿＿性质。

10.一般情况下，在动荷载、焊接结构或严寒低温下使用的结构，往往限制使用＿＿＿钢。

11.普通碳素结构钢，分为＿＿＿个牌号，随着牌号的增大，其含碳量＿＿＿，＿＿＿和＿＿＿提高，＿＿＿和＿＿＿降低。

12.碳素结构钢牌号的含义是：Q表示＿＿＿；Q后面的数字表示＿＿＿；数字后的A、B、C、D表示＿＿＿；牌号末尾的F表示＿＿＿，末尾的b则表示＿＿＿。

13.建筑工程中主要应用的碳素钢是牌号为＿＿＿的钢，这主要是因为它的＿＿＿＿＿＿及＿＿＿等综合性能好，且冶炼方便、成本较低。

14.按GB/T1591—1944规定，低合金结构钢有＿＿＿个牌号，其质量与性能除受含碳量影响外，还与＿＿＿和＿＿＿直接相关。与碳素钢相比，低合金钢的＿＿＿性能好。

15.热轧钢筋的技术性能有＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿和＿＿＿4项指标要求，钢筋按此4项指标分为＿＿＿级。钢筋随强度等级的提高，其强度＿＿＿，伸长率＿＿＿。

16.Q235—AF是表示＿＿＿。

17.对冷加工后的钢筋进行时效处理，可用＿＿＿时效和＿＿＿时效两种方法。经冷加工时效处理后的钢筋，其＿＿＿进一步提高，＿＿＿有所降低。

18.根据锈蚀作用的机理，钢材的锈蚀可分为＿＿＿和＿＿＿两种。

三、简答题

1.钢筋试验（初验）的样品如何切取？取样数量有何要求？

2.钢筋试验初验不合格时，应重新取样进行复验，复验钢筋的样品数量有何要求？

3.钢筋的拉伸试验可测定钢筋的哪些物理力学量？其试验计算结果如何修约？结果如何判定？

4.钢筋的屈服强度如何测定？

5.钢筋的工艺性能包括哪些方面？

6.钢筋的弯曲性能检验，其弯芯直径如何确定？

7.钢筋经过冷加工和时效处理后，其性能有何变化？

8.钢筋的断后伸长率如何表示？冷弯性能如何评定？它表示钢筋的什么性质？

9.在进行钢筋拉伸试验前，为什么要检查试验机力值指示器的零点？如何进行试验机力值指示器零点的调节？

四、计算题

某品牌钢筋矱18HRB335，经拉伸试验测得其屈服荷载为90.8kN，极限荷载为124.1kN，拉断后试件的标距长度为115mm，求该试件的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率。