文档内容
2.2 金属材料
每年分值1-2分，两目内容。
2.2.1 建筑钢材的性能及使用要求
考点一、建筑钢材及其类型
钢是含碳量在0.04%～2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%
根据外形，可分为型材、板材、管材、金属制品4大类。
型材包括重轨（每米质量大于30kg的钢轨）、轻轨（普通轨，每米质量小于或等于30kg的钢轨）、型钢（方
钢、圆钢、扁钢、工字钢、槽钢等）、线材、冷弯型钢等。
工程中常用的钢材主要包括型钢、钢筋（建筑钢）和其他用途钢3类。
1）常用建筑钢材（1）线材：不包括各种钢丝。
（2）型钢：分为大、中、小型。常用的钢筋列入小型型钢。
（3）角钢、工字钢、H型钢和槽钢可以用作独立的受力构件或形成组合构件使用。如工字钢不宜单独作为轴心
受压或双向弯曲构件，槽钢是单对称结构，受轴心压或受弯时容易扭曲，H型钢的两个主轴方向的惯性矩近乎相
等，构件受力合理。
2）矿山专用钢材
常用的还有矿用工字钢、矿用特殊型钢（U型钢）、轻轨等。矿用工字钢是专门设计的翼缘宽、小高度、厚腹板
的工字钢，它的几何特性既适于作梁，也适于作柱腿。
U型钢可以制作具有可缩性的支架，竖向抗弯能力与横向抗弯能力强，横向稳定性较好。
轻便钢轨是专为井下1～3t矿车运输提供的，也可在巷道支护中用于制作轻型支架，但承载性能较差。
考点二 钢材的特点及工作性能
钢材的主要优点：六个； 强度、可焊性等
钢材的缺点：（1）耐腐蚀性差；（2）耐热但不耐火；（3）保温效果差；（4）易产生扭曲；（5）特有的冷
桥问题。
钢材的主要工作性能有：
1）力学性能：（1）强度，一般多以抗拉强度作为判别钢材强度高低的指标。（2）塑性，（3）硬度， （4）
冷弯性能：判别钢材塑性变形能力和冶金质量的综合指标。
2）冲击韧性：表示钢材的抗冲击性能，
3）耐疲劳性能：在交变荷载反复作用下，在远小于抗拉强度时发生突然破坏。
4）可焊性：钢材的可焊性受碳含量和合金含量的影响。碳含量在0.12%～0.20%范围内的碳素钢，可焊性最好。
5）耐腐蚀性： 防止钢材腐蚀的主要办法是采用防腐涂料，也可用专门的耐腐蚀钢材
考点三 常用钢材加工方法及技术要求
加工包括钢材的冷加工强化、时效强化、热处理和焊接等
1）冷加工强化：提高其屈服强度，降低了塑性和韧性。
2）时效强化：屈服强度和强度极限逐渐提高，塑性和韧性逐渐降低的现象。
3）钢材热处理：方法有退火、正火、淬火和回火。
4）钢筋的连接：连接方法有焊接、机械连接和绑扎连接。
钢筋连接时，宜选用机械连接接头，并优先采用直螺纹接头。
5）钢筋代换
（1）当钢筋的品种、级别或规格需要变更时，应办理设计变更文件。代换钢筋，应征得设计单位同意。
（2）钢筋代换可参照的原则有：当构件受强度控制时，钢筋可按强度相等的原则进行代换（等强度代换）；当
构件按最小配筋率配筋时，钢筋可按面积相等的原则进行代换（等面积代换）。
有抗震要求的框架结构，不宜以强度较高的钢筋代换原设计中的钢筋。习题演练
矿山专用钢材中，竖向抗弯能力与横向抗弯能力强，横向稳定性较好，可以制作具有可缩性的支架的是
（ ）。
A.矿用工字钢
B.矿用U型钢
C.轻轨
D.重轨
答案：B
解析： U型钢可以制作具有可缩性的支架，竖向抗弯能力与横向抗弯能力强，横向稳定性较好。
2.2.2 金属材料制品的类型及其应用
考点一、锚索结构用材
矿业工程常用金属材料制品主要是钢索和钢丝绳，钢索主要用于各类岩土锚固工程，钢丝绳常用作矿井提升和
悬吊工作等。
锚索结构一般由内锚头、
锚索体和外锚头三
部分共同组成。
内锚头：又称锚固段或锚根，是锚索锚固在岩体内提供预应力的根基，按其结构形式分为机械式和胶结式两大
类，胶结式又分为砂浆胶结和树脂胶结两类。
外锚头：外锚固段，提供张拉吨位和锁定的部位，其种类有锚 螺纹式、钢筋混凝土圆柱体锚墩式、墩头锚式和钢构架式等。
锚索体，是连结内外锚头的构件，也是张拉力的承受者，通过对锚索体的张拉来提供预应力，锚索体由高强度
钢筋、钢绞线或螺纹钢筋构成。钢绞线由热处理的优质碳素钢经冷拔制成钢丝然后绞合构成，钢筋的单根直径
相对粗，抗腐蚀能力强，但强度相对低。
考点二、提升和悬吊钢丝绳
1）按钢丝机械特性分有特级、I级和Ⅱ级钢丝绳。特级的钢丝绳韧性最好，用于提升人员。
2）按钢丝断面分有圆形、异形钢丝绳。
3）按内芯材料分为纤维芯和钢芯两种。
4）按钢丝绳断面形状分有圆形、扁形钢丝绳。扁形钢丝绳不扭转打结，作为摩擦轮提升的尾绳。
5）按旋捻方向：分为顺捻、交互捻、混合捻。交互捻的刚性大，不易发散，多用于起重及需要摘挂钩的斜井提
升。
根据《煤矿井巷工程施工标准》GB/T50511—2022规定，各种用途的钢丝绳应符合下列规定：
（1）提升用钢丝绳：吊桶提升宜选用多层异形股或多层股不旋转钢丝绳，斜井提升宜选用三角股钢丝绳。
（2）悬吊用钢丝绳：悬吊设施宜采用6股19丝或每股19丝以上的钢丝绳；稳绳宜采用三角股钢丝绳或椭圆股钢
丝绳；双绳悬吊时，应采用捻向相反的钢丝绳。
钢筋代换时，当构件按照最小配筋率配筋时，钢筋可按（ ）原则进行代换。
A.强度相等 B.面积相等
C.拉力相等 D.体积相等
答案：B
解析： 钢筋代换可参照的原则有：当构件受强度控制时，钢筋可按强度相等的原则进行代换（等强度代换）；
当构件按最小配筋率配筋时，钢筋可按面积相等的原则进行代换（等面积代换）。
2.2 金属材料小结
1.矿山专用钢材
常用的还有矿用工字钢、矿用特殊型钢（U型钢）、轻轨等。矿用工字钢是专门设计的翼缘宽、小高度、厚腹板
的工字钢，它的几何特性既适于作梁，也适于作柱腿。
U型钢可以制作具有可缩性的支架，竖向抗弯能力与横向抗弯能力强，横向稳定性较好。
轻便钢轨是专为井下1～3t矿车运输提供的，也可在巷道支护中用于制作轻型支架，但承载性能较差。
2.钢筋代换
（1）当钢筋的品种、级别或规格需要变更时，应办理设计变更文件。代换钢筋，应征得设计单位同意。
（2）钢筋代换可参照的原则有：当构件受强度控制时，钢筋可按强度相等的原则进行代换（等强度代换）；当
构件按最小配筋率配筋时，钢筋可按面积相等的原则进行代换（等面积代换）。有抗震要求的框架结构，不宜以强度较高的钢筋代换原设计中的钢筋。
3.提升和悬吊钢丝绳
1）按钢丝机械特性分有特级、I级和Ⅱ级钢丝绳。特级的钢丝绳韧性最好，用于提升人员。
2）按钢丝断面分有圆形、异形钢丝绳。
3）按内芯材料分为纤维芯和钢芯两种。
4）按钢丝绳断面形状分有圆形、扁形钢丝绳。扁形钢丝绳不扭转打结，作为摩擦轮提升的尾绳。
5）按旋捻方向分为顺捻、交互捻、混合捻。交互捻的刚性大，不易发散，多用于起重及需要摘挂钩的斜井提
升。
钢丝绳应符合下列规定：
（1）提升用钢丝绳：吊桶提升宜选用多层异形股或多层股不旋转钢丝绳，斜井提升宜选用三角股钢丝绳。
（2）悬吊用钢丝绳：悬吊设施宜采用6股19丝或每股19丝以上的钢丝绳；稳绳宜采用三角股钢丝绳或椭圆股钢
丝绳；双绳悬吊时，应采用捻向相反的钢丝绳。
2.3 其他工程材料
往年不考，2024年新增多。
2.3.1 防治水工程材料及其应用
考点一 防治水工程材料的类型
矿业工程的防治水工程主要是各种形式的注浆，常用的防治水工程材料有普通硅酸盐水泥、超细水泥、黏土、
水玻璃以及化学注浆材料等。
1）普通硅酸盐水泥
注浆宜采用普通硅酸盐水泥，强度等级不宜低于42.5。为了缩短水泥初凝、终凝时间，提高早期强度，一般在单液水泥浆中添加速凝早强剂。
2）超细水泥
超细水泥在注浆工程中，用于加固地层、填充裂隙和密封水源。特点：
（1）高度精细：（2）强度和耐久性。（3）较低的收缩性。
（4）成本较高：通常是先用普通水泥注浆，在达不到预期效果或者地层可注性较差时才使用超细水泥注浆。
3）黏土：黏土的细度比水泥细，因此其可注性优于水泥。
作为注浆材料有以下特点：（1）高吸水性；（2）高密封性能；（3）高经济性
4）水玻璃 学名硅酸钠，俗称泡花碱
模数n是水玻璃中SiO含量与NaO含量之比值，模数越大，二氧化硅含量越高，凝胶时间短，结石体强度高，模
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数过大过小都对注浆不利。
水玻璃一般不单独作为注浆材料使用，而是作为单液水泥浆的处理剂使用，其特点是可控性好、成本低、易操
作。
5）化学注浆材料
（1）玛丽散：是一种低黏度，双组分合成高分子聚亚胺胶脂材料，反应后膨胀堵漏 （2024年考）
（2）聚氨酯：是一种防渗堵漏能力较强、固结强度较高的注浆材料，分为水溶性聚氨酯和油溶性聚氨酯两种浆
液
水溶性聚氨酯具有良好的亲水性，形成不透水的弹性胶状固结体，有良好的止水性能。在注浆中使用是经济
的。
油溶性聚氨酯主要成分是可溶于有机溶剂的聚氨酯树脂。有优异的耐化学性和耐腐蚀性能，具有良好的粘结性
能，形成柔软且具有较高强度的凝胶体，适用于需要耐腐蚀性和耐久性的地下工程和涉水结构的加固与修复。
（3）环氧树脂：具有出色的粘结性能和抗渗性能，能够牢固粘结土壤和岩石，填充和封堵裂缝、空隙，提高地
质体的强度和稳定性。
考点二 注浆材料的选用
选用的一般要求如下：
1）浆液结石体具有一定的抗压强度，以及粘结能力。
2）浆液可注性好。
3）浆液的凝胶时间可控，浆液一经凝胶就在瞬间完成。
4）浆液配制工艺简单。
5）浆液无腐蚀性，对人体无害，无毒无污染。
6）非易燃易爆物品。
7）材料来源丰富、价格低廉。
（ ）具有良好的粘结性能，能够渗透细小裂缝和孔隙，形成柔软且具有较高强度的凝胶体，适用于需要耐腐
蚀性和耐久性的地下工程和涉水结构的加固与修复。A.玛丽散 B.油溶性聚氨酯浆液
C.水溶性聚氨酯浆液 D.环氧树脂
答案：B
解析：油溶性聚氨酯浆液具有良好的粘结性能，能够渗透细小裂缝和孔隙，形成柔软且具有较高强度的凝胶
体，适用于需要耐腐蚀性和耐久性的地下工程和涉水结构的加固与修复。
2.3.2 其他材料的性能及其应用
本条内容了解为主。
考点一 砌筑材料
主要包括块材、砂浆，必要时还需要混凝土和钢筋。混凝土一般采用C20强度等级
1）普通砖：据抗压强度分为MU30、～MU10等5个强度等级，MU30：平均抗压强度不低于30MPa。
2）砌块：可以做成空心，有利于隔热隔声，是替代黏土砖的方向。
3）石材：砌墙、拱和基础等。
4）建筑砂浆
砂浆的主要成分是砂、胶结材料和水。砂浆的用砂通常要求过筛。
考点二 气硬性材料
1）石膏：具有良好的装饰性和抗火性，建筑石膏不宜用于潮湿和温度过高的环境。
2）石灰：用来配制建筑砂浆可提高砂浆和易性，不宜用于潮湿环境或有水的环境中。硬化后的强度不高，在潮
湿环境中强度会更低，遇水还会溶解溃散。因此，石灰不宜在长期潮湿环境中或在有水的环境中使用。
3）水玻璃：注浆堵水和岩土体加固。在空气中硬化较慢。水玻璃具有良好的粘结性能和很强的耐酸腐蚀性
考点三 防水材料
1）防水材料要求：有较高抗渗性和耐水性。
2）常用防水材料
（1）沥青：石油沥青分为道路沥青、建筑沥青和普通沥青。 主要技术性质：黏滞性、塑性和温度敏感性（温
度敏感性小（软化点高）工作性能越稳定）、大气稳定性
（2）沥青基和改性沥青基防水材料：包括用于防水工程底层的冷底子油、乳化沥青等。
（3）防水卷材：分为沥青基、塑料基、橡胶基卷材。具有机械强度高、耐老化、耐腐蚀性能好的特点，还可单
层铺设、采用冷施工方法，较沥青油毡施工更方便、防水效果更好。
（4）防水涂料：主要有沥青涂料和高分子涂料。良好防水防潮与防渗性、防腐蚀、稳定性和抗老化性。
（5）建筑密封材料：用于有一定宽度的建（构）筑物的间隙，采用填塞、灌注或在铺设盖布的局部浇涂密封等
方法防水。
考点四 竹、木材料
1）木材：木材轻质高强，加工方便，目前矿用木材主要作为矿井支护材料、枕木、背板等，对服务时间较长的木材应进行防腐处理。
2）竹材：抗拉性能好、价低、易加工等优点，但存在抗弯性能差、易腐朽、易燃烧等缺陷。
考点五 其他矿用材料
1）菱苦土：气硬性无机胶凝材料，主要成分是氧化镁
2）橡胶：在室温下具有高弹性的高聚物。具有良好的抗拉强度、耐疲劳强度，良好的不透水性、不透气性、耐
酸碱腐蚀性和电绝缘性等。在工程中广泛用作防水材料和密封材料等。
3）建筑塑料：一种有机高分子材料。
模拟题：关于石灰性能的说法，正确的有（ ）。
A.石灰是一种硬化缓慢的气硬性胶凝材料，硬化后的强度不高
B.生石灰熟化后形成的石灰浆，具有良好的可塑性
C.石灰适宜在长期潮湿环境中或在有水的环境中使用
D.用石灰配制建筑砂浆可显著提高砂浆的和易性
E.石灰在潮湿环境中强度低，遇水会溶解、溃散
答案： ABDE
解析：石灰不宜在长期潮湿环境中或在有水的环境中使用
2.3 其他工程材料小结
1.超细水泥：在注浆工程中，用于加固地层、填充裂隙和密封水源。特点：
（1）高度精细：（2）强度和耐久性。（3）较低的收缩性。
（4）成本较高：通常是先用普通水泥注浆，在达不到预期效果或者地层可注性较差时才使用超细水泥注浆。
2.黏土：黏土的细度比水泥细，因此其可注性优于水泥。
作为注浆材料有以下特点：（1）高吸水性；（2）高密封性能；（3）高经济性
3.聚氨酯：分为水溶性聚氨酯和油溶性聚氨酯两种浆液
水溶性聚氨酯具有良好的亲水性，形成不透水的弹性胶状固结体，有良好的止水性能。在注浆中使用是经济
的。
油溶性聚氨酯主要成分是可溶于有机溶剂的聚氨酯树脂。有优异的耐化学性和耐腐蚀性能，具有良好的粘结性
能，形成柔软且具有较高强度的凝胶体，适用于需要耐腐蚀性和耐久性的地下工程和涉水结构的加固与修复。
4.环氧树脂：具有出色的粘结性能和抗渗性能，能够牢固粘结土壤和岩石，填充和封堵裂缝、空隙，提高地质
体的强度和稳定性。
