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第2章 主要建筑工程材料的性能与应用
2.1 结构工程材料
2.1.1 建筑钢材的性能与应用
建筑钢材可分为钢结构用钢、钢筋混凝土结构用钢和建筑装饰用钢材制品等。
1.建筑钢材的主要钢种
钢材按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢根据含碳量，又可分为低碳钢（含碳量小于0.25%）、中
碳钢（含碳量0.25%〜0.6%）【2jz—5.26—2117】和高碳钢（含碳量大于0.6%）。
2.常用的建筑钢材
1）钢结构用钢
钢板规格表示方法为“宽度×厚度×长度”（单位为mm）。钢板分厚板（厚度大于4mm）和薄板（厚度不大于
4mm）两种。
3）钢筋混凝土结构用钢
钢筋混凝土结构用钢筋品种有热轧钢筋、余热处理钢筋、冷轧带肋钢筋及预应力筋，预应力筋有螺纹钢筋、
钢丝和钢绞线等。热轧钢筋是建筑工程中用量最大的钢材品种之一，主要用于钢筋混凝土结构和预应力混凝
土结构的配筋。我国热轧钢筋的品种、强度标准值见表2.1—1。【25改】
表2.1—1常用热轧钢筋的品种及强度标准值
品种 牌号 屈服强度f (MPa) 极限强度f k(MPa)
yk st
不小于 不小于
光圈钢筋 HPB300 300 420
HRB400
HRBF400
400 540
HRB400E
HRB400E
带肋钢筋
HRB500
HRBF500
500 630
HRB500E
HRBF500E
HRBF600【25+】 600【25+】 730【25+】
注：HPB属于热轧光圆钢筋，HRB属于普通热轧钢筋，HRBF属于细晶粒热轧钢筋。
热轧光圆钢筋强度较低，与混凝土的粘结强度也较低，主要用作板的受力钢筋、箍筋以及构造钢筋。热轧带
肋钢筋与混凝土之间的握裹力大，共同工作性能较好，其中的HRB400级钢筋是钢筋混凝土用的主要受力钢筋，
是目前工程中常用的钢筋牌号。[注：天一文化专有版权，未经许可不可转发或复印传播]
国家标准规定，有较高要求的抗震结构适用的钢筋牌号为：在表1A414012—1中已有带肋钢筋牌号后加
E（例如：HRB400E、HRBF400E）的钢筋【1jz—2003】。该类钢筋除满足表中的强度标准值要求外，还应满足
以下要求：【1jz—2231—2补】【1jz—2107】【1jz—1432—1】
（1）抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25。
（2）屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.30。
（3）最大力总延伸率实测值不应小于9%。
【例】某办公楼工程，施工过程中，发生了下列事件：
项目部按规定向监理工程师提交调直后HRB400E12钢筋复试报告，主要检测数据为：抗拉强度实测值561N/mm2，
下屈服强度实测值460N/mm2，（HRB400E12钢筋：下屈服强度标准值400N/mm2，极限强度标准值540N/mm2）。
【问题】计算钢筋的强屈比、超屈比（保留两位小数），并根据计算结果分别判断该指标是否符合要求。
答案：
（1）强屈比=561/460=1.22＜1.25，不符合要求。
（2）超屈比=460/400=1.15＜1.30，符合要求。
3.建筑钢材的力学性能
钢材的主要性能包括力学性能和工艺性能。
力学性能是钢材最重要的使用性能，包括拉伸性能、冲击性能、疲劳性能等。[注：天一文化专有版权，未经许可不可转发或复印传播]
工艺性能表示钢材在各种加工过程中的行为，包括弯曲性能和焊接性能等。 【1jz—1826】【1jz—1322】
1）拉伸性能
反映建筑钢材拉伸性能的指标包括屈服强度、抗拉强度和伸长率。屈服强度是结构设计中钢材强度的取值依
据。抗拉强度与屈服强度之比（强屈比）是评价钢材使用可靠性的一个参数。强屈比越大，钢材受力超过屈
服点工作时的可靠性越大，安全性越高；但强屈比太大，钢材强度利用率偏低，浪费材料。
钢材在受力破坏前可以经受永久变形的性能，称为塑性。钢材的塑性指标通常用伸长率表示【1jz—1505】。
伸长率越大，钢材的塑性越大。
2）冲击性能
脆性临界温度的数值愈低，钢材的低温冲击性能愈好。所以，在负温下使用的结构，应选用脆性临界温度较
使用温度为低的钢材。
3）疲劳性能
受交变荷载反复作用时，钢材在应力远低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象，称为疲劳破
坏。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。钢材的疲劳极限与其
抗拉强度有关，一般抗拉强度高，其疲劳极限也较高。
4、钢材化学成分及其对钢材性能的影晌
（1）碳：碳是决定钢材性能的最重要元素。随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。
【1jz—1422】
（2）硅：硅是我国钢筋用钢材中的主要添加元素。[注：天一文化专有版权，未经许可不可转发或复印传播]
（3）锰：锰能消减硫和氧引起的热脆性，同时也可提高钢材强度。
（4）磷：磷是碳素钢中很有害的元素之一【1jz—1309】。磷含量增加，钢材的强度、硬度提高，塑性和韧性
显著下降。【1jz—1422】
（5）硫：热脆性。硫使钢的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。
（6）氧：氧是钢中有害元素，会降低钢材的机械性能，特别是韧性。氧化物所造成的低熔点亦使钢材的可焊
性变差。
（7）氮：氮对钢材性质的影响与碳、磷相似，会使钢材强度提高，塑性特别是韧性显著下降。【1jz—1422】
【总结】掌握三个问题：
1.有害元素有哪些？ 答：P、S、O、N
2.使塑性下降的元素有哪些？答：C、P、N
3.可提高强度的元素有哪些？答：Mn、Si、C、P、N
2.1.2 水泥的性能与应用
1.表2.1—2通用硅酸盐水泥的代号和强度等级
水泥名称 简称 代号 强度等级
硅酸盐水泥 硅酸盐水泥 P·I、P·Ⅱ 42.5、42.5R、52.5、52.5R、
62.5、62.5R
普通硅酸盐水泥 普通水泥 P·O【1jz—1504】 42.5、42.5R、52.5、52.5R
矿渣硅酸盐水泥 矿渣水泥 P·S·A、P·S·B 32.5、32.5R
火山灰质硅酸盐水泥 火山灰水泥 P·P 42.5、42.5R
粉煤灰硅酸盐水泥 粉煤灰水泥 P·F 52.5、52.5R
复合硅酸盐水泥 复合水泥 P·C 42.5、42.5R、52.5、52.5R
注：强度等级中，R表示早强型。
2.常用水泥的技术要求
1）水泥的凝结时间
水泥的凝结时间分初凝时间和终凝时间。
初凝时间是从水泥加水拌合起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间；【搅拌、运输、浇捣、粉刷、砌筑】【1jz
—1903】
终凝时间是从水泥加水拌合起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。
初凝时间不宜过短；终凝时间也不宜过长。[注：天一文化专有版权，未经许可不可转发或复印传播]
六大常用水泥的初凝时间均不应小于45min，硅酸盐水泥的终凝时间不应大于6.5h，其他五类常用水泥的终
凝时间不应大于10h.【25改】【1jz—1111】
2）体积安定性
水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中，体积变化的均匀性。如果水泥硬化后产生不均匀的体积变化，
即所谓体积安定性不良，就会使混凝土构件产生膨胀性裂缝，降低建筑工程质量，甚至引起严重事故。水泥
安定性试验采用沸煮法和压蒸法。【25+】
情形一：进场复试发现水泥体积安定性不良：退场，严禁使用。
情形二：现场已误用体积安定性不良水泥：返工处理。
3）水泥强度及强度等级
采用胶砂法来测定水泥的3d和28d的抗压强度和抗折强度。
4）其他技术要求
其他技术要求包括水泥中水溶性铬（V）、放射性核素限量、水泥细度、碱含量与化学要求等。水泥的细度、
碱含量属于选择性指标，由买卖双方协商确定。化学要求包括不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁和氯离子。
【25改】
【硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的细度以比表面积表示，其他四类常用水泥的细度以筛余表示。】
3.常用水泥的特性及应用【1jz—1405】【下列水泥品种中，其水化热最大的是】【1jz—2106】【1jz—1804】
硅酸盐水泥 普通水泥 矿渣水泥 火山灰水泥 粉煤灰水泥 复合水泥[注：天一文化专有版权，未经许可不可转发或复印传播]
凝结硬化 快 较快 慢
早期强度 高 较高 低，后期增长快
主 水化热 大 较大 较小
要 抗冻性 好 较好 差
特 耐蚀性 差 较差 较好
性 耐热性 差 较差 好 较差 较差
干缩性 小 较大 较大 较小
与掺料种类、
抗渗性 —— —— 差，泌水性大 较好 ——
掺量有关
抗裂性 —— —— —— —— 较高
在混凝土工程中，根据使用场合、条件的不同，可选择不同种类的水泥，具体可参考表2.1—5。
表2.1—5常用水泥的选用
混凝土工程特点或所处环境条件 优先选用 可以使用 不宜使用
矿渣水
1 在普通气候环境中的混凝土 普通水泥【1jz—1104】 泥、火山
普 灰水泥、
通 粉煤灰水
混 泥、复合
凝 水泥
土 火山灰水泥
2 在干燥环境中的混凝土 普通水泥 矿渣水泥
粉煤灰水泥
在高湿度环境中或长期处于水中 矿渣水泥、火山灰水泥、
3 普通水泥
的混凝土 粉煤灰水泥、复合水泥
矿渣水泥、火山灰水泥、 硅酸盐水泥
4 厚大体积的混凝土
粉煤灰水泥、复合水泥 【1jz—1206】
矿渣水泥、火山灰水泥、
1 要求快硬、早强的混凝土 硅酸盐水泥 普通水泥
粉煤灰水泥、复合水泥
有 硅酸盐水泥【1jz-2206】 普通水泥 火山灰水泥
2 高强(大于C50级)混凝土
特 【1jz-1604】 矿渣水泥 粉煤灰水泥
殊 严寒地区的露天混凝土，寒冷地区 普通水泥 矿渣水泥 火山灰水泥
3
要 的处在水位升降范围内的混凝土 粉煤灰水泥
求 严寒地区处在水位升降范围内的 普通水泥(≥42.5级) 矿渣水泥、火山灰水泥、
4[注：天一文化专有版权，未经许可不可转发或复印传播]
的 混凝土 粉煤灰水泥、复合水泥
混 5 有抗渗要求的混凝土【1jz-2414】 普通水泥、火山灰水泥 矿渣水泥
凝 火山灰水泥
6 有耐磨性要求的混凝土 硅酸盐水泥、普通水泥 矿渣水泥
土 粉煤灰水泥
矿渣水泥、火山灰水泥、
7 受侵蚀介质作用的混凝土 硅酸盐水泥
粉煤灰水泥、复合水泥
（干、冷普；早、强硅；抗渗用火普；耐磨用硅普；大、湿、腐用煤、矿、火、复。）
4.常用水泥包装及标志
水泥可以散装或袋装，袋装水泥每袋净含量为50kg。包装形式由买卖双方协商确定。水泥包装袋上应清楚标
明：水泥品种、代号、强度等级、生产者名称、生产许可证标志（QS）及编号、出厂编号、包装日期、净含
量。【25改】
