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1、 第 1 页第三章工程材料一、本章考试大纲（一）熟悉土木工程主要材料的分类；（二）熟悉土木工程主要材料的特性；（三）熟悉混凝土强度等级及配合比计算。二、考情分析本章内容比较稳定，知识点比较成熟。涉及房屋建筑、道路、桥梁和地下工程。内容范围较广，考核时主要以第一章为主，因为房屋建筑是主要内容。道路、桥梁、地下工程部分的知识大家应该对重点内容重点记忆，并且这部分容易出较偏的题，如 2010 年道路部分的题目。本章历年真题分值分布单项选择题 多项选择题 合计2008 年 12 分 4 分 16 分2009 年 12 分 4 分 16 分2010 年 12 分 4 分 16 分2011 年 12 分
2、4 分 16 分三、主要考点第一节：基本材料（1）热轧钢筋、冷加工钢筋、热处理钢筋的不同性质；钢筋的力学性能和工艺性能；钢材的化学成分（2）新型木材材料的工艺特点和适用范围（3）水泥的技术性质；五种水泥的性质和适用范围；铝酸盐水泥的性质及适用范围（4）砂和石子的最大粒径、颗粒级配及其性质（5）石灰和石膏的加工工艺、技术性质及其应用第二节：结构材料（1）混凝土的性质、外加剂的种类及性质、特种混凝土的性质及应用（2）砖的分类及应用、砌块的分类及应用、石材的分类和技术性质、砌筑砂浆的等级及配合比（3）新型型钢材料的特点第三节：装饰材料（1）饰面石材、饰面陶瓷、其他饰面材料的分类、特点和应用（2）建筑
3、玻璃的分类、特点和应用（3）装饰涂料的组成、对外、对内和地面涂料的基本要求及种类第四节：防水材料（1）防水卷材、防水涂料、建筑密封材料的分类、特点和应用；新型刚性防水材料的应用。四、本章框架知识体系及分值章节 分值第一节 基本材料 3 分第二节 结构材料 9 分第三节 装饰材料 2 分第四节 防水材料 2 分五、系统讲解 第 2 页第一节基本材料一、钢筋（一）钢筋分类钢筋是土木建筑工程中使用量最大的钢材品种之一，其材质包括碳素结构钢和低合金高强度结构钢两大类。常用的有热轧钢筋、冷加工钢筋、热处理钢筋以及钢丝和钢绞线等。1.热轧钢筋根据现行国家标准钢筋混凝土用热轧光圆钢筋GB1499.1 和钢筋
4、混凝土用热轧带肋钢筋GB1499.2 规定，热轧光圆钢筋分 HPB235、HPB300 两种牌号，普通热轧钢筋分HRB335、HRB400、HRB500 三种牌号，细晶粒热轧钢筋分 HRBF335、HRBF400、HRBF500 三种牌号。其中 HPB235、HPB300 钢筋由碳素结构钢经热轧成型并自然冷却，表面光圆，其余均由低合金高强度结构钢轧制而成，外表带肋。带肋钢筋横截面为圆形，长度方向有两条轴对称纵肋及均匀分布的横肋，按肋纹的形状分为月牙肋和等高肋。热轧钢筋的技术要求见表 3.1.1.表中所列的强度值和伸长率均为要求的最小值。表 3.1.1热轧钢筋的技术要求表面形状 牌号公称直径（m
5、m）s 或p0.2（MPa）b（MPa）5（%）冷弯试验（d弯心直径；n公称直径）HPB235 5.520 235 370热轧光圆钢筋 HPB300 5.520 300 400 23 180，d=aHRB335HRBF33562528404050335 455 17180,d=3a180,d=4a180,d=5aHRB400HRBF40062528404050400 540 16180,d=4a180,d=5a180,d=6a热轧带肋钢筋HRB500HRBF50062528404050500 630 15180,d=6a180,d=7a180,d=8a由表 3.1.1 可知，随钢筋级别的提高，
6、其屈服强度和极限强度逐渐增加，而其塑性则逐渐下降。钢筋混凝土结构对钢筋的要求是机械强度较高，具有一定的塑性、韧性和冷加工性等。综合钢筋的强度、塑性、工艺性和经济性等因素，非预应力钢筋混凝土可选用 HPB235、HRB335 和 HRB400钢筋，而预应力钢筋混凝土则宜选用 HRB500、HRB400 和 HRB335 钢筋。 第 3 页2.冷加工钢筋在常温下对热轧钢筋进行机械加工（冷拉、冷拔、冷轧而成。常见的品种有冷拉热轧钢筋、冷轧带肋钢筋和冷拔低碳钢丝。（1）冷拉热轧钢筋。在常温下将热轧钢筋拉伸至超过屈服点小于抗拉强度的某一应力，然后卸荷，即制成了冷拉热轧钢筋。如卸荷后立即重新拉伸，卸荷点成
7、为新的屈服点，因此冷拉可使屈服点提高，材料变脆、屈服阶段缩短，塑性、韧性降低。若卸荷后不立即重新拉伸，而是保持一定时间后重新拉伸，钢筋的屈服强度、抗拉强度进一步提高，而塑性、韧性继续降低，这种现象称为冷拉时效。实践中，可将冷拉、除锈、调直、切断合并为一道工序，这样可简化流程，提高效率。（2）冷轧带肋钢筋。用低碳钢热轧盘圆条直接冷轧或经冷拔后再冷轧，形成三面或两面横肋的钢筋。现行国家标准冷轧带肋钢筋GB13788 规定，冷轧带肋钢筋分为CRB500、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170 五个牌号。CRB500 用于非预应力钢筋混凝土，其他牌号用于预应力混凝土。冷轧带肋钢筋克服
8、了冷拉、冷拔钢筋握裹力低的缺点，而具有冷拉、冷拔钢筋相近的强度，因此在中、小型预应力钢筋混凝土结构构件中广泛应用。（3）冷拔低碳钢丝。将直径 6.5-8mm 的 Q235 或 Q215 盘圆条通过小直径的拔丝孔逐步拉拔而成，直径 35mm.由于经多次拔制，其屈服强度可提高 40%60%，同时失去了低碳钢的良好塑性，变得硬脆。现行国家标准钢结构工程施工质量验收规范GB50205 规定，冷拔低碳钢丝分为两级，甲级用于预应力混凝土结构构件中，乙级用于非预应力混凝土结构构件中。3.热处理钢筋热处理钢筋是钢厂将热轧的带肋钢筋（中碳低合金钢）经淬火和高温回火调质处理而成的，即以热处理状态交货，成盘供应，每
9、盘长约 200m。现行国家标准预应力混凝土用热处理钢筋GB4463 规定，公称直径 6mm、8.2mm、10mm，0.21325MPa，b1470MPa， 106%。热处理钢筋强度高，用材省，锚固性好，预应力稳定，主要用作预应力钢筋混凝土轨枕，也可以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
10、.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拉张的母材。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，成盘的刻痕钢丝需做低温回火处理后交货。钢绞线。钢绞线是将碳素钢丝若干根，经绞捻及消除内应力的热处理后制成。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。（二）钢筋的性能1.抗拉性能抗拉性能是钢筋的最主要性能，因为钢筋在大多数情况
11、下是作为抗拉材料来使用的。表征抗拉性能的技术指标主要是屈服点（也叫屈服强度）、抗拉强度（全称抗拉极限强度）和伸长率。低碳钢（软钢）受拉的应力应变图能够较好地解释这些重要的技术指标见图 3.1.1. 第 4 页（1）屈服点。在弹性阶段 OA 段，此时如卸去拉力，试件能恢复原状，此阶段的变形为弹性变形，应力与应变成正比，其比值即为钢材的弹性模量。与 A 点对应的应力称为弹性极限（p）当对试件的拉伸进入塑性变形的屈服阶段 AB 时，应力的增长滞后于应变的增加，屈服下限点 B 下 所对应的应力称为屈服强度或屈服点，记做 S。设计时一般以 S作为强度取值的依据。对屈服现象不明显的钢，规定以 0.2%残余
12、变形时的应力 0.2作为屈服强度。（2）抗拉强度。从图 3.1.1 中 BC 曲线逐步上升可以看出：试件在屈服阶段以后，其抵抗塑性变形的能力又重新提高，称为强化阶段。对应于最高点 C 的应力称为抗拉强度，用 b 表示。设计中抗拉强度虽然不能利用，但屈强比 S/ b能反映钢材的利用率和结构安全可靠程度。屈强比愈小，反映钢材受力超过屈服点工作时的可靠性愈大，因而结构的安全性愈高。但屈服强比太小，则反映钢材不能有效地被利用。 第 5 页（3）伸长率。图 3.1.1 中当曲线到达 C 点后，试件薄弱处急剧缩小，塑性变形迅速增加，产生“颈缩现象”而断裂。试件拉断后，量出拉断后标距部分的长度 L0，即可按
13、下式计算伸长率。式中 L0试件的原标距长度（mm）伸长率表征了钢材的塑性变形能力。伸长率的大小与标距长度有关。塑性变形在标距内的分布是不均匀的，颈缩处的伸长较大，离颈缩部位越远变形越小。因此原标距与试件的直径之比愈大，颈缩处伸长值在整个伸长值中的比重愈小，计算伸长率愈小。通常以 5和 10分别表示 L0=5d0和 L0=10d0（d 0为试件直径）时的伸长率，对于同一种钢材， 5应大于 10。 2.冷弯性能冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是钢材的重要工艺性能。冷弯性能指标是通过试件被弯曲的角度（90、180）及弯心直径 d 对试件厚度（或直径）a 的比值（d/a）区分的。试件按规定
14、的弯曲角和弯心直径进行试验，试件弯曲处的外表面无裂断、裂缝或起层，即认为冷弯性能合格。冷弯试验是通过试件弯曲处的塑性变形实现的，能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。在拉力试验中，这些缺陷常因塑造性变形导致应力重分布而得不到反映。因此冷弯试验是一种比较严格的试验，对钢材的焊接质量也是一种严格的检验，能揭示焊件在受弯表面存在的裂纹和夹杂物。 第 6 页3.冲击韧性冲击韧性指钢材抵抗冲击载荷的能力。其指标是通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定。按规定，将带有 V 形缺口的试件进行冲击试验。试件在冲击荷载作用下折断时所吸收的功，称为冲击吸收功 Akv（J）钢材的化学成分、组织状态、内
15、在缺陷及环境温度等都是影响冲击韧性的重要因素。Akv 值随试验温度的下降而减小，当温度降低达到某一范围时，Akv 急剧下降而呈脆性断裂，这种现象称为冷脆性。发生冷脆时的温度称为脆性临界温度，其数值越低，说明钢材的低温冲击韧性越好。因此，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。4.硬度钢材的硬度是指表面层局部体积抵抗较硬物体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的结构构件，钢材往往在应力远小于抗拉强度时发生断裂，这种现象称为钢材的疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示，它是指疲劳试验中试件在交变应力作用下，于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。6.焊接性能钢材的可焊性是指焊接后在焊缝处的性质与母材性质的一致程度。影响钢材可焊性的主要因素是化学成分及含量。如硫产生热脆性，使焊缝处产生硬脆及热裂纹。又如，含碳量超过 0.3%，可焊性显著下降等。（三）钢材的化学成分及其对性能影响钢材的化学成分主要是指碳、硅、锰、硫、磷等，在不同情况下往往还需考虑氧、氮及各种合金元素。1.碳土木建筑工程用钢材含碳量不大于 0.8%。在此范围内，随着钢中碳含量的提高，强度和硬度相应提高，而塑性和韧性相应降低；碳还可显著降低钢材的可焊性，增加
