二建矿业精讲班视频讲义:建筑钢材的基本性能及使用要求

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2G310000 矿业工程施工技术

赵景满老师简介：

某高校副教授，高级培训师，多年来从事一级建造师、二级建造师矿业专业课程培训工作及矿业企业相关培训工作，对考试及矿业实际工作有丰富的经验。

2G311030 矿业工程材料

内容预览：共有四小节

2G311031 建筑钢材的基本性能及技术特点

2G311032 水泥的主要性能及其工程应用

2G311033 混凝土的组成和技术要求

2G311034 其他相关材料的性能及其应用

2020年1-3分，一道多选或一道单选。

2G311031 建筑钢材的基本性能及使用要求

一 、建筑钢材的力学性能

建筑钢材作为主要的受力结构材料，其主要的力学性能有抗拉性能、抗冲击性能、耐疲劳性能及硬度。

（一）抗拉性能

抗拉性能是钢筋最主要的技术性能之一。包括强度、弹性模量、伸长度等，一般通过拉伸试验获得。

钢材强度主要指其抵抗断裂或抵抗出现塑性变形的能力，分别称为极限强度和屈服强度。弹性模量表示钢材的弹性范围内抵抗变形的能力，即产生单位弹性变形所需要的应力大小。超过弹性范围后，钢材出现不可恢复的变形，即塑性变形。钢材的塑性大小，用试件拉断时的相对伸长率与断面相对收缩率表示。

钢材受拉变形四个阶段

（二）抗冲击性能

钢材的抗冲击性能用冲击韧性指标表示。冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力，它通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定。钢材的化学成分、组织状态、冶炼和轧制质量、温度和时效等因素，对钢材和冲击韧性都有明显的影响。

（三）耐疲劳性能

钢材在交变荷载的反复作用下，在远小于抗拉强度时，发生突然破坏，叫疲劳破坏。用疲劳极限或疲劳强度表示钢材的耐疲劳性能，它是指钢材在交变荷载下，于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关，一般抗拉强度高，其疲劳极限也高。

（四）硬度

硬度是金属材料抵抗硬的物体压陷表面的能力，是评价部件承受磨损作用的重要参数。

（2018年真题）关于钢材力学性能的说法，正确的是（）。

A．钢材的抗冲击性能用屈服强度指标表示

B．钢材的塑性变形出现在极限强度后

C．一般而言，钢材的抗拉强度越高，疲劳极限越高

D．钢材的弹性模量表征了其在断裂范围内的抗变形能力

233网校答案：C

233网校解析：钢材的抗冲击性能用冲击韧性指标表示，故A不正确；超过弹性范围后，钢材出现不可恢复的变形，即塑性变形。应出现在极限强度之前。故B错误；钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关，一般抗拉强度高，其疲劳极限也高。故C正确。弹性模量表示钢材在弹性范围内抵抗变形的能力，即产生单位弹性变形所需要的应力大小。故D不正确。

二 、矿用特种钢材

主要为矿用工字钢、矿用特殊型钢（U型钢、Ⅱ型钢和特殊槽钢）、轻便钢轨等。

矿用工字钢是专门设计的翼缘宽、高度小、腹板厚的工字钢，即适于作梁也适于作腿。

U型钢、Ⅱ型钢和特殊槽钢等是专门用于巷道支撑（可缩支架），U型钢的两个截面系数接近相等，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，并可在巷道支护中用于制作轻型支架，但受力性能较差。

三 、常用钢材加工方法及对钢材性能的影响

常用钢材的加工包括钢材的冷加工强化、时效强化、热处理和焊接、铆接等。钢材加工不仅用于改变尺寸，还可改善强度、韧度、硬度等性质

冷加工强化：在常温下进行冷拉、冷拔和冷轧，提高其屈服强度，相应降低了塑性和韧性。

冷加工强化

时效强化：指钢材经冷加工后，屈服强度和极限强度随着时间的延长而逐渐提高，塑性和韧性逐渐降低的现象。因此，可将经过冷拉的钢筋在常温下或加热到100-200℃并保持一定时间，实现时效处理。

热处理：有退火、正火、淬火和回火，在施工现场，有时需对焊接件进行热处理。

焊接：电弧焊、电阻焊、气焊等。

铆接：活动铆接、固定铆接和密封铆接。

2G311032 水泥的主要性能及其工程应用

一、水泥的基本组成

水泥属于水硬性胶凝材料，由水泥熟料、石膏和混合料组成。水泥的性能主要决定于熟料组成与质量，与水发生反应凝结硬化形成强度的主要矿物均由熟料提供。

水泥中掺加混合料可提高水泥产量、降低水泥强度等级、减少水化热、改善水泥性能等作用。

掺入适量石膏可调节凝结时间，提高早期强度，降低干缩变形，改善耐久性、抗渗性等一系列性能。对于掺混合料的水泥，石膏还对混合料起活性激发剂作用。

二、水泥品种及其技术性质

水泥品种按其组成可分为两大类，即：常用水泥和特种水泥。

常用水泥主要指用于一般土木建筑工程的水泥，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等。它们均是以硅酸盐水泥熟料为主要组分的一类水泥。

特种水泥泛指水泥熟料为非硅酸盐类的其他品种水泥。如高铝水泥、硫铝酸盐水泥等。

三、水泥的性能指标概念

与水泥有关的性能指标包括细度、凝结时间、体积安定性、强度和水化热等方面。

1、细度

水泥颗粒的粗细对水泥的性质有很大的影响。水泥颗粒粒径愈细，与水起反应的表面积愈大，水化愈快，其早期强度和后期强度都较高。国标规定，硅酸盐水泥细度采用透气式比表面积仪检验，要求其比表面积大于300m²/kg；其他五类水泥细度用筛析法检验，要求在80µm标准筛上的筛余量不得超过10%。

2、凝结时间

凝结时间分初凝和终凝，初凝为水泥加水拌合始至标准稠度净浆开始失去可塑性所经历的时间；终凝则为浆体完全失去可塑性并开始产生强度所经历的时间。水泥初凝时间不宜过短；当施工完毕则要求尽快硬化并具有强度，故终凝时间不宜太长。国家标准规定硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6.5h。

3、体积安定性（水泥安定性）

体积安定性是指水泥净浆体硬化后体积稳定的能力。水泥体积安定性不良的原因，一般是由于熟料中存在游离氧化钙和氧化镁或掺入石膏过量而造成的。熟料中的游离氧化钙及氧化镁，在水泥浆硬化后开始水化，水化后体积较原体积增大2倍以上，造成弯曲和裂纹。过量的石膏形成的水泥杆菌同样会使水泥石产生裂纹或弯曲。

4、强度

强度是指按水泥强度检验标准的规定所配制的水泥胶砂试件，经一定龄期（硅酸盐水泥的龄期为3d、28d）标准养护后所测得的强度。

水泥强度通常分为抗压强度、抗折强度和抗拉强度三种。

水泥强度是表示水泥力学性能的一种量度，是划分水泥强度等级的技术依据。水泥强度等级根据3d和28d的强度划分为32.5 、42.5、52.5、62.5四个等级。

5、水化热

水泥的水化反应是放热反应，其水化过程放出的热称为水泥的水化热。大体积混凝土由于水化热积蓄在内部，造成内外温差，可形成不均匀应力的开裂。但水化热对冬期施工是有益的，水化热可促进水泥水化进程。

（2018年真题）关于水泥性能指标的说法，正确的有（）。

A．硅酸盐水泥的细度应采用筛析法检验

B．水泥熟料中掺入大量石膏会造成体积安定性不良

C．水泥水化热不利于冬期混凝土施工

D．硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不得早于6.5h

E．水泥强度可分为抗压强度、抗折强度和抗拉强度

233网校答案：BE

233网校解析：硅酸盐水泥细度采用透气式比表面积仪检验，要求其比表面积大于300m²/kg；其他五类水泥细度用筛析法检验，要求在80µm标准筛上的筛余量不超过10%。故A不正确；过量的石膏形成的水泥杆菌会使水泥产生裂纹或弯曲。造成体积安定性不良。故B正确；硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6.5h。故D不正确；水泥强度通常分为抗压强度、抗折强度和抗拉强度三种。故E正确。

四、矿业工程对水泥品种的要求

选择水泥品种时可参考表2G311032。

水泥品种使用条件表 表2G311032

（2015年真题）厚大体积普通混凝土施工，不宜使用（）水泥。

A．矿渣

B．火山灰质

C．粉煤灰

D．硅酸盐

233网校答案：D

233网校解析：厚大体积混凝土优先选用矿渣水泥、火山灰质水泥、粉煤灰水泥、复合水泥。不宜使用硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥。可以选用普能水泥。故选D。

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