公路工程材料类别

一、大纲要求

1、熟悉公路工程主要材料的分类

2、熟悉（了解）公路工程主要材料的特性

3、熟悉砼强度等级及配合比计算；

二、内容讲解

第二节常用工程材料

本节将对公路基本建设工程中常用的工程材料，如钢材、木材、水泥、沥青、砂石材料的性能、规格和标准作简要描述。

一、钢材

公路建设工程中使用的钢材，主要包括板、管、型材，以及钢筋混凝土中的钢筋、钢丝等。钢材具有良好的技术性质，能承受较大的弹塑性变形，加工性能好，因此被广泛使用。

(一)钢材的分类

(1)按冶炼方法分：平炉钢、氧气转炉钢和电炉钢。

(2)按脱氧程度分：镇静钢(代号Z)及特殊镇静钢(代号TZ)(脱氧充分)和沸腾钢(代号F)(脱氧不充分)。

(3)按化学成分分：碳素钢(含碳量小于0．25％的为低碳钢、0．25％-0．60％的为中碳钢、大于()．60％的为高碳钢)和合金钢(合金元素总含量小于5％的为低合金钢、5％—10％的为中合金钢、大于10％的为高合金钢)。

(4)按用途分：结构钢、工具钢和特殊钢(如不锈钢、耐热钢、耐酸钢等)．

(5)按形状分：板材、管材、线材、型材等。

(二)钢材的力学性能

1．抗拉性能

抗拉性能是钢材最重要的性能，表征抗拉性能的主要技术指标有：屈服点、抗拉强度及伸长率。它们均与拉伸试验得出的应力—应变图有关(图2-5)。

(1)屈服点

拉伸进入塑性变形屈服段BC，称屈服下限C T所对应的应力为屈服强度或压服点，记作σs,设计时，一般σs,以作为强度取值的依据。对屈服现象不明显的钢材，规定以产生0．2％残余变形时的应力σ0.2作为屈服强度。

(2)抗拉强度

，称为抗拉强度。在设计中，屈强比σs/应力—应变图中(图2-5)，曲线最高点对应的应力

b

σb有参考价值。在一定范围内，屈强比小则表明钢材在超过屈服点工作时可靠性高，较为安全。

(3)伸长率

试件在拉断后，其标距部分所增加的长度与原标距长度的百分比，称为伸长率。试件拉断后标距部分的长度以L 1，表示，原标距长度以L 0表示，则伸长率δ为：

100

100%L L L δ-=⨯ (2—14) δ表征了钢材的塑性变形能力。δ值还与试件的L 1／d 0值有关(d 0为试件直径)。常用L 0/d 0，=5及上L 0/d 0=10两种试件，相应δ分别记作δ5与δ6，对同一种钢材，δ5>δ10

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，它表征在恶劣变形条件下钢材的塑性，是钢材的一项重要工艺性能。冷弯性能技术是以试件被弯曲的角度(90°、180°)及弯心直径d 与试件厚度(或直径)a 的比值(d ／a)来表示，见图2-6。试件按规定条件弯曲，若弯曲处的外表无裂痕、裂缝或起层，即认为冷弯性能合格。

3．冲击韧性

冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。钢材的化学成分、组织状态、内在缺陷及环境温度等都是影响冲击韧性的重要因素。钢材的冲击韧性随温度的下降而降低，当温度下降到某—范围时，呈脆性断裂，这种现象称为冷脆性。发生冷脆时的温度成为脆性临界温度，其数值越低，说明钢材的低温冲击韧性越好。

4．抗疲劳性

材料在交变应力作用下，在远低于抗拉强度时突然发生断裂，称为疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限表示，其含义是：试件在交变应力下工作，在规定的周期基数内不发生断裂的最大应力。

5．可焊性能

可焊性主要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。

(三)常用建筑钢材

建筑钢材按其用途可分为钢结构用材和钢筋混凝土用材两大类。钢结构用材在公路建设 工程中使用较少，大量使用的混凝土用钢材，如钢筋、钢板、钢丝等。

1．碳素结构钢

碳素结构钢指一般的结构钢，以及工程用的热轧板、管、带、型、棒材。其冶炼方便，成本较低，具有良好的塑性及各种加工性能，以及良好的安全性能。

2．低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上，少量添加若干合金元素而成，一般合金元素的总量不超过总量的5％。这类钢具有如下优点：

(1)强度较高，可以减轻钢结构的自重，经济效益好。

(2)具有良好的综合性能，如耐腐蚀、耐低温性好，抗冲击韧性强，使用寿命长等。

(3)易于加工及施工，良好的可焊性及冷加工性为施工提供方便。

3．型钢与钢板在建筑工程中大量使用各种规格与型号的型钢，常用的热轧型钢有：角钢(等边和不等边)、工字钢、槽钢、T型钢、H型钢、Z型钢等。热轧型钢的标记需标出型钢名称、横断面主要尺寸、型钢标准及钢号与钢种标准。如用碳素钢Q235—A轧制的、尺寸为160×160×16(mm)

的等边角钢，应标示为：

热轧等边角钢=16016016978788 23570088

GB

Q AGB

⨯⨯--

--

用光面轧辊轧制而成的扁平钢材，以平板状态供货的称为钢板，以卷状供货的称为钢带，可用热轧或冷轧方式生产。

热轧钢板按厚度可分为中厚板(厚度大于4mm)和薄板(厚度为0．35-4mm)两种，冷轧钢板只有薄板(厚度为0．2-4mm)一种。

4．钢筋

钢筋是建筑工程中使用量最大的钢材品种之一，其材质包括普通碳素钢和普通低合金钢两大类。常用的有：热轧钢筋、冷加工钢筋以及钢丝、钢绞线等。

(1)热轧钢筋

钢筋混凝土结构对热轧钢筋的要求是机械强度较高，具有一定的塑性、韧性、冷弯性与可焊性。热轧钢筋按屈服点和抗拉强度分为I、II、Ⅲ、Ⅳ四个等级，其中I级钢筋用碳素结构钢轧制，其余用低合金结构钢轧制。I级钢筋强度较低，但塑性及可焊性好，便于冷加工，广泛用作普通混凝土中的非预应力钢筋；预应力钢筋应优先选用Ⅳ级钢筋，也可选用Ⅱ级或Ⅳ型钢筋。

(2)冷加工钢筋

在常温下对钢筋进行机械加工(冷拉、冷拔、冷轧)，使其产生塑性变形，从而达到提高强度(屈服点)、节约钢材的目的，这种方法称为冷加工。经冷加工后，钢筋塑性、韧性均有所下降。冷拉II、m、Ⅳ级钢筋强度较高，可用作预应力混凝土结构的预应力筋。冷拉钢筋不宜用于负温及承受冲击或重复荷载的结构，因为冷拉钢筋的塑性、韧性较差，易发生脆断。

(四)钢材的防锈

当钢材表面与环境介质发生各种形式的化学作用时，就可能遭到腐蚀。如与O2、S02、H2S等腐蚀性气体作用而被氧化。腐蚀的结果是：在钢材表面形成疏松的氧化物，或称为生锈。防止钢材锈蚀的方法通常是采用表面刷防锈漆。常用底漆有：红丹、环氧富锌漆、铁红环氧漆等；面漆有：灰铅油、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。薄壁钢材可采用热浸镀锌或镀锌后加涂塑料涂层，这种方法防锈效果好，但造价高。

二、水泥