7.4～7.5-建筑钢材的锈蚀与防护、钢筋性能检测（课件）- 《建筑材料》同步教学（哈尔滨工程大学出版社）

项目七 建筑钢材 目 录 CONTENT 行业PPT模板http:///hangye/ 1 2 3 4 钢的冶炼和分类 建筑钢材的主要技术性能 常用建筑钢材及其选用 建筑钢材的锈蚀与防护 5 钢筋性能检测 PART 04 建筑钢材的锈蚀与防护 7.4.1 钢材锈蚀的原因 特别是当环境中有侵蚀性介质或湿度较大时,锈蚀情况就更加严重。根据钢材与周围介质的不同作用,锈蚀可分为化学锈蚀和电化学锈蚀两种。 钢材表面与周围的介质接触,在一定条件下可以发生化学反应使钢材表面产生腐蚀而遭到破坏,称为钢材的锈蚀。 7.4.1 钢材锈蚀的原因 1.化学锈蚀 化学锈蚀是指钢材直接与周围介质发生化学反应而产生的锈蚀,多数是氧化作用,在钢材表面形成疏松的氧化物。在干燥环境中,由于钢材表面形成一层FeO氧化膜,可以起到保护作用,因此反应缓慢;但在温度和湿度较高的环境条件下,锈蚀发展迅速。 7.4.1 钢材锈蚀的原因 2.电化学锈蚀 钢材与电解质溶液相接触产生电流,形成原电池而发生的腐蚀称为电化学锈蚀。钢材中含有铁素体、渗碳体、非金属夹杂物等,这些成分的电极电位不同,即活泼性不同,当电解质存在时,很容易形成原电池的两个极。钢材与潮湿介质空气、水、土壤接触时,表面覆盖一层水膜,水中溶有来自空气的各种离子,这样便形成了电解质。钢中的铁素体失去电子(Fe→Fe2+ )成为阳极,渗碳体成为阴极。在酸性电解质中,H+ 得到电子变成氢气跑掉;在中性介质中,由于氧的还原作用使水中含有OH- ,随之生成不溶于水的Fe(OH)2;进一步氧化成Fe(OH)3 及其脱水产物Fe2O3,即红褐色铁锈的主要成分。由于铁素体的逐渐锈蚀,钢组织中的渗碳体暴露得越来越多,形成的微电池数目也越来越多,锈蚀速度也就越来越快。 7.4.2 钢材锈蚀的防护 1.保护层法 保护层法是用保护膜使钢材与周围介质隔离,从而避免或减缓外界腐蚀性介质对钢材的破坏作用。例如,在钢材的表面喷刷涂料、搪瓷、塑料等或以金属(如锌、锡、铬等)镀层作为保护膜。 7.4.2 钢材锈蚀的防护 2.电化学保护法 对于一些不易或不能覆盖保护层的地方(如轮船外壳、地下管道、道桥建筑等)可采用电化学保护法,即在钢铁结构上接一块较钢铁更为活泼的金属(如锌、镁)作为牺牲阳极来保护钢结构。 阳极保护法是在钢铁结构附近安放一些废钢铁或其他难熔金属,如高硅铁及铅银合金等,将外加直流电源的负极接在被保护的钢铁结构上,正极接在难熔的金属上,通电后,难熔的金属因成为阳极而被腐蚀,钢铁结构因成为阴极而得到保护。 7.4.2 钢材锈蚀的防护 3.制成合金钢 在钢中加入合金元素(铬、镍、钛、铜),制成不锈钢,可提高其耐蚀能力。 另外,埋于混凝土中的钢筋,因处于碱性介质的条件而使钢筋表面形成氧化保护膜,故不致锈蚀。但是一些外加剂中含有的氯离子能破坏保护膜,使锈蚀迅速发展。因此,混凝土的防锈措施应考虑限制水胶比和水泥用量,限制氯盐外加剂的使用,保证混凝土的密实性,还可以采用掺加防锈剂(如重铬酸盐等)的方法。 7.4.2 钢材锈蚀的防护 思政目标:培养学生精益求精、严谨细致、开拓创新的职业态度。 请看以下资料:国家体育场———鸟巢的主体建筑是由一系列钢桁架围绕碗状座席区编制而成的椭圆鸟巢外形,南北长333m、东西宽296m,最高处高69m,总用钢量约42000t。 鸟巢所用钢材名为Q460EZ235,是顶级建筑用钢。“460”指钢材的强度,表明这种钢的强度是普通钢的两倍;“E”指的是-40°的冲击韧性指标,表明此钢的韧性十足;“Z235”表明鸟巢所用钢材的性能是最高级别的。 为了突出鸟巢独特的建筑造型,整个钢结构工程全部暴露于大气环境中。为此,设计提出鸟巢钢结构25年的长效防腐要求,并对其在防护年限内的耐久性提出明确要求。鸟巢钢结构的防腐配套方案设计时主要从涂料防护的角度进行研究。 同学们,鸟巢的建设告诉我们,在建设工程中除了要考虑材料的力学性能,还要考虑材料的其他什么性能? 思 政 课 堂 PART 05 钢筋性能检测 7.5.1 取样与试件制备 BUSINESS REPORT 钢筋的取样与试件制备是钢筋检测工作的基础,具体方法如下。 (1)钢筋混凝土用热轧光圆钢筋及带肋钢筋,经外观质量检查后,检测其拉伸性能及弯曲性能时均应自一批钢筋中任选两根切取。 (2)钢筋应按批进行检查和验收,每批由同一牌号、同一炉罐号、同一尺寸的钢筋组成。 每批质量通常不大于60t。超过60t的部分,每增加40t(或不足40t的余数),增加一个拉伸试验试件和一个弯曲试验试件。 7.5.1 取样与试件制备 (3)允许由同一牌号、同一冶炼方法、同一浇注方法的不同炉罐号组成混合批。各炉罐号含碳量之差不大于0.02%,含锰量之差不大于0.15%。混合批的质量不大于60t。 (4)钢筋混凝土用热轧光圆钢筋及带肋钢筋的拉伸、弯曲试验试件不准许进行车削加工。试件长度应使试验机两夹头间有足够的自由长度,以使试件原始标距的标记与最接近夹头间的距离不小于1.5d(d 为钢筋直径)。 (5)原始标距(L0)一般为5d,并应将其计算值修约至最接近5mm的倍数,中间数值向较大方修约。用小标记、细画线或细墨线标记原始标距,但不得用引起过早断裂的缺口做标记。原始标距的标记应准确到1%。 7.5.2 钢筋的拉伸性能检测 1.试验目的 测定低碳钢的屈服强度、抗拉强度与断后伸长率。注意观察拉力与变形之间的变化。确定应力与应变之间的关系曲线,评定钢筋的强度等级。 2.试验设备 (1)万能材料试验机:应按照《金属材料静力单轴试验机的检验与校准第1部分:拉力和(或)压力试验机测力系统的检验与校准》(GB/T16825.1—2022)进行检验。 (2)其他试验设备:钢筋打点机或划线机、尺(精度为0.1mm)。 7.5.2 钢筋的拉伸性能检测 3.试验步骤 (1)试验应在10~35℃室温下进行,否则应在试验记录和报告中说明。 (2)标记原始标距,并将其N 等分。 (3)调整试验机测力度盘的指针,使其对准零点,并拨动副指针,使其与主指针重叠。 (4)将试件固定在试验机夹头内。开动试验机进行拉伸,拉伸速度为:屈服前,应力增加 速率应为0.00025/s~0.0025/s,并保持试验机控制器固定于这一速率位置上,直至该性能测出为止;屈服后或只需测定抗拉强度时,试验机活动夹头在荷载下的移动速度可增加到不大于0.008/s。 7.5.2 钢筋的拉伸性能检测 (5)在拉伸过程中,读取测力度盘指针首次回转前指示的最大力和不计初始瞬时效应时屈服阶段中指示的最小力或首次停止转动指示的恒定力,即为上、下屈服点荷载FeH、FeL;屈服后继续加荷直至拉断,从测力度盘上读取最大力Fm。 (6)测量拉断后的标距长度Lu(精确至0.1mm)。将试件断裂的部分仔细地配接在一起使其轴线处于同一条直线上,并采取特别保护措施,确保试件断裂部分适当接触后测量试件断后标距。 7.5.2 钢筋的拉伸性能检测 如拉断处到邻近标距点的距离大于1/3L0 或断后伸长率大于或等于规定值,可用卡尺直接量出已被拉长的标距长度(Lu)。如拉断处到邻近标距点的距离小于或等于1/3L0,可按下述移位法确定Lu:在长段上自断点O 起,取等于短段格数,得B 点;再取等于长段所余格数[偶数如图7-10(a)所示]之半,得C 点;或者取所余格数[奇数如图7-10(b)所示]减1与加1之半,得C 点和C1 点。移位后的Lu 分别为AO+OB+2BC 或AO+OB+BC+BC1。Lu 测量应精确至0.1mm。 7.5.2 钢筋的拉伸性能检测 4.结果计算 上、下屈服强度ReH、ReL按式(7-5)和式(7-6)计算。 式中,ReH、ReL为上、下屈服强度(MPa);FeH、FeL为上、下屈服点荷载(N);S0 为试件的公称横截面面积(mm2),可用S0=πa2/4计算,π取3.1416,钢筋公称直径a≤10mm时,计算结果修约间隔为0.01mm2,12mm≤a≤32mm时,计算结果修约间隔为0.1mm2,a≥36mm时,计算结果修约间隔为1mm2。 7.5.2 钢筋的拉伸性能检测 抗拉强度Rm 按式(7-7)计算(精确至1MPa)。 式中,Rm 为抗拉强度(MPa);Fm 为拉伸试验最大力(N)。 断后伸长率A 按式(7-8)计算(精确至0.1%)。 式中,A 为断后伸长率(%);其他符号含义同前。 7.5.2 钢筋的拉伸性能检测 PROJECT Introduction 5.结果判定与处理 (1)当两组的6个数据均满足相应的规定要求时,可判定合格。 7.5.2 钢筋的拉伸性能检测 (2)在拉伸试验中,有1根试件的屈服点、抗拉强度和断后伸长率3个指标中有1个指标达不到钢筋标准中规定的数值;在冷弯试验中,有1根试件不符合指标要求,均应取双倍钢筋制作试件进行复验,其试验结果应全部合格。 (3)试验出现下列情况之一时,其试验结果无效,应重做同样数量试件的试验。 ①试件断在标距外或断在机械刻划的标距标记上,而且断后伸长率小于规定最小值。 ②试验期间设备发生故障,影响了试验结果。 (4)试验后试件出现两个或两个以上的颈缩以及显示出肉眼可见的冶金缺陷(如分层、气泡、夹渣、缩孔等),应在试验记录和报告中注明。 7.5.3 钢筋弯曲(冷弯)检测 1.试验目的 检定钢筋承受规定弯曲程度的弯曲变形性能,并显示其缺陷。 2.仪器设备 (1)压力机或万能材料试验机:具有两个支辊,支辊间距离可调节。 (2)具有足够硬度的不同直径的一组冷弯压头。 3.试验准备 (1)试件长L=5a+150,其中a 为试件直径(mm)。 (2)调整两支辊间的距离为x,x=(d+3a)±0.5a。 (3)选择弯心直径d。对于Ⅰ级热轧光圆钢筋,取d=a。对于HRB400、HRB500、HRB600级热轧带肋钢筋,当a=6~25mm时,d 为4a和6a;当a=28~50mm时,d=5a~8a。 7.5.3 钢筋弯曲(冷弯)检测 4.试验步骤 1 2 3 (1)试件弯曲至规定弯曲角度的试验。 (3)试件弯曲至两臂直接接触的试验。 (2)试件弯曲至两臂相互平行的试验。 7.5.3 钢筋弯曲(冷弯)检测 5.试验结果评定 (2)以相关产品标准规定的弯曲角度作为最小值;若规定弯曲压头直径,则以规定的弯曲压头直径作为最大值。 (1)应按照相关产品标准的要求评定弯曲试验结果。如未规定具体要求,弯曲试验后不使用放大仪器观察,试件弯曲外表面无可见裂纹应评定为合格。 7.5.3 钢筋弯曲(冷弯)检测 思政目标:培养学生精益求精、严谨细致、开拓创新的职业态度。 请看以下资料:港珠澳大桥为全球已建最长跨海大桥。港珠澳大桥项目不仅仅是中国过去几十年建桥技术的积累,也重新定义了中国制造未来的方向。 港珠澳大桥地处海洋腐蚀环境,建设条件复杂,因此其所使用的材料条件苛刻,对材料强度、抗疲劳、耐候、抗腐蚀等性质要求极高,设计服役寿命长。什么样的钢材才能让港珠澳大桥在这么长的时间里防得住台风、抗得住地震、经得起海水的侵蚀? 据了解,广东省韶钢集团有限公司(以下简称韶钢)供应了港珠澳大桥70%的螺纹钢、盘螺、高线,全部钢箱梁、桥墩所用的环氧涂层螺纹钢母材,以及部分低合金高强度结构钢板、桥梁钢结构用板。 为了达到抗疲劳性能要求,钢水的纯净度要高,要设法降低其中的有害杂质,韶钢供港珠澳大桥钢材的钢水均经过精炼处理,降低了夹杂物,提高了钢的纯净度。 思 政 课 堂 7.5.3 钢筋弯曲(冷弯)检测 在轧制过程中,轧制温度也会对钢筋的强度性能产生影响。因此,按照港珠澳大桥的要求,韶钢对轧制温度进行了专门的设计,要求开轧温度±15℃、终轧温度±25℃、上冷床温度±10℃,以防止温度波动对钢筋强度性能产生影响。 钢筋冷却的速度也必须控制在一定的范围内,冷却过快钢筋易脆、断,要保证钢筋既有较好的强度,又有较高的韧性。 除了供应高线、板材、盘螺等钢材,韶钢还为港珠澳大桥提供了部分钢构件。港珠澳大桥所需要的钢构件形状多变、大小不一且施工精度要求非常高,所有钢构件焊缝都要达到一级焊缝,所有高强螺栓连接部位穿孔率必须达到99%。 同学们,从港珠澳大桥项目中我们学到了什么? 思 政 课 堂 7.5.3 钢筋弯曲(冷弯)检测 复习思考题 1.名词解释 (1)弹性模量。 (2)屈服强度。 (3)屈强比。 (4)疲劳破坏。 (5)钢材的冷加工。 (6)钢材的时效。 2.填空题 (1)钢材拉伸过程可分为弹性阶段、_____阶段、 _____阶段和_____阶段。 (2)钢材在冷弯试验时采用的弯曲角度越_____,弯心直径对试件厚度(或直径)的比值越_____,表示对冷弯性能的要求越高。 (3)通过钢材的拉伸试验,可以检测钢材的_____强度、 _____强度和_____ 。 (4)建筑工地或混凝土预制构件厂对钢筋常用的冷加工方法有_____及_____等,钢筋冷加工后_____提高,故可达到节约钢材的目的。 7.5.3 钢筋弯曲(冷弯)检测 复习思考题 (5)低合金高强度结构钢的综合性能好,更适用于_____ 、承受_____和_____的结构中。 (6)碳素结构钢随着牌号的增加, _____含量增加, _____相应提高,而_____则降低。 (7)钢材根据脱氧程度分为_____ 、 _____和_____ 。 (8)HPB300级钢筋常用于_____钢筋混凝土结构,HRB400 级钢筋常用于_____钢筋混凝土结构,HRB500级钢筋常用于_____钢筋混凝土结构。 (9)钢材的时效有_____和_____两种,强度较高的钢筋应采用_____ 。 (10)低合金高强度结构钢的牌号由_____ 、 _____ 、 _____和_____组成。 3.单项选择题 (1)在钢结构中常用( )轧制成的钢板、钢管、型钢来建造桥梁、高层建筑及大跨度钢结构建筑。 A.碳素钢 B.低合金钢 C.热处理钢筋 D.冷拔低碳钢丝 (2)钢材随牌号的增加,其( )。 A.屈服强度、抗拉强度高且塑性好 B.屈服强度、抗拉强度高且塑性差 C.屈服强度、抗拉强度低且塑性好 D.屈服强度、抗拉强度低且塑性差 7.5.3 钢筋弯曲(冷弯)检测 复习思考题 (3)以下各种元素对于钢材来说有害的是( )。 A.Si、Mn B.S、P C.Al、Ti D.V、Nb (4)建筑结构钢合理的屈强比一般为( )。 A.0.50~0.65 B.0.60~0.75 C.0.70~0.75 D.0.80~0.85 (5)工程结构设计时,钢材是以( )作为设计计算取值依据的。 A.颈缩强度 B.弹性极限 C.屈服强度 D.抗拉强度 (6)低合金高强度结构钢中合金元素的掺量应小于( )%。 A.3 B.4 C.5 D.6 (7)以下常用于预应力钢筋混凝土工程的钢材种类是( )。 A.HPB300 B.HRB400 C.HRB500 D.CRB550 (8)钢丝、钢绞线主要( )。 A.用于普通混凝土结构 B.作为冷加工的原料 C.用作箍筋 D.用于大荷载、大跨度及曲线配筋的预应力混凝土结构 7.5.3 钢筋弯曲(冷弯)检测 复习思考题 4.思考题 (1)工程中通常会将钢筋进行冷加工和时效处理,经处理后,钢筋性能有什么改变,采取此措施有何作用和意义? (2)结构设计时要选择合理的钢材屈强比,该值对工程有什么实际意义? 5.计算题 一钢材试件,直径为25mm,原标距为125mm,做拉伸试验,当屈服点荷载为201.0kN时,达到最大荷载为250.3kN,拉断后测得的标距长为138mm,求该钢筋的屈服点、抗拉强度及拉断后的伸长率。 非常感谢您的观看 $$