金属材料（下半部分）

《土木工程材料》中“金属材料（下半部分）”的知识导图。《金属和金属材料》的预习复习思维导图笔记。金属材料一般是指工业应用中的纯金属或合金。自然界中大约有70多种纯金属。希望对大家有用，记得点赞收藏哦。

第三章金属材料（下半部分）

• 3.5常用钢材 的技术性质和应用
  • 3.5.1士木工程常用钢材品种
    • 土木工程中所用钢筋、型钢的钢种主要为碳索结构钢、低合金高强度结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢。
    • 1，碳素结构钢
      • (1)碳素结构钢的牌号及其表示方法
        • 机国家标准《碳索结构钢》GB/T 700- -2006规定， 碳素结构钢的牌 号由代表屈服强度的字母、屈服强度值、质量等级符号、脱氧程度符号等四个部分按顺序组成，如图3-11所示。
          • 子主题
        • • 汉语拼音Q一一代表屈服强度;
          • 屈服强度值一-195、215、235和275(MPa);
          • 质量等级按硫、磷杂质含量由多到少，划分为A、B、C、D四级;A级不要求冲击韧性; B级要求20°C冲击韧性; C级要求0°C冲击韧性; D级要求一20°C 冲击韧性;
          • 脱氧程度F (沸腾钢)，Z (镇静钢)，TZ (特殊镇静钢); Z和TZ在钢的牌号中可省略。
          • 例如:Q235AF表示屈服强度为235MPa的A级沸腾钢;Q235B表示屈服强度为235MPa的B级镇静钢。
        • 碳素结构钢的牌号划分及化学成分见表3-5。
      • (2)碳素结构钢的主要技术性能
        • 国家标准《碳素结构钢》GB/T 700 206 规定了碳素结构钢的牌号、尺寸、外形、重量及允许偏差、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志和质量证明书。碳素结构钢的强度、冲击韧性等指标应符合表3-6的规定，冷弯性能应符合表3-7的要求。
        • 从表3-5、表3-6和表3-7可以看出，碳素结构钢随着牌号的增大，其含碳量和含锰量增加，强度和硬度提高，而塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差。
      • (3)碳素结构钢的特性与应用
        • 建筑工程中主要应用Q235号钢，由于其具有较高的强度，良好的塑性、韧性及可焊性，综合性能好，故能较好地满足一般钢结构 和钢筋混凝土结构的用钢要求，且冶炼方便成本较低，因此在土木工程中应用广泛。Q235可用于轧制各种型钢、钢板、钢管与钢筋，
        • Q195、Q215强度低，但塑性、韧性、冷弯性与可焊性好，易于冷加工，常用作轧制薄板、盘条、管坯及螺栓等。
        • Q235既有较高的强度，又有良好的塑性韧性与可焊性，综合性能好，能满足一般钢结构和钢筋混凝土结构的要求，最常用。
        • Q235A:适用于只承受静荷载作用的结构。
        • Q235B:适用于承受动荷载的普通焊接结构。
        • Q235C:适用于承受动荷载的重要焊接结构。
        • Q235D:适用于低温下承受动荷载的重要焊接结构。
        • Q275:强度、硬度高，但塑性、韧性与可焊性差，不易冷加工。不宜用于建筑结构，主要用于制造机械零件和工具等。
        • 受动荷载作用的结构、焊接结构及低温下工作的结构，不能选用A、B质量等级钢及沸腾钢。
        • 土木工程结构选用碳素结构钢，应综合考虑结构的工作环境条件、承受荷载类型、承受荷载方式、连接方式等。
    • 2.优质碳素结构钢
      • 根据国家标准《优质碳素结构钢》GB/T 699- -1999 的规定，优质碳素结构钢共有31个牌号，除3个牌号是沸腾钢外，其余都是镇静钢。分为低含锰量(0.25%~0.50%)、普通含锰量(0. 35%~0.80%)和较高含锰量(O. 70%~1.20%) 3组。
      • 优质碳素结构钢的牌号由两位数字和字母组成。其表示方法为:平均含碳量的万分数含锰量标注-脱氧程度。普通锰含量的不写“Mn”，较高锰含量的，在两位数字后加注"Mn”;沸腾钢加注“F”，例如:“15F” 表示平均碳含量为0.15%、普通含锰量沸腾钢;“45Mn” 表示平均碳含量为0.45%、较高含锰量镇静钢。
      • 优质碳素结构钢有 害杂质硫、磷的含量控制严格，质量稳定，综合性能好，但成本较高。其力学性能主要取决于含碳量，含碳量高则强度高，但塑性和韧性降低。在土木工程中，30~45号钢主要用于重要结构的钢铸件及高强度螺栓; 45号钢用于预应力混凝土锚具;65~80号钢用于生产预应力混凝土用钢丝和钢绞线。
    • 3.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，加人总量小于5%的合金元素制成的结构钢。所加合金元素主要有锰(Mn)、 硅(Si)、 钒(V)、钛(T)、铌(Nb)、 铬(Cr)、镍(Ni)及稀土元素等。与碳素结构钢相比，由于合金元索的细晶强化和固溶强化等作用，使其既具有较高的强度，又有良好的塑性、低温冲击韧性、耐锈蚀性及可焊性等，具有较好的综合技术性能。
      • (1) 牌号及其表示方法
        • 根据国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T 1591- 2008 规定，共有8个牌号，即Q345、Q3890、Q420、 Q460、 Q500、 Q550、Q620、 Q690。 每个牌号又根据其所含硫、磷等有害杂质的含量，分为A、B、C、D、E五个等级。(其中: A级不要求冲击韧性: B级要求20C冲击韧性; C级要求oC冲击韧性: D级要求20C冲击韧性; E级要求一40C冲击韧性。)
        • 低合金高强度结构钢的牌号是由屈服强度字母Q、屈服强度值、质量等级符号(A、B、C、D、E)三个部分组成。低合金钢均为镇静钢。
        • 例如，Q3900表示屈服点为390MPa的C级低合金高强度结构钢。
      • (2)技术性能及应用
        • 化学成分P40
        • 低合金高强度结构钢的弯曲性能见表3-10所示。
        • 低合金高强度结构钢常用牌号是Q345、Q390等。与碳素结构钢相比，低合金高强度结构钢的强度更高，在相同使用条件下，可节省用钢20% ~30%，对减轻结构自重有利。同时低合金高强度结构钢还具有良好的塑性、韧性、可焊性、耐磨性、耐蚀性、耐低温性等性能，有利于提高钢材的服役性能，延长结构的使用寿命。
        • 低合金高强度结构钢主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋，广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别适用于各种重型结构、高层结构、大跨度结构及桥梁工程等。
    • 4. 合金结构钢
      • (1)合金结构钢的牌号及其表示方法
        • 根据国家标准《合金结构钢》GB/T 3077- 2011规定，合金结构钢共有80个牌号。合金结构钢的牌号是由两位数字、合金元素、合金元素平均含量、质量等级符号等四部分组成。两位数字表示平均含碳量的万分数;当含硅量的上限≤0.45%或含锰量的上限0.9%时，不加注Si或Mn,其他合金元素无论含量多少均加注合金元素符号;合金元素平均含量小于1.5%时不加注，合金元素平均含量为1. 50%~2.49%或2. 50%~3.49%或3.50%~4.49%时，在合金元素符号后面加注2或3或4;优质钢不加注，高级优质钢加注“A”， 特级优质钢加注“E”。 例如20Mn2钢，表示平均含碳量为0. 20%、含硅量上限≤0.45%、平均含锰量为1. 50%~2.49%的优质合金结构钢。
      • (2)合金结构钢的性能及应用
        • 合金结构钢的分类与优质碳素结构钢的分类相同。合金结构钢的特点是均含有Si和Mn,生产过程中对硫、磷等有害杂质控制严格，并且均为镇静钢，因此质量稳定。
      • 合金结构钢与碳素结构钢相比，具有较高的强度和较好的综合性能，即具有良好的塑性、韧性、可焊性、耐低温性、耐锈蚀性、耐磨性、耐疲劳性等性能，有利于节省用钢，有利于提高钢材的服役性能，延长结构的使用寿命。
      • 合 金结构钢主要用于轧制各种型钢(角钢、槽钢、工字钢)、 钢板、钢管、铆钉、螺性、螺帽及钢筋，特别是用于各种重型结构、大跨度结构、高层结构等，其技术经济效果更为显著。
  • 3.5.2钢筋混凝土结构用钢
    • 钢筋混凝土结构用钢，主要由碳素结构钢和低合金结构钢轧制而成，主要品种有热轧钢筋、冷加工钢筋、热处理钢筋、预应力混凝土用钢丝和钢绞线等。
    • 1.热轧钢筋
      • 钢筋混凝土用热轧钢筋，根据其表面形状分为光圆钢筋和带肋钢筋两类。带肋钢筋有月牙肋钢筋和等高肋钢筋等，见图3-12。
      • (1)热轧钢筋的牌号与技术要求
        • 根据国家标准《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》GB 1499.1- 2008、《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB 1499.2- -2007 的规定，热轧光圆钢筋分为HPB235、HPB300 两个牌号;热轧带肋钢筋分为普通热轧钢筋和细晶粒热轧钢筋两个类别，各分为三个牌号。牌号中的数值表示热轧钢筋的屈服强度。热轧钢筋的牌号及其含义见表3-11;热轧钢筋的力学性能和工艺性能的要求见表3-12。
          • 子主题
      • (2)热轧钢筋的应用
        • 热轧光圆钢筋是由碳索结构钢轧制而成，其强度较低，但塑性及焊接性能好，伸长率高，便于弯折成形和进行各种冷加工，广泛用于普通钢筋混凝土构件中，作为中、小型钢筋混凝土结构的主要受力钢筋和各种钢筋混凝土结构的箍筋等。
        • 热轧带肋钢筋采用低合金钢热轧而成，因表面带助，加强了钢筋与混凝土之间的握裹力，其中HRB335、HRBF335、HRB400和HRBF400钢筋的强度较高，塑性和焊接性能较好，广泛用于大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋，经过冷拉后可用作预应力钢筋;HRB500和HRBF500钢筋强度高，但塑性和焊接性能较差，适宜作预应力钢筋。
    • 2.冷轧带肋钢筋
      • 冷轧带肋钢筋是由热轧光圆钢筋为母材，经冷轧成的表面带有沿着长度方向均匀分布的两面或三面月牙肋的钢筋。
      • 现行国家标准《冷轧带肋钢筋》GB13788--2008的规定，冷轧带肋钢筋的牌号由CRB和钢筋的抗拉强度最小值组成，分为CRB550、CRB650、CRB800、 CRB970四个牌号，其中C、R、B分别表示冷轧(Cold rolled)、带肋(Ribbed)、 钢筋(Bars) 的英文首位字母。CRB550为普通混凝土用钢筋，其他牌号为预应力混凝土用钢筋。CRB550的公称直径范围为4~ 12mm,其他牌号钢筋为4mm、5mm、6mm。
      • 冷轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能要求见表3-13。
      • 冷轧带肋钢筋是采用冷加工方法强化的典型产品，冷轧后钢筋的握裹力提高，与冷拉、冷拔钢筋相比，强度相近，但克服了它们握裹力小的缺点。因此，可广泛用于中、小预应力混凝土结构构件和普通钢筋混凝土结构构件，也可用于焊接钢筋网。CRB550 为普通钢筋混凝士用钢筋，其他牌号为预应力混凝土用钢筋。
    • 3. 预应力混凝土用热处理钢筋
      • 预应力混凝土用热处理钢筋是由热轧螺纹钢筋经淬火和回火等调质处理制成的螺纹钢筋，代号为RB150。按螺纹外形可分为有纵肋和无纵肋两种。
      • 根据《预应力混凝土用热处理钢筋》GB 4463 1984, 热处理钢筋的设计强度取标准强度的0.8,先张法和后张法预应力的张拉控制应力分别为标准强度的0.7和0.65。
      • 预应力混凝土用热处理钢筋具有高强度、高韧性和高握裹力等优点，主要用于预应力混凝土轨枕，用以代替高强度钢丝，其配筋根数少，制作方便，锚固性能好，建立的预应力稳定。还用于预应力梁、板结构及吊车梁等，使用效果好。
    • 4. 预应力混凝土用钢丝和钢绞线
      • (1)预应力混凝土用钢丝
        • 预应力混凝土用钢丝是高碳钢盘条经淬火、酸洗、冷拔等工艺加工而成的高强度钢丝。根据国家标准《预应力混凝土用钢丝》GB/T 5223- 2002 规定:钢丝按加工状态分为冷拉钢丝(代号为WCD)和消除应力钢丝两类，消除应力钢丝按松弛性能又分为低松弛钢丝(代号为WLR)和普通松弛钢丝(代号为WNR)两种;钢丝按外形分为光圆制丝(代号为P)、螺旋肋钢丝(代号为H)和刻痕钢丝(代号为1)三种。钢丝的产品标记是由预应力钢丝、公称直径、抗拉强度等级、加工状态代号、外形代号、标准号六部分组成，例如:预应力钢丝7. 00-1570-WLR- H-GB/T 5223- -2002。
        • 冷拉钢丝、消除应力光圆及螺旋肋钢丝、消除应力刻痕钢丝的力学性能应符合规定，
        • 预应力混凝土用钢丝具有强度高、柔性好、松弛率低、抗腐蚀性强、质量稳定、安全可靠等特点，可适用于大型构件等，节省钢材，施工方便，安全可靠，但成本较高，主要用于大跨度屋架及薄腹梁、大跨度吊车梁、桥梁等的预应力结构。
      • (2) 预应力混凝土用钢绞线
        • 预应力混凝土用钢绞线是由若干根一定直径的冷拉光圆钢丝或刻痕钢丝捻制，再进行连续的稳定化处理而制成。根据《预应力混凝土用钢绞线》GB/T 5224- 2003, 根据捻制结构(钢丝的股数)，将其分为五类，其代号为: 1X2 (用两根钢丝捻制)、1X3 (用三楼钢丝捻制)、1X3I(用三根刻痕钢丝捻制)、1X7 (用七根钢丝捻制的标准型)、1X7C(用七根钢丝捻制又经模拔)。图3-13为几类钢绞线外形示意图。
        • 预应力混凝土用钢绞线的产品标记是由预应力钢较线、结构代号、公称直径、强度级别，标用号五部分组成，例如，公称直径为15. 20m强度级别为1860MP的七根钢丝捻制的标准型钢纹线其标记为:预应力钢纹线1X7-15.20-1860-GB/T 5224-2003；公称直径为12.70mm，强度级刚为1860MPa的七根钢经捻制又经模拔的钢绞线其标记为：应力钢绞线(1x7) C-12.70-1860-GB/T5224- 2003
  • 3.5.3钢结构用钢
    • 钢结构用钢材主要是热轧成型的钢板和型钢等，薄壁轻型钢结构中主要采用薄壁型钢、圆钢和小角钢；钢材所用的母材主要是普通碳素结构钢和低合金高强度结构钢。
    • 1.热轧型钢
      • 热轧型钢主要采用碳索结构钢Q3-4.低合金高强度结构钢Q345和Q380热轧成型。常用的热轧型钢有角钢、工字钢、精钢、T形钢、H形锅、2形钢等。碳素结构钢Q235-A制成的热轧型钢，强度适中，塑性和可焊性较好，冶炼容易，成本低，适用于土木工程中的各种钢结构。低合金高强度结构钢Q345和1Q390制成的热轧型钢，性能较前者好，适用于大跨度、承受动荷载的钢结构。图3-14所示各种规格的热轧型钢藏面示意图。
        • 子主题
      • 型钢的标记方法如下所示，主要由型钢名称、型钢规格、原材料牌号组成。
        • 型钢名称(型钢规格-型钢标准号)/(原材牌号-原材标准号)
        • 如:热轧等边角钢(160X160X16-GB 9798- 88)/(Q235A-GB/T 700-2006)
    • 2.冷弯薄壁型钢
      • 薄壁型钢是用薄钢板经模压或弯曲而制成，如图3-15 所示。主要有角钢、槽钢、方形、矩形等截面形式，壁厚-般为1.5~5mm,用作轻型屋面及墙面等构件。冷弯薄壁型钢的表示方法与热轧型钢相同。
        • 子主题
    • 3.钢板
      • 用光面轧辊轧制而成的扁平钢材称为钢板。钢板按轧制温度不同，可分为热轧和冷轧两类。土木工程用钢板主要是碳素结构钢，某些重型结构、大跨度桥梁等也采用低合金钢。
      • 按厚度热轧钢板又可分为厚板(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)。一般厚板可用于型钢的连接，组成钢结构承力构件:薄板可用作屋面或墙面等的维护结构，或作为徐层钢板及薄壁型钢的原材料。
      • 薄钢板经冷压或冷轧成波形、V形、梯形或类似形状的波纹，称为压型钢板。压型钢板具有单位质量轻、强度高、抗震性能好、施工速度快、造型美观等特点。其用途广泛，主要用作屋面板、楼板、墙板及各种装饰板，还可将其与保温材料复合制成复合墙板等。
    • 4.钢管
      • 钢管按有无缝分为两大类。-类是无缝钢管，为中空截面、周边没有接缝的长条钢材。另一类是焊缝钢管，是用钢板或钢带经过卷曲成型后焊接制成的钢管。按照钢管的形状可以分为方形管、矩形管、人角形、六角形、五角形等异形钢管。钢管主要用在网架结构、脚手架、机械支架中。
    • 土木工程中钢筋混凝t用钢材和钢结构用钢材，主要根据结构的重要性、承受荷载类型(动荷载或静荷载)、承受荷载方式(直接或间接等)、连接方法(焊接或铆接)、温度条件(正温或负温)等，综合考虑钢种或钢牌号、质量等级和脱氧程度等进行选用，以保证结构的安全。
• 3.7其他金属材料
  • 金属材料按颜色主要分为黑色金属和有色金属。与钢铁等黑色金属材料相比，有色金属具有许多优良的特性，是现代工业中不可缺少的材料。随着新型建筑结构及技术的发展，有色金属及其合金的地位将会越来越重要。
  • 有色金属没有统-的 分类原则，一般按其密 度和稀缺性分为重金属、 轻金属、贵金属、稀有金属四大类。其中重金属一.般密度在4500kg/m3以上，如铜、铅、锌等;轻金属密度小，在530~4500kg/m3之间，化学性质活泼，如铝、镁等;贵金属指地壳中含量少、提取困难、价格较高、密度较大的金属材料，贵金属一般化学性质稳定，如金、银、铂等;稀有金属指地壳中含量非常稀少的金属，如钨、钼、锗、锂、镧、铀等。
  • 3.7.1铝及铝合金
    • 1.铝合金的分类
      • 根据铝合金的成分、组织和工艺特点，可以将其分为铸造铝合金与变形铝合金两大米。变形铝合金是将铝合金铸锭通过压力加工(轧制、挤压、模锻等)制成半成品或模锻件，所以要求有良好的塑性变形能力。铸造铝合金则是将熔融的合金直接浇铸成形状复杂的甚至是薄壁的成型件，所以要求合金具有良好的铸造流动性。
      • (1)防锈铝合金
        • 防锈铝合金中主要合金元素是锰和镁，锰的主要作用是提高铝合金的抗蚀能力，并起到固溶强化作用。镁也可起到强化作用，并使合金的比重降低。防锈铝合金锻造退火后是单相固溶体，抗腐蚀能力高，塑性好。这类铝合金不能进行时效硬化，属于不能热处理强化的铝合金，但可冷变形加工，利用加工硬化，提高合金的强度。
      • (2)硬铝合金
        • 硬铝合金是铝和铜或再加入镁、锰等组合的合金，建筑工程上主要为含铜(3. 8%~4.8%)、镁(0.4%~0.8%)、 锰(0.4%~0.8%)、 硅(不大于0.8%) 的铝合金，称为硬铝。经热处理强化后，可获得较高的强度和硬度，耐腐蚀性好。建筑上可用于承重结构或其他装饰制件，其强度极限可达330~490MPa，伸长率可达12%~20%，布氏硬度值HB可达1000MPa，是发展轻型结构的好材料。
      • (3) 超硬铝合金
        • 超硬铝合金是铝和锌、镁、铜等的合金。经热处理强化后，其强度和硬度比普通硬铝更高，塑性及耐蚀性中等，切削加工性和点焊性能良好，但在负荷状态下易受腐蚀，常用包铝方法保护，可用于承重构件和高荷载零件。
    • 2.铝的应用
      • 铝在建筑上，早在80多年前就已被作为装饰材料，逐渐发展应用到窗框、幕墙，以及结构构件。1970 年美国建筑上用铝量约为100多万吨，20 年中，增长了4倍，占其全国铝消耗量的1/4以上。1973年日本在建筑上使用铝占其全国总耗铝量的1/3，在房屋建筑中使用600kt以上。
      • (1)铝合金门窗
        • 铝合金门窗用已表面处理过的型材和配件组合装配而成，主要有推拉窗，平开窗，悬挂窗等。具有质量轻，气密性、水密性和隔声性能好，色泽美观，不锈蚀，不褪色，经久耐用，有利于工业化生产等优点。
      • (2)铝合金装饰板
        • 铝合金花纹板采用铝合金经花纹轧辊制成，有针状、扁豆状、方格等花纹。其特点是花纹美观、防滑、防锈蚀，不易磨损，便于安装等，可用于现在建筑的墙面装饰、楼梯踏步等。
        • 铝合金波纹板边面轧制成波浪形或梯形。其特点是防火、防潮、防腐蚀，可用于商场、宾馆、饭店等建筑物的墙面和屋面装饰。
  • 3.7.2铜及铜合金
    • 1.纯铜
      • 铜是由黄铜矿、辉铜矿等精练而成的铜锭、铜锭线和电解铜三种，经加工变成各种形状的纯铜材，纯铜经脱氧为无氧铜。铜是有色金属中的紫色重金属，其特点为具有很高的导电、导热、耐蚀性和易加工性，延展性好。
    • 2.铜合金
      • 在铜中掺人锌、锡、铝等可制成铜合金，其强度、硬度等性能得到提高，使用性能更好。
    • 3.黄铜
      • 在铜中掺入锌的合金为普通黄铜，在铜中掺人锌和其他元素组成锡、铅等。
      • 土木工程中常用的为普通黄铜或普通黄铜粉，呈黄色或金黄色，装饰性好。普通黄铜主要用于建筑五金、水暖电器、土木工程装饰、 门窗、栏杆等。普通黄铜粉用于调制装饰涂料、代替金粉使用。
    • 4.青铜
      • 在铜中掺人锡的合金为锡青铜。在铜中掺入铝、铁等的合金为铝青铜。呈青灰色或灰黄色，强度较高，硬度大，耐磨性、耐蚀性好。主要用于板材、管材、机械零件等。
  • 3.7.3铸铁
    • 黑色金属中含碳大于2. 06%的铁碳合金称为铸铁(也称为生铁)。铸铁是历史上使用得较早的材料，也是最便宜的金属材料之-一 。
    • 由于铸铁性脆、无塑性，抗压强度较高，抗拉和抗弯强度不高，不适合用于结构材料。常用于排水沟、地沟等的盖板、铸铁水管、暖气片及零部件、门、窗、栏杆等。
• 3.6钢材的腐蚀与 防护
  • 3.6.1钢材的防锈
    • 钢材在使用过程中由于环境原因往往存在腐蚀现象，由于环境介质的作用，其中的铁与介质产生化学反应，逐步被破坏，导致钢材腐蚀，又称为锈蚀。钢材的腐蚀不仅使钢材有效截面积减小，还会产生局部锈坑，引起应力集中;腐蚀会显著降低钢材的强度、塑性、韧性等力学性能。尤其在冲击荷载、循环交变荷载作用下，将产生锈蚀疲劳现象，使钢材的疲劳强度大为降低，甚至出现脆性断裂。
    • 1.钢材腐蚀的主要原因
      • (1)化学腐蚀
        • 化学腐蚀指钢材与周围的介质(如O2、 CO2、SO2和水等)直接发生化学作用，生成疏松的氧化物而引起的腐蚀。-般情况下是钢材表面FeO保护膜被氧化成黑色的Fe3O4所致。在常温干燥时，钢材表面形成FeO保护膜，可防止钢材进一步锈蚀。 因此，在干燥环境中化学腐蚀的速度缓慢，但在温度高和湿度较大时腐蚀速度大大加快:
      • (2)电化学腐蚀
        • 钢材由不同的晶体组织构成，并含有杂质，由于这些成分的电极电位不同，当有电解质溶液(如水) 存在时，就会在钢材表面形成许多微小的局部原电池。
        • 电化学腐蚀的特点在于，腐蚀历程可分为两个相对独立的并可同时进行的阳极(发生氧化反应)和阴极(发生还原反应)过程。特征为受蚀区域是金属表面的阳极，腐蚀产物常常产生在阳极与阴极之间，不能覆盖被蚀区域，通常起不到保护作用。
        • 电化学腐蚀和化学腐体的显著区别是电化学腐蚀过程中有电流产生。钢材在酸碱盐溶液及海水中发生的腐蚀、地下管线的土壤腐蚀、在大气中的腐蚀、与其他金属接触处的腐蚀，均属于电化学腐蚀，电化学腐蚀是钢材腐蚀的主要形式。
      • (3)应力腐蚀
        • 钢材在应力状态下腐蚀加快的现象，称为应力腐蚀。钢筋冷弯处、预应力钢筋等都会时应力存在而加速腐蚀。
    • 2.防止钢材锈蚀的措施
      • 钢材的腐蚀既有材料本身的原因(内因)，又有环境作用的因素(外因)， 因此要防止或减少钢材的腐蚀可以从改变钢材本身的易腐蚀性，隔离环境中的侵蚀性介质或改变钢材表面的电化学过程三方面入手。
      • (1) 采用耐候钢
        • 耐候钢即耐大气腐蚀钢。耐候钢是在碳素钢和低合金钢中加人少量铜、铭、镍、钼等合金元素而制成。这种钢在大气作用下，能在表面形成种致密的防腐保护层，起到耐腐蚀作用，同时保持钢材良好的焊接性能，可以显著提高钢材本身的耐腐蚀能力。
      • (2)金属涂层
        • 用耐腐蚀性好的金属，以电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面，提高钢材的耐腐蚀能力。常用的方法有:镀锌(如白铁皮)、镀锡(如马口铁)、镀铜和镀铬等。根据防腐的作用原理可分为阴极覆盖和阳极覆盖。阴极覆盖采用电位比钢材高的金属覆盖，如镀锡。所盖金属膜仅为机械地保护钢材，当保护膜破裂后，反而会加速钢材在电解质中的腐蚀。阳极覆盖采用电位比钢材低的金属覆盖，如镀锌，所覆金属膜因电化学作用而保护钢材。
      • (3) 非金属涂层
        • 在钢材表面用非金属材料作为保护膜，与环境介质隔离，以避免或减缓腐蚀。如喷涂涂料、搪瓷和塑料等。
        • 涂料通常分为底漆、中间漆和面漆。底漆要求有比较好的附着力和防锈能力，中间漆为防锈漆，面漆要求有较好的牢度和耐候性以保护底漆不受损伤或风化。一般应用为两道底漆(或一 道底漆和一道中间漆)与两道面漆，要求高时可增加道 中间漆或面漆。使用防锈涂料时，应注意钢构件表面的除锈以及底漆、中间漆和面漆的匹配。
        • 常用底漆有:红丹底漆、环氧富锌漆、铁红环氧低漆等。中间漆有:红丹防锈漆、铁红防锈漆等。面漆有:灰铅漆、醇酸磁漆和酚醛磁漆等。薄壁型钢及薄钢板制品可采用热浸镀锌或镀锌后加涂塑料复合层。
    • 3. 建筑结构控制钢材腐蚀的方法
      • 用于控制建筑结构中钢材腐蚀，可通过合理的结构设计、正确选材、采用合理的表面工程技术、改善环境和合理使用缓蚀剂、电化学保护等方法实现。
    • 4.混凝土用钢筋的防锈
      • 在正常的混凝土为碱性环境，其pH值约为12,这时在钢材表面能形成碱性氧化膜我们称之为纯化膜，对钢筋起一定的保护作用若混凝土碳化后，由于威度降低会失去对保筋的保护作用。此外，混凝土中氯离子达到定浓度， 也会严重破坏表面的钝化膜。
      • 为防止钢筋锈蚀，应保证混凝土的密实度以及钢筋外侧混凝土保护层的厚度，在二氧化碳浓度高的工业区采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，限制含氨盐外加剂掺量并使用混凝土用钢筋防锈剂。预应力混凝土应禁止使用含氯盐的骨料和外加剂。钢筋涂覆环氧树脂或镀锌也是一种 有效的防锈措施。
    • 《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476—2008中根据建筑所处环境作用等级、不同混凝土强度等级、最大水胶比等因素，规定了钢筋混凝土结构的保护层最小厚度。
    • 实际工程中因根据具体情况采用上述一一种或几种方法进行综合保护，这样可获得更好钢材防腐效果。
  • 3.6.2钢材的防火
    • 钢材是不燃性材料，但并不说明钢材能抵抗火灾。在般建筑结构中， 钢材均在常温条件下工作，但对于长期处于高温条件下的结构物，或遇到火灾等特殊情况时，则必须考虑温度对钢材性能的影响。
    • 在钢结构或钢筋混凝土结构遇到火灾时，应考虑高温透过保护层后对钢筋或型钢金相组织及力学性能的影响。尤其在预应力结构中，还必须考虑钢筋在高温条件下的预应力损失造成的整个结构物应力体系的变化。
    • 钢材防火的防护措施主要有涂敷防火涂料、采用不燃性板材和实心包裹法等。
    • 1.防火涂料
      • 防火涂料按受热时的变化分为膨胀型(薄型)和非膨胀型(厚型)两种。
      • 膨胀型防火涂料的涂层厚度-般为2~7mm,附着力较强，有一定的装饰效果。由于其内含膨胀组分，遇火后会膨胀增厚5~10倍，形成多孔结构，从而起到良好的隔热防火作用，根据准备层厚度可使构件的耐火极限达到0.5~1.5h。
      • 非膨张型防火涂料的涂层厚度一般为8~50mm, 呈粒状面，密度小、强度低，喷涂后需再用装饰面层隔护，耐火极限可达0.5~3. oh.为使防火涂料牢固地包裹钢构件，可在涂层内埋设钢丝网，并使钢丝网与钢构件表面的净距离保持在6mm左右。
    • 2.采用不燃性板材
      • 常用的不燃性板材有石青板、硅酸钙板、 蛭石板、珍珠岩板、矿棉板、岩棉板等，可通过胶粘剂或钢钉、钢箍等固定在钢构件上。
    • 3.实心包裹法
      • 一般将钢结构浇筑在混凝土中。