房屋鉴定知识-房屋安全知识-结构材料

• 结构材料

1.1  常用材料

混凝土是由水泥、水、砂和石子组成。水和水泥成为水泥浆，干硬后成为凝胶体；砂和石子为混凝土的骨料。在混凝土的组成中，骨料一般占总体积的70%-80%；水泥硬结形成的凝胶体约占20%-30%，其余是少量的空气。对混凝土的的基本要求包括混凝土拌合物的和易性、强度、耐久性和经济性。

和易性是指混凝土是否易于施工操作和均匀密实的性能。主要表现为：是否易于搅拌和

卸出；运输过程中是否分层、泌水；浇灌时是否离析；振捣时是否易于填满模型。可见和易性是一项综合性能，包括流动性、粘聚性和保水性。流动性差的混凝土不能够均匀密实的填满模板，粘聚性差的拌合物中的石子容易与砂浆分离并出现分层现象，振实后的混凝土表面还会出现蜂窝、空洞等缺陷。保水性差的混凝土泌水倾向加大，振捣后拌合物中的水分泌出、上浮，使水分流经的地方形成毛细孔隙，成为渗水通道；上浮到表面的水分，形成疏松层，如上面继续浇灌混凝土，则新旧混凝土之间形成薄弱的夹层；上浮过程中积聚在石子和钢筋下面的水分，形成水隙，影响水泥浆与石子和钢筋的黏结。流动性的测定通常有测定坍落度等方法。影响和易性的因素通常有用水量、水灰比、砂率、水泥品种、骨料条件、时间和温度、外加剂等。

混凝土中粒径为5㎜以下的骨料称为细骨料，一般采用天然砂。粗骨料一般采用石子，粗细程度用最大粒径的大小表示。不同粒径骨料所占的比例称为级配。粗骨料最大粒径增大时或粗骨料所占比例增加时，骨料总表面积减少，可减少水泥浆用量，节约水泥；常见的应用有毛石混凝土、片石混凝土等。

混凝土内加入钢筋就形成钢筋混凝土；钢筋混凝土结构也经常简称为混凝土结构。不加任何钢筋的混凝土称为素混凝土。

热轧型钢是钢结构的主要材料。钢按合金元素含量分为碳素钢、低合金钢和合金钢三类。其中碳素钢按含碳量不同又分为低碳钢（碳含量小于0.25%）、中碳钢（碳含量在0.25%-0.60%）和高碳钢（碳含量大于0.60%）。中、高碳钢强度较高，但延性不足。建筑工程中，主要使用碳素钢中的低碳钢及低合金钢加工产品；混凝土结构中用钢筋，钢结构中用热轧型钢等。热轧型钢按截面形状分类有工字钢、宽翼缘工字钢、槽钢、角钢，条钢、钢管等。在钢结构中常采用轧制的型钢作为构件，也有用钢板切割焊接组成的组合构件。热轧工字钢的最大高度

为63mm，再大或截面形状特殊就要使用组合构件了。

冷弯薄壁型钢常用于轻钢结构和房屋装修中。热轧钢板经冷轧、酸洗等加工后成为冷轧薄板，强度、表面光洁度和致密性都有所提高，可以冷弯成截面形状较复杂的型材，从而可使截面形状更加合理，材料利用得更加充分，还可以在进行表面加工抗锈。冷弯薄壁型钢的截面较小较薄，常用于次要的承重构件如檩条等，或用作房屋装修中的龙骨等。

钢筋分为热轧钢筋和冷加工钢筋两大类。热轧钢筋按强度等级分为四个级别。其中一级钢筋为低碳钢，强度较低；二、三级钢筋是普通质量低合金钢轧制的，适合用做非预应力钢筋和预应力钢筋；而四级钢筋是由优质合金钢轧制的，质量好、强度高，适宜做预应力钢筋。一级钢筋表面光圆，称为光圆钢筋。其余级别钢筋表面有凹凸，可以增加与混凝土之间的粘结力，称为带肋钢筋；钢筋表面凹凸的形状在早年为螺纹形，现一般为月牙形，但目前在工程中一般仍然将这样的钢筋称为螺纹钢。四个级别的钢筋在现行规范中分别被正式称为HPB235、HRB335、HRB400和RRB400,名称中的数字表示材料强度标准值。

热轧钢筋经冷拉、冷拔、时效等处理调整力学性能后成为冷加工钢筋。在常温下，钢材经拉、拔、轧等加工，使其产生塑性变形，而调整其性能的方法称为冷加工。冷加工后的钢材，屈服点和硬度提高，塑性降低，钢材得到强化，从而可以达到节约钢材的目的。冷拉钢筋延性差，仅用于箍筋等，决不允许用于纵向受力钢筋。

烧结普通砖是以黏土、页岩、粉煤灰等为主的原料，经成型、干燥、焙烧而成的实心砖或空洞率不大于15%的砖。最常用的烧结普通转是粘土烧结而成，即粘土砖。烧结普通砖的标准尺寸为240×115×53毫米，1立方米砌体需砖512块。

多孔砖及空心砖的自重较同样材料的实心砖轻，块体也可以做的较大，从而加快砌筑速度。使用多孔砖也能减轻建筑物自重。多孔砖可用于1-3层的混合结构承重，空心砖孔洞率较大，一般不用于承重。

轻质墙体材料解决了普通粘土砖自重大、破坏耕地、生产过程中消耗能源大且污染严重的问题，但缺点是质地多孔疏松，强度低不能用于承重、易吸水。轻质墙体不利防潮、防水，解决方法可以采用在楼面以上先砌几层粘土砖再砌筑轻质材料。轻质墙质地疏松，难以固定木楔或膨胀螺栓，从而不利设备安装，解决的方法可以在预定设置木楔或膨胀螺栓处局部使用粘土砖。

沙浆是砌筑块体所必需的材料。常用的砂浆有水泥砂浆、石灰砂浆、水泥石灰混合砂浆等。水泥砂浆适用于潮湿环境及水中的砌体工程；石灰砂浆仅用于强度要求低、干燥环境中的砌体工程；混合砂浆不仅和易性好，而且可配制成各种强度等级的砌筑沙浆，除对耐水性有较高要求的砌体外，可广泛用于各种砌体工程中。砂浆的和易性是指砂浆是否容易在砖石等表面铺成均匀、连续的薄层，且与基层紧密黏结的性质。包括流动性和保水性两方面含义。保水性是指砂浆保持水分的能力。保水性不良的砂浆，使用过程中出现泌水，流浆，而且大量水泥浆被吸入块体内的孔隙，从而使砂浆与基底黏结不牢，且由于失水影响砂浆正常的黏结硬化，使砂浆的强度降低。在砂浆中加入石灰膏和熟石灰制成混合砂浆可以使砂浆具有良好的保水性。

木材随树木品种不同而有不同的种类。木结构常使用的种类为红松、杉木等针叶树种木材。它们的优点在于树干高大而通直、纹理平顺、材质均匀、易得大材。且木质较软、易于加工。同时胀缩变形较小，强度较高，树脂含量高，耐腐蚀性强。阔叶树种木材一般只用于尺寸较小的构件及室内装饰。木材按材种可分为圆材，即原木、原条；锯材，即板材、方材等；以及人造板材。工程中也可直接使用原木制作构架、屋架，或作为脚手架等。

1．2  力学性能

 强度是结构材料最重要的力学性质之一，直接关系到结构的安全性。材料的强度是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力。根据所受外力的作用形式不同，材料的强度可分为抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等。对于以力学性质为主要性能指标的材料，通常按其强度值的大小划分成若干等级或标号。脆性材料（混凝土、水泥等）主要以抗压强度来划分等级或标号，塑性材料（钢材等）以抗拉强度来划分。

混凝土的强度包括抗压、抗拉、抗弯和抗剪强度，其中以抗压强度为最高，所以混凝土主要用来抗压。混凝土的抗压强度是一项最重要的性能指标。混凝土的强度等级分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等。影响混凝土强度的主要因素有水泥强度、水灰比、龄期、养护温度和湿度、施工质量等。

钢材的抗拉强度和抗压强度相同。强度值和质量等级、冶炼方法均在其牌号中表明。如Q235-AF,表示屈服点为235 MPa的质量为A级的沸腾钢。常用的钢材是Q235、Q345号钢。它们的机械强度、韧性和塑性及加工等综合性能较好，而且冶炼方便，成本较低。

钢筋常用的为热轧钢筋，按强度等级分为四个级别，常用HPB235、HRB335和HRB400三个级别，按传统称为一、二、三级钢筋。有时也应用冷加工钢筋。

烧结普通砖、烧结多孔砖等的强度等级为MU30、MU25、MU20、MU15和MU10，多层建筑常用MU7.5和M10。

砂浆的强度等级为M15、M10、M7.5、M5和M2.5多层建筑常用M10以下。

木材是典型的各项异性材料。它的抗拉强度和抗压强度都有顺纹和横纹两个数值。横纹抗拉强度很小，使用中应避免使木材横纹受拉；而顺纹抗拉强度是木材所有强度中最大的。木材在受剪时，根据剪力的作用方向与纤维方向分为顺纹剪切、横纹剪切和横纹切断，三种情况下的抗剪强度值也有很大的不同。木材的疵病如木节、斜纹、裂缝等都会使强度降低，含水率也是影响强度的重要因素，同一原木的不同部位强度也有所不同。承重结构用的木材，其强度等级根据弦向静曲强度的检验结果进行判定。强度等级从TC11到TC20分为9个等级。

变形性能也是材料重要的力学性能之一。材料在外力作用下会产生变形，不同的材料或同一种材料所受外力的大小不同，就会表现出不同的变形。材料的两种最基本力学变形是弹性变形和塑性变形。材料在外力作用下产生变形，外力去除后能恢复为原来形状和大小

的性质就是弹性；这种可恢复的变形称为弹性变形。弹性变形大小与其所受外力的大小成正比，其比例系数对某种弹性材料来说为一常数，这个常数被称为该材料的弹性模量，并以符号“E”表示。材料在外力作用下产生非破坏性变形，但外力去除后不能完全恢复到原来形状和大小的性质就是塑性，这种不可恢复的变形称为塑性变形。弹性较好的材料常称为弹性材料，塑性较好的材料常称为塑性材料。弹性材料在接近破坏时也呈现塑性性质，塑性材料在受力较小时也呈现弹性性质。所以也常用弹性阶段和塑性阶段这两个名词来说明材料的变形性能。

延性也是结构材料的重要力学性质。材料受力时从进入塑性阶段开始，到完全破坏为止，其间发生的塑性变形的大小用“延性”来概括。延性对结构的重要性主要体现在以下两种情况下：一是当房屋结构承受静力荷载时，二是当结构遭受破坏性地震时。房屋结构承受静力荷载时，荷载的增加有一个过程，需要一段时间；延性好的材料破坏前有较

大的变形，可以及时发出警示，有利安全；延性差的材料破坏前变形极小，不易觉察，破坏来得突然，不利安全。结构遭受破坏性地震时，材料产生的塑性变形把结构振动中的动能转化为材料的塑性变形能，并以材料变形、开裂、微裂缝间摩擦、发热、发声等形式耗散，相当于增大了结构振动的阻尼，减小了结构进一步的振动；这一过程称为“耗能”。延性越好的材料，破坏前允许的塑性变形越大，耗能作用越强，越有利于结构抗震。

脆性是与延性相反的材料性。脆性材料在外力作用下不产生明显的塑性变形就发生突然破坏。常见的脆性材料有天然

石材、普通混凝土、砂浆、普通砖、玻璃及陶瓷等材料。

韧性是指在振动或冲击等荷载作用下，能吸收较大的能量，并产生较大的变形而不突然破坏的性质。材料韧性的主要特点是破坏时能吸收较大的能量。韧性对于常承受冲击荷载的工业建筑结构非常重要。

强度取值是指在结构设计中对材料在特定受力形式下确定一个不得超过的最大应力值。 根据破坏试验得出的材料强度值是以材料破坏时的应力取值的，称为极限强度。但是，用于结构设计时材料强度取值的原则并不仅仅是要保证结构材料不发生破坏。结构设计的基本原则是要保证结构在正常的荷载再加上一定余量的作用下不会发生不可恢复的变化；也就是说，结构在正常荷载作用下可以发生内力、变形等的变化，但荷载一旦撤除结构就立即恢复原状。把强度值取在材料的塑性阶段，意味着结构在正常荷载作用下就会产生不可恢复的塑性变形，这是不允许的。由此可见，材料的强度值必须取在材料的弹性阶段；在这个前提下，强度值取得越高，材料利用得越充分，经济性越好。因此，对于有明显屈服点的材料如低碳钢等，取材料屈服时的应力作为强度的取值；对于无屈服点或无明显屈服点的材料，如混凝土和无明显屈服点的钢材，强度取值则要考虑两点，一是在正常荷载下要保证材料有很小的残余变形，二是材料要得到充分利用。在权衡以上两点的基础上，再考虑以往的工程经验，确定一个强度取值。设计规范均明确规定了各类材料的强度值。

1．3  耐久性能

混凝土在正常情况下具有良好的耐久性。混凝土产生耐久性缺陷的主要原因是施工、使用和维护上的不当。如施工时水质不良，水泥标号不足，砂石含泥量过大等，都会造成混凝上强度的严重下降；浇筑时漏捣、水灰比选择不当，会造成严重的空洞、蜂窝、露筋、密实性差等，钢筋位移，支模走动，会造成构件损裂等。又如由于使用不当，并缺乏必要的维护措施，使构件遭到碰撞、超载、高温或有害介质侵蚀，面导致混凝土出现掉角、露筋、损裂、酥化等缺陷以及腐蚀病害。

钢材易于锈蚀。钢材锈蚀后，会造成截面减小，表面缺陷增多，承载力及冲击韧性降低，甚至造成脆性断裂。防止

钢材锈蚀的根本方法是防止潮湿和隔绝空气。目前常采用表面涂漆、渡锌或再涂塑料涂层等方法。对重要钢结构，还可以采取特殊的阴极保护的措施。

钢筋耐久性的影响因素除和钢筋自身质量有关外还和混凝土密切相关。钢筋锈蚀的主要因素是空气中的二氧化碳和酸性水蒸气。钢筋是埋在混凝土中的，而混凝土具有弱碱性，可以中和二氧化碳和酸性侵蚀物质，但同时混凝土自身也和这些物质发生化学反应而失去碱性；这种现象称为混凝土的碳化。混凝土在老旧过程中会由外向里逐渐碳化。当碳化层深入到钢筋的位置时，钢筋就失去了混凝土的保护，开始加速锈蚀。钢筋混凝土结构中的钢筋锈蚀后体积增大，严重时会将保护层胀裂破坏。提高钢筋耐久性首先要控制钢筋质量；其次要提高混凝土密实度，适当加大保护层厚度。

粘土砖老旧后的病害主要有风化、泛霜与石灰爆裂。砖的风化是指砖在长期受到风、雨、冻融等综合条件下造成的外观劣化和强度降低；孔隙率小的砖抗风化能力强。泛霜是砖在使用中出现析盐；现象为砖表面呈白色附着物，或产生膨胀，使砖面与砂浆抹面层剥离。原因是砖内可溶性盐含量过高。合格品砖不得严重泛霜。石灰爆裂是指砖坯体中夹杂着石灰块，吸潮熟化而产生膨胀出现爆裂现象。对于合格品砖，要求不允许出现破坏尺寸大于15毫米的爆裂区域。

砂浆的老旧后的病害常见的有开裂脱层等，其原因类似于混凝土的缺陷。

木材易受真菌或昆虫的侵害而腐朽变质。真菌的生存和繁殖必须同时具备适宜的温度、充足的空气和一定量的水分，因而频繁受到干湿循环作用的木材最易腐朽。危害木材的昆虫有白蚁、天牛等。防止木材的腐朽和虫害的方法是设法破坏真菌和昆虫的生存条件，如保证木材在通风良好的环境中使用。也可将木材表面油漆，以隔绝空气。还可以采用涂刷、渗透或浸渍化学防腐剂的方法对木材进行处理。木材也是易燃的材料。为了防止木材着火，可用金属、水泥及耐火涂料等覆盖在木材表面，防止火焰直接接触，隔绝空气，达到阻燃目的。也可采用在木材中浸注防火剂的方法，常用防火剂有硼酸、磷酸铁和碳酸铁等。

• 讨论和其它

为改善混凝土的性能或为方便施工，混凝土中常掺入添加剂，常用的有早强剂、缓凝剂、减水剂等；添加剂也称外加剂。

混凝土在硬化后和使用过程中，除受外力产生变形外，还会自身收缩，这也是使混凝土产生裂缝的重要原因之一，直接影响混凝土的外观、强度和耐久性。砂浆也具有类似的收缩性质，配合比、施工不当时墙地面、灰缝会产生裂缝。

混凝土在持续荷载作用下，随时间增长会产生变形，称为徐变。徐变形成的变形在初期增长较快，然后逐渐减慢，一般持续2-3年才逐渐趋于稳定。设计规范中的一些规定对此做出了考虑。

在有些应用中要求混凝土具有一定的防止水渗漏的性能。满足抗渗性能的混凝土称为防渗混凝土。防渗性能有不同的级别，通常采用添加外加剂、改善配合比、提高施工质量的措施达到。

钢材的焊接性能随牌号而改变。钢结构如需焊接施工，要选用焊接性能好的钢材。钢材还有疲劳性能，钢结构设计时需考虑。

钢筋不可避免需要连接，常用的连接方法有绑扎连接和焊接连接。常用一、二级钢筋都具有较好的焊接性能。对于焊接性能不好的钢筋，也可采用机械连接等较新的方法。

结构材料延性较差时，在设计中要采取应对措施。作为建筑材料，一个首要的要求就是经济性。常用的结构材料如砖砌体、混凝土等，价格低廉但延性较差，这就需要在结构设计时采取一些应对措施；常用的措施有提高可靠度标准，还有对材料、结构方案、结构布置和构件设计的一些要求，如对砌体结构使用圈梁、构造柱，对钢筋混凝土构件配筋率的限制以及混凝土结构中构造钢筋的配置等。对于同一种材料，一般强度越大延性就越差。为了保证结构的延性，规范中有时还对允许应用的材料作出最高强度等级的限制，如《抗震规范》就有相应的规定。对材料延性的考虑是制定结构设计规范时的重要考虑。

金属材料普遍具有“疲劳”的性质。疲劳是材料在长期反复动力作用下产生的突然脆性破坏。承受震动荷载的建筑结构要考虑疲劳的影响。

材料的物理性质中和房屋有关的还有硬度与耐磨性、保温性能、隔音性能等。

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