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钢结构施工金属材料行业发展应用

建筑材料是构成建筑物和构筑物的物质基础,是随着社会生产和材料科学的发展而发展的,人类社会的发展史伴随着材料的发明和发展。道路与桥梁建设是土木工程的一个重要组成部分,道路建筑材料是用于路基、路面、桥梁、隧道等各个部位的各种构件和结构体并最终构成建筑物的材料。随着我国公路建设的大规模展开,道路建筑材料的使用和发展速度也越来越快,传统的建筑材料虽在基础工程中广泛应用,但已越来越不能满足快速发展的公路建设对高标准工程的要求。在当代道路工程建设中,水泥混凝土、钢材、钢筋混凝土及沥青和沥青混凝土虽是不可替代的结构材料,而新型合金材料、有机材料、新型土工材料、化学建筑材料及各种复合材料等也占有相当重要的地位。
  
  建筑材料的固体物料经粉碎后,内部晶体结构发生变化,表面能增大,其单位质量的表面积也增加,可以提高物理化学反应的速度,容易混合均匀,提高均化效果,并为烘干、储存和输送创造有利条件。河南黎明重工科技股份有限公司自主研发生产的反击式破碎机,是在锤式破碎机的基础上发展起来的。反击破是在1924年应用于工业生产的。和锤破一样,都是以冲击动能来粉碎物料的破碎机械,在工作原理和性能结构上有许多相似的地方。黎明重工的反击式破碎机的锤头与转子是刚性连接,机壳内的破碎带采用仰击式破碎抱角。当大块物料从进料口喂入后,首先受到高速旋转的锤头由下至上的冲击破碎,并被快速抛向反击板被锤击破碎,或反弹返回破碎区,再一次地被锤头冲击,继续重复上述过程。在往返途中,物料之间还会相互碰撞,产生自击粉碎。经过多次、多种作用的复合粉碎,如果物料粒度小于反击板与垂头之间的缝隙,就会从机壳下部出料口排出;如果大于缝隙,则将受到刚性锤头的铣削和磨削破碎,直至卸出。由此可见,反击式破碎机内的破碎作用主要是以下三个方面:自由破碎、反弹破碎、铣削破碎。
  
  建筑用金属材料
  
  建筑用黑色和有色金属材料以及它们与其他材料所组成的复合材料的统称。建筑用金属材料是构成土木工程物质基础的四大类材料(钢材、水泥混凝土、木材、塑料)之一。
  
  简史17世纪70年代,人类开始大量应用生铁作建筑材料,到19世纪初发展到用熟铁建造桥梁、房屋等。这些材料因强度低、综合性能差,在使用上受到限制,但已是人们采用钢铁结构的开始。19世纪中期以后,钢材的规格品种日益增多,强度不断提高,相应地连接等工艺技术也得到发展,为建筑结构向大跨重载方向发展奠定了基础,带来了土木工程的一次飞跃。
  
  19世纪50年代出现了新型的复合建筑材料──钢筋混凝土。至20世纪30年代,高强钢材的出现又推动了预应力混凝土的发展,开创了钢筋混凝土和预应力混凝土占统治地位的新的历史时期,使土木工程发生了新的飞跃。
  
  与此同时,各国先后推广具有低碳、低合金(加入5%以下合金元素)、高强度、良好的韧性和可焊性以及耐腐蚀性等综合性能的低合金钢。随着桥梁大型化,建筑物和构筑物向大跨、高层、高耸发展以及能源和海洋平台的开发,低合金钢的产量在近30年来已大幅度增长,其在主要产钢国的产量已占钢材总产量的7~10%,个别国家达20%以上,其中35~50%用于房屋建筑和土木工程,主要为钢筋、钢结构用型材、板材,而且土木工程钢结构用低合金钢的比例已从10%提高到30%以上。近年来,各国大力发展不同于普通钢材品种的各种高效钢材,其中包括低合金钢材、热强化钢材、冷加工钢材、经济断面钢材以及镀层、涂层、复合、表面处理钢材等,经在建筑业中使用,已取得明显的经济效益。
  
  分类及应用建筑用金属材料,包括黑色和有色金属材料,以及近年发展起来的钢铁材料与各种有色金属及其合金或与其他材料相配合的复合材料。
  
  建筑业主要采用黑色金属材料中的钢材,铸铁主要用作铸铁制品(如压力管等)。中国建筑用钢多数是采用平炉和氧气顶吹转炉冶炼的低碳钢(碳含量小于0.25%)、中碳钢(碳含量0.25~0.60%)及低合金钢,并以沸腾钢或镇静钢工艺生产,其中沸腾钢因冲击、时效、冷脆性能较镇静钢为差,使用时在某些结构中有所限制,如铁路桥梁、重级工作制吊车梁等。半镇静钢机械性能优于沸腾钢而接近镇静钢,其成品收得率却接近沸腾钢,在中国已被推广使用。
  
  发展方向由于各类建筑物、构筑物对在各种复杂条件下的使用功能的要求日益提高,建筑用金属材料的发展趋势将是:
  
  ①以高效钢材为主体的低合金钢将得到进一步的发展和应用。低合金钢用作结构材料,比普通碳素钢节约钢材20~60%,各种冷、热加工钢材(如热处理钢筋、调质钢板等),经济断面钢材(如轧制H型钢、压型钢板或铝板、薄壁冷弯型钢等),镀(涂)层钢板和多种复合钢板等,在建筑业将进一步得到推广、应用。
  
  ②随着冶金工业生产技术的发展,建筑钢材将向具有高强、耐腐蚀、耐疲劳、易焊接、高韧性或耐磨等综合性能的方向发展。例如,耐大气腐蚀钢所轧成的型材和板材,用于建筑结构和桥梁时,与普通碳素钢相比,它具有强度高、耐腐蚀、耐疲劳等综合性能,可减轻结构自重,提高使用寿命,降低工程造价。
  
  ③各种焊接材料及其工艺将随低合金钢的发展不断完善和配套,例如,低合金易焊接、高强高韧性的CF钢、海洋平台用钢、Z向钢、输油输气管线用钢等的发展,必然促进焊接材料向高抗裂、高韧性、低杂质方向发展。
  
  建筑钢材的产品种类一般分为型材、板材(包括钢带)、管材和金属制品四类:
  
  ①型材。钢结构用钢,主要有角钢、工字钢、槽钢、方钢、吊车轨道、金属门窗、钢板桩型钢等(见热轧型钢、冷弯型钢、门窗用金属)。钢筋混凝土结构用钢筋,有线材(直径5~9毫米)或小型材(直径>9毫米)之分,前者呈热轧盘条(包括热处理钢筋),后者为直条的光圆或螺纹钢筋(见热轧钢筋、预应力混凝土用热处理钢筋)。
  
  ②板材。主要是钢结构用钢,建筑结构中主要采用中厚板与薄板。中厚板广泛用于建造房屋、塔桅、桥梁、压力容器、海上采油平台、建筑机械等建筑物、构筑物或容器、设备。薄板经压制成型后广泛用于建筑结构的屋面、墙面、楼板等(见钢板、压型钢板)。
  
  ③管材。主要用于桁架、塔桅等钢结构中(见钢管)。
  
  ④金属制品。土木工程中主要使用的产品有钢丝(包括焊条用钢丝)、钢丝绳以及预应力钢丝及钢绞线。钢丝中的低碳钢丝主要用作塔架拉线、绑扎钢筋和脚手架,制作圆钉、螺钉等,以及供钢筋网或小型预应力构件用的冷拔低碳钢丝。预应力钢丝及其绞线是预应力结构的主要材料。
  
  建筑钢材一般以钢号及相应强度级别表示,强度级别一般以分子式表示:分子代表最小屈服点(无明显屈服台阶用条件屈服点σ0.2);分母代表最小抗拉强度,单位为兆帕。例如20MnSi钢筋34/52级,即最小屈服点约340兆帕,最小抗拉强度约520兆帕。
  
  建筑用有色金属材料主要包括铝、铜、锌、铅、镁、稀有金属等。铜、铅、锌主要用作小五金或作钢板涂层料。铝在建筑结构中主要采用变形铝合金板,广泛用于屋面、墙面等围护结构。稀有金属一般作为钢中添加元素,可改善钢的性能。
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