地震頻發讓抗(kang)震鋼(gang)筋崛(jue)起
“十三五(wu)”期間(jian)，我國建(jian)(jian)筑業(ye)迎來綠色(se)發展(zhan)的(de)新(xin)時(shi)代(dai)，微合金化高強(qiang)鋼(gang)筋將(jiang)追求(qiu)功能化，即向抗震、耐(nai)腐蝕、耐(nai)低溫、耐(nai)火方向發展(zhan)。尤其是近幾年(nian)，我國地震頻發，建(jian)(jian)筑物的(de)抗震性能成(cheng)為(wei)建(jian)(jian)筑設計中的(de)重要內容，中國汶川(chuan)、玉(yu)樹地震，以及海地、智(zhi)利、日本地震發生后(hou)，建(jian)(jian)筑物的(de)抗震性能進一步引起了社(she)會各(ge)界的(de)關注。
抗(kang)震(zhen)建(jian)(jian)筑(zhu)結(jie)構(gou)要(yao)求使用具有抗(kang)震(zhen)性(xing)(xing)能(neng)的(de)鋼(gang)(gang)筋(jin)，即在(zai)建(jian)(jian)筑(zhu)物(wu)受到地震(zhen)波沖(chong)擊時，可延緩建(jian)(jian)筑(zhu)物(wu)斷(duan)裂發生的(de)時間，避免建(jian)(jian)筑(zhu)物(wu)在(zai)瞬間整體倒塌，從而提高(gao)建(jian)(jian)筑(zhu)物(wu)的(de)抗(kang)震(zhen)性(xing)(xing)能(neng)。因此(ci)在(zai)抗(kang)震(zhen)結(jie)構(gou)中，要(yao)求鋼(gang)(gang)筋(jin)有一個(ge)較長的(de)屈(qu)服(fu)平(ping)臺，有很(hen)好的(de)延性(xing)(xing)，同時鋼(gang)(gang)筋(jin)實際屈(qu)服(fu)強度相對于屈(qu)服(fu)強度標準值不宜過高(gao)。
發達國家對(dui)抗(kang)(kang)震(zhen)鋼(gang)筋提(ti)出了明(ming)確(que)的(de)指(zhi)(zhi)標(biao)(biao)要求。首先，抗(kang)(kang)震(zhen)鋼(gang)筋需要有高強(qiang)度(du)。歐洲標(biao)(biao)準明(ming)確(que)指(zhi)(zhi)出抗(kang)(kang)震(zhen)鋼(gang)筋強(qiang)度(du)要達到400MPa、500MPa級別(bie)。其次(ci)，對(dui)鋼(gang)筋的(de)塑性指(zhi)(zhi)標(biao)(biao)提(ti)出了更高要求，包括強(qiang)屈(qu)比大(da)于(yu)1.25、均勻伸長(chang)率大(da)于(yu)10%。再次(ci)，要求鋼(gang)筋性能(neng)的(de)一致(zhi)性，即要求屈(qu)服點(dian)波動范圍窄，實際屈(qu)服點(dian)與(yu)指(zhi)(zhi)標(biao)(biao)值之比小于(yu)1.30。
參照(zhao)國外(wai)標(biao)準，我國《鋼(gang)筋(jin)(jin)混凝土用熱(re)軋帶(dai)肋(lei)鋼(gang)筋(jin)(jin)》GB1499.2-2007標(biao)準明確地(di)提出了抗震(zhen)(zhen)(zhen)鋼(gang)筋(jin)(jin)的(de)要求。即與普(pu)通(tong)鋼(gang)筋(jin)(jin)相比(bi)，抗震(zhen)(zhen)(zhen)鋼(gang)筋(jin)(jin)的(de)性(xing)能指標(biao)增加了強(qiang)屈比(bi)(R0m/R0eL)、屈標(biao)比(bi)(R0m/ReL)、最(zui)大(da)力總伸(shen)長率(lv)(lv)(均勻伸(shen)長率(lv)(lv))(Agt)三項質量特征值(zhi)，即R0m/R0eL≤1.25，R0m/ReL≤1.30，Agt≥9%。如果抗震(zhen)(zhen)(zhen)鋼(gang)筋(jin)(jin)具(ju)有較高的(de)強(qiang)度和(he)良好的(de)塑韌性(xing)，那(nei)么就可以使(shi)鋼(gang)筋(jin)(jin)從(cong)變形(xing)到(dao)斷裂的(de)時間間隔變長，有效達到(dao)“建筑(zhu)結(jie)構發生變形(xing)到(dao)倒塌的(de)時間間隔盡可能延長”“犧牲局(ju)部保整(zheng)體”的(de)抗震(zhen)(zhen)(zhen)設(she)計目(mu)的(de)。
另外，由于鋼(gang)材在強(qiang)烈的(de)(de)(de)地震作(zuo)用(yong)(yong)下的(de)(de)(de)高(gao)應(ying)變(bian)低(di)周期疲勞性(xing)能和在靜載下的(de)(de)(de)性(xing)能是不同的(de)(de)(de)，必須根據(ju)鋼(gang)材在強(qiang)震作(zuo)用(yong)(yong)下的(de)(de)(de)應(ying)力變(bian)形特征，提出抗震鋼(gang)的(de)(de)(de)性(xing)能指(zhi)標。這些指(zhi)標應(ying)包(bao)括高(gao)應(ying)變(bian)低(di)周期疲勞性(xing)能、應(ying)變(bian)時效敏(min)感性(xing)、冷脆轉變(bian)溫度(du)、可焊接性(xing)、強(qiang)度(du)與塑性(xing)的(de)(de)(de)配合(he)。
近年來(lai)，在許多高層(ceng)鋼筋(jin)混凝(ning)土(tu)結構(gou)和(he)鋼混結構(gou)的(de)設計中，均加(jia)大了抗高烈度地(di)震(zhen)的(de)要求。地(di)震(zhen)中鋼筋(jin)受到反復拉壓(ya)的(de)強力(li)作(zuo)用，必(bi)然產生變形，建筑樓(lou)層(ceng)間(jian)的(de)位移角(jiao)可(ke)達到1/650～1/800，因此要求鋼筋(jin)應(ying)具有對地(di)震(zhen)能(neng)(neng)量的(de)吸收潛力(li)。這一(yi)潛力(li)往往以鋼筋(jin)所受的(de)最大應(ying)力(li)、最大應(ying)變和(he)持續時間(jian)三者的(de)乘(cheng)積(ji)來(lai)表征。其(qi)乘(cheng)積(ji)值越大，表明鋼筋(jin)對地(di)震(zhen)能(neng)(neng)量的(de)吸收能(neng)(neng)力(li)越強。
我國GB1499.2-2007規定抗震鋼(gang)筋(jin)(jin)按屈服強度(du)(du)特征值(zhi)分(fen)(fen)為355MPa、400MPa、500MPa級別(bie)(bie)(牌(pai)號(hao)分(fen)(fen)別(bie)(bie)為HRB335E、HRB400E、HRB500E)，400MPa、500MPa強度(du)(du)級別(bie)(bie)為高(gao)強抗震鋼(gang)筋(jin)(jin)，具有(you)強度(du)(du)高(gao)、安(an)全(quan)儲備量大、節省鋼(gang)材用(yong)量、施(shi)工(gong)方便等優(you)越(yue)性，更適用(yong)于高(gao)層、大跨度(du)(du)和抗震建筑結構，是一種更節約、更高(gao)效的(de)新型建筑材料。目前，在我國已修訂(ding)完成的(de)GB1499.2-2013中，335MPa強度(du)(du)級別(bie)(bie)尺寸規格限制(zhi)為ф14mm以下，并增(zeng)加了600MPa強度(du)(du)級別(bie)(bie)鋼(gang)筋(jin)(jin)。
為了保證HRB400E、HRB500E抗震(zhen)鋼(gang)筋具有較為穩(wen)定(ding)的力學性能和組織形態，鋼(gang)鐵企業(ye)生產(chan)工藝中的化學成(cheng)分設計要考(kao)慮兩個(ge)方(fang)面(mian)(mian)(mian)：一方(fang)面(mian)(mian)(mian)是常(chang)規元(yuan)素含量，另一方(fang)面(mian)(mian)(mian)是微合金(jin)元(yuan)素含量。
在(zai)微合(he)金元(yuan)素(su)的利用(yong)(yong)(yong)上，目前通常采用(yong)(yong)(yong)Ti(鈦)、Nb(鈮)、V(釩)元(yuan)素(su)，這(zhe)些(xie)元(yuan)素(su)對C(碳)、N(氮)都具(ju)有很強(qiang)的親和力，可以形成(cheng)碳氮化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)。這(zhe)些(xie)微合(he)金碳氮化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)在(zai)軋(ya)制過程中析(xi)出(chu)，產生沉淀強(qiang)化(hua)(hua)(hua)(hua)作用(yong)(yong)(yong)，使鋼的強(qiang)度(du)(du)提高(gao)。同時，這(zhe)些(xie)碳氮化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)在(zai)鐵(tie)素(su)體(ti)基體(ti)、晶(jing)界、位錯線上析(xi)出(chu)，可有效(xiao)阻止鐵(tie)素(su)體(ti)晶(jing)粒(li)的長(chang)大，起到(dao)細化(hua)(hua)(hua)(hua)晶(jing)粒(li)的作用(yong)(yong)(yong)。再加上這(zhe)些(xie)元(yuan)素(su)的固溶強(qiang)化(hua)(hua)(hua)(hua)作用(yong)(yong)(yong)，就可以顯著(zhu)提高(gao)鋼的強(qiang)度(du)(du)。相比之下，Nb在(zai)沉淀強(qiang)化(hua)(hua)(hua)(hua)及細化(hua)(hua)(hua)(hua)鐵(tie)素(su)體(ti)晶(jing)粒(li)方(fang)面(mian)的作用(yong)(yong)(yong)更強(qiang)一些(xie)。
我國GB1499.2-2007標準(zhun)發(fa)布實施后，微(wei)合(he)金化(hua)高(gao)強螺紋鋼(gang)(gang)筋(jin)(jin)生(sheng)(sheng)產企(qi)(qi)業(ye)通過加強設備(bei)(bei)改造、工(gong)藝改進(jin)、技(ji)術創新(xin)等，積極開展技(ji)術攻關，提高(gao)產品(pin)質量，研發(fa)抗(kang)震(zhen)(zhen)鋼(gang)(gang)筋(jin)(jin)，取得了(le)很(hen)好的(de)(de)成績。據統計，獲(huo)抗(kang)震(zhen)(zhen)鋼(gang)(gang)筋(jin)(jin)HRB335E、HRB400E、HRB500E鋼(gang)(gang)筋(jin)(jin)許(xu)可(ke)證的(de)(de)廠家以大(da)(da)中型(xing)企(qi)(qi)業(ye)為主。隨著《混凝土結構(gou)設計規范》(GB50010-2010)的(de)(de)頒布，微(wei)合(he)金化(hua)高(gao)強抗(kang)震(zhen)(zhen)鋼(gang)(gang)筋(jin)(jin)用量將逐步(bu)增(zeng)大(da)(da)，申(shen)請生(sheng)(sheng)產微(wei)合(he)金化(hua)高(gao)強抗(kang)震(zhen)(zhen)鋼(gang)(gang)筋(jin)(jin)的(de)(de)企(qi)(qi)業(ye)也(ye)會隨之增(zeng)加。從企(qi)(qi)業(ye)的(de)(de)裝備(bei)(bei)來看，大(da)(da)部(bu)分(fen)鋼(gang)(gang)鐵(tie)企(qi)(qi)業(ye)都具備(bei)(bei)生(sheng)(sheng)產微(wei)合(he)金化(hua)高(gao)強抗(kang)震(zhen)(zhen)鋼(gang)(gang)筋(jin)(jin)的(de)(de)能(neng)力。
國家(jia)建筑鋼材質(zhi)量(liang)(liang)監督檢驗(yan)中心統計(ji)了近8年幾千個微(wei)合金化(hua)高(gao)強抗(kang)震(zhen)鋼筋(jin)產品檢測數(shu)據。數(shu)據表明，我國微(wei)合金化(hua)高(gao)強抗(kang)震(zhen)鋼筋(jin)產品的各項主(zhu)要(yao)指標穩定，完全(quan)滿足標準(zhun)要(yao)求，實物質(zhi)量(liang)(liang)處于較(jiao)高(gao)的水平。
低(di)溫嚴寒離不開(kai)耐低(di)溫鋼筋
在低(di)溫(wen)嚴寒地(di)區，例如我國東(dong)北黑龍江等地(di)，應該使(shi)用抗低(di)溫(wen)鋼筋(jin)(jin)。另外，用于液化(hua)(hua)天(tian)然氣地(di)下儲罐(guan)的水泥墻，其工作溫(wen)度為-100℃~-125℃，也需要低(di)溫(wen)鋼筋(jin)(jin)。這種超常性能的鋼筋(jin)(jin)必須是用微合金化(hua)(hua)、控制(zhi)軋制(zhi)方法生(sheng)產的細(xi)晶(jing)粒鋼筋(jin)(jin)。
例如(ru)，0.1C~1.7Mn~0.03Nb的(de)微合(he)金化(hua)鋼(gang)筋，就是一種耐低溫螺(luo)紋(wen)鋼(gang)筋。該鋼(gang)筋采用(yong)了(le)先進的(de)控制軋(ya)制技(ji)術，在加熱溫度(du)為940℃、終軋(ya)溫度(du)為725℃、97%的(de)大(da)壓縮(suo)比的(de)熱軋(ya)條件綜合(he)作用(yong)下，可(ke)得到晶粒尺寸為5.5μm的(de)細晶粒組織。其規(gui)格為D32，屈服強度(du)為454MPa，缺口(kou)拉伸試驗(yan)顯示出，在-160℃環境(jing)中也沒有脆性斷裂跡象。這種具有超(chao)常性能的(de)鋼(gang)筋可(ke)用(yong)于低溫環境(jing)，如(ru)做液態(tai)氮罐等結構(gou)材料。
目前(qian)，國內已可(ke)生產(chan)500MPa耐(nai)低(di)溫系列鋼(gang)筋品種，其國標正在制(zhi)定(ding)中(zhong)。這(zhe)類(lei)鋼(gang)筋可(ke)用(yong)(yong)于(yu)-50℃低(di)溫的石油氣(qi)儲(chu)罐(guan)混凝(ning)(ning)土(tu)結(jie)構(gou)建(jian)設(she)，亦可(ke)用(yong)(yong)于(yu)-105℃低(di)溫的乙基石油氣(qi)儲(chu)罐(guan)混凝(ning)(ning)土(tu)結(jie)構(gou)建(jian)設(she)，還可(ke)用(yong)(yong)于(yu)-165℃低(di)溫的天然氣(qi)氣(qi)儲(chu)罐(guan)溫凝(ning)(ning)土(tu)結(jie)構(gou)建(jian)設(she)。
預防火(huo)災少不了耐火(huo)鋼筋
在火(huo)(huo)災發生時為(wei)保證(zheng)建(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)安(an)全性，一些耐(nai)(nai)(nai)火(huo)(huo)等級高的(de)大(da)型(xing)廠房、民居、商務(wu)樓等建(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)結構都(dou)需要耐(nai)(nai)(nai)火(huo)(huo)鋼(gang)筋。在350℃的(de)環(huan)境中，普通鋼(gang)筋的(de)屈服強度(du)就(jiu)下降到(dao)常溫(wen)時的(de)2/3，屈服強度(du)為(wei)200MPa。因此，建(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)結構要求(qiu)覆(fu)蓋(gai)耐(nai)(nai)(nai)火(huo)(huo)涂料以保護火(huo)(huo)災時的(de)鋼(gang)結構。但是，為(wei)了削減(jian)建(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)成本，改善(shan)施工(gong)環(huan)境，提高建(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)物顏值，社會要求(qiu)減(jian)少(shao)耐(nai)(nai)(nai)火(huo)(huo)、耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)被覆(fu)物。因此，耐(nai)(nai)(nai)火(huo)(huo)鋼(gang)筋的(de)開發成為(wei)必然(ran)，特別是在大(da)型(xing)地下停車場的(de)建(jian)設(she)中使用耐(nai)(nai)(nai)火(huo)(huo)鋼(gang)筋尤為(wei)必要。
耐(nai)火鋼筋的(de)(de)開(kai)發要使用Cr(鉻)、Mo(鉬(mu))合(he)金元素(su)，同時(shi)(shi)加入Nb(鈮)、V(釩(fan))，提高鋼的(de)(de)高溫強度(du)，其(qi)耐(nai)火能力(li)(li)的(de)(de)提高是微合(he)金元素(su)二次硬化產生的(de)(de)效果。耐(nai)火鋼筋在(zai)600℃時(shi)(shi)的(de)(de)強度(du)和普鋼在(zai)350℃時(shi)(shi)的(de)(de)相當，也就是說，其(qi)耐(nai)火溫度(du)可提高到(dao)600℃。但當環(huan)境(jing)溫度(du)達到(dao)800℃時(shi)(shi)，耐(nai)火鋼筋將完(wan)全(quan)失掉耐(nai)火能力(li)(li)。
腐(fu)蝕(shi)環(huan)境(jing)更需要耐腐(fu)蝕(shi)鋼(gang)筋
為防止在(zai)海(hai)(hai)水等(deng)特殊場合使用(yong)的鋼筋(jin)混凝(ning)土受到(dao)腐蝕(shi)而(er)過早被破壞，在(zai)跨海(hai)(hai)橋梁、沿海(hai)(hai)碼(ma)頭等(deng)工(gong)程中需要(yao)用(yong)到(dao)耐腐蝕(shi)鋼筋(jin)。
為(wei)加強耐(nai)蝕(shi)(shi)鋼(gang)筋(jin)的(de)研發、推(tui)廣(guang)與(yu)應用(yong)，相關(guan)部門制定了YB/T4361-2014《鋼(gang)筋(jin)混凝土用(yong)耐(nai)蝕(shi)(shi)鋼(gang)筋(jin)》標準。目前，國內主要生產Cu-P系耐(nai)蝕(shi)(shi)鋼(gang)筋(jin)和Cu-Cr-Ni系耐(nai)蝕(shi)(shi)鋼(gang)筋(jin)兩大類。前者(zhe)適用(yong)于大氣(qi)環(huan)境(jing)和非(fei)浪濺區的(de)氯(lv)離子環(huan)境(jing)，后者(zhe)適用(yong)于大氣(qi)環(huan)境(jing)和氯(lv)離子環(huan)境(jing)。為(wei)了提高鋼(gang)筋(jin)的(de)性(xing)能，可以(yi)(yi)添加1種或1種以(yi)(yi)上的(de)微量合金元(yuan)(yuan)素(su)(su)，如(ru)添加Nb0.015%~0.1%，V0.02%~0.12%，Ti0.02%~0.10%。此外，還可以(yi)(yi)添加下列合金元(yuan)(yuan)素(su)(su)提高耐(nai)腐蝕(shi)(shi)性(xing)能，如(ru)添加Mo(鉬)≤0.2%，Re(錸(lai))≤0.15%，Al(鋁(lv))≤0.55%。這兩類鋼(gang)筋(jin)皆可用(yong)于腐蝕(shi)(shi)環(huan)境(jing)，其(qi)設計工作年(nian)限(xian)為(wei)25年(nian)~50年(nian)。
還有一種已開發成功的耐腐蝕鋼筋是耐蝕鋼筋熱軋碳素鋼-不銹鋼復合鋼筋，其性能、強度、耐腐蝕性均達設計要求，且生產時可節約資源，生產成本也較低。更多鋼材相關信息敬請關注福州晨升鋼鐵！
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