高强钢筋未来发展趋势分析

作者:新世纪  来源:长葛市新世纪机电有限公司  发表时间:2012-6-12 22:46:24  点击:1991

国内外标准对钢筋性能要求的五大新变化

《钢铁工业“十二五”发展规划》提出:到“十二五”末,400MPa及以上高强度螺纹钢筋使用比例要超过80%。如何实现这一目标?相关的设计规范要如何修改?我国推广400MPa钢筋存在哪些现实问题?从国内外钢筋标准的对比中,或许我们能够找到这些问题的答案。

目前,国际标准化组织、美国、日本、欧洲、澳大利亚/新西兰(以下简称“澳/新”)、加拿大、新加坡等均有热轧带肋钢筋同类标准。从具体内容来看,世界各国的标准都充分地体现了钢筋生产技术进步与建筑业的新要求,在标准的新版本中有许多新变化。梳理这些要求与变化,可将其归纳为以下五个方面:

基本性能要求的简化

钢筋的五大基本性能是:屈服强度Rel、抗拉强度Rm、断后伸长率A、最大力总伸长率Agt、抗拉强度与屈服强度的比(Rm /Rel)。近年来,许多国外标准都简化为三大有代表性的关键性能要求:屈服强度、抗拉强度与屈服强度的比、最大力总伸长率。

钢筋屈服强度是决定钢筋混凝土结构承载力与结构设计的主要指标,世界各国都用屈服强度来命名钢的强度等级。

钢筋抗拉强度与屈服强度的比(强屈比)是评价钢材使用可靠性的一个参数。强屈比越大,钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大,安全性越高。对于抗震性能钢筋,这个参数一般要求为1.25%以上。但是,强屈比太大,钢材强度的利用率就会偏低,浪费材料。

最大力总伸长率表示在结构不断裂的情况下钢筋能够承受塑性形变的能力。通常,钢筋的断后伸长率仅反映钢筋的颈缩断口局部区域的残余变形塑变形的能力,而最大力总伸长率不仅反映了钢筋颈缩断口局部区域标距的残余变形,还要加上回复的弹性变形。

由于钢筋的最大力总伸长率反映了钢筋在受力变形时的真实状态,而且完全可以取代断后伸长率,英国、新西兰与澳大利亚等国标准都取消了对断后伸长率的规定,仅规定了最大力总伸长率。我国与日本等由于采用国际标准,对最大力总伸长率和断后伸长率都作了规定,但可以选择。而美国一直坚持自己的体系,还是沿用伸长率的指标体系。

我国GB1499.2-2007规定的钢筋基本性能要求为屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、最大力总伸长率四大指标,没有关于强屈比的规定。从借鉴国外标准与科学合理性的角度来看,采用屈服强度、强屈比、最大力总伸长率三大指标更具有合理性。

钢筋标准趋向高强化

世界各国标准对钢筋的强度级别或牌号的设置不尽相同,但大致可分为300MPa()400MPa()500MPa()3组,考虑到各国的具体情况,又分为可焊与非可焊或者抗震与非抗震。从强度级别来看,我国335MPa钢筋的实际用量为60%左右,主力强度是低强度级别;日本与美国的主力强度级别是400MPa(420MPa),属于中强度级别;欧洲、英国、澳大利亚与新西兰的主力强度级别是500MPa,属于高强度级别。尤其是在英国与欧洲的标准中,高强化的趋势更加明显。英国原来标准中的强度等级为460MPa,欧洲为450MPa,在标准一体化的过程中,欧洲共同体采用了英国标准,统一到500MPa,提高了钢筋的应用强度。

同一级别质量等级的细化

英国与欧洲标准将500MPa钢筋按质量等级分为ABC3个级别,“澳/新”标准将500MPa钢筋分为LNE3个质量等级。这3个质量等级的差别主要是最大力总伸长率与强屈比不同。钢筋的伸长率与强屈比、钢的化学成分有关,也与钢筋的加工工艺有关。在英国和“澳/新”标准中,虽然没有明确对应的加工工艺,但钢筋伸长率与强屈比是表征钢筋轧制工艺的最有代表性的指标。它不仅反映了所采取的轧制工艺的成本要素,也反映了这一强度等级的质量要素,为简化设计与施工现场的管理带来了许多便利条件。

我国同一强度钢筋的不同质量等级是在不同的标准中规定的,如热轧HRB400钢筋按GB1499.2-2007交货,KL400余热处理钢筋按GB13014-1991交货。但由于余热处理钢筋还没有被市场所接受,许多企业将余热处理钢筋按热轧钢筋交货,在市场上常常出现鱼目混珠的现象。

生产工艺的隐性化

世界各国钢筋标准规定的生产工艺大致可分为热轧不带后部处理、热轧后控制冷却并余热回火、冷加工3种。原国际标准与英国等国家标准都规定了不同的生产工艺对应不同的性能要求。近年来,世界各国在标准中都淡化了生产工艺,规定由生产者决定。钢筋产品从其使用的角度考虑,主要考核的是力学性能、工艺性能、焊接性能,所以钢筋的生产工艺在标准中可以不作具体规定。但是不作具体规定不等于没有要求,只是将生产工艺隐性化,具体都体现在对性能的要求中。

在我国,钢筋生产工艺一直都是关注的焦点。近年来,由于资源制约与制造成本的压力,以工艺强化为主的技术研究取得了许多新进展,如以低碳钢进行控制轧制和控制冷却的细晶粒高强度钢都有了实质性的进展。为了固化这一成果,我国在新修订的GB1499.2-2007标准中除了规定热轧工艺外,还规定了控轧细晶粒工艺路线。

从国内外标准的表述与规定中分析钢筋生产工艺对钢筋性能的影响,可看出两者的内涵不同。解读欧洲的标准体系,他们认为钢筋的生产工艺无论是热轧还是冷轧仅仅影响的是力学性能与疲劳性能,包括强度、延伸率尤其是屈强比。屈强比是间接限定生产工艺的最合适的方法,因此,冷轧钢筋的屈强比高,热轧后余热处理钢筋介于热轧与冷轧之间,热轧钢筋屈强比低。而我国标准太在意轧制工艺的问题,将不同的工艺路线分为不同的标准,有些人甚至将高强钢筋狭义化,认为只有微合金化的高强钢筋才能接受。在这方面,建议借鉴欧洲等成功经验,淡化工艺路线,强化有代表性指标的要求。

抗震钢筋要求的清晰化

近年来,地震给许多国家带来的灾难十分惨重。为了保证在地震发生时建筑物在瞬间不被破坏,有一定的延迟时间,以保证人民生命与财产安全,一些处于地震多发地带的国家在标准中对建筑钢筋的抗震性能提出了明确的要求。如“澳/新”标准规定了E为抗震等级,即300E500E为抗震等级。

为了体现抗震性能,我国在2007年修订GB1499.2时也参照国外标准,明确地提出了抗震钢筋的要求。在本次标准修订过程中,新标准明确规定:对于有较高要求的抗震结构适用牌号,在规定的钢筋牌号后加上E,作为单独的牌号列出,如400E