地(di)震(zhen)頻發讓(rang)抗(kang)震(zhen)鋼筋崛起
“十三五”期間，我國(guo)建筑(zhu)業迎來(lai)綠色(se)發(fa)展(zhan)的新時代，微合金化高強(qiang)鋼筋將追求(qiu)功能化，即向抗(kang)震(zhen)、耐(nai)腐蝕、耐(nai)低(di)溫、耐(nai)火方向發(fa)展(zhan)。尤其是(shi)近幾年，我國(guo)地震(zhen)頻發(fa)，建筑(zhu)物的抗(kang)震(zhen)性能成為建筑(zhu)設(she)計(ji)中的重(zhong)要內容(rong)，中國(guo)汶川、玉樹(shu)地震(zhen)，以及海(hai)地、智利(li)、日本(ben)地震(zhen)發(fa)生后(hou)，建筑(zhu)物的抗(kang)震(zhen)性能進一(yi)步引起了社會各界的關注。
抗震(zhen)(zhen)建筑(zhu)結(jie)構要求使用具有(you)(you)抗震(zhen)(zhen)性能的鋼(gang)筋(jin)，即(ji)在(zai)(zai)(zai)建筑(zhu)物(wu)受(shou)到地震(zhen)(zhen)波沖擊時，可延(yan)緩建筑(zhu)物(wu)斷裂(lie)發生的時間(jian)，避免建筑(zhu)物(wu)在(zai)(zai)(zai)瞬間(jian)整(zheng)體倒塌，從(cong)而提高建筑(zhu)物(wu)的抗震(zhen)(zhen)性能。因此在(zai)(zai)(zai)抗震(zhen)(zhen)結(jie)構中，要求鋼(gang)筋(jin)有(you)(you)一個較長(chang)的屈服(fu)平臺，有(you)(you)很好的延(yan)性，同時鋼(gang)筋(jin)實際屈服(fu)強度(du)相對于屈服(fu)強度(du)標(biao)準值(zhi)不宜過高。
發達國家(jia)對抗震(zhen)鋼筋提出(chu)了明確的(de)指(zhi)(zhi)標(biao)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)。首先，抗震(zhen)鋼筋需要(yao)(yao)有高強(qiang)度。歐洲(zhou)標(biao)準明確指(zhi)(zhi)出(chu)抗震(zhen)鋼筋強(qiang)度要(yao)(yao)達到400MPa、500MPa級別。其次，對鋼筋的(de)塑性(xing)指(zhi)(zhi)標(biao)提出(chu)了更高要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)，包括(kuo)強(qiang)屈比(bi)大(da)于1.25、均勻(yun)伸長率大(da)于10%。再次，要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)鋼筋性(xing)能的(de)一(yi)致性(xing)，即(ji)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)屈服(fu)(fu)點波動(dong)范(fan)圍窄，實際屈服(fu)(fu)點與指(zhi)(zhi)標(biao)值之比(bi)小于1.30。
參照國外(wai)標(biao)準(zhun)，我國《鋼(gang)(gang)(gang)(gang)筋(jin)(jin)混(hun)凝土(tu)用熱軋帶肋鋼(gang)(gang)(gang)(gang)筋(jin)(jin)》GB1499.2-2007標(biao)準(zhun)明(ming)確地(di)提出了抗(kang)震鋼(gang)(gang)(gang)(gang)筋(jin)(jin)的(de)(de)要求。即與普通(tong)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)筋(jin)(jin)相(xiang)比，抗(kang)震鋼(gang)(gang)(gang)(gang)筋(jin)(jin)的(de)(de)性能指標(biao)增(zeng)加(jia)了強屈比(R0m/R0eL)、屈標(biao)比(R0m/ReL)、最大力總伸(shen)長(chang)(chang)率(均(jun)勻伸(shen)長(chang)(chang)率)(Agt)三(san)項質量特征值，即R0m/R0eL≤1.25，R0m/ReL≤1.30，Agt≥9%。如果抗(kang)震鋼(gang)(gang)(gang)(gang)筋(jin)(jin)具有(you)較(jiao)高的(de)(de)強度和良(liang)好的(de)(de)塑韌性，那(nei)么(me)就可(ke)以使鋼(gang)(gang)(gang)(gang)筋(jin)(jin)從變(bian)形(xing)到(dao)(dao)斷(duan)裂的(de)(de)時間間隔變(bian)長(chang)(chang)，有(you)效達到(dao)(dao)“建筑結構(gou)發生變(bian)形(xing)到(dao)(dao)倒塌的(de)(de)時間間隔盡可(ke)能延(yan)長(chang)(chang)”“犧(xi)牲局部(bu)保整體”的(de)(de)抗(kang)震設計目的(de)(de)。
另外，由(you)于鋼(gang)材在強(qiang)烈的(de)(de)地震(zhen)作用下的(de)(de)高應變(bian)低周期疲勞性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)和在靜載下的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)是不同的(de)(de)，必須(xu)根據鋼(gang)材在強(qiang)震(zhen)作用下的(de)(de)應力變(bian)形特征(zheng)，提出抗震(zhen)鋼(gang)的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)指(zhi)標(biao)。這些指(zhi)標(biao)應包括高應變(bian)低周期疲勞性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)、應變(bian)時效敏感性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、冷脆轉(zhuan)變(bian)溫度、可焊接性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、強(qiang)度與塑(su)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)配合(he)。
近(jin)年來，在許(xu)多高(gao)層鋼筋混凝土(tu)結構和鋼混結構的設計中(zhong)，均(jun)加大了抗高(gao)烈度地震(zhen)的要求。地震(zhen)中(zhong)鋼筋受(shou)到(dao)反復拉壓的強(qiang)力作(zuo)用(yong)，必然產生變(bian)形，建(jian)筑樓層間的位(wei)移角可達到(dao)1/650～1/800，因此要求鋼筋應(ying)具(ju)有對地震(zhen)能量(liang)的吸收潛力。這一潛力往往以鋼筋所受(shou)的最大應(ying)力、最大應(ying)變(bian)和持續時間三者(zhe)的乘積來表征(zheng)。其(qi)乘積值越大，表明鋼筋對地震(zhen)能量(liang)的吸收能力越強(qiang)。
我(wo)國GB1499.2-2007規(gui)定(ding)抗(kang)震(zhen)鋼(gang)筋按屈服強(qiang)度特征值分(fen)為355MPa、400MPa、500MPa級別(bie)(牌號分(fen)別(bie)為HRB335E、HRB400E、HRB500E)，400MPa、500MPa強(qiang)度級別(bie)為高強(qiang)抗(kang)震(zhen)鋼(gang)筋，具有強(qiang)度高、安全儲備(bei)量大、節(jie)省(sheng)鋼(gang)材用量、施工方便等優越性(xing)，更適用于高層、大跨度和抗(kang)震(zhen)建(jian)筑(zhu)結構，是(shi)一種更節(jie)約、更高效的(de)新型建(jian)筑(zhu)材料。目前，在我(wo)國已修訂完(wan)成的(de)GB1499.2-2013中，335MPa強(qiang)度級別(bie)尺寸規(gui)格限(xian)制為ф14mm以下，并增(zeng)加了600MPa強(qiang)度級別(bie)鋼(gang)筋。
為(wei)了保(bao)證HRB400E、HRB500E抗震鋼筋具(ju)有(you)較為(wei)穩定的力(li)學(xue)性能和組織形態，鋼鐵企業生產工藝中的化(hua)學(xue)成(cheng)分設計要(yao)考(kao)慮兩個方(fang)面(mian)：一方(fang)面(mian)是常規元素(su)含量，另一方(fang)面(mian)是微(wei)合金元素(su)含量。
在(zai)微(wei)合(he)金元(yuan)素(su)(su)(su)的利用(yong)(yong)(yong)上(shang)，目(mu)前(qian)通常采用(yong)(yong)(yong)Ti(鈦)、Nb(鈮(ni))、V(釩)元(yuan)素(su)(su)(su)，這些(xie)(xie)元(yuan)素(su)(su)(su)對C(碳(tan))、N(氮(dan)(dan))都具有很(hen)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)的親和力，可(ke)(ke)以形成碳(tan)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)。這些(xie)(xie)微(wei)合(he)金碳(tan)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)在(zai)軋制過(guo)程中(zhong)析出(chu)，產生沉淀強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)作用(yong)(yong)(yong)，使鋼(gang)的強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度提高(gao)。同時，這些(xie)(xie)碳(tan)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)在(zai)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)基體(ti)(ti)、晶(jing)(jing)界(jie)、位(wei)錯線上(shang)析出(chu)，可(ke)(ke)有效阻止(zhi)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)晶(jing)(jing)粒(li)(li)的長大，起到細(xi)化(hua)(hua)(hua)晶(jing)(jing)粒(li)(li)的作用(yong)(yong)(yong)。再加上(shang)這些(xie)(xie)元(yuan)素(su)(su)(su)的固(gu)溶強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)作用(yong)(yong)(yong)，就可(ke)(ke)以顯(xian)著提高(gao)鋼(gang)的強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度。相比(bi)之下，Nb在(zai)沉淀強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)及(ji)細(xi)化(hua)(hua)(hua)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)晶(jing)(jing)粒(li)(li)方(fang)面(mian)的作用(yong)(yong)(yong)更強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)一(yi)些(xie)(xie)。
我國GB1499.2-2007標準發布實施后，微(wei)(wei)合(he)(he)金化高(gao)(gao)強(qiang)螺紋(wen)鋼(gang)(gang)(gang)筋(jin)(jin)生產企(qi)業(ye)通過加強(qiang)設(she)(she)備(bei)(bei)改(gai)造、工(gong)藝改(gai)進、技術(shu)創新(xin)等，積極(ji)開(kai)展技術(shu)攻(gong)關，提高(gao)(gao)產品質量，研發抗(kang)震鋼(gang)(gang)(gang)筋(jin)(jin)，取得了很好的(de)(de)成績(ji)。據(ju)統(tong)計，獲抗(kang)震鋼(gang)(gang)(gang)筋(jin)(jin)HRB335E、HRB400E、HRB500E鋼(gang)(gang)(gang)筋(jin)(jin)許(xu)可證的(de)(de)廠家以大(da)中型企(qi)業(ye)為主(zhu)。隨著(zhu)《混凝(ning)土結構設(she)(she)計規范(fan)》(GB50010-2010)的(de)(de)頒布，微(wei)(wei)合(he)(he)金化高(gao)(gao)強(qiang)抗(kang)震鋼(gang)(gang)(gang)筋(jin)(jin)用量將逐(zhu)步增(zeng)大(da)，申請(qing)生產微(wei)(wei)合(he)(he)金化高(gao)(gao)強(qiang)抗(kang)震鋼(gang)(gang)(gang)筋(jin)(jin)的(de)(de)企(qi)業(ye)也會隨之增(zeng)加。從(cong)企(qi)業(ye)的(de)(de)裝(zhuang)備(bei)(bei)來看，大(da)部分鋼(gang)(gang)(gang)鐵企(qi)業(ye)都具備(bei)(bei)生產微(wei)(wei)合(he)(he)金化高(gao)(gao)強(qiang)抗(kang)震鋼(gang)(gang)(gang)筋(jin)(jin)的(de)(de)能力。
國(guo)家建筑鋼材質量(liang)監督(du)檢驗中(zhong)心統計了近8年幾千個微合金化高(gao)強抗(kang)震鋼筋(jin)產(chan)(chan)品檢測數(shu)據(ju)。數(shu)據(ju)表明(ming)，我(wo)國(guo)微合金化高(gao)強抗(kang)震鋼筋(jin)產(chan)(chan)品的(de)各(ge)項主要指標(biao)(biao)穩定(ding)，完(wan)全(quan)滿(man)足標(biao)(biao)準要求，實(shi)物(wu)質量(liang)處于(yu)較(jiao)高(gao)的(de)水平。
低溫(wen)嚴(yan)寒(han)離不開(kai)耐(nai)低溫(wen)鋼筋
在低溫嚴寒地區，例如我國東北黑龍江等地，應(ying)該使用(yong)抗(kang)低溫鋼(gang)筋。另外，用(yong)于液化天然氣地下儲罐(guan)的(de)(de)水泥墻，其(qi)工作溫度為-100℃~-125℃，也需要低溫鋼(gang)筋。這種超常性能的(de)(de)鋼(gang)筋必須(xu)是用(yong)微合金化、控制軋制方法(fa)生產的(de)(de)細(xi)晶粒(li)鋼(gang)筋。
例如，0.1C~1.7Mn~0.03Nb的微(wei)合(he)金化鋼(gang)筋(jin)，就(jiu)是一種(zhong)耐(nai)低(di)溫螺(luo)紋鋼(gang)筋(jin)。該鋼(gang)筋(jin)采用了(le)先進的控制(zhi)軋(ya)制(zhi)技術，在加熱(re)溫度(du)為(wei)(wei)(wei)940℃、終(zhong)軋(ya)溫度(du)為(wei)(wei)(wei)725℃、97%的大壓(ya)縮比(bi)的熱(re)軋(ya)條件綜合(he)作用下(xia)，可(ke)(ke)得到晶粒尺寸為(wei)(wei)(wei)5.5μm的細(xi)晶粒組(zu)織。其規格(ge)為(wei)(wei)(wei)D32，屈(qu)服(fu)強(qiang)度(du)為(wei)(wei)(wei)454MPa，缺口(kou)拉伸試(shi)驗顯示出(chu)，在-160℃環(huan)境(jing)中也沒有脆性(xing)斷裂跡象。這種(zhong)具有超(chao)常性(xing)能的鋼(gang)筋(jin)可(ke)(ke)用于(yu)低(di)溫環(huan)境(jing)，如做液態氮(dan)罐等結(jie)構材料。
目前，國內已可(ke)生產500MPa耐低(di)溫系列鋼筋品(pin)種，其國標正在制定中。這類鋼筋可(ke)用于(yu)-50℃低(di)溫的石油(you)氣儲罐混凝(ning)土(tu)(tu)(tu)結構(gou)建設，亦可(ke)用于(yu)-105℃低(di)溫的乙基石油(you)氣儲罐混凝(ning)土(tu)(tu)(tu)結構(gou)建設，還(huan)可(ke)用于(yu)-165℃低(di)溫的天然氣氣儲罐溫凝(ning)土(tu)(tu)(tu)結構(gou)建設。
預防火災少不(bu)了耐火鋼筋
在火(huo)災發生時(shi)為保證建(jian)(jian)筑(zhu)(zhu)安全性，一些耐(nai)(nai)火(huo)等(deng)級高的(de)大(da)型廠房、民居、商(shang)務樓(lou)等(deng)建(jian)(jian)筑(zhu)(zhu)結(jie)(jie)(jie)構都需要(yao)耐(nai)(nai)火(huo)鋼(gang)筋(jin)(jin)。在350℃的(de)環境中(zhong)，普通鋼(gang)筋(jin)(jin)的(de)屈服強度就下(xia)降(jiang)到常(chang)溫(wen)時(shi)的(de)2/3，屈服強度為200MPa。因(yin)此，建(jian)(jian)筑(zhu)(zhu)結(jie)(jie)(jie)構要(yao)求(qiu)覆蓋耐(nai)(nai)火(huo)涂(tu)料以保護火(huo)災時(shi)的(de)鋼(gang)結(jie)(jie)(jie)構。但是，為了削減建(jian)(jian)筑(zhu)(zhu)成本(ben)，改善(shan)施工環境，提高建(jian)(jian)筑(zhu)(zhu)物顏值，社(she)會要(yao)求(qiu)減少(shao)耐(nai)(nai)火(huo)、耐(nai)(nai)蝕被覆物。因(yin)此，耐(nai)(nai)火(huo)鋼(gang)筋(jin)(jin)的(de)開發成為必(bi)(bi)然，特別是在大(da)型地下(xia)停(ting)車場的(de)建(jian)(jian)設中(zhong)使用耐(nai)(nai)火(huo)鋼(gang)筋(jin)(jin)尤為必(bi)(bi)要(yao)。
耐(nai)(nai)火(huo)(huo)鋼(gang)筋(jin)(jin)的(de)(de)(de)開發要使用Cr(鉻)、Mo(鉬(mu))合金元(yuan)素，同時(shi)加(jia)入(ru)Nb(鈮)、V(釩(fan))，提(ti)高(gao)鋼(gang)的(de)(de)(de)高(gao)溫強(qiang)度(du)，其耐(nai)(nai)火(huo)(huo)能力(li)的(de)(de)(de)提(ti)高(gao)是微合金元(yuan)素二次硬化產生的(de)(de)(de)效果。耐(nai)(nai)火(huo)(huo)鋼(gang)筋(jin)(jin)在(zai)600℃時(shi)的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)和普鋼(gang)在(zai)350℃時(shi)的(de)(de)(de)相當，也就是說，其耐(nai)(nai)火(huo)(huo)溫度(du)可提(ti)高(gao)到(dao)600℃。但(dan)當環(huan)境(jing)溫度(du)達到(dao)800℃時(shi)，耐(nai)(nai)火(huo)(huo)鋼(gang)筋(jin)(jin)將完全失掉(diao)耐(nai)(nai)火(huo)(huo)能力(li)。
腐(fu)蝕(shi)環境更需要耐腐(fu)蝕(shi)鋼筋
為防止在海(hai)(hai)水等(deng)特殊場合(he)使用的鋼筋(jin)混凝土受(shou)到腐(fu)蝕而(er)過早被破壞，在跨(kua)海(hai)(hai)橋梁、沿海(hai)(hai)碼頭(tou)等(deng)工程中需(xu)要用到耐腐(fu)蝕鋼筋(jin)。
為(wei)(wei)加(jia)強耐(nai)(nai)蝕(shi)鋼(gang)筋(jin)(jin)的(de)研發、推廣與應用，相關部門(men)制(zhi)定了YB/T4361-2014《鋼(gang)筋(jin)(jin)混凝土用耐(nai)(nai)蝕(shi)鋼(gang)筋(jin)(jin)》標準。目前，國內主要生產Cu-P系耐(nai)(nai)蝕(shi)鋼(gang)筋(jin)(jin)和(he)Cu-Cr-Ni系耐(nai)(nai)蝕(shi)鋼(gang)筋(jin)(jin)兩(liang)大(da)(da)類(lei)。前者(zhe)適用于大(da)(da)氣環境(jing)(jing)和(he)非(fei)浪濺(jian)區(qu)的(de)氯(lv)離子環境(jing)(jing)，后者(zhe)適用于大(da)(da)氣環境(jing)(jing)和(he)氯(lv)離子環境(jing)(jing)。為(wei)(wei)了提高鋼(gang)筋(jin)(jin)的(de)性能(neng)，可以添(tian)(tian)加(jia)1種或(huo)1種以上的(de)微(wei)量合金元(yuan)素(su)(su)，如添(tian)(tian)加(jia)Nb0.015%~0.1%，V0.02%~0.12%，Ti0.02%~0.10%。此外，還可以添(tian)(tian)加(jia)下(xia)列合金元(yuan)素(su)(su)提高耐(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)，如添(tian)(tian)加(jia)Mo(鉬)≤0.2%，Re(錸)≤0.15%，Al(鋁)≤0.55%。這(zhe)兩(liang)類(lei)鋼(gang)筋(jin)(jin)皆可用于腐(fu)蝕(shi)環境(jing)(jing)，其設計工作年(nian)限(xian)為(wei)(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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