高强钢筋在建筑行业的应用与推广价值
2022-06-09
1建筑行业钢筋应用现状
建筑用钢筋按力学性能分HPB235、HPB300钢筋（俗称I级钢）；HRB335、HRBF335钢筋（俗称Ⅱ级钢）；HRB400、HRBF400、RRB400级钢筋（俗称Ⅲ级钢）和HRB500、HRBF500（俗称Ⅳ级钢）等。235MPa、300MPa、335MPa级钢筋统称普通钢筋，400MPa级以上钢筋统称高强钢筋。235MPa级钢筋在新《混凝土结构设计规范》GB50010-2010中已不再提及，在规范过渡期可按原规范取值，并逐步由300MPa级钢筋取代；335MPa级钢筋也逐步由400MPa、500MPa级钢筋取代。为节约资源，实现经济可持续发展，尽快使我国混凝土结构用钢筋实现与国际接轨，在我国工程界中急需推广和应用高强度钢筋。
2高强钢筋特点分析
高强钢筋具有比普通钢筋更良好的力学性能，主要表现在以下六点：
2.1强度高：400MPa级钢筋屈服强度标准值为400MPa、极限强度标准值为540MPa、抗拉抗压强度设计值为360MPa；500MPa级钢筋屈服强度标准值为500MPa、极限强度标准值为630MPa、抗拉强度设计值为435MPa、抗压强度设计值为410MPa；600MPa级钢筋则更高。
2.2性能稳定，应变时效敏感性低。
2.3延性好：延伸率≥14%，实际上平均延伸率可达20%。
2.4冷弯性能好。
2.5焊接性能良好：适应各种焊接方法。
2.6强屈比高，安全储备大，能满足抗震要求，抗震性能好。
3高强钢筋应用价值
目前，欧美国家主要采用强度高、综合性能好的400MPa、500MPa级钢筋，在德国，建筑用钢筋已全部升级至500MPa级钢筋；美国等发达国家相继研发了600MPa级高强钢筋；日本研发出了屈服强度为685～1275MPa级超高强度钢筋。经实践证明，与335MPa级钢筋相比，400MPa级钢筋具有强度高、性能稳定、工艺性能优良、可适应各种施工工艺、焊接性能好、焊接方便、强屈比不小于1.25、抗震性能强等优点。增加建筑物安全储备，节约钢筋，具有显著的社会经济效益。在工程中应用高强钢筋有以下几大意义：
3.1钢筋是我国建筑业消费量最大的建材之一，推广高强钢筋可节约资源，不仅减少钢材消耗量，同时相应减少了工作量、节省的工期。
3.2我国是一个地震等自然灾害频发的国家，在工程领域广泛使用性能更优的高强钢筋，不仅可提高建筑物的抗震防灾能力，对提高建筑物的质量和寿命有重大作用。
3.3高强钢筋的高强度对于解决建筑结构中"肥梁胖柱"有重要作用，不仅可增加建筑使用面积，还使结构设计更灵活；另外对于高层建筑、大跨度建筑、抗震等级高的建筑等大型工程更具优势。
3.4高强钢筋具有更先进的低碳和绿色技术，推广应用高强钢筋对倡导绿色环保具有重大意义。
3.5因普通钢筋工艺简单，技术、资金实力薄弱的企业生产的劣质钢筋时常出现，给工程安全带来了隐患。生产工艺要求高的高强钢筋的推广能使生产劣质钢筋的高能耗、高污染、低技术钢厂失去市场或促使转型升级，推动钢材产业结构调整。
3.6高强钢筋的成功推广，对高性能钢筋，如抗震钢筋、耐火钢筋、耐蚀钢筋的推广也有着重要的意义，同时促进钢材行业在高性能、新工艺等方面的技术研发。
随着世界经济和中国经济的迅速增长，钢铁工业得到了长足的发展，中国正面临从钢铁大国向钢铁强国迈进，为适应开放的市场环境，必须不断调整品种结构，加快技术进步步伐，加速产品升级换代，提高中国建筑钢材的高科技含量。
最近，建设部、工信部联合印发了《关于加快应用高强钢筋的指导意见》，意见明确至2013年底，在建筑工程中淘汰335MPa级钢筋，优先使用400MPa级钢筋，积极推广500MPa级钢筋。
4高强钢筋低成本生产技术
随着建筑行业的迅速发展，建筑钢筋已是钢材产品中消耗量最大的品种，目前已占中国全部钢产量的五分之一。在不断提高建筑钢筋的性能，特别是实现其高强度化的同时，探索低成本生产工艺，具有重大的社会效益和经济效益。
微合金化是实现钢筋高强度化最主要的、已获成功的方法。为了节约贵重的钒资源，降低钢筋的生产成本，通过在钒钢中增氮，可以有效发挥钒的析出强化作用。用该工艺生产的钢筋强度提高，且仍保持较好的延性，因此焊接性能、机械连接性能及施工适应性等都十分优良，可作抗震钢筋使用，不足之处是价格偏贵。
细晶粒钢筋是通过控温并加大轧制力度，利用形变诱导相变技术，使钢筋表层局部硬化强度提高，其延性尚可，但可焊性、施工适应性稍差，其综合性能介于微合金化钢筋与余热处理钢筋之间，由于节约了稀土资源，价格降低。
余热处理钢筋是在轧制后期通过高温淬水，使钢筋表层强化强度提高，之后利用芯部散发的余热对钢筋表层进行回火处理，恢复部分延性，但延性降低仍较多，可焊性、机械连接性能及施工适应性变差，设计时应选择性使用，其最大优势是价格便宜。
5结语
高强钢筋有着诸多优点，但也有它的不足之处，高强钢筋的不足之处主要有以下几点：
5.1高强钢筋作为受拉钢筋时，由于钢筋的弹性模量并未增大，则与高应力对应的大伸长变形势必会引起混凝土结构过大的挠度和裂缝宽度，同时配高强度钢筋的构件钢筋用量减少，配筋率降低，也会进一步导致挠度和裂缝宽度的加大，影响正常使用。在用作受压钢筋时则破坏时混凝土最大压应变只能达到0.002，超过此值混凝土已压坏了，所以钢筋的最大压应变也只能达到0.002，钢筋应力不能超过0.002Es，约为400MPa，若钢筋的屈服强度超过400MPa时则钢筋不能充分发挥作用。
5.2高强度钢筋的含碳量高，导致强度提高的同时伸长率减小，流幅缩短，塑性变差，在发生脆性破坏前变形小，破坏的突然性大，不利于抗震等。
5.3高强度钢筋的含碳量高，导致可焊性差。
5.4高强钢筋生产对技术水平要求增高。
5.5高强钢筋的生产成本增大导致价格偏贵。
5.6高强度钢筋因可焊性原因采用机械连接，却从另一方面增加了费用和工人的工作量。
以上几点需要结构设计人员、施工技术人员在设计、施工中加以注意，同时材料研发科技工作者也应积极研究新技术、新工艺，进一步改善高强钢筋性能，降低价格，争取早日实现高强钢筋的普及应用。
参考文献
[1]周广武.广钢高强度钢筋生产介绍[J].柳钢科技，2009（S1）.
[2]杨才福.高强度建筑钢筋的最新技术进展[J].钢铁，2010（11）.
建筑用钢筋按力学性能分HPB235、HPB300钢筋（俗称I级钢）；HRB335、HRBF335钢筋（俗称Ⅱ级钢）；HRB400、HRBF400、RRB400级钢筋（俗称Ⅲ级钢）和HRB500、HRBF500（俗称Ⅳ级钢）等。235MPa、300MPa、335MPa级钢筋统称普通钢筋，400MPa级以上钢筋统称高强钢筋。235MPa级钢筋在新《混凝土结构设计规范》GB50010-2010中已不再提及，在规范过渡期可按原规范取值，并逐步由300MPa级钢筋取代；335MPa级钢筋也逐步由400MPa、500MPa级钢筋取代。为节约资源，实现经济可持续发展，尽快使我国混凝土结构用钢筋实现与国际接轨，在我国工程界中急需推广和应用高强度钢筋。
2高强钢筋特点分析
高强钢筋具有比普通钢筋更良好的力学性能，主要表现在以下六点：
2.1强度高：400MPa级钢筋屈服强度标准值为400MPa、极限强度标准值为540MPa、抗拉抗压强度设计值为360MPa；500MPa级钢筋屈服强度标准值为500MPa、极限强度标准值为630MPa、抗拉强度设计值为435MPa、抗压强度设计值为410MPa；600MPa级钢筋则更高。
2.2性能稳定，应变时效敏感性低。
2.3延性好：延伸率≥14%，实际上平均延伸率可达20%。
2.4冷弯性能好。
2.5焊接性能良好：适应各种焊接方法。
2.6强屈比高，安全储备大，能满足抗震要求，抗震性能好。
3高强钢筋应用价值
目前，欧美国家主要采用强度高、综合性能好的400MPa、500MPa级钢筋，在德国，建筑用钢筋已全部升级至500MPa级钢筋；美国等发达国家相继研发了600MPa级高强钢筋；日本研发出了屈服强度为685～1275MPa级超高强度钢筋。经实践证明，与335MPa级钢筋相比，400MPa级钢筋具有强度高、性能稳定、工艺性能优良、可适应各种施工工艺、焊接性能好、焊接方便、强屈比不小于1.25、抗震性能强等优点。增加建筑物安全储备，节约钢筋，具有显著的社会经济效益。在工程中应用高强钢筋有以下几大意义：
3.1钢筋是我国建筑业消费量最大的建材之一，推广高强钢筋可节约资源，不仅减少钢材消耗量，同时相应减少了工作量、节省的工期。
3.2我国是一个地震等自然灾害频发的国家，在工程领域广泛使用性能更优的高强钢筋，不仅可提高建筑物的抗震防灾能力，对提高建筑物的质量和寿命有重大作用。
3.3高强钢筋的高强度对于解决建筑结构中"肥梁胖柱"有重要作用，不仅可增加建筑使用面积，还使结构设计更灵活；另外对于高层建筑、大跨度建筑、抗震等级高的建筑等大型工程更具优势。
3.4高强钢筋具有更先进的低碳和绿色技术，推广应用高强钢筋对倡导绿色环保具有重大意义。
3.5因普通钢筋工艺简单，技术、资金实力薄弱的企业生产的劣质钢筋时常出现，给工程安全带来了隐患。生产工艺要求高的高强钢筋的推广能使生产劣质钢筋的高能耗、高污染、低技术钢厂失去市场或促使转型升级，推动钢材产业结构调整。
3.6高强钢筋的成功推广，对高性能钢筋，如抗震钢筋、耐火钢筋、耐蚀钢筋的推广也有着重要的意义，同时促进钢材行业在高性能、新工艺等方面的技术研发。
随着世界经济和中国经济的迅速增长，钢铁工业得到了长足的发展，中国正面临从钢铁大国向钢铁强国迈进，为适应开放的市场环境，必须不断调整品种结构，加快技术进步步伐，加速产品升级换代，提高中国建筑钢材的高科技含量。
最近，建设部、工信部联合印发了《关于加快应用高强钢筋的指导意见》，意见明确至2013年底，在建筑工程中淘汰335MPa级钢筋，优先使用400MPa级钢筋，积极推广500MPa级钢筋。
4高强钢筋低成本生产技术
随着建筑行业的迅速发展，建筑钢筋已是钢材产品中消耗量最大的品种，目前已占中国全部钢产量的五分之一。在不断提高建筑钢筋的性能，特别是实现其高强度化的同时，探索低成本生产工艺，具有重大的社会效益和经济效益。
微合金化是实现钢筋高强度化最主要的、已获成功的方法。为了节约贵重的钒资源，降低钢筋的生产成本，通过在钒钢中增氮，可以有效发挥钒的析出强化作用。用该工艺生产的钢筋强度提高，且仍保持较好的延性，因此焊接性能、机械连接性能及施工适应性等都十分优良，可作抗震钢筋使用，不足之处是价格偏贵。
细晶粒钢筋是通过控温并加大轧制力度，利用形变诱导相变技术，使钢筋表层局部硬化强度提高，其延性尚可，但可焊性、施工适应性稍差，其综合性能介于微合金化钢筋与余热处理钢筋之间，由于节约了稀土资源，价格降低。
余热处理钢筋是在轧制后期通过高温淬水，使钢筋表层强化强度提高，之后利用芯部散发的余热对钢筋表层进行回火处理，恢复部分延性，但延性降低仍较多，可焊性、机械连接性能及施工适应性变差，设计时应选择性使用，其最大优势是价格便宜。
5结语
高强钢筋有着诸多优点，但也有它的不足之处，高强钢筋的不足之处主要有以下几点：
5.1高强钢筋作为受拉钢筋时，由于钢筋的弹性模量并未增大，则与高应力对应的大伸长变形势必会引起混凝土结构过大的挠度和裂缝宽度，同时配高强度钢筋的构件钢筋用量减少，配筋率降低，也会进一步导致挠度和裂缝宽度的加大，影响正常使用。在用作受压钢筋时则破坏时混凝土最大压应变只能达到0.002，超过此值混凝土已压坏了，所以钢筋的最大压应变也只能达到0.002，钢筋应力不能超过0.002Es，约为400MPa，若钢筋的屈服强度超过400MPa时则钢筋不能充分发挥作用。
5.2高强度钢筋的含碳量高，导致强度提高的同时伸长率减小，流幅缩短，塑性变差，在发生脆性破坏前变形小，破坏的突然性大，不利于抗震等。
5.3高强度钢筋的含碳量高，导致可焊性差。
5.4高强钢筋生产对技术水平要求增高。
5.5高强钢筋的生产成本增大导致价格偏贵。
5.6高强度钢筋因可焊性原因采用机械连接，却从另一方面增加了费用和工人的工作量。
以上几点需要结构设计人员、施工技术人员在设计、施工中加以注意，同时材料研发科技工作者也应积极研究新技术、新工艺，进一步改善高强钢筋性能，降低价格，争取早日实现高强钢筋的普及应用。
参考文献
[1]周广武.广钢高强度钢筋生产介绍[J].柳钢科技，2009（S1）.
[2]杨才福.高强度建筑钢筋的最新技术进展[J].钢铁，2010（11）.