钢筋(钢筋混凝土用和预应力钢筋混凝土用钢材)

钢筋

钢筋混凝土用和预应力钢筋混凝土用钢材

钢筋(Rebar)是指钢筋混凝土用和预应力钢筋混凝土用钢材，其横截面为圆形，有时为带有圆角的方形。包括光圆钢筋、带肋钢筋、扭转钢筋。

钢筋混凝土用钢筋是指钢筋混凝土配筋用的直条或盘条状钢材，其外形分为光圆钢筋和变形钢筋两种，交货状态为直条和盘圆两种。

钢筋种类很多，通常按化学成分、生产工艺、轧制外形、供应形式、直径大小，以及在结构中的用途进行分类。钢筋在混凝土中主要承受拉应力。变形钢筋由于肋的作用，和混凝土有较大的粘结能力，因而能更好地承受外力的作用。钢筋广泛用于各种建筑结构。特别是大型、重型、轻型薄壁和高层建筑结构。

钢筋发展简史

钢筋混凝土的使用有悠久的历史。20世纪初，人们第一次认识到作为混凝土结构的钢筋需要使用专门设计的钢材，于是第一部钢筋混凝土设计规范在欧洲和美国诞生。最初的技术只是采用简单的圆钢和方钢，后来也使用过钢轨和型钢。

真正建筑用钢筋的生产始于20世纪30年代，人们认识到除强度外，钢筋与混凝土之间的粘结性也是非常重要的性能。也就有了带肋钢筋的大范围应用，也就是我们经常听到的螺纹钢筋。

钢筋最重要的指标就是强度，根据最传统的概念，钢筋分为I级、II级、Ⅲ级和Ⅳ级，最小屈服强度分别是235MPa、335MPa、400MPa和500MPa。2018年颁布热轧钢筋标准又新增了V级钢筋，屈服强度要求为600MPa。

混凝土钢筋的高强度化是重要的发展方向。最初人们通过提高钢中碳、锰含量，生产出了最早的高强度钢筋，碳质量分数约为0.35%，钢筋的屈服强度达到350～400MPa。与此同时，另一种获得高强度钢筋的方法是冷变形，它是通过冷拉低碳钢来提高其强度，其主要问题是塑性低、与混凝土的粘结性能不好。热轧+扭弯工艺是欧洲曾经普遍应用的高强度钢筋生产技术，即“热轧扭钢筋”，屈服强度范围为360～400MPa级，少量也应用到500MPa级。出于成本方面的考虑，“热轧扭钢筋”逐步消失并被同级的热轧钢筋取代。

进入20世纪70年代，焊接钢筋得到快速发展，促进了钢筋生产技术的转变。微合金化钢筋的开发，使得钢筋的生产技术前进了一大步。微合金化钢筋主要是利用Ti（钛）、Nb（）、V（钒）等微合金化元素，在低碳锰钢上生产出高强度钢筋，改善了钢筋韧塑性和焊接性。另一种新的钢筋热处理技术，即众所周知的“Tempcore”工艺和“Thermex”工艺首先在欧洲获得了成功应用，它被称为“余热处理钢筋”或“穿水钢筋”。这种钢筋利用轧后高温直接进行火，然后通过心部余热进行自回火。余热处理钢筋是目前欧洲高强度钢筋的主流生产工艺。此外还有一些预应力钢筋和热处理钢筋，强度更高，但用量极少。

生产工艺

2012年1月，中国出台《关于加快应用高强钢筋的指导意见》，要求在建筑工程中加速淘汰335MPa级钢筋，优先使用400MPa级钢筋，积极推广500MPa级钢筋，当时的目标是，到2015年底，高强钢筋产量将达到螺纹钢筋总产量的80%，使用量将达到建筑用钢筋总量的65%以上。大型高层建筑和大跨度公共建筑优先采用500MPa级钢筋，逐年提高生产和应用比例，从而拉开了高强钢筋推广应用的序幕。

目前，高强钢筋品种开发方面主要有五大方向：一是加强500MPa级及以上高强钢筋的研发、推广和应用；二是加强抗震钢筋的生产与应用；三是加强耐蚀钢筋的研发、推广与应用；四是加强低成本高性能钢筋的研发、推广和应用；五是加强高强钢筋应用技术的研究。

500MPa级及以上高强钢筋生产工艺

500MPa级高强钢筋生产工艺

500MPa级高强钢筋主要生产工艺是在低合金钢20MnSi的基础上添加微合金元素钒，充分利用廉价的氮实现沉淀强化，使钢材强度达到500MPa级别。钒微合金化工艺具有成分设计经济合理，钢筋性能稳定、强屈比高的特点并具有良好的低温性能与焊接性能，是生产500MPa级高强钢筋的较佳生产工艺。

成分设计和力学性能

HRB500的化学成分和碳当量应符合GBl499.2（2016修订稿）规定的要求，并根据需要钢中还可以加入钒、铌、钛等元素。

技术路线

500MPa级高强钢筋的技术路线是轧后余热处理、超细晶和微合金化三种，前两种技术采用低合金钢20MnSi的成分，微合金化技术则在20MnSi的基础上添加了钒、铌、钛等微合金元素。

1）微合金化

微合金化技术是通过冶金方法在20MnSi钢的基础上添加微合金元素达到提高钢材力学性能的目的。其强化机制是微合金化元素与钢中的碳、氮形成高熔点、高硬度的碳化物和氮化物。一方面沉淀在奥氏体晶界上，加热时不易熔入奥氏体，可阻止奥氏体晶粒的长大，造成细晶强化；另一方面这些碳化物和氮化物质点也可以在奥氏体转变成铁素体过程中或转变后析出，在铁的晶格中会阻碍位错运动，造成沉淀强化。

2）超细晶技术

超细晶技术也无需添加微合金元素，是控轧与控冷结合的现代化生产技术。控轧、控冷工艺实施的前提是轧钢生产线全流程温度的计算机控制，需要根据不同品种和规格确定特定的轧钢工艺制度。综合利用再结晶控轧、未再结晶控轧、形变诱导铁素体相变和铁素体动态再结晶机制，保证控制晶粒尺寸和微观组织，最终实现钢材的细晶强化。

3）轧后余热处理

轧后余热处理技术不需要添加微合金元素，是将热轧和热处理工艺有机地结合起来，即把钢筋热轧后直接在线淬火，进行表面冷却，然后利用钢材心部余热对钢筋表层进行回火处理，使钢筋表层组织转变为保留马氏体位向的回火索氏体组织，心部为细化的铁素体加珠光体组织，且珠光体相对含量有所增加，最终通过组织强化使20MnSi钢达到500MPa级。

虽然轧后余热处理与超细晶技术不需要添加微合金元素，但设备成本高，并且产品强屈比偏低、时效现象明显、不宜采用焊接和损伤外表面的机械连接方式。而微合金化技术不需要在轧钢生产线上增加控制温度的辅助设备，设备成本最低，产品强屈比高、时效敏感性小、焊接性能良好。通过对比产品性能与生产成本，可以看出微合金化是生产500MPa级高强钢筋的最佳技术路线。

600MPa级高强钢筋生产工艺

成分设计和力学性能

目前国内有江苏沙钢集团、承钢和济钢集团等钢厂具备成功生产600MPa级热轧螺纹钢筋的经验。

技术路线

目前，国内多家钢厂能够生产600MPa级高强度钢筋，并且已经在建筑项目上进行了应用。不过，中国当前对600MPa级高强度钢筋的化学成分、相变与组织演变和轧制与冷却生产工艺之间关系的研究不够深入，因而未能将微合金化技术与控轧控冷工艺合理匹配，一方面造成昂贵合金元素的浪费，另一方面导致钢筋力学性能无法满足要求。

国内已成功实现HRB600生产的江苏沙钢集团、承钢和济钢集团等钢厂均主要采用钒合金化的技术路线，即通过添加钒来大幅度提高强度，而目前通过铌和钛以及工艺控制途径来生产600MPa高强钢筋的尚不多见。实际上，采用钒合金化技术已成为目前世界各国发展高强度可焊接钢筋的主要技术路线。

工艺控制途径通常有两种，即控轧控冷和轧后热处理。利用控轧控冷工艺途径生产高强钢筋，主要通过低温轧制和快速冷却，尽可能地减小晶粒尺寸，提高强度。

采用合金化方式，按照与现行中低强度钢筋相同的生产工艺生产600MPa高强钢筋，一方面可避免进行生产线改造，以及由此而引起的系列设备改造和成本投入等问题，另一方面也有助于HRB600新品能够大范围迅速的生产与推广。但是，由于仅仅依靠合金元素来提高强度，会使合金成本增加，较高的合金含量也容易造成组织异常。综合来看，目前较为合理的600MPa高强钢筋的工艺路线为：以合金化方式为主，工艺控制途径为辅。尤其在初期阶段，600MPa高强钢筋的生产工艺应尽量与中低强度钢筋接近，以利于推广应用。

抗震高强钢筋生产工艺

随着中国建筑工业对钢筋性能的要求越来越高，建筑结构的安全性、抗震性问题引起了普遍关注。

成分设计和力学性能

中国在GB1499.2-2007标准中首次将钢筋的抗震性能指标纳入国标中，并规定了抗震钢筋的三个代表性指标：强屈比（R˚m/R˚eL）、超屈比（R˚eL／ReL）和最大力总伸长率（Agt）。

技术路线

1）微合金化技术

高应变低周疲劳性能是钢筋的主要抗震指标，提高抗震钢筋高应变低周疲劳的主要途径是微合金化。微合金化技术通过细化晶粒和析出强化来改善钢筋的综合性能，目前在国内外应用较为广泛。中国在选用微合金化元素时，优先选用钒，并在加入钒的同时加入少量的氮，增加了V（C，N）析出相的数量，从而充分发挥了析出强化和细晶强化的作用，使钢的抗震性能得到显著提高。

另外，已经有研究人员采用了铬+钒微合金化工艺成功研制出600MPa级细晶高强抗震钢筋。该研究是利用钒在钢中形成V（C，N）化合物，极大地提高了钢的强度。同时加入一定量的铬，使得钢筋抗震性能明显改善，最终力学性能指标达到600MPa级细晶高强抗震的要求。钢筋的金相组织为：边部和心部均为“铁素体+珠光体”，没有出现影响使用性能的贝氏体和边部回火组织。

2）细晶化技术

日本很早就已经开始研究细晶化技术，将大变形量轧制结合动态再结晶来细化晶粒，利用细晶化技术开发出了685-980MPa超高强度抗震钢筋，代表了国际先进水平。中国除了采用强力变形与动态再结晶外，重点将形变和相变结合起来以达到晶粒细化的目的。研究指出，细晶钢筋循环塑性变形范围大，材料变形时裂纹开裂的几率低，而且细晶钢筋比余热处理钢筋具有更高的循环韧度和低周疲劳寿命，同时，超细晶钢比铁素体-珠光体钢具有更优异的焊接性。

不过，细晶化钢筋虽然性能优异，在实际应用中仍然存在不足之处。例如对设备和工件尺寸要求比较严格；大规格的棒材变形和冷却不均造成组织不均和性能内外的差异；晶粒过细时屈服强度比抗拉强度提高的幅度更大，导致强屈比下降，不能满足抗震钢筋的性能要求。另外，细晶钢筋由于晶粒较细，晶界较多，耐腐蚀性低。因此，细晶化技术还有待于进一步发展。

钢筋加工

钢筋混凝土结构通常采用直径为6～40mm的Ⅰ～Ⅱ级钢筋。预应力混凝土结构中，受力钢筋采用强度为1000MPa以上的碳素钢丝、钢绞线和热处理钢筋。冷拉Ⅱ～Ⅳ级钢筋和冷拔低碳钢丝也可作为中小型预应力混凝土结构构件的受力钢筋。所有钢筋在加工前，都要进行材质检验。

钢筋的冷强加工

为了节约钢材并提高钢筋设计强度，一般热轧钢筋可采用冷强加工措施，即在常温下通过强力对热轧钢筋施加荷载，直至超过屈服强度的一定限度后卸荷，引起钢筋发生强化。冷强可使钢筋的强度升高，塑性降低。冷强的方法有冷拉、冷拔和冷轧三种。(1)冷拉。对钢筋施加拉力，使其内应力超过屈服强度的1.4倍左右，可采用控制应力和控制冷拉率两种方法，冷拉率根据试验结果确定。(2)冷拔。对直径小于10mm的普通碳素钢热轧圆盘条施加强力拉拔，使其通过比钢筋直径小0.5～1.0mm的拔丝模，拔制2～3遍后即可获得直径为3～5mm的冷拔低碳钢丝。(3)冷轧。在钢筋冷轧机上对光面钢筋的两个相互垂直方向，用轧交替压扁，轧制成冷轧变形钢筋。

钢筋成型工艺流程主要有除锈、调直、切断、弯曲成型和焊接等工序。

(1)除锈。当钢筋表面已形成用锤击即能脱落的深褐色铁锈时，应采用钢丝刷、电动圆盘钢丝刷、砂盘、喷砂或酸洗除锈。具体除锈手段可根据工作量及施工条件选定。

(2)调直。直径小于12mm的普通碳素钢热轧圆盘条，应采用自动调直切断机或冷拉拉直的方法调直。直径较大的直条钢筋应先采用闪光对焊和电弧焊等方法把钢筋连接起来，然后再进行冷拉拉直。

(3)切断。根据钢筋的下料长度和所需的根数进行切断。通常采用电动或手动切断机切断。

(4)弯曲成型。对要求加工成非直线型的钢筋采用机械进行弯曲成型，筋和小直径钢筋在多头弯曲机或联合成型机上弯曲成型。

(5)钢筋焊接。在加工场进行，主要有三种焊接方法：闪光对焊，主要用于短钢筋接长；点焊，主要用于焊接钢筋网和钢筋骨架；电弧焊，主要用于大型钢筋骨架的组合。

钢筋网和钢筋骨架的加工

为尽可能减少现场安装的工作量、缩短工期，把成型好的钢筋组合成钢筋网或钢筋骨架是经济有效的方法。尤其在冶金工厂的大型设备基础和地下深基础建筑中，如铁皮沉淀池、大直径浇注桩、连续墙等，采取用机械吊装整体刚度较好的大型钢筋骨架入模的方法，对保证质量与缩短工期都是有利的。钢筋网或钢筋骨架的组合连接，通常采用人工绑扎、电弧焊和点焊三种形式。地下连续墙的钢筋骨架因要放入泥浆中，其纵横向钢筋搭接处若用钢丝绑扎会造成接头处的泥浆凝聚成团，必须采用点焊工艺。通常使用的点焊机有固定式和悬挂移动式两种。后者可以焊接较宽的钢筋网或组合钢筋骨架。标准定型的和面积较大的钢筋网焊接宜在多头自动点焊机上进行。

预应力钢筋的制作

主要工序有：

(1)焊接和冷拉。用冷拉钢筋作预应力钢筋时，先对热轧钢筋进行闪光对焊，再按规定的冷拉率采用螺丝端杆或镦粗头锚固的方法进行冷拉。

(2)镦粗。对钢筋端头用冷镦或热镦方法镦粗。冷镦有冷冲镦粗和液压镦粗两种，冷镦常用于冷拔低碳钢丝的镦粗；热镦一般用于热轧钢筋。

(3)和压波。增强光面钢丝和混凝土之间粘结力的手段，常用于先张法高强度预应力钢丝。刻痕是钢丝通过刻痕机内的一对轧辊而形成压痕。压波是在钢丝端部区段内用千斤顶和一对压块将钢丝局部压成波纹。

(4)下料和编束。后张法预应力构件采用成束的钢丝、钢绞线或钢筋作预应力钢筋时，要根据构件长度、锚具形式、张拉设备的种类和预应力钢筋的伸长值计算下料长度。下料后进行编束。编束工作一般在专用设备上进行。按每束规定的根数，将钢筋逐根排列理顺，每隔1m左右用18～22号铁丝编束，同时放一弹簧圈做衬件。

把预应力钢筋锚固在台座、模板或硬化的混凝土上需要锚具和夹具。锚具是在预应力混凝土结构上永久锚固预应力钢筋的工具，一般用于后张法构件。夹具是把预应力钢筋临时固定在张拉台座或模板上的工具，一般用于先张法构件。锚具和夹具的类型很多，各有一定的适用范围，需根据预应力钢筋的种类、张拉设备和施加预应力的方法进行选择。

钢筋的检验

钢筋是建筑工程中不能缺少的材料，进场之前需进行验收。钢筋进场检验的内容包括：

1、钢筋进场的时候，必须要有出厂质量证明书，或是产品试验相关报告单，然后根据它的品种、批号以及直径大小进行分批验收。而每批重量的热轧钢筋不能高于60t，钢绞线不能高于20t。

2、对于钢筋的标牌和外观进行验收监测检查，按照相关规定对其抽样做机械性试验，看看其化学成分以及力学性能。

3、钢筋进场的时候，需对其全数的外观进行检查，看看是否平直，有没有存在损伤的现象，表面不能有裂纹、油污等。对于弯折过的钢筋，不能采用敲直的方式再拿来使用，并且它的表面不能存在影响自身强度以及锚固性能的锈蚀。

4、对于进场的钢筋，我们还需做力学性能的试验，从每批的钢筋中随意抽取两根，然后进行屈服点、抗拉强度等方面的拉伸试验。

5、钢筋进场进试验之后，凡有一项结果不符合规定，必须从它同一批钢筋中另外再抽取双倍数量，然后重新做各项试验。试验是由还是有试件不合格，那么此批钢筋则被认定为不合格品，不予验收。

分类

钢筋种类很多，通常按化学成分、生产工艺、轧制外形、供应形式、直径大小，以及在结构中的用途进行分类：

(一)按轧制外形分

(1)光面钢筋：I级钢筋(Q235钢钢筋)均轧制为光面圆形截面，供应形式有盘圆，直径不大于10mm，长度为6m~12m。

(2)带肋钢筋：有螺旋形、人字形和月牙形三种，一般Ⅱ、Ⅲ级钢筋轧制成人字形，Ⅳ级钢筋轧制成螺旋形及月牙形。

(3)钢线(分低碳钢丝和碳素钢丝两种)及钢绞线。

(4)冷轧扭钢筋：经冷轧并冷扭成型。

(二)按直径大小分

钢丝(直径3~5mm)、细钢筋(直径6~10mm)、粗钢筋(直径大于22mm)。

(三)按力学性能分

Ⅰ级钢筋(HPB235级);Ⅱ级钢筋(HRB335);Ⅲ级钢筋(HRB400)和Ⅳ级钢筋(RRB400)

(四)按生产工艺分

热轧、冷轧、冷拉的钢筋，还有以Ⅳ级钢筋经热处理而成的热处理钢筋，强度比前者更高。

(五)按在结构中的作用分

受压钢筋、受拉钢筋、架立钢筋、分布钢筋、箍筋等。

规格

钢筋的规格其实就是指钢筋的直径。

Ⅰ级钢(光圆)-6.5、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32等。

Ⅱ级钢(带肋)-6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32等。

Ⅲ级钢(带肋)--6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32等。

钢筋常见直径6、6.5、8、12、14、16、18、20、22、25、28、32。

上面介绍的直径单位均为毫米。

钢筋的应用

钢筋广泛用于房屋、桥梁、道路等土建工程建设。大到高速公路、铁路、桥梁、涵洞、隧道、防洪、水坝等公用设施，小到房屋建筑的基础、梁、柱、墙、板，螺纹钢都是不可或缺的结构材料。目前我国在大力推广应用高强螺纹钢的使用，在满足同样的强度和标准尺寸下，采用三级螺纹钢比二级螺纹钢降低钢材消耗约11%-15%。

热轧圆盘条、热轧光圆钢筋、热轧带肋钢筋、余热处理钢筋一般用于普通钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构，钢绞线、预应力钢丝多用于预应力钢筋混凝土结构。

钢筋工程中，预制构件的吊环必须采用未经冷拉处理的I级热轧光圆钢筋制作，余热处理钢筋严禁用于铁路桥梁内，热处理钢筋不得用作焊接和点焊钢筋。

光面钢筋广泛应用于汽车、机械、建筑、家电、五金工具、化工、运输、排船、金属制品、钉类制品等行业。具体包括，用于制造螺栓、螺母、螺钉等紧固件，预应力钢丝、钢绞线、弹簧钢丝、镀锌钢丝等。5.5-25毫米的小圆钢大多以直条成捆供应，常用作钢筋、螺栓及各种机械零件；大于25毫米的圆钢，主要用于制造机械零件或作无缝钢管坯。

性能

钢筋的力学性能指标有4个，即屈服强度、极限抗拉前度、伸长率和冷弯性能。

屈服强度

对于软钢，取下屈服点c的应力作为屈服强度。对无明显屈服点的硬钢，设计上通常取残余应变为0.2%时所对应的应力力作为假想的屈服点，称为条件屈服强度。用σ0.2来表示。对钢丝和热处理钢筋的σ0.2，规范统一取0.8倍极限抗拉强度。

极限抗拉强度

对于软钢，取应力应变曲线中的最高点为极限抗拉强度，对于硬钢，规范规定，将应力——应变曲线的最高点作为强度标准值的依据。

伸长率

伸长率是衡量钢筋望性能的一个指称，用λ表示。λ为钢试件拉断后的残余应变。

伸长率大的钢筋塑性性能好，拉断前有明显的预兆，伸长率小的钢筋塑性性能差，其破坏会突然发生,呈脆性特征，具有明显屈服点的钢筋有较大的伸长率，而无明显束缚点的钢筋伸长率很小。

冷弯试验

冷弯试验是检验钢筋塑性的另一种方法。伸长率一般不能反映钢筋的脆化倾向，而冷弯性能可间接地反映钢筋的塑性性能和内在质量。冷弯试验的两个主要参数是弯心直径D和冷弯角度α。冷弯试验合格的标准为在规定的D和α下冷弯后的钢筋无裂纹、鳞落或断裂现象。

国家标准