钢材基础知识钢筋钢绞线

钢材钢材按其形状分类可分为型材、棒材（或线材）和异形材（特种形状）等三类。型材主要包括型钢和钢板，常用于钢结构建筑。线材主要包括钢筋、预应力钢筋、高强钢丝和钢绞线等，它是钢筋混凝土建筑中使用的主要材料之一。异型材是为特殊用途而制作的，如预应力混凝土桥梁中的锚具、夹具和大变形伸缩装置中使用的异型钢梁等。钢材具有以下优点：组织均匀密实，强度很高，且具有相当高的塑性和韧性，不仅能铸成各种形状的铸件，而且也能承受各种形式的压力加工，能够进行焊接、铆接和切割，便于装配。缺点：容易锈蚀，维修费用大。钢的主要元素对其性质的影响：1.碳：是钢铁中的重要元素，它对钢铁的性能有决定性的作用。含碳量的增加，会提高钢的屈服点，抗拉强度及硬度，但伸长率及冲击韧性则降低，耐腐蚀性下降，可焊性变差。2.磷：是钢铁中的有害杂质，它在钢中会显著降低钢的塑性及冲击韧性，在低温下使钢变脆，称为冷脆性。3.硫：是钢铁中的有害杂质，它使钢在热机械加工时产生裂缝而破坏，称为热脆性，会降低钢的耐磨性和可焊性。4.硅：是炼钢时为了脱氧而有意加入的，它能显著提高钢的强度极限，并在较小的程度上提高其屈服极限，提高抗腐蚀能力，改善钢的质量。5.锰：是炼钢时为了脱氧和去硫而有意加入的，锰可以形成碳化物，但大部分进入铁素体使其强化，从而显著提高其强度和硬度，并降低钢的热脆性。钢材的主要力学性能1.强度强度是钢材力学性能的主要指标，包括屈服强度和抗拉强度。(1)屈服强度也称屈服极限，它是钢材开始丧失对变形的抵抗能力，并开始产生大量塑性变形时所对应的应力。中碳钢和高碳钢没有明显的屈服点,通常以残余变形0.2%的应力作为屈服强度。(2)抗拉强度,它是钢材所能承受的最大拉应力.即当拉应力达到强度极限时,钢材完全丧失了对变形的抵抗能力而断裂。(3)屈强比是屈服强度和抗拉强度的比值,通常用来比较结构的可靠性和钢材的有效利用率。屈强比越小，结构可靠性越高，即延缓结构损伤程度潜力越大，但比值太小，则钢材的利用率太低。2.塑性塑性是钢材在受力破坏前可以经受永久变形的性能，通常用伸长率和断面收缩率表示。(1)伸长率：是钢材受拉发生断裂时所能承受的永久变形能力。试件拉断后标准长度的增量与原标准长度之比的百分率即伸长率。(2)断面收缩率：是指试件拉断后缩颈处横断面积的最大缩减量占原横断面积的百分率。3.冷弯性能冷弯性能是钢材在常温条件下承受规定弯曲程度的弯曲变形能力，并可在弯曲中显示钢材缺陷的一种工艺性能，规定试件在规定的弯曲角度、弯心直径及反复弯曲次数后，试件弯曲处不产生裂纹、断裂和起层等现象是即认为合格。4.硬度硬度是钢材抵抗其他较硬物体压入的能力，实际上硬度为钢材抵抗塑性变形的能力。测定钢材硬度常用的方法有布氏法、洛氏法和维氏法，相应的作为硬度指标有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）和维氏硬度（HV）。硬度常用于检查钢材质量和确定合理的加工工艺。5.冲击韧性钢材的冲击韧性，是指钢材在冲击荷载作用下断裂时吸收能量的能力，它是衡量钢材抵抗脆性破坏的力学性能指标。6.耐疲劳性钢材若在交变应力（随时间作周期性交替变更的应力）的反复作用下，往往在工作应力远小于抗拉强度时发生骤然断裂，这种现象称为疲劳破坏。钢材抵抗疲劳破坏的能力称为耐疲劳性。7.良好的焊接性良好的焊接性是指钢材的连接部分焊接后力学性能不低于焊件本身，以防止产生硬化脆裂和内应力过大等现象。二、钢筋检测钢筋的力学性能和表面质量要求钢筋混凝土中的钢筋和预应力混凝土中的非预应力钢筋有光圆钢筋、热轧带肋钢筋和冷轧带肋钢筋。光圆钢筋、热轧带肋钢筋力学性能和工艺性能（GB1499.1-2008,GB1499.2-2007）品种强度等级代号公称直径（mm）屈服强度Rel（MPa）抗拉强度Rm（MPa）伸长率A（%）最大力总伸长率AAgt（%）弯曲试验180°°d:弯心直径a:钢筋直径反向弯曲正弯90°再反弯20°外形不小于光圆钢筋HPB2356～2223537025.010.0d＝a/HPB300300420热轧带肋钢筋HRB335HRBF3356～2528～40＞40～5033545517.07.5d＝3ad＝4ad＝5a反向弯曲弯心直径径比弯曲试验验相应增加一一个钢筋直径径HRB400HRBF4006～2528～40＞40～5040054016.0d＝4ad＝5ad＝6aHRB500HRBF5006～2528～40＞40～5050063015.0d＝6ad＝7ad＝8a注1.直径28mm-40mm各牌号钢筋的断后伸长率可降低1%，直径大于40mm各牌号钢筋的断后伸长率可降低2%。2.有较高要求的抗震结构适用牌号为：在上表已有牌号后加E（例如HRB335E）的钢筋。该类钢筋除满足以下a、b、c的要求外，其他要求与相对应的已有牌号钢筋相同。a．钢筋实测抗拉强度与实测屈服强度之比不小于1.25。b．钢筋实测屈服强度与上表规定的屈服强度特征值之比不大于1.30。c．钢筋的最大总伸长率不小于9%。表面质量要求：钢筋外表有严重锈蚀、麻坑、裂纹、结疤、折叠、夹砂和夹层等缺陷时，应予以剔除，不得使用。热轧带肋钢筋表面允许有凸块，但不得超过横肋的高度，钢筋表面上其他缺陷的深度和高度不得大于所在部位尺寸的允许偏差。冷轧带肋钢筋力学性能和工艺性能（GB13788-2000）强度等级抗拉强度不小于伸长率不小于弯曲试验180°°反复弯曲次数数松弛率初始应应力=0.7σb10倍标距100倍标距1000h,%不不大于10h,%不大于于CRB5505508.0-d＝3a---CRB650650-4.0-385CRB800800-4.0-385CRB970970-4.0-385CRB11701170-4.0-385注：反复弯曲试验的弯曲半径为：钢筋公称直径小于5mm的为10mm，钢筋公称直径不小于5mm的为15mm。表面质量要求：钢筋表面不得有裂纹、折叠、结疤、油污及其他影响使用的缺陷。钢筋表面可有浮锈，但不得有锈皮及目视可见的麻坑等腐蚀现象。当有上述缺陷时，应予剔除，不得使用。2．钢筋力学性能检测（1）组批规则钢筋应按批进行检查和验收，每批应由同一牌号、同一炉罐号、同一规格的钢筋组成，每批重量通常不大于60t。超过60t的部分，每增加40t（或不足40t的余数），增加一个拉伸试验试验和一个弯曲试验。允许由同一牌号、同一冶炼方法，同一浇注方法的不同炉罐号组成混合批，但各炉罐号含碳量之差不大于0.02%，含锰量之差不大于0.15%。混合批的重量不大于60t。（2）取样数量各类钢筋每组试件数量均为4根，其中2根拉伸试验，2根弯曲试验。应注意问题：a.4根试件应从任意两根中切取，每根钢筋上切取一个拉伸试件、一个冷弯试件。b.盘条试件应取自同盘的两端。c.试件切取时，应在钢筋或盘条的任意一端截去500mm后切取。d.一般试件截取长度为：拉伸试件：L≥10d+200mm弯曲试件：L≥5d+150mm（3）试验步骤①.首先在试件画标距（新标准标距均为5d），估算试验所需最大力。②.调试试验机，选择合适的量程。试件破坏荷载必须大于试验机全量程的20%且小于试验机全量程的80%，试验机的测量精度应为±1%。检查试验机的阀门、夹具、平衡砣、指针丝杆等，有无异常，启动试验机，进行试运转。将试验机活动夹头部分升起1-2cm，关闭送油阀和回油阀，初步调整指针至零。试验开始前，应记录所使用的试验机的规格型号、精度、分度值、管理编号和设备性能状况。试验一般在10-35℃范围内进行，对温度严格的试验，检测室温度应为23±5℃。试验开始前应检查检测室的温度，并做好记录。③.试样夹持和调零。启动试验机，将活动夹头部分升起到适当的位置，将试样夹持在活动夹头之中，然后关闭送油阀和回油阀，调整试验机指针至零。再调整试验机两个夹头之间的距离，把试样的另一端夹持在试验机的固定夹头之中。夹持好的试样应确保承受轴向拉力的作用。测量屈服强度和抗拉强度。钢筋拉伸试验在试验机上进行时，当测力度盘的指针停止转动后恒定负载或第一次回转的最小负荷即为屈服点的荷载。屈服强度（ReL）以MPa表示,ReL=FeL÷Ao式中FeL—相当于所求屈服应力时的荷载（N）Ao—试件原横截面积（mm2）。结果精确到5MPa。（注：当结果＜2.5MPa时，舍去；当结果为2.5～7.5MPa时，取修约至5MPa；当结果≥7.5MPa时，修约至10MPa）抗拉强度是向试件连续加荷直至拉断，由测力度盘或拉伸曲线上读出最大负荷Fm，抗拉强度（Rm）以MPa表示,Rm=Fm÷Ao式中Fm—试件拉断前的最大荷载（N）Ao—试件原横截面积（mm2）。结果精确到5MPa。④.伸长率测量。工程中钢材塑性指标通常用伸长率和断面收缩率表示，钢筋一般只进行伸长率单项抽检，当试件拉断后标距长度的增量与原标距长度之比的百分率即为伸长率，A5=（L1-L0）÷L0×100%式中L1—试件拉断后标距部分的长度（mm）L0—试件原标距长度（mm）。结果精确到0.5%。注意：1.为了测定断后伸长率，应将试样断裂的部分仔细地配接在一起，使其轴线处于同一直线上，并采取特别措施确保试样断裂部分适当接触后测量试样断后标距。这对于小横截面试样和低伸长率试样尤为重要。2.应使用分辨率优于0.1mm的量具或测量装置测定断后标距，准确到±0.25mm。⑤.冷弯性能试验冷弯是评定钢材塑性和工艺性能的重要依据，用以检验钢材在常温下承受规定弯曲程度的弯曲变形的能力。因为工程中经常需对钢材进行冷弯加工，冷弯试验就是模拟钢材弯曲加工而确定的。通过冷弯试验，不仅能检验钢材适应冷加工能力和显示钢材内部缺陷（如起层，非金属夹渣等）状况，而且由于冷弯时试件中受弯部位受到冲头挤压以及弯曲和剪切的复杂作用，因此也是考察钢材在复杂应力状态下发展塑性变形能力的一项指标。所以，冷弯试验对钢材质量是一种较严格的检验。弯曲试验可在配备弯曲装置的压力机或万能试验机上进行。常用弯曲装置有支辊式、V形模具式、虎钳式、翻板式等四种，其中常用的是支辊式。试验时将试样放在满足条件的设备上缓慢加力，弯曲至规定的弯曲角度。⑥．反复弯曲试验反复弯曲试验是将试样一端加紧，然后绕着规定半径的圆柱形表面使试样弯曲90°，再向相反方向弯曲，如次反复弯曲。用以检验金属材料的反复弯曲塑性变形性能，并显示其缺陷。反复弯曲试验在专用的试验机上进行。先选择好弯曲圆弧半径、弯曲圆弧顶部至拨杆底面的距离以及拨杆孔径。使弯曲臂处于垂直位置，将圆柱形试样平行于夹持面，插入并加紧下端。弯曲试验是将试样从起始位置向右（左）弯曲90°后返回起始位置，作为第一次弯曲，再由起始位置向左（右）弯曲90°，试样再返回起始位置作为第二次弯曲，依次连续反复弯曲，试样折断时的最后一次弯曲不计。弯曲试验应连续进行到有关标准中所规定的弯曲次数或试样折断为止。（4）、复验与判定规则①、屈服强度、抗拉强度和伸长率评定屈服强度、抗拉强度和伸长率均应符合标准中规定的指标。在做拉力检验的两根试件中，如一根试件的屈服强度、抗拉强度、伸长率三个指标中有一个指标不符合标准时，即为拉力试验不合格，应取双倍试件重新测定；在第二次拉力试验中，如仍有一个指标不符合规定，不论这个指标在第一次试验中是否合格，判定拉力试验项目仍不合格，表示该批钢筋为不合格品。试验结果出现下列情况之一者，试验结果无效：a.试件断在标距外（伸长率无效）；b．操作不当，影响试验结果；c．试验记录有误或设备发生故障。②、冷弯试验评定冷弯试验后，弯曲外侧表面无裂纹、断裂或起层，即判为合格。做冷弯的两根试件中，如有一根试件不合格，可取双倍数量试件重新做冷弯试验，第二次冷弯试验中，如仍有一根不合格，即判该批钢筋为不合格品。③、反复弯曲试验评定弯曲次数达到或超过有关标准中规定的弯曲次数判为合格。三、钢绞线检测1、预应力混凝土用钢绞线的力学性能和表面质量要求钢绞线是钢厂用优质碳素结构钢经过冷加工、再经回火和绞捻等加工而成的，塑性好、无接头、使用方便，专供预应力混凝土结构使用。桥涵工程常用1×7结构钢绞线。力学性能见下表：表面质量要求：钢绞线表面不得带有降低钢绞线与混凝土粘接力的润滑剂、油渍等物质，允许有轻微的浮锈，但不得锈蚀成肉眼可见的麻坑。允许表面存在回火颜色。1×7结构钢绞线力学性能钢绞线结构钢绞线公称直直径抗拉强度不小于MPa整根钢绞线的最大大力不小于（kN）规定非比例延伸率率不小于（kN）最大总伸长率不小于（mm）应力松弛性能初始负荷相当于公公称最大力的的百分数1000h后应力力松弛率不大于1×79.50172094.384.9对所有规格3.5对所有规格607080对所有规格1.02.54.5186010291.8196010796.311.1017201281151860138124196014513112.7017201701531860184166196019317415.2014702061851570220198167023421117202412171860260234196027424715.701770266239186027925117.8017203272941860353318（1×7）C12.70186020818715.20182030027018.001720384346注：a.规定非比例延伸力Fp0.2值不小于整根钢绞线公称最大力的90%。b.每一交货批钢绞线的实际强度不能高于其抗拉强度级别200MPa。c.钢绞线弹性模量为195±10GPa,但不作为交货条件。钢绞线的伸直性：取弦长为1m的钢绞线，放在一水平面上，其弦长与弧内侧最大自然失高不大于25mm。2、预应力混凝土用钢绞线的力学性能检测组批规则钢绞线应成批验收，每批钢绞线由同一牌号、同一规格、同一生产工艺捻制的钢绞线组成。每批质量不大于60t。（2）、取样、复验规则从每批钢绞线中任取3盘，并从每盘所选的钢绞线端部正常截取一根试样进行表面质量、直径偏差和力学性能试验。如每批少于3盘，则应逐盘取样进行上述试验。试验结果如有一项不合格时，则不合格盘报废，并再从该批未试验过的钢绞线中取双倍数量的试样进行该不合格项的复验，如仍有一项不合格，则该批钢绞线为不合格。（3）、拉伸试验①、最大力整根钢绞线的最大力试验按GB/T228的规定进行。如试样在夹头内和距钳口2倍钢绞线公称直径内断裂达不到标准性能要求时，试验无效。计算抗拉强度时要取钢绞线的参考截面积值。结果保留到10MPa。②、规定非比例延伸力钢绞线规定非比例延伸力采用的是引伸计标距的非比例延伸达到原始标距0.2%时所受的力。③、最大力总伸长率最大力总伸长率的测定GB/T228的规定进行。使用计算机采集数据或使用电子拉伸设备测量伸长率时，预加负荷对试样所产生的伸长率应加在总伸长内。④、应力松弛试验应力松弛是钢绞线在恒定长度下应力随时间而减小的现象。目前在施工中普遍要求测量钢绞线的松弛率。应力松弛试验时，要求试验期间试样的环境温度始终保持在20℃±2℃内。试验标距长度不小于公称直径的60倍。试样制备后不得进行任何热处理和冷加工。初始负荷应在3-5min内均匀施加完毕，持荷1min后开始记录松弛值。允许用至少100h的测试数据推算1000h的松弛率值。四、焊接钢筋质量检测方法（JGJ18-2003）术语：1.钢筋的闪光对焊将两钢筋安放成对接形式，利用电阻热使接触点金属融化，产生强烈飞溅，形成闪光，迅速施加顶锻力完成的一种压焊方法。2.钢筋电弧焊以焊条作为一级，钢筋为另一级，利用焊接电流通过产生的电弧热进行焊接的一种熔焊方法。3.热影响区焊接或热切割过程中，钢筋母材因受热的影响（但未融化），使金属组织和力学性能发生变化的区域。（钢筋闪光对焊接头：0.7d；钢筋电弧焊接头：6-10mm）4.延性断裂伴随明显塑性变形而形成延性断口（断裂面与拉应力垂直或倾斜，其上具有细小的凹凸，成纤维状）的断裂。5.脆性断裂几乎不伴随塑性变形而形成脆性断口（断裂面通常与拉应力垂直，宏观上由具有光泽的亮面组成）的断裂。钢筋接头一般应采用焊接，钢筋的焊接应优先选用闪光对焊，当缺乏闪光对焊条件时，也可采用电弧焊、电渣压力焊、气压焊等。不同焊接方式的质量检测内容和标准如下。钢筋闪光对焊接头批量规定在同一台班内，由同一焊工按同一焊接参数完成的300个同类型（指钢筋级别和直径相同的接头）接头作为一批。一周内连续焊接时可以连续计算，一周内累计不足300个接头时，亦按一批计算。外观检查每批抽查10%的接头，并不得少于10个。焊接等长的预应力筋焊接等长的预应力筋（包括螺丝端杆与钢筋）时，可按生产时同等条件制作模拟试件。螺丝端杆接头螺丝端杆接头可只做拉伸试验，步骤如下：接头处不得有横向裂纹。与电极接触处的钢筋表面对HPB235、HRB335、HRB400钢筋不得有明显烧伤；对HRB500钢筋不得有烧伤；低温对焊时，对HRB335、HRB400、HRB500钢筋不得有烧伤。接头处的弯折不得大于4°。接头处的钢筋轴线偏移不得大于0.1倍的钢筋直径，同时不得大于2mm。当有一个接头不符合要求时，应对全部接头进行检查，剔出不合格品。不合格接头切除重焊后，可再次提交验收。力学性能试验包括拉伸试验和弯曲试验。应从每批成品中切取6个试件，3个进行拉伸试验，3个进行弯曲试验。结果应符合下列要求：（1）3个热轧钢筋接头试件的抗拉强度均不得小于该级别钢筋规定的抗拉强度。（2）应至少有2个试件断于焊缝之外，并呈延性断裂。当试验结果有1个试件的抗拉强度小于上述规定值，或有2个试件在焊缝或热影响区发生脆断时，其抗拉强度均小于钢筋规定抗拉强度的1.10倍时,应再取6个试件进行复验，并复验结果。当仍有1个试件的抗拉强度小于规定值时，或有3个试件断于焊缝或热影响区，呈脆性断裂，应确认该批接头为不合格。预应力钢筋与螺丝端杆闪光对焊接头拉伸试验结果，3个试件应全部断于焊缝之外，呈延性断裂。当试验结果有1个试件在焊缝或热影响区发生脆性断裂时，应从成品中再切取3个试件进行复验，并复验结果。当仍有1个试件在焊缝或热影响区发生脆性断裂时，应确认该批接头为不合格。模拟试件的试验结果不符合要求时，应从成品中切取试件进行复验，其数量和要求应与初始试验时相同。（5）闪光对焊接头弯曲试验时，应将受压面的金属毛刺和镦粗变形部分消除，且与母材的外表齐平。弯曲试验可在万能试验机上进行，焊缝应处于弯曲中心点，弯心直径：HPB235为2d、HRB335为4d、HRB400为5d、HRB500为7d,直径大于28mm的钢筋，弯心直径增加1倍钢筋直径，弯曲角度均为90°。当弯至90°时，至少有2个试件不得发生破断。当有2个试件发生破断时，应再取6个试件进行复验，当仍有3个试件发生破断，应确定该批接头为不合格品。钢筋电弧焊接头1、批量规定以300个同类型接接头为一批，不不足300个仍按一批批。2、外观观检查应在接头清清渣后逐个进进行目测或量量测，检查结结果符合下列列要求：焊缝表面平整，不不得有较大的的凹陷、焊瘤瘤。接头处不得有裂纹纹。坡口焊及熔槽帮条条焊加强高度度不大于3mm。咬边深度、气孔、夹夹渣的数量和和大小以及接接头偏差，符符合规范要求求。3、强度检验试验从成品中每批切取取3个接头做拉拉伸试验，结结果应符合下下列要求：（1）3个热轧钢筋接头试试件的抗拉强强度均不得低低于该级别钢钢筋的规定抗抗拉强度值，余余热处理Ⅲ级钢筋接头头试件抗拉强强度均不得小小于HRB4000钢筋规定的的抗拉强度值值。（2）至少有2个试件件呈塑性断裂裂，3个试件均断断于焊缝之外外。当检验结结果有1个试件的抗抗拉强度低于于规定指标或或有2个试件发生生脆性断裂时时，其抗拉强强度均小于钢钢筋规定抗拉拉强度的1..10倍时,应取双倍数数量的试件进进行复验，复复验结果若仍仍有1个试件的抗抗拉强度低于于规定指标，或或有1个试件断于于焊缝，或有有3个试件呈脆脆性断裂时，则则该批即为不不合格品。（三）电渣压力焊焊1、接头质量检查电渣压力焊接头应应逐个进行外外观检查。在在做力学性能能试验时，从从每批接头中中随机切取3个试件做拉拉伸试验，应应符合下列要要求：在一般构筑物中，以300个同级别钢筋接头作为一批。在现浇钢筋混凝土土结构中，每每一施工区段段中以300个同级别钢钢筋接头作为为一批，不足足300个接头仍为为一批。2、外观检查质量要要求电渣压力焊接头外外观检查结果果应符合下列列要求：（1）接头焊毕，应停停歇适当时间间，才可回收收焊剂和卸下下焊接夹具敲敲去渣壳，四四周焊包应均均应，凸出钢钢筋表面的高高度至少4mm，应确保焊接接质量。（2）电极与钢筋接触触处，无明显显的烧伤缺陷陷。（3）接头的弯折角不不大于4°。（4）接头处的轴线偏偏移不超过0.1倍钢筋直径径，同时不大大于2mm。外观检查不合格的的接头应切除除重焊，或采采取补强措施施。3、拉伸试验验质量要求电渣压力焊接头拉拉伸试验结果果，3个试件的抗抗拉强度均不不得低于该级级别钢筋规定定的抗拉强度度值。当试验结果有一个个试件的抗拉拉强度低于规规定指标，应应取6个试件进行行复验，若仍仍有1个试件的抗抗拉强度低于于规定指标，则则确定该批接接头为不合格格品。（四）气压压焊1、接头质质量检查气压焊接头头应逐个进行行检查