高碳钢筋在土木工程中的应用限制

3.1.1　钢筋的种类及验收

钢筋混凝土结构中常用的钢材有钢筋、钢丝和钢绞线三类。

3.1.1.1　钢筋的种类

钢筋的种类很多，土木工程中常用的钢筋按直径大小可分为钢丝(直径3～5 mm)、细钢筋(直径6～10 mm)、中粗钢筋(直径12～20 mm)和粗钢筋(直径大于20 mm)。

钢筋按生产加工工艺可分为热轧钢筋、冷拉钢筋、冷拔低碳钢丝、热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线等。

钢筋按其强度分为I～V级，其中I～IV级为热轧钢筋，V级为热处理钢筋。级别越高，其强度和硬度越高，而塑性和韧性逐级降低。为了便于识别，在不同级别的钢材端头涂有不同颜色的油漆。

钢筋按轧制外形可分为光圆钢筋和变形钢筋(月牙形、螺旋形、人字形钢筋)。

钢筋按供应形式可分为盘圆钢筋(≤10 mm)和直条钢筋。

钢筋按化学成分可分为碳素钢钢筋和普通低合金钢钢筋。碳素钢的含碳量直接影响它的强度，随着含碳量的增高，其强度和硬度增大，但塑性和韧性降低，性质变脆。强度高但塑性、韧性差的高碳钢筋，因破坏前无明显的征兆而发生突然断裂，故一般不宜用于土木工程中。普通低合金钢钢筋是在普通碳素钢(低碳钢和中碳钢)中加入适量的合金元素(如锰、钒、钛等)冶炼而成，以改善钢材的性能。锰能够提高强度并改善可焊性;钒、钛能够提高强度并能改善塑性和可焊性;加入少量的硅能够增加钢筋的弹性、强度。

常用的钢丝有刻痕钢丝、碳素钢丝和冷拔低碳钢丝三类，而冷拔低碳钢丝又分为甲级和乙级两种，一般皆卷成圆盘。

钢绞线一般由7根圆钢丝捻成，常用于预应力混凝土结构，钢丝为高强钢丝。钢筋按在结构中的作用可分为受力钢筋、架立钢筋和分布钢筋三类。

3.1.1.2　钢筋的验收

钢筋应有出厂质量证明书(产品合格证、出厂检验报告)和进场复验报告，钢筋端头或每捆(盘)钢筋均应有标志。进场时应按炉罐(批)号及直径分别存放、分批检验。检查内容包括查对标志和外观检查，并按现行国家有关标准的规定抽取试件作力学性能检验和重量偏差检验，检验结果必须符合有关标准的规定后方可用于工程。钢筋外观质量检查的内容包括:钢筋应平直、无损伤，表面不得有裂纹、油污、颗粒状或片状老锈。弯折钢筋不得敲直后作为受力钢筋使用，油污会导致钢筋和混凝土之间的黏结力下降，颗粒状或片状老锈影响钢筋的强度和锚固性能。无论何时，一旦发现钢筋脆断、焊接性能不良或力学性能显著不正常等现象时，应该对该批钢筋进行化学成分检验或其他专项检验。

对有抗震设防要求的框架结构，其纵向受力钢筋的强度应满足设计要求;当设计无具体要求时，对一、二、三级抗震等级，检验所得的强度实测值应符合下列规定:钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25;钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.3，钢筋最大力下总伸长率不应小于9%。

对于加工以后较长时间未使用而可能造成外观质量达不到要求的钢筋半成品，应按照上述方法对钢筋外观质量重新进行检查和评定。

3.1.2　钢筋的连接(www.xing528.com)

常用钢筋连接方法有焊接连接、绑扎连接、机械连接等。除个别情况外，应尽量采用焊接连接，以保证质量、提高效率和节约钢材。钢筋焊接分为压焊和熔焊两种形式。压焊包括闪光对焊、电阻点焊和气压焊;熔焊包括电弧焊和电渣压力焊。此外，钢筋与预埋件T形接头的焊接应采用埋弧压力焊，也可用电弧焊或穿孔塞焊，但焊接电流不宜大，以防烧伤钢筋。

3.1.2.1　焊接连接

钢筋常用的焊接方法有闪光对焊、电阻点焊、电弧焊、电渣压力焊和埋弧压力焊等。用电焊代替钢筋的绑扎，可以节约大量钢材，而且连接牢固、工效高、成本低。

钢筋的焊接质量与钢材的可焊性、焊接工艺有关。可焊性是指在相同焊接工艺条件下能获得良好焊接质量的难易程度。钢筋的可焊性与其含碳量、合金元素的数量有关，如含碳、锰数量增加，则可焊性就变差;而含适当的钛，则可改善钢筋的可焊性。HPB235级钢筋的可焊性最好，HRB335、HRB400级钢筋的可焊性较差，焊接时需采取一些技术措施以保证焊接质量。焊接工艺亦影响焊接质量，即使可焊性差的钢筋，若焊接工艺合宜，亦可获得良好的焊接效果，故改善焊接工艺是提高焊接质量的重要措施。若环境温度低于－5℃，即为钢筋低温焊接，此时应调整焊接工艺参数，使焊缝和热影响区缓慢冷却。风力超过4级时，应有挡风措施。环境温度低于－20℃时不得进行焊接作业。

图3.2　钢筋对焊原理

1－钢筋;2－固定电极;3－可动电极;4－机座; 5－变压器;6－手动顶压机构;7－闸刀开关

(1)闪光对焊

钢筋对焊(如图3.2所示)是利用对焊机使两段钢筋接触，通过低电压的强电流，把电能转化为热能，待钢筋加热到一定温度变软后，即施以轴向压力顶锻，使两根钢筋焊合在一起，形成对焊接头。

闪光对焊广泛用于钢筋纵向连接和预应力钢筋与螺丝端杆的焊接等。

1)焊接工艺。闪光对焊根据工艺的不同可以分为连续闪光焊、预热闪光焊和闪光－预热－闪光焊三种工艺。

连续闪光焊所需焊机的功率较大，适用焊接直径在25 mm以下的HPB235、HPB335和HRB400级钢筋。它的工艺过程包括连续闪光和顶锻过程，即先将钢筋夹紧在焊机电极钳口上，然后闭合电源，使两钢筋端面轻微接触。由于钢筋端部凸凹不平，开始只有一点或数点接触，接触面小而电流密度和接触电阻很大，接触点很快熔化，形成“金属过梁”。过梁进一步加热，产生金属蒸气飞溅形成闪光现象，而后再徐徐移动钢筋，保持接头轻微接触，形成连续闪光过程，同时接头也被加热，待接头端面烧平、闪掉杂质和氧化膜、白热熔化时，随即施加适当的轴向压力迅速顶锻，先带电顶锻，随之断电顶锻到一定长度，使两根钢筋对焊成为一体。在焊接过程中，由于闪光的作用，使空气不能进入接头处;同时又闪去接口中原有的杂质和氧化膜，通过挤压，把已熔化的氧化物全部挤出，因而接头质量得到保证。

连续闪光焊钢筋上限直径见表3.1。

表3.1　连续闪光焊钢筋上限直径