预制混凝土构件钢材的生产与应用技术

目前混凝土结构及预制混凝土构件用钢主要有：热轧钢筋、冷拉热轧钢筋、冷拔低碳钢丝、冷轧带肋钢筋、热处理钢筋和预应力混凝土用钢丝及钢绞线等。

1.热轧钢筋

混凝土结构用热轧钢筋应有较高的强度，具有良好的塑性、韧性、冷弯和可焊性。热轧钢筋主要有用Q235轧制的光圆钢筋和用合金钢轧制的带肋钢筋两类。根据国家标准《钢筋混凝土用钢　第1部分：热轧光圆钢筋》《钢筋混凝土用钢　第2部分：热轧带肋钢筋》和《钢筋混凝土用余热处理钢筋》规定，按强度（屈服强度和抗拉强度）将热轧钢筋分为不同的强度等级，各等级热轧钢筋的力学性能应符合表2.54的规定。

余热处理的过程是钢筋热轧后利用热处理原理进行表面控制冷却，并利用芯部余热自身完成回火处理。余热处理钢筋的基圆上形成环状的淬火自回火组织。余热处理钢筋的人工时效工艺条件为：加热试样到100℃，在（100±10）℃下保温60～75 min，然后在静止的空气中自然冷却到室温。

表2.54　热轧钢筋的力学性能要求

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2.冷轧带肋钢筋

冷轧带肋钢筋是指使用热轧圆盘条经冷轧后，在其表面形成沿长度方向均匀分布二面或三面横肋的钢筋。国家标准《冷轧带肋钢筋》规定，冷轧带肋钢筋代号由CRB和抗拉强度最小值构成，共有四个牌号：CRB550，CRB650，CRB800和CRB970。CRB550为普通钢筋混凝土用钢筋，其他牌号为预应力混凝土用钢筋。CRB550钢筋的公称直径范围为4～12 mm；其他牌号钢筋的公称直径是4 mm，5 mm和6 mm。

冷轧带肋钢筋的表面横肋应符合以下规定：横肋呈月牙形；横肋沿钢筋横截面周围上均匀分布，其中三面肋钢筋有一面肋的倾角必须与另两面反向，二面肋钢筋的一面肋的倾角必须与另一面反向；横肋中心线和钢筋纵轴线夹角为40°～60°；横肋两侧面和钢筋表面斜角不得小于45°，横肋与钢筋表面呈弧形相交；横肋间隙的总和应不大于公称周长的20%。

冷轧带肋钢筋的强屈比Rm/Rp0.2应不小于1.03，其他力学性能应符合表2.55的要求。

冷轧带肋钢筋克服了冷拉、冷拔钢筋握裹力低的缺点，同时具有和冷拉、冷拔钢筋相近的强度，因此在预应力混凝土构件和普通混凝土构件中得到了越来越广泛的应用。

表2.55　冷轧带肋钢筋的力学性能要求

注：D为弯心直径，d为钢筋公称直径。

3.预应力混凝土用螺纹钢筋

预应力混凝土用螺纹钢筋是指一种热轧成带有不连续的外螺纹的直条钢筋，该钢筋在任意截面处，均可用带有匹配形状的内螺纹的连接器或锚具进行连接或锚固。国家标准《预应力混凝土用螺纹钢筋》规定，预应力混凝土用螺纹钢筋以屈服强度值划分级别，其代号由PSB和规定屈服强度最小值构成，共有四个牌号：PSB785，PSB830，PSB930和PSB1080。预应力混凝土用螺纹钢筋的公称直径是18～50 mm。预应力混凝土用螺纹钢筋的力学性能应符合表2.56的规定。

表2.56　预应力混凝土用螺纹钢筋的力学性能要求

注：1.无明显屈服时，用规定非比例延伸强度Rp0.2代替。
2.在保证钢筋1 000 h松弛性能合格的基础上，可进行10 h松弛试验，初始应力为0.8ReL，松弛率不大于1.5%。

4.预应力混凝土用钢棒

预应力混凝土用钢棒是由低合金钢热轧圆盘条经冷加工后（或不经冷加工）淬火和回火所得。成品钢棒不得存在电接头，在生产时为了连续作业而焊接的电接头应切除掉。按照其表面形状，预应力混凝土用钢棒分为光圆钢棒、螺旋槽钢棒、螺旋肋钢棒和带肋钢棒。根据国家标准《预应力混凝土用钢棒》的规定，预应力混凝土用钢棒的代号为PCB，光圆钢棒代号为P，螺旋槽钢棒代号为HG，螺旋肋钢棒代号为HR，带肋钢棒代号为R，普通松弛代号为N，低松弛代号为L。预应力混凝土用钢棒产品标记应包含下列内容：预应力钢棒、公称直径、公称抗拉强度、代号、延性级别（延性35或延性25）、松弛（N或L）、标准编号。例如，公称直径为9 mm，公称抗拉强度为1 420 MPa，35级延性，低松弛预应力混凝土用螺旋槽钢棒，其标记为：PCB 9-1420-35-1-HG-GB/T 5223.3。

根据国家标准《预应力混凝土用钢棒》的规定，预应力混凝土用钢棒的公称直径分为如下级别：光圆钢棒的公称直径为6 mm，7 mm，8 mm，10 mm，11 mm，12 mm，13 mm，14 mm和16 mm；螺旋槽钢棒的公称直径为7.1 mm，9 mm，10.7 mm，12.6 mm；螺旋肋钢棒的公称直径为6 mm，7 mm，8 mm，10 mm，12 mm，14 mm；带肋钢棒的公称直径为6 mm，8 mm，10 mm，12 mm，14 mm，16 mm。钢棒的力学性能应达到表2.57—表2.59规定的性能要求。

表2.57　预应力混凝土用钢棒的强度和弯曲性能要求

表2.58　预应力混凝土用钢棒的延性性能要求

注：1.日常检验可以断后伸长率为准，仲裁试验以最大力总伸长率为准。
2.最大力总伸长率标距L0=200 mm。
3.断后伸长率标距L为钢棒公称直径的8倍。

表2.59　预应力混凝土用钢棒的松弛性能要求

预应力混凝土用钢棒不能冷拉和焊接，且对应力腐蚀及缺陷敏感性较强。这种钢筋主要用于预应力混凝土梁、预应力混凝土轨枕和其他预应力混凝土结构。

5.预应力混凝土用钢丝

预应力混凝土用钢丝为高强度钢丝，是用优质碳素结构钢经冷拉或再经回火等工艺处理制成。这种钢丝按加工状态分为冷拉钢丝和消除应力钢丝，其代号分别为WCD和WLR。冷拉钢丝是指盘条通过拔丝等减径工艺经冷加工而得到的钢丝，常以盘卷形式供货。消除应力钢丝分为低松弛钢丝和普通松弛钢丝，低松弛钢丝是指钢丝在塑性变形下（轴应变）进行短时热处理得到的钢丝，普通松弛钢丝是指通过矫直工序后在适当的温度下进行短时热处理得到的钢丝。钢丝按外形分为光圆钢丝、螺旋肋钢丝和刻痕钢丝，其代号分别为P，H和I。钢丝适用于先张法和后张法制造高性能预应力混凝土构件。

根据国家标准《预应力混凝土用钢丝》的规定，钢丝的产品标记由以下内容组成：预应力钢丝、公称直径、抗拉强度等级、加工状态代号、外形代号和标准编号。例如，直径为4.00 mm，抗拉强度为1 670 MPa，冷拉光圆钢丝，其标记为：预应力钢丝4.00-1670-WCD-P-GB/T 5223。

预应力混凝土用冷拉钢丝的力学性能要求如表2.60所列。同时，0.2%屈服力Fp0.2应不小于最大力的特征值Fm的75%。

表2.60　预应力混凝土用冷拉钢丝的力学性能要求

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消除应力的光圆钢丝、螺旋肋钢丝和刻痕钢丝的力学性能要求如表2.61所列。同时，光圆钢丝和螺旋肋钢丝的0.2%屈服力Fp0.2应不小于最大力的特征值Fm的88%。刻痕钢丝的弯曲次数应不小于3次。

预应力混凝土用钢丝具有强度高、柔性好、无接头的特点，且质量稳定，安全可靠，施工时无须冷拉及焊接，主要用于大跨度桥梁、大型屋架、吊车梁、电杆、轨枕等预应力混凝土构件。

表2.61　消除应力的光圆钢丝、螺旋肋钢丝和刻痕钢丝的力学性能要求

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6.预应力混凝土用钢绞线

预应力混凝土用钢绞线是指由冷拉光圆钢丝及刻痕钢丝捻制的用于预应力混凝土结构的钢绞线。按照其所用钢丝类型，钢绞线可分为由冷拉光圆钢丝捻制成的标准型钢绞线，由刻痕钢丝捻制而成的刻痕钢绞线和捻制后再经冷拔成的模拔型钢绞线。

根据国家标准《预应力混凝土用钢绞线》的规定，钢绞线按结构可分为8类，其代号如下：

用两根钢丝捻制的钢绞线　　　　　　　　　　　　　1×2

用三根钢丝捻制的钢绞线　　　　　　　　　　　　　1×3

用三根刻痕钢丝捻制的钢绞线　　　　　　　　　　　1×3I

用七根钢丝捻制的标准型钢绞线　　　　　　　　　　1×7

用六根刻痕钢丝和一根光圆中心钢丝捻制的钢绞线　　1×7I

用七根钢丝捻制又经模拔的钢绞线　　　　　　　　　（1×7）C

用十九根钢丝捻制的1+9+9西鲁式钢绞线　　　　　　 1×19S

用十九根钢丝捻制的1+6+6/6瓦林吞式钢绞线　　　　 1×19W

钢绞线的产品标记如下：预应力钢绞线、结构代号、公称直径、强度级别、标准编号。例如，公称直径为15.20 mm，强度级别为1 860 MPa的七根钢丝捻制的标准型钢绞线，其标记为：预应力钢绞线1×7-15.20-1860-GB/T 5224—2014。

制造钢绞线宜选用符合《制丝用非合金钢盘条　第2部分：一般用途盘条》《制丝用非合金钢盘条　第4部分：特殊用途盘条》规定的牌号制造，也可采用其他的牌号制造。钢绞线应以热轧盘条为原料，经冷拔后捻制成钢绞线。捻制后，钢绞线应进行连续的稳定化处理。捻制刻痕钢绞线的钢丝应符合《预应力混凝土用钢丝》中相应条款的规定。

钢绞线公称直径≤12 mm时，其刻痕深度为（0.06±0.03）mm；钢绞线公称直径＞12 mm时，其刻痕深度为（0.07±0.03）mm。1×2，1×3，1×7结构钢绞线的捻距应为钢绞线公称直径的12～16倍；模拔钢绞线的捻距应为钢绞线公称直径的14～18倍；1×19结构钢绞线的捻距应为钢绞线公称直径的12～18倍。钢绞线内不应有折断、横裂和相互交叉的钢丝。钢绞线的捻向一般为左捻（S），右捻（Z）时应注明。成品钢绞线应用砂轮锯切割，切断后应不松散，如离开原来位置，应可以用手复原到原位。1×2，1×3，1×3I钢绞线不允许有任何焊接点，其余钢绞线只允许保留拉拔前的焊接点，且每45 m内只允许有1个拉拔前的焊接点。

根据国家标准《预应力混凝土用钢绞线》，1×2钢绞线的力学性能应满足表2.62的规定，1×3钢绞线的力学性能应满足表2.63的规定，1×7钢绞线的力学性能应满足表2.64的规定，1×19钢绞线的力学性能应满足表2.65的规定。

表2.62　1×2钢绞线的力学性能要求

表2.63　1×3结构钢绞线力学性能

表2.64　1×7钢绞线的力学性能要求

表2.65　1×19钢绞线的力学性能要求

钢绞线的0.2%屈服力Fp0.2应为整根钢绞线实际最大力Fm的88%～95%。钢绞线表面不得有油、润滑脂等物质，也不得有影响使用性能的有害缺陷，允许存在轴向表面缺陷，但其深度应小于单根钢丝直径的4%，表面允许有轻微浮锈，允许存在回火颜色，但不能有目视可见的锈蚀凹坑。钢绞线的伸直性要求为：取弦长1 m的钢绞线，放在一平面上，其弦与弧内侧最大自然矢高不大于25 mm。

此外，也有除国家标准《预应力混凝土用钢绞线》规定以外强度级别的钢绞线。

类似于预应力混凝土用钢丝，钢绞线也具有强度高、柔性好、无接头的特点，且质量稳定，安全可靠，施工时无须冷拉及焊接，主要用于大跨度桥梁、大型屋架、吊车梁、电杆、轨枕等预应力混凝土构件。

7.预应力混凝土用冷拔低碳钢丝及钢丝焊接网

冷拔低碳钢丝是将低碳钢热轧圆盘条或热轧光圆钢筋经一次或多次冷拔而制成的光圆钢丝。冷拔钢丝不仅受拉，同时还受到挤压作用，经受一次或多次拔制而成，其屈服强度可提高40%～60%，但已失去了低碳钢的性质，变得硬脆，属于硬钢类钢丝。

钢丝焊接网是将具有相同或不同直径的纵向和横向冷拔低碳钢丝以一定间距相互垂直排列，全部交叉点均用电阻点焊制成的网片。

冷拔低碳钢丝宜作为构造钢筋使用。作为结构构件中纵向受力钢筋使用时，应采用钢丝焊接网。冷拔低碳钢丝可用作预应力混凝土桩中焊接骨架的螺旋筋、钢筋混凝土排水管中焊接骨架的纵向钢筋及环向钢筋、环形混凝土电杆中钢筋骨架的螺旋筋、架立圈筋，混凝土强度等级不应低于C20。作为箍筋使用时，冷拔低碳钢丝直径不宜小于5 mm，间距不应大于200 mm。冷拔低碳钢丝不得作为预应力钢筋使用。对于直接承受动荷载作用的构件，如吊车梁、受振动荷载的楼面板等预应力混凝土构件，不宜采用冷拔低碳钢丝；处于侵蚀环境或高温下的预应力混凝土构件不得采用冷拔低碳钢丝。

钢丝焊接网作为混凝土构造钢筋使用时，其钢丝直径不应小于4 mm，间距不应大于200 mm。构造钢丝焊接网的锚固长度不应小于100 mm，搭接长度不应小于1个网格，且不应小于200 mm。钢丝焊接网作为防裂钢筋使用时，钢丝间距不宜大于150 mm。钢丝焊接网作为受力钢筋使用时，其钢丝直径应不小于5 mm。

冷拔低碳钢丝的抗拉强度应为550 MPa，且强度保证率不小于95%。钢丝焊接网和焊接骨架中冷拔低碳钢丝抗拉强度值应不小于320 MPa。冷拔低碳钢丝的牌号为CDW550，其直径可为3 mm，4 mm，5 mm，6 mm，7 mm和8 mm。除钢筋混凝土排水管、环形混凝土电杆外，其他混凝土预制件不应使用直径3 mm的冷拔低碳钢丝；除大直径预应力混凝土桩外，不宜使用直径8 mm的冷拔低碳钢丝。

根据国家标准《冷拔低碳钢丝应用技术规程》的规定，冷拔低碳钢丝的弹性模量应取200 GPa，其他力学性能应满足表2.66的要求。

表2.66　冷拔低碳钢丝的力学性能要求

注：1.抗拉强度试样应取未经机械调直的冷拔低碳钢丝。
2.冷拔低碳钢丝伸长率测量标距对直径3～6 mm的钢丝为100 mm，对直径7 mm，8 mm的钢丝为150 mm。

8.混凝土用钢纤维

钢纤维能显著提高混凝土的抗冲击强度和韧性，显著改善其抗裂、抗剪、抗弯、抗拉强度和抗疲劳性能等。

钢纤维的原材料可以使用碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢，生产方式有钢丝切断、薄板剪切、熔融抽丝和铣削等四种。钢纤维表面粗糙或有刻痕，形状多样，常见的有平直形钢纤维、压棱形钢纤维、波形钢纤维、弯钩形钢纤维、大头形钢纤维、双尖形钢纤维、集束钢纤维等。按截面形状划分，钢纤维有圆形、矩形、槽型、锯齿形、弯月形、不规则形。按材质分，钢纤维有普碳钢纤维、不锈钢纤维和金属纤维（铝纤维、铜纤维、钛纤维以及合金纤维）。为增加纤维与砂浆或混凝土界面的黏结，常选用各种异形的钢纤维。按生产工艺分类，钢纤维分为钢丝切断纤维（W）、薄板剪切纤维（S）、熔抽纤维（Me）和铣削纤维（Mi）。

钢纤维表面应清洁干燥，不得粘混有油污或其他妨碍其与水泥砂浆黏结的杂质，钢纤维内含有的因加工不良和严重锈蚀造成的粘连片、铁屑、杂质的纤维总质量不应超过钢纤维质量的1%。钢纤维的弯曲性能应满足在不低于16℃时，单根钢纤维围绕直径3 mm的圆周弯曲至90°时，90%的试样不应断裂。钢纤维的强度等级分为380级、600级和1 000级三个等级，其抗拉强度要求如表2.67所列。

表2.67　钢纤维的抗拉强度要求