施工手册(第四版)第九章钢筋部分9-1-材料.doc

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9 钢筋工程
9-1 材料
9-1-1 钢筋品种与规格
混凝土结构用的普通钢筋，可分为两类：热轧钢筋和冷加工钢筋（冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋、冷拔螺旋钢筋）。冷拉钢筋与冷拔低碳钢丝已逐渐淘汰。余热处理钢筋属于热轧钢筋一类。
热轧钢筋的强度等级由原来的I级、II级、III级和IV级更改为按照屈服强度（MPa）分为235级、335级、400级、500级。
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第4.2.1条规定：普通钢筋宜采用热轧带肋钢筋HRB400级和HRB335，也可采用热轧光圆钢筋HPB235和余热处理钢筋RRB400级；并在条文说明中提倡用HRB400级（即新III级）钢筋作为我国钢筋混凝土结构的主力钢筋。该设计规范尚未列入HRB500级钢筋。冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋因已有专门规程《冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程》（JGJ95-1995）和《冷轧扭钢筋混凝土构件技术规程》（JGJ115-1997）可供参考。
9-1-1-1 热轧钢筋
热轧钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品钢筋，分为热轧光圆钢筋和热轧带肋钢筋两种。热轧光圆钢筋应符合国家标准《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》（GB13013-1991）的规定。热轧带肋钢筋应符合国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB1499-1998）的规定。
1．尺寸、外形和重量
热轧钢筋的直径、横截面面积和重量，见表9-1。热轧带肋钢筋的外形，见图9-1。
热轧钢筋的直径、横截面面积和重量 表9-1
公称直径
（mm）
内径
（mm）
纵、横肋高h1、h2
（mm）
公称横截面面积
（mm2）
理论重量
（kg/m）
6
5.8
0.6
28.27
0.222
8
7.7
0.8
50.27
0.395
10
9.6
1.0
78.54
0.617
12
11.5
1.2
113.1
0.888
14
13.4
1.4
153.9
1.21
16
15.4
1.5
201.1
1.58
18
17.3
1.6
254.5
2.00
20
19.3
1.7
314.2
2.47
22
21.3
1.9
380.1
2.98
25
24.2
2.1
490.9
3.85
28
27.2
2.2
615.8
4.83
32
31.0
2.4
804.2
6.31
36
35.0
2.6
1018
7.99
40
38.7
2.9
1257
9.87
50
48.5
3.2
1964
15.42
注：1.表中理论重量按密度为7.85g/cm3计算；
2.重量允许偏差：直径6~12mm为±7%，14~20mm为±5%，22~50mm为±4%。

图9-1 月牙肋钢筋表面及截面形状
d-钢筋内径；α-横肋斜角；h-横肋高度；β-横肋与轴线夹角；
h1-纵肋高度；θ-纵肋斜角；a-纵肋顶宽；l-横肋间距；b-横肋顶宽
带肋钢筋的横肋与钢筋轴线夹角β不应小于45°，当该夹角不大于70°时，钢筋相对面上横肋的方向应相反。横肋的间距l不得大于钢筋公称直径的0.7倍。横肋侧面与钢筋表面的夹角α不得小于45°。钢筋相对两面上横肋末端之间的间隙（包括纵肋宽度）总和不应大于钢筋公称周长的20％。
2．化学成分
热轧钢筋牌号和化学成分（熔炼分析），应符合表9-2的规定。
热轧钢筋的化学成分 表9-2
强度等级代号
牌号
化学成分（％）
C
Si
Mn
V
Nb
Ti
P
S
不大于
HPB 235
Q235
0.14~0.22
0.12~0.30
0.30~0.65
-
-
-
0.045
0.050
HRB 335
20MnSi
0.17~0.25
0.40~0.80
1.20~1.60
-
-
-
0.045
0.045
HRB 400
20MnSiV
0.17~0.25
0.20~0.80
1.20~1.60
0.04~0.12
-
-
0.045
0.045

20MnSiNb
0.17~0.25
0.20~0.80
1.20~1.60
-
0.02~0.04
-
0.045
0.045

20MnTi
0.17~0.25
0.17~0.37
1.20~1.60
-
-
0.02~0.05
0.045
0.045
3．力学性能
热轧钢筋的力学性能，应符合表9-3的规定。
热轧钢筋的力学性能 表9-3

注：1.HRB500级钢筋尚未列入《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）。
2.采用d＞40mm钢筋时，应有可靠的工程经验。
根据需方要求，可供应满足下列条件的钢筋：
（1）钢筋实测抗拉强度与实测屈服点之比不小于1.25；
（2）钢筋实测屈服点与表9-3规定的最小屈服点之比不大于1.30。
根据需方要求，钢筋可进行反向弯曲性能试验。其试验方法详见9-1-2-3节钢筋冷弯性能。
9-1-1-2 余热处理钢筋
余热处理钢筋是经热轧后立即穿水，进行表面控制冷却，然后利用芯部余热自身完成回火处理所得的成品钢筋。余热处理钢筋应符合《钢筋混凝土用余热处理钢筋》（GB13014-1991）的规定。
余热处理钢筋的表面形状同热轧带肋钢筋；其化学成分与20MnSi钢筋相同，力学性能见表9-4。
余热处理钢筋的力学性能 表9-4

9-1-1-3 冷轧带肋钢筋
冷轧带肋钢筋是热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后在其表面冷轧成三面或二面有肋的钢筋。冷轧带肋钢筋应符合国家标准《冷轧带肋钢筋》（GB13788-1992）的规定。
冷轧带肋钢筋的强度，可分为三种等级：550级、650级及800级（MPa） 。其中，550级钢筋宜用于钢筋混凝土结构构件中的受力钢筋、架立筋、箍筋及构造钢筋；650级和800级钢筋宜用于中小型预应力混凝土构件中的受力主筋。
1．尺寸、外形和重量。
冷轧带肋钢筋的外形见图9-2。肋呈月牙型，三面肋沿钢筋横截面周围上均匀分布，其中有一面必须与另两面反向。肋中心线和钢筋轴线夹角β为40°~60°。肋两侧面和钢筋表面斜角α不得小于45°。肋间隙的总和应不大于公称周长的20％。冷轧带肋钢筋的尺寸、重量及允许偏差见表9-5。

图9-2 冷轧带肋钢筋表面及截面形状
冷轧带肋钢筋的直径、横截面面积和重量 表9-5
公称直径d
（mm）
公称横截面积
（mm2）
理论重量
kg/m
（4）
12.6
0.099
5
19.6
0.154
6
28.3
0.222
7
38.5
0.302
8
50.3
0.395
9
63.6
0.499
10
78.5
0.617
12
113.1
0.888
注：重量允许偏差±4%。
2．化学成分
冷轧带肋钢筋牌号与化学成分（熔炼分析），应符合表9-6的规定。
冷轧带肋钢筋的化学成分 表9-6

3．力学性能
冷轧带肋钢筋的力学性能，应符合表9-7的规定。钢筋的强屈比σb/Q0.2应不小于1.05。当进行冷弯试验时，弯曲部位表面不得产生裂纹。
冷轧带肋钢筋的力学性能 表9-7

9-1-1-4 冷轧扭钢筋
冷轧扭钢筋是用低碳钢钢筋（含碳量低于0.25%）经冷轧扭工艺制成，其表面呈连续螺旋形（图9-3）。这种钢筋具有较高的强度，而且有足够的塑性，与混凝土粘结性能优异，代替HPB235级钢筋可节约钢材约30%。一般用于预制钢筋混凝土圆孔板、叠合板中的预制薄板，以及现浇钢筋混凝土楼板等。

图9-3 冷轧扭钢筋
t-轧扁厚度；l1-节距
冷轧扭钢筋应符合行业标准（冷轧扭钢筋）（JG3046-1998）的规定。其规格与力学性能分别见表9-8与表9-9。
冷轧扭钢筋规格 表9-8
类型
标志直径
d（mm）
公称截面面积
A（mm2）
轧扁厚度
t（mm）
不小于
节距
l1（mm）
不大于
公称重量
G（kg/m）
I型矩形
6.5
29.5
3.7
75
0.232
8.0
45.3
4.2
95
0.356
10.0
68.3
5.3
110
0.536
12.0
98.3
6.2
150
0.733
14.0
132.7
8.0
170
1.042
II型菱形
12.0
97.8
8.0
145
0.768
注：实际重量和公称重量的负偏差不应大于5%。
冷轧扭铜筋力学性能 表9-9
标志直径
d（mm）
抗拉强度
σb（MPa）
伸长率
δ10（％）
冷弯
符号
不小于
弯曲角度
弯心直径
6.5~14.0
580
4.5
180
3d
φt
注：冷弯试验时，受弯部位表面不得产生裂纹。
9-1-1-5 冷拔螺旋钢筋
冷拔螺旋钢筋是热轧圆盘条经冷拔后在表面形成连续螺旋槽的钢筋。山东省地方标准《冷拔螺旋钢筋混凝土中小型受弯构件设计与施工暂行规定》（DBJ 14-BG 3-96），可供参考。
冷拔螺旋钢筋的外形见图9-4。其规格与力学性能分别见表9-10与表9-11。

图9-4 冷拔螺旋钢筋
冷拔螺旋钢筋的尺寸、重量及允许偏差 表9-10

冷拔螺旋钢筋力学性能 表9-11

冷拔螺旋钢筋生产，可利用原有的冷拔设备，只需增加一个专用螺旋装置与陶瓷模具。该钢筋真有强度适中、握裹力强、塑性好、成本低等优点，可用于钢筋混凝土构件中的受力钢筋，以节约钢材；用于预应力空心板可提高延性，改善构件使用性能。
9-1-2 钢筋性能
9-1-2-1 钢筋力学性能
钢筋的力学性能，可通过钢筋拉伸过程中的应力-应变图加以说明。
热轧钢筋具有软钢性质，有明显的屈服点，其应力-应变图见图9-5。从图中可以看出，在应力达到a点之前，应力与应变成正比，呈弹性工作状态，a点的应力值σp称为比例极限；在应力超过a点之后，应力与应变不成比例，有塑性变形，当应力达到b点，钢筋到达了屈服阶段，应力值保持在某一数值附近上、下波动而应变继续增加，取该阶段最低点c点的应力值称为屈服点σs；超过屈服阶段后，应力与应变又呈上升状态，直至最高点d，称为强化阶段，d点的应力值称为抗拉强度（强度极限）σb；从最高点d至断裂点e'钢筋产生颈缩现象，荷载下降，伸长增大，很快被拉断。
冷轧带肋钢筋的应力-应变图（图9-6），呈硬钢性质，无明显屈服点。一般将对应于塑性应变为0.2％时的应力定为屈服强度，并以σ0.2表示。

图9-5 热轧钢筋的应力-应变图

图9-6 冷轧带肋钢筋的应力-应变图
提高钢筋强度，可减少用钢量，降低成本，但并非强度越高越好。高强钢筋在高应力下往往引起构件过大的变形和裂缝。因此，对普通混凝土结构，设计强度限值为360MPa。
钢筋的延性通常用拉伸试验测得的伸长率表示。影响延性的主要因素是钢筋材质。热轧低碳钢筋强度虽低但延性好。随着加入合金元素和碳当量加大，强度提高但延性减小。对钢筋进行热处理和冷加工同样可提高强度，但延性降低。
混凝土构件的延性表现为破坏前有足够的预兆（明显的挠度或较大的裂缝）。构件的延性与钢筋的延性有关，但并不等同，它还与配筋率、钢筋强度、预应力程度、高跨比、裂缝控制性能等有关。例如，即使延性最好的热轧钢筋，当配筋率过小或过大时，构伴均可能发生表现为断裂或混凝土碎裂的脆性破坏。而由延性并不高的钢丝、钢绞线配筋的构件，由于钢筋强度很高，在很大的变形和裂缝下也不致断裂。
9-1-2-2 钢筋锚固性能
钢筋混凝土结构中，两种性能不同的材料能够共同受力是由于它们之间存在着粘结锚固作用，这种作用使接触界面两边的钢筋与混凝土之间能够实现应力传递，从而在钢筋与混凝土中建立起结构承载所必须的工作应力。
钢筋在混凝土中的粘结锚固作用有：胶结力——即接触面上的化学吸附作用，但其影响不大；摩阻力——它与接触面的粗糙程度及侧压力有关，且随滑移发展其作用逐渐减小；咬合力——这是带肋钢筋横肋对肋前混凝土挤压而产生的，为带肋钢筋锚固力的主要来源；机械锚固力——这是指弯钩、弯折及附加锚固等措施（如焊锚板、贴焊钢筋等）提供的锚固作用。
钢筋基本锚固长度，取决于钢筋强度及混凝土抗拉强度，并与钢筋外形有关。《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）给出了受拉钢筋的锚固长度la计算公式。
（9-1）
式中 fy——普通钢筋的抗拉强度设计值（N/mm2）；
ft——混凝土轴心抗拉强度设计值（N/mm2）；当混凝土强度等级高于C40时，按C40取值；
α——钢筋外形系数，光面钢筋为0.16，带肋钢筋0.14，螺旋肋钢丝0.13；
d——钢筋的公称直径（mm）。
上式应用时，应将计算所得的基本锚固长度乘以对应于不同锚固条件的修正系数。本手册将基本锚固长度的计算结果列于表9-14。
9-1-2-3 钢筋冷弯性能
钢筋冷弯是考核钢筋的塑性指标，也是钢筋加工所需的。钢筋弯折、做弯钩时应避免钢筋裂缝和折断。低强的热轧钢筋冷弯性能较好，强度较高的稍差，冷加工钢筋的冷弯性能最差。
热轧钢筋的冷弯性能列于表9-3。根据用户要求，钢筋可进行反问弯曲性能试验。反向弯曲试验的弯心直径比弯曲试验相应增加一个钢筋直径，先正向弯曲45°，再反向弯曲23°。经反弯试验后，钢筋受弯曲部位表面不得产生裂缝。
冷轧扭钢筋因截面的方向性，只能在扁平方向弯折一次，限制了它的施工适应性。
9-1-2-4 钢筋焊接性能
钢材的可焊性系指被焊钢材在采用一定焊接材料、焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度，也就是钢材对焊接加工的适应性。它包括以下两个方面：
（1）工艺焊接性，也就是接合性能，指在一定焊接工艺条件下焊接接头中出现各种裂纹及其他工艺缺陷的敏感性和可能性。这种敏感性和可能性越大，则其工艺焊接性越差。
（2）使用焊接性，是指在一定焊接条件下焊接接头对使用要求的适应性，以及影响使用可靠性的程度。这种适应性和使用可靠性越大，则其使用焊接性越好。
钢材的可焊性常用碳当量来估计。所谓碳当量法就是根据钢材的化学成分与焊接热影响区淬硬性的关系，粗略地评价焊接时产生冷裂纹的倾向和脆化倾向的一种估算方法。
碳素钢和低合金结构钢常用的碳当量Ceq计算公式为：
（9-2）
式中右边各项中的元素符号表示钢材化学成分中的元素含量（％）。
C—碳；Mn—锰；Cr—铬；Mo—钼；V—钒；Ni—镍；Cu—铜
焊接性能随碳当量百分比的增高而降低。国际标准规定不大于0.55%，认为是可焊的。根据我国经验，碳钢或低合金钢，当Ceq＜0.40%时，焊接性能优良；Ceq＝0.40%~0.55%时，需预热和控制焊接工艺；Ceq＞0.55％时，难焊。
9-1-3 钢筋锈蚀与防护
水泥水化的高碱度（pH＞12.5），使钢筋表面形成纯化膜，是混凝土能保护钢筋的主要依据与基本条件。任何削弱或丧失这个条件的因素，都将促使钢筋锈蚀，影响混凝土的耐久性。
在钢筋混凝土中，碱度低的水泥应限制使用，或使用时同时采取防腐技术措施。海砂含有不等量的氯离子Cl-，使混凝土中钢筋失去纯化状态，钢筋锈蚀发展，其锈蚀产物体积可膨胀2.5倍以上，致使混凝土开裂、剥落，最后导致结构破坏。我国有关规范不推荐或严格限制使用海砂。开发海砂，一是要限制氯离子C1-的含量；二是必须采取相应的防护措施（如掺入钢筋阻锈剂等）。
混凝土的密实性与钢筋表面混凝土保护层的厚度，对保护钢筋起着关键作用。工程实践表明，钢筋过早的出现腐蚀破坏，大多与混凝土质量欠佳有关。
混凝土的碳化是指大气中的CO2与混凝土中的Ca（OH）2起化学反应，生成中性的碳酸盐CaCO3。混凝土中钢筋保持纯化状态的最低碱度是pH＝11.5,而碳化结果可使pH低于9，钢筋锈蚀不可避免。
工业过程排放的SO2，除与Ca（OH）2结合生成CaSO3类似碳化作用外，一方面SO2、SO3溶于水（或形成酸雨），直接促使钢筋的电化学腐蚀过程（类似C1-作用）；另方面所生成的硫酸盐对混凝土进一步发生膨胀侵蚀作用。实质上，二氧化硫（SO2）与酸雨对钢筋锈蚀的危害，在一定条件下远大于碳化的作用。
提高混凝土自身对钢筋的保护能力，是最重要、最根本的防护原则。其中，高性能混凝土的开发，有利于对钢筋的保护。但由于混凝土材料的多孔性和施工易产生裂纹等问题，是很难彻底解决的。在较严酷的腐蚀环境中，附加的防护措施仍然是不可缺少的，主要有：钢筋阻锈剂、环氧树脂涂层钢筋、水泥基聚合物防腐砂浆层等。
9-1-4 钢筋质量检验
9-1-4-1 检查项目和方法
1．主控项目
（1）钢筋进场时，应按现行国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB 1499-1998）等的规定抽取试件作为力学性能检验，其质量必须符合有关标准的规定。
检查数量：按进场的批次和产品的抽样检验方案确定。
检验方法：检查产品合格证、出厂检验报告和进场复验报告。
（2）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、二级抗震等级，检验所得的强度实测值应符合下列规定：
1）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；
2）钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.3。
检查数量与方法同（1）。
（3）当发现钢筋脆断、焊接性能不良或力学性能显著不正常等现象时，应对该批钢筋进行化学成分检验或其他专项检验。
2．一般项目
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。
检查数量：进场时和使用前全数检查。
检查方法：观察。
9-1-4-2 热轧钢筋检验
热轧钢筋进场时，应按批进行检查和验收。每批由同一牌号、同一炉罐号、同一规格的钢筋组成，重量不大于60t。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得大于0.02％，含锰量之差不大于0.15%。
1．外观检查
从每批钢筋中抽取5%进行外观检查。钢筋表面不得有裂纹、结疤和折叠。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。
钢筋可按实际重量或公称重量交货。当钢筋按实际重量交货时，应随机抽取10根（6m长）钢筋称重，如重量偏差大于允许偏差，则应与生产厂交涉，以免损害用户利益。
2．力学性能试验
从每批钢筋中任选两根钢筋，每根取两个试件分别进行拉伸试验（包括屈服点、抗拉强度和伸长率）和冷弯试验。
拉伸、冷弯、反弯试验试件不允许进行车削加工。计算钢筋强度时，采用公称横截面面积。反弯试验时，经正向弯曲后的试件应在100℃温度下保温不少于30min，经自然冷却后再进行反向弯曲。当供方能保证钢筋的反弯性能时，正弯后的试件也可在室温下直接进行反向弯曲。
如有一项试验结果不符合表9-3要求，则从同一批中另取双倍数量的试件重作各项试验。如仍有一个试件不合格，则该批钢筋为不合格品。
对热轧钢筋的质量有疑问或类别不明时，在使用前应作拉伸和冷弯试验。根据试验结果确定钢筋的类别后，才允许使用。抽样数量应根据实际情况确定。这种钢筋不宜用于主要承重结构的重要部位。
余热处理钢筋的检验同热轧钢筋。
9-1-4-3 冷轧带肋钢筋检验
冷轧带肋钢筋进场时，应按批进行检查和验收。每批由同一钢号、同一规格和同一级别的钢筋组成，重量不大于50t。
1，每批抽取5%（但不少于5盘或5捆）进行外形尺寸、表面质量和重量偏差的检查。检查结果应符合表9-5的要求，如其中有一盘（捆）不合格，则应对该批钢筋逐盘或逐捆检查。
2．钢筋的力学性能应逐盘、逐捆进行检验。从每盘或每捆取二个试件，一个作拉伸试验，一个作冷弯试验。试验结果如有一项指标不符合表9-7的要求，则该盘钢筋判为不合格；对每捆钢筋，尚可加倍取样复验判定。
9-1-4-4 冷轧扭钢筋检验
冷轧扭钢筋进场时，应分批进行检查和验收。每批由同一钢厂、同一牌号、同一规格的钢筋组成，重量不大于10t。当连续检验10批均为合格时检验批重量可扩大一倍。
1．外观检查
从每批钢筋中抽取5%进行外形尺寸、表面质量和重量偏差的检查。钢筋表面不应有影响钢筋力学性能的裂纹、折叠、结疤、压痕、机械损伤或其他影响使用的缺陷。钢筋的压扁厚度和节距、重量等应符合表9-8的要求。当重量负偏差大于5％时，该批钢筋判定为不合格。当仅轧扁厚度小于或节距大于规定值，仍可判为合格，但需降直径规格使用，例如公称直径为φt14降为φt12。
2．力学性能试验
从每批钢筋中随机抽取3根钢筋，各取一个试件。其中，二个试件作拉伸试验，一个试件作冷弯试验。试件长度宜取偶数倍节距，且不应小于4倍节距，同时不小于500mm。
当全部试验项目均符合表9-9的要求，则该批钢筋判为合格。如有一项试验结果不符合表9-9的要求，则应加倍取样复检判定。

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