钢筋混凝土结构用钢材
出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《现代工程材料实用手册》第238页（5625字）
混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。若在混凝土中配置抗拉强度较高的钢筋，可大大扩展混凝土的应用范围，而混凝土又会对钢筋起保护作用。钢筋混凝土用的钢筋主要有：热轧钢筋、冷加工钢筋、热处理钢筋、冷拉钢筋钢丝和钢绞线等。
(一)热轧钢筋
热轧钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品钢筋，按外形可分为光圆钢筋和带肋钢筋两种。带肋钢筋的表面通常呈月牙形，如图8－6所示。带肋钢筋表面轧有凸纹，可提高混凝土与钢筋的握裹力。混凝土结构用热轧钢筋应具有较高的强度，具有一定的塑性、韧性、冷弯和可焊性。
图8－6 月牙肋钢筋外形和截面
1．热轧钢筋的分级
根据《混凝土结构设计规范》(GB50010－2002)的规定，钢筋混凝土结构中所用热轧钢筋，按屈服点不同分为四个强度等级：即HPB235、HRB335、HRB400和RRB400。
(1)HPB235级热轧钢筋
HPB235级热轧钢筋是由普通碳素Q235钢热轧而成的光圆钢筋，这是一种低碳钢。此类钢筋塑性、可焊接性能好，易加工成型，但强度比较低，与混凝土的握裹力也较低。主要用于钢筋混凝土板和小型构件的受力钢筋以及各种构件的构造钢筋。
(2)HRB335级热轧钢筋
HRB335级热轧钢筋是由低合金钢(20MnSi)热轧而成的带肋钢筋，表面形状通常呈月牙形。这种钢筋的强度比HPB235级热轧钢筋高，其塑性、可焊接性能比较好，比较易加工成型，与混凝土的握裹力较大，主要用于大中型钢筋混凝土结构构件的受力钢筋和构造钢筋，也可用于预应力混凝土构造中的非预应力钢筋，是我国钢筋混凝土结构钢筋用材最主要的品种之一。
(3)HRB400级热轧钢筋
HRB400级热轧钢筋是由低合金钢(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)热轧而成的带肋钢筋，表面形状通常也为月牙形。这种钢筋强度比较高，并保证有足够的塑性和良好的焊接性能，主要用于大中型钢筋混凝土结构和高强混凝土结构构件的受力钢筋，是我国今后钢筋混凝土结构所用的主导钢筋。
(4)RRB400级热轧钢筋
RRB400级热轧钢筋是由低合金钢(20MnSi)经热轧后快速冷却，再利用其余热进行回火而成的变形钢筋。这种钢筋含碳量高，其强度也高，但塑性和可焊接性能稍差，一般经冷拉后作为预应力钢筋使用。
2．热轧钢筋的技术性能
建筑工程所用热轧钢筋的化学成分和力学性能，应符合国家标准(GB 1499－1998)中的规定。钢筋混凝土用热轧钢筋的化学成分如表8－9所示，钢筋混凝土用热轧钢筋的力学性能如表8－10所示。
表8－9 钢筋混凝土用热轧钢筋化学成分(GB1499－1998)
表8－10 钢筋混凝土用热轧钢筋力学性能(GB1499－1998)
(二)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，在其表面冷轧成二面或三面有肋的钢筋。经过如此处理后，可大大增加钢筋与混凝土的握裹力。
1．冷轧带肋钢筋的牌号
根据国家标准《钢筋混凝土用冷轧带肋钢筋》(GB13788－2000)中的规定，冷轧带肋钢筋共有5个牌号：CRB550，CRB650，CRB800，CRB970和CRB1170，其中只有CRB550是用于非预应力混凝土的，其余是预应力混凝土使用的。
2．冷轧带肋钢筋的技术性能
冷轧带肋钢筋的化学成分和力学性能，应符合我国现行国家标准《冷轧钢筋》(GB13788－2000)的有关规定。CRB550钢筋的力学性能和工艺性能如表8－11所示，其他4种冷轧带肋钢筋的力学性能如表8－12所示。
表8－11 冷轧带肋钢筋(CRB550)力学性能和工艺性能(GB13788－2000)
①此列d的含义为钢筋的公称直径。
表8－12 预应力混凝土用冷轧带肋钢筋的力学性能(GB13788－2000)
(三)热处理钢筋
热处理钢筋也称为调质钢筋，是采用热轧螺纹钢筋经淬火和回火的调质热处理而制成的一种钢筋。
1．钢材热处理的方法
热处理是按照一定规则加热、保温和冷却，以改变钢材组织(不改变形状尺寸)，从而获得需要性能的一种工艺过程。常用热处理方法有淬火、回火、退火和正火。
(1)淬火
将钢材加热到727℃以上某一温度，保温一定时间，使组织完全转变，即投入冷却介质水或机油中急冷，得到的针状组织为碳在α－Fe中的过饱和固熔体，硬度极高，脆性大而塑性低。
(2)回火
淬火后的钢，经重新加热至组织转变温度(150～650℃内选定)以下，保温后按一定速度冷却至室温，这一过程称为回火。回火的目的是促进组织的转变并消除淬火引起的内应力，提高钢材韧性。
(3)退火
退火分低温退火和完全退火。低温退火的加热不引起铁素体等基本组织转变，仅使原子活跃，以减少加工中产生的缺陷和晶格畸变，使内应力基本消除。完全退火加热温度为800～850℃，保温后全部组织转变，然后在炉内或炉灰内缓慢冷却，此时所形成的组织均匀，晶粒较细，韧性提高，硬度降低，加工性能得到改善，可消除加工及焊接时所产生的内应力，保证焊接质量。
(4)正火
钢在空气中冷却，得到均匀细小的珠光体组织等，这个过程称为正火。与退火比较，经正火处理的钢材强度和硬度更高，而塑性减小。建筑用的钢材，一般由钢厂正火处理后才供应使用。
2．热处理钢筋的外形和代号
热处理钢筋按其螺纹外形可分为：有纵肋和无纵肋两种。热处理钢筋的代号为“RB×××”，后面三位阿拉伯数字表示抗拉强度等级数值。
3．热处理钢筋的技术性能
热处理钢筋技术性能应符合我国现行标准《预应力混凝土用热处理钢筋》(GB4463－1984)的规定，建筑工程中常用的热处理钢筋有40Si2Mn，48Si2Mn和45Si2Cr三个牌号，其力学性能如表8－13所示。
表8－13 预应力混凝土用热处理钢筋的力学性能(GB4463－1984)
(四)冷拉钢筋和冷拔钢丝
为了提高钢筋的强度，达到节约钢材、降价造价的目的，通常采用冷拉或冷拔等加工工艺。
冷拉是钢筋在常温条件下，用强力拉伸超过钢筋的屈服点，以提高钢筋的屈服极限、强度极限和疲劳极限的一种加工工艺。但经过冷拉后的钢筋，会降低其延伸率、冷弯性能和冲击韧性。由于预应力混凝土结构所用的钢筋，主要是要求其具有高的屈服极限、强度极限和变形极限等强度性能，而对延伸率、冲击韧性和冷弯性能要求不高。因此，这就为钢筋采用冷加工工艺提供了可能性。
对于低碳钢和低合金高强度钢，在保证要求的延伸率和冷弯指标的条件下，进行较小程度的冷加工后，既可以提高屈服极限和强度极限，又可满足塑性的要求。但应当注意，钢筋须在焊接后进行冷拉，否则冷拉硬化效果在焊接时为高温影响而消失。
经冷拉后的钢筋经过一段时间后，钢筋的屈服极限和强度极限将继续随时间而提高，这个过程称为钢筋的冷拉时效，其又分为人工时效和自然时效两种。但是由于自然时效效果较差、时间较长，所以预应力钢筋多采用人工时效方法，即用蒸汽或者电热方法来加速时效的发展。
冷拉钢筋是用热轧钢筋进行冷拉而制得，Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级钢筋可作为预应力筋。冷拔钢丝是用直径6．5～8mm的碳素结构钢筋冷拔而制得，按其用途不同分为甲、乙两级，甲级用于预应力筋，乙级用于焊接骨架、箍筋和构造钢筋。预应力混凝土用冷拉钢筋和冷拔钢丝的力学性能，按国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204－2002)规定，如表8－14和表8－15所示。
表8－14 冷拉钢筋的力学性能(GB50204－2002)
注：d为钢筋直径。
表8－15 冷拔低碳钢丝的力学性能(GB50204－2002)
(五)预应力筋
预应力筋除了以上介绍的冷轧带肋钢筋中四个牌号CRB650、CRB800、CRB970和CRB1170外，根据国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204－2002)中的规定，常用的预应力筋还有钢丝、钢绞线、热处理钢筋等。
1．预应力钢丝
混凝土用优质钢丝是高碳钢盘条经淬火、酸洗、冷拔等工艺加工而成的高强钢丝。其强度高、柔性好，适用于大型构件等。使用钢丝可节省钢材，施工方便，安全可靠，但成本较高。该种钢丝按加工状态分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两类。消除应力钢丝按松弛性能不同，又可分为低松弛级钢丝和普通松弛级钢丝。
预应力钢丝又称为高强圆形钢丝，是用优质碳素结构钢制成，其又分为消除应力冷拉钢丝(代号为WCD)、消除应力螺旋肋钢丝(代号为SH)、消除应力光圆钢丝(代号为SP)及消除应力刻痕钢丝(代号为SI)四种，按应力松弛程度不同又分为Ⅰ级松弛和Ⅱ级松弛，其抗拉强度可达1470～1770MPa。
钢丝按外形不同，可分为光圆、螺旋肋和刻痕三种，其代号分别为：光圆钢丝为P、螺旋肋钢丝为H、刻痕钢丝为Ⅰ。经低温回火消除应力后钢丝的塑性比冷拉钢丝要高，刻痕钢丝是经压痕轧制而成，刻痕后与混凝土的握裹力增大，可减少混凝土裂缝。
根据国家标准《预应力混凝土用钢丝》(GB／T5223－2002)，上述钢丝应符合表8－16、表8－17中所要求的机械性能。
表8－16 预应力混凝土用冷拉钢丝的力学性能(GB／T5223－2002)
表8－17 预应力混凝土用消除应力钢丝的力学性能(GB／T5223－2002)
2．预应力混凝土用钢绞线
建筑工程中预应力混凝土用钢绞线是由7根2．5～5．0mm的高强碳素钢丝在绞线机上以一根为中心，其余6根围绕进行螺旋状绞捻，然后再经过低温回火消除内应力而制成。预应力混凝土用钢绞线具有强度高、与混凝土粘结性能好、断面积大、根数少、在结构中易于布置、柔性好、锚固性能优等特点，主要用于大跨度、重荷载(如后张预应力屋架及薄腹梁等)、曲线配筋的预应力混凝土结构。
根据《预应力混凝土用钢绞线》(GB／T5224－2003)的规定，该种预应力筋应符合表8－18中所要求的机械性能。
表8－18 预应力混凝土用钢绞线尺寸及拉伸性能(GB／T5224－2003)
