建筑施工之材料

　建筑施工之 钢筋工程 9-1

　材料 9-1-1 钢筋品种和规格 混凝土结构用一般钢筋，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）。冷拉钢筋和冷拔低碳钢丝已逐步淘汰。余热处理钢筋属于热轧钢筋一类。

　热轧钢筋强度等级由原来 I 级、II 级、III 级和 IV 级更改为根据屈服强度（MPa）分为 235 级、335 级、400 级、500 级。

　《混凝土结构设计规范》（GB50010-20XX）第 4.2.1 条要求：一般钢筋宜采取热轧带肋钢筋 HRB400 级和 HRB335，也可采取热轧光圆钢筋 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）钢筋作为中国钢筋混凝土结构主力钢筋。该设计规范还未列入 HRB500 级钢筋。冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋因已经有专门规程《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）要求。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）要求。

　1．尺寸、外形和重量 热轧钢筋直径、横截面面积和重量，见表 9-1。热轧带肋钢筋外形，见图 9-1。

　热轧钢筋直径、横截面面积和重量

　表 9-1 公称直径 （mm）

　内径 （mm）

　纵、横肋高 h 1 、h 2

　（mm）

　公称横截面面积 （mm 2 ）

　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/cm 3 计算； 2.重量许可偏差：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-横肋和轴线夹角； h 1 -纵肋高度；θ-纵肋斜角；a-纵肋顶宽；l-横肋间距；b-横肋顶宽 带肋钢筋横肋和钢筋轴线夹角β不应小于 45°，当该夹角小于 70°时，钢筋相对面上横肋方向应相反。横肋间距 l 不得大于钢筋公称直径 0.7 倍。横肋侧面和钢筋表面夹角α不得小于 45°。钢筋相对两面上横肋末端之间间隙（包含纵肋宽度）总和不应大于钢筋公称周长 20％。

　2．化学成份 热轧钢筋牌号和化学成份（熔炼分析），应符合表 9-2 要求。

　热轧钢筋化学成份

　表 9-2 强度等级代号 牌号 化学成份（％）

　C Si Mn V Nb Ti P S 小于 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 热轧钢筋力学性能，应符合表 9-3 要求。

　热轧钢筋力学性能

　表 9-3

　 注：1.HRB500 级钢筋还未列入《混凝土结构设计规范》（GB 50010-20XX）。

　2.采取 d＞40mm 钢筋时，应有可靠工程经验。

　依据需方要求，可供给满足下列条件钢筋：

　（1）钢筋实测抗拉强度和实测屈服点之比大于 1.25； （2）钢筋实测屈服点和表 9-3 要求最小屈服点之比小于 1.30。

　依据需方要求，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，然后利用芯部余热本身完成回火处理所得成品钢筋。余热处理钢筋应符合《钢筋混凝土用余热处理钢筋》（GB13014-1991）要求。

　余热处理钢筋表面形状同热轧带肋钢筋；其化学成份和 20MnSi 钢筋相同，力学性能见表 9-4。

　余热处理钢筋力学性能

　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钢筋。冷轧带肋钢筋应符合国家标准《冷轧带肋钢筋》（GB13788-1992）要求。

　冷轧带肋钢筋强度，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受力钢筋、架立筋、箍筋及结构钢筋；650 级和 800 级钢筋宜用于中小型预应力混凝土构件中受力主筋。

　1．尺寸、外形和重量。

　冷轧带肋钢筋外形见图 9-2。肋呈月牙型，三面肋沿钢筋横截面周围上均匀分布，其中有一面必需和另两面反向。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°。肋间隙总和应小于公称周长 20％。冷轧带肋钢筋尺寸、重量及许可偏差见表 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 （mm 2 ）

　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：重量许可偏差±4%。

　2．化学成份 冷轧带肋钢筋牌号和化学成份（熔炼分析），应符合表 9-6 要求。

　冷轧带肋钢筋化学成份

　表 9-6

　3．力学性能 冷轧带肋钢筋力学性能，应符合表 9-7 要求。钢筋强屈比σ b /Q 0.2 应大于 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）。这种钢筋含有较高强度，而且有足够塑性，和混凝土粘结性能优异，替换 HPB235 级钢筋可节省钢材约 30%。通常见于预制钢筋混凝土圆孔板、叠合板中预制薄板，和现浇钢筋混凝土楼板等。

　图 9-3 冷轧扭钢筋 t-轧扁厚度；l 1 -节距 冷轧扭钢筋应符合行业标准（冷轧扭钢筋）（JG3046-1998）要求。其规格和力学性能分别见表 9-8 和表 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（mm 2 ）

　轧扁厚度 t（mm）

　大于 节距 l 1 （mm）

　小于 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 σ b （MPa）

　伸长率 δ 10 （％）

　冷弯 符号 大于 弯曲角度 弯心直径 6.5~14.0 580 4.5 180 3d φ t

　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和施工暂行要求》（DBJ 14-BG 3-96），可供参考。

　冷拔螺旋钢筋外形见图 9-4。其规格和力学性能分别见表 9-10 和表 9-11。

　图 9-4 冷拔螺旋钢筋 冷拔螺旋钢筋尺寸、重量及许可偏差

　表 9-10

　冷拔螺旋钢筋力学性能

　表 9-11

　冷拔螺旋钢筋生产，可利用原有冷拔设备，只需增加一个专用螺旋装置和陶瓷模具。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受力钢筋，以节省钢材；用于预应力空心板可提升延性，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 钢筋力学性能，可经过钢筋拉伸过程中应力-应变图加以说明。

　热轧钢筋含有软钢性质，有显著屈服点，其应力-应变图见图 9-5。从图中能够看出，在应力达成 a 点之前，应力和应变成正比，呈弹性工作状态，a 点应力值σ p 称为百分比极限；在应力超出 a 点以后，应力和应变不成百分比，有塑性变形，当应力达成 b 点，钢筋抵达了屈服阶段，应力值保持在某一数值周围上、下波动而应变继续增加，取该阶段最低点 c 点应力值称为屈服点σ s ；超出屈服阶段后，应力和应变又呈上升状态，直至最高点 d，称为强化阶段，d 点应力值称为抗拉强度（强度极限）σ b ；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。

　冷轧带肋钢筋应力-应变图（图 9-6），呈硬钢性质，无显著屈服点。通常将对应于塑性应变为 0.2％时应力定为屈服强度，并以σ 0.2 表示。

　图 9-5 热轧钢筋应力-应变图

　图 9-6 冷轧带肋钢筋应力-应变图 提升钢筋强度，可降低用钢量，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发构件过大变形和裂缝。所以，对一般混凝土结构，设计强度限值为 360MPa。

　钢筋延性通常见拉伸试验测得伸长率表示。影响延性关键原因是钢筋材质。热轧低碳钢筋强度虽低但延性好。伴随加入合金元素和碳当量加大，强度提升但延性减小。对钢筋进行热处理和冷加工一样可提升强度，但延性降低。

　混凝土构件延性表现为破坏前有足够预兆（显著挠度或较大裂缝）。构件延性和钢筋延性相关，但并不等同，它还和配筋率、钢筋强度、预应力程度、高跨比、裂缝控制性能等相关。比如，即使延性最好热轧钢筋，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脆性破坏。而由延性并不高钢丝、钢绞线配筋构件，因为钢筋强度很高，在很大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，两种性能不一样材料能够共同受力是因为它们之间存在着粘结锚固作用，这种作用使接触界面两边钢筋和混凝土之间能够实现应力传输，从而在钢筋和混凝土中建立起结构承载所必需工作应力。

　钢筋在混凝土中粘结锚固作用有：胶结力——即接触面上化学吸附作用，但其影响不大；摩阻力——它和接触面粗糙程度及侧压力相关，且随滑移发展其作用逐步减小；咬协力——这是带肋钢筋横肋对肋前混凝土挤压而产生，为带肋钢筋锚固力关键起源；机械锚固力——这是指弯钩、弯折及附加锚固等方法（如焊锚板、贴焊钢筋等）提供锚固作用。

　钢筋基础锚固长度，取决于钢筋强度及混凝土抗拉强度，并和钢筋外形相关。《混凝土结构设计规范》（GB 50010-20XX）给出了受拉钢筋锚固长度 l a 计算公式。

　 （9-1）

　式中

　f y ——一般钢筋抗拉强度设计值（N/mm 2 ）； f t ——混凝土轴心抗拉强度设计值（N/mm 2 ）；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——钢筋公称直径（mm）。

　上式应用时，应将计算所得基础锚固长度乘以对应于不一样锚固条件修正系数。本手册将基础锚固长度计算结果列于表 9-14。

　9-1-2-3 钢筋冷弯性能 钢筋冷弯是考评钢筋塑性指标，也是钢筋加工所需。钢筋弯折、做弯钩时应避免钢筋裂缝和折断。低强热轧钢筋冷弯性能很好，强度较高稍差，冷加工钢筋冷弯性能最差。

　热轧钢筋冷弯性能列于表 9-3。依据用户要求，钢筋可进行反问弯曲性能试验。反向弯曲试验弯心直径比弯曲试验对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。

　冷轧扭钢筋因截面方向性，只能在扁平方向弯折一次，限制了它施工适应性。

　9-1-2-4 钢筋焊接性能 钢材可焊性系指被焊钢材在采取一定焊接材料、焊接工艺条件下，取得优质焊接接头难易程度，也就是钢材对焊接加工适应性。它包含以下两个方面：

　（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多种裂纹及其它工艺缺点敏感性和可能性。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适应性，和影响使用可靠性程度。这种适应性和使用可靠性越大，则其使用焊接性越好。

　钢材可焊性常见碳当量来估量。所谓碳当量法就是依据钢材化学成份和焊接热影响区淬硬性关系，粗略地评价焊接时产生冷裂纹倾向和脆化倾向一个估算方法。

　碳素钢和低合金结构钢常见碳当量 C eq 计算公式为：

　 （9-2）

　式中右边各项中元素符号表示钢材化学成份中元素含量（％）。

　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增高而降低。国际标准要求小于 0.55%，认为是可焊。依据中国经验，碳钢或低合金钢，当 C eq ＜0.40%时，焊接性能优良；C eq ＝0.40%~0.55%时，需预热和控制焊接工艺；C eq ＞0.55％时，难焊。

　9-1-3 钢筋锈蚀和防护 水泥水化高碱度（pH＞12.5），使钢筋表面形成纯化膜，是混凝土能保护钢筋关键依据和基础条件。任何减弱或丧失这个条件原因，全部将促进钢筋锈蚀，影响混凝土耐久性。

　在钢筋混凝土中，碱度低水泥应限制使用，或使用时同时采取防腐技术方法。海砂含有不等量氯离子 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，最终造成结构破坏。中国相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 - 含量；二是必需采取对应防护方法（如掺入钢筋阻锈剂等）。

　混凝土密实性和钢筋表面混凝土保护层厚度，对保护钢筋起着关键作用。工程实践表明，钢筋过早出现腐蚀破坏，大多和混凝土质量欠佳相关。

　混凝土碳化是指大气中 CO 2 和混凝土中 Ca（OH）

　2 起化学反应，生成中性碳酸盐 CaCO 3 。混凝土中钢筋保持纯化状态最低碱度是 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 SO 2 ，除和 Ca（OH）

　2 结合生成 CaSO 3 类似碳化作用外，首先 SO 2 、SO 3 溶于水（或形成酸雨），直接促进钢筋电化学腐蚀过程（类似 C1 -作用）；另方面所生成硫酸盐对混凝土深入发生膨胀侵蚀作用。实质上，二氧化硫（SO 2 ）和酸雨对钢筋锈蚀危害，在一定条件下远大于碳化作用。

　提升混凝土本身对钢筋保护能力，是最关键、最根本防护标准。其中，高性能混凝土开发，有利于对钢筋保护。但因为混凝土材料多孔性和施工易产生裂纹等问题，是极难根本处理。在较严酷腐蚀环境中，附加防护方法仍然是不可缺乏，关键有：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 检验项目和方法 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）等要求抽取试件作为力学性能检验，其质量必需符合相关标准要求。

　检验数量：按进场批次和产品抽样检验方案确定。

　检验方法：检验产品合格证、出厂检验汇报和进场复验汇报。

　（2）对有抗震设防要求框架结构，其纵向受力钢筋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，检验所得强度实测值应符合下列要求：

　1）钢筋抗拉强度实测值和屈服强度实测值比值不应小于 1.25； 2）钢筋屈服强度实测值和强度标准值比值不应大于 1.3。

　检验数量和方法同（1）。

　（3）当发觉钢筋脆断、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份检验或其它专题检验。

　2．通常项目 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。

　检验数量：进场时和使用前全数检验。

　检验方法：观察。

　9-1-4-2 热轧钢筋检验 热轧钢筋进场时，应按批进行检验和验收。每批由同一牌号、同一炉罐号、同一规格钢筋组成，重量小于 60t。许可由同一牌号、同一冶炼方法、同一浇注方法不一样炉罐号组成混合批，但各炉罐号含碳量之差不得大于 0.02％，含锰量之差小于 0.15%。

　1．外观检验 从每批钢筋中抽取 5%进行外观检验。钢筋表面不得有裂纹、结疤和折叠。钢筋表面许可有凸块，但不得超出横肋高度，钢筋表面上其它缺点深度和高度不得大于所在部位尺寸许可偏差。

　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，如重量偏差大于许可偏差，则应和生产厂交涉，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（包含屈服点、抗拉强度和伸长率）和冷弯试验。

　拉伸、冷弯、反弯试验试件不许可进行车削加工。计算钢筋强度时，采取公称横截面面积。反弯试验时，经正向弯曲后试件应在 100℃温度下保温不少于30min，经自然冷却后再进行反向弯曲。当供方能确保钢筋反弯性能时，正弯后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。

　对热轧钢筋质量有疑问或类别不明时，在使用前应作拉伸和冷弯试验。依据试验结果确定钢筋类别后，才许可使用。抽样数量应依据实际情况确定。这种钢筋不宜用于关键承重结构关键部位。

　余热处理钢筋检验同热轧钢筋。

　9-1-4-3 冷轧带肋钢筋检验 冷轧带肋钢筋进场时，应按批进行检验和验收。每批由同一钢号、同一规格和同一等级钢筋组成，重量小于 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检验。检验结果应符合表 9-5 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验。

　2．钢筋力学性能应逐盘、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 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，应分批进行检验和验收。每批由同一钢厂、同一牌号、同一规格钢筋组成，重量小于 10t。当连续检验 10 批均为合格时检验批重量可扩大一倍。

　1．外观检验 从每批钢筋中抽取 5%进行外形尺寸、表面质量和重量偏差检验。钢筋表面不应有影响钢筋力学性能裂纹、折叠、结疤、压痕、机械损伤或其它影响使用缺点。钢筋压扁厚度和节距、重量等应符合表 9-8 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要求值，仍可判为合格，但需降直径规格使用，比如公称直径为φ t 14 降为φ t 12。

　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，同时大于 500mm。

　当全部试验项目均符合表 9-9 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 要求，则应加倍取样复检判定。