帶肋鋼筋的升級(jí)換代及相關(guān)的資源問題

1、[導(dǎo)讀]：從資源友好出發(fā)分析了現(xiàn)有帶肋鋼筋Q235＋Mn型和Q235＋Mn＋MA型強(qiáng)韌化技術(shù)的不足，強(qiáng)調(diào)焊接連接不利于資源的有效利用；宜開展對用于機(jī)械連接的Q235＋C型強(qiáng)韌化技術(shù)的探討，以獲得更加資源友好的效果，給出了初步的實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果。中國是帶肋鋼筋大國，近3年的產(chǎn)量見表1，都在1億噸上下。對鋼筋產(chǎn)量的預(yù)測都無一例外地表明：近幾年鋼筋的產(chǎn)量都將維持在比較高的水平，繼續(xù)保持了鋼筋大國的地位。表1近幾年中國帶肋鋼筋產(chǎn)量近幾年中國帶肋鋼

2、筋產(chǎn)量年份200820092010鋼筋產(chǎn)量萬噸9708.9712150.5513096.4占鋼材產(chǎn)量%16.717.5516.44帶肋鋼筋產(chǎn)量的長期走向如何，這將涉及對此類量大面廣產(chǎn)品研發(fā)的戰(zhàn)略思考。作為參考，日本在鋼產(chǎn)量達(dá)到峰值且廣泛采用鋼結(jié)構(gòu)建筑以后，已經(jīng)普及了490MPa級(jí)鋼筋。即使如此，在隨后的1996～2005的10年間，鋼筋的產(chǎn)量仍然一直維持在鋼鐵總產(chǎn)量的10%左右。由此推斷，中國帶肋鋼筋的產(chǎn)量將在相當(dāng)長的期間內(nèi)保持較高的水

3、平。在中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展的同時(shí)，隨著鋼筋服役條件日趨復(fù)雜多樣、苛刻，對鋼筋使用性能的要求也出現(xiàn)了多元化的趨勢。對鋼筋的抗震、耐蝕、低溫、耐火等性能的研究日益受到了重視，取得了不少成果。它們將勢必進(jìn)入鋼筋升級(jí)換代的行列之中。另一個(gè)不容忽視、甚至是對帶肋鋼筋今后技術(shù)發(fā)展取向起決定性影響的因素就是資源問題。鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展自身就受到資源與環(huán)境2個(gè)瓶頸日益嚴(yán)重的制約，基于中國能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，就鋼鐵生產(chǎn)而言，這兩種制約基本上是正相關(guān)的，這也是本文以

4、資源為線索做以下探討的原因。一般而言，上述制約必然涉及到全部鋼鐵產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用，但就帶肋鋼筋而言，由于它在鋼鐵總產(chǎn)量中所占據(jù)的重要位置，所受到的資源制約就更為突出了。綜上所述，龐大而持久的產(chǎn)量基數(shù)，對性能升級(jí)換代要求的迫切性和嚴(yán)峻的資源制約，都不得不促使對帶肋鋼筋現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)和應(yīng)用做細(xì)致的分析，進(jìn)行更為長遠(yuǎn)的思考。1帶肋鋼筋升級(jí)換代中的多元化內(nèi)涵及相關(guān)資源問題的分析帶肋鋼筋升級(jí)換代中的多元化內(nèi)涵及相關(guān)資源問題的分析近些年來，在高級(jí)別

5、帶肋鋼筋的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用方面取得了可喜的成績。采用400和500MPa，甚至600MPa高級(jí)別帶肋鋼筋取代335MPa級(jí)已經(jīng)成為鋼筋生產(chǎn)和應(yīng)用部門的共識(shí)，其巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益早已不容置疑。屈強(qiáng)比Rp0.2Rm和均勻延伸納入標(biāo)準(zhǔn)、對耐蝕和耐火鋼筋的研發(fā)等，是對鋼筋性能多元化要求的標(biāo)志。然而，在考慮帶肋鋼筋減量化技術(shù)時(shí)，卻往往更多地關(guān)注鋼筋標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的靜態(tài)力學(xué)行為的指標(biāo)。這雖然是升級(jí)換代最原始的出發(fā)點(diǎn)，但并不全面。以下的分析是在保證標(biāo)準(zhǔn)

6、中所規(guī)定性能的前提下，探討鋼筋性能的多元化及相關(guān)的資源友好問題。1.11.1基于地震區(qū)劃圖抗震設(shè)防水平的抗震性能基于地震區(qū)劃圖抗震設(shè)防水平的抗震性能中國是世界上地震多發(fā)的國家，早在3800年前就有了關(guān)于地震的記錄。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國歷史上有記載的地震多達(dá)8000多次，其中1000多次的震級(jí)可能達(dá)到6級(jí)以上，這是由于中國位于地中海喜馬拉雅山脈地震帶和大陸斷裂地震帶上之故。近年來的災(zāi)難性強(qiáng)震，如1976年7月發(fā)生的唐山7.8級(jí)地震和2008年5月

7、發(fā)生的四川汶川8.0級(jí)地鋼筋的強(qiáng)度級(jí)別高，保證其抗震性能的技術(shù)含量也越高。如果對高強(qiáng)度級(jí)別鋼筋的抗震性再實(shí)現(xiàn)細(xì)分，則無疑需要將鋼筋生產(chǎn)整體的工藝技術(shù)水平提升到更高的高度，這對充分發(fā)揮資源的利用率和借調(diào)整生產(chǎn)工藝提高產(chǎn)品性能的潛力都是有利的。1.21.2與地域相關(guān)的韌脆性轉(zhuǎn)變溫度與地域相關(guān)的韌脆性轉(zhuǎn)變溫度中國幅員遼闊，跨緯度較廣，加之地勢高低不同，地形類型及山脈走向多樣，因而氣溫降水的組合多種多樣，形成了多種多樣的氣候。南方溫暖，北方寒冷

8、，南北氣溫差別大是中國冬季氣溫分布的主要特征。中國1月平均氣溫最高為20℃（海南島）；平均最低為30.9℃（黑龍江與內(nèi)蒙古北部），極端低溫為黑龍江漠河鎮(zhèn)的52.3℃。與之相應(yīng)，中國年最大凍土深度的分布也極端不均，從0～500cm不等，它在一定程度上反映了中國最低氣溫的分布，還可作為建筑物基礎(chǔ)所處溫度環(huán)境的參考。不同地域如此巨大的冬季溫差，要求帶肋鋼筋具有相應(yīng)不同的DBTT：在中國熱帶、亞熱帶和暖溫帶使用鋼筋的DBTT可高于寒溫帶的，其差

9、值可以達(dá)到40～50℃之多。對于寒冷而地震多發(fā)區(qū)的抗震鋼筋而言，除要求低的DBTT之外，低溫大應(yīng)變低周疲勞性能也是必須考慮的。1995年1月17日日本阪神地震時(shí)，兵庫縣南部發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)建筑箱形柱體脆性斷裂，未見明顯的塑性變形痕跡，斷裂不僅發(fā)生在焊縫，還發(fā)生在遠(yuǎn)離焊接區(qū)，此時(shí)氣溫較低，可判定為低溫脆性斷裂。因此，低溫韌性與抗震性能是相關(guān)的。此外，時(shí)效會(huì)提高鋼筋的DBTT：20MnSiVHRB400Ⅲ級(jí)鋼筋時(shí)效后，按照AkvT關(guān)系曲線判斷的D

10、BTT從熱軋態(tài)的10℃升高到約0℃；若按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以Akv＝27J為判據(jù)，則分別為40℃和約23℃。不言而喻的是，鋼筋的低溫脆性與其成分控制，尤其是潔凈度相關(guān)。兼顧強(qiáng)度與韌性一直是鋼鐵材料研發(fā)所追求的目標(biāo)之一。事實(shí)證明，為保證低溫韌性往往需要付出資源方面的代價(jià)，即進(jìn)行必要的合金化，對高級(jí)別鋼筋更是如此。如果能夠按照使用地域的氣候特點(diǎn)對高強(qiáng)度帶肋鋼筋的韌性和DBTT做不同的要求，則更能發(fā)揮資源（成分）及工藝設(shè)計(jì)的潛力。1.31.3與地域

11、相關(guān)的腐蝕性與地域相關(guān)的腐蝕性中國已成為僅次于歐洲、北美的世界第3個(gè)主要酸雨區(qū)。酸雨是導(dǎo)致混凝土中鋼筋腐蝕的重要因素。酸雨在中國的時(shí)空分布呈現(xiàn)極不均勻的態(tài)勢。在南方，大氣中的酸性顆粒物含量高，土壤中鈣與鈉的含量也高，主要以低PH值的酸性土壤為主等因素均易于形成酸雨。因此，中國南方酸雨出現(xiàn)的頻度顯著高于北方。同時(shí)，中國空氣濕度的分布與酸雨的分布類似，也是南方潮濕，西北方干燥，二者大氣濕度的分布相差3（7月）至6（1月）倍之巨。在南方，酸雨

12、和潮濕氣候二者疊加將進(jìn)一步促使酸雨對該區(qū)域鋼筋的腐蝕。CL的滲入和酸雨是中國沿海地區(qū)鋼筋腐蝕的主要原因，目前已經(jīng)開展了CL對鋼筋腐蝕的研究。此外，在沿海和內(nèi)陸的工業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，出現(xiàn)了以大工業(yè)城市為核心的多中心的酸雨分布。中國以煤為主要能源而且煤的硫含量高，有時(shí)高達(dá)2%～5%。煤在燃燒前洗選加工落后、直接燃燒以及煙氣脫硫不足進(jìn)一步增加了煤煙型酸雨的酸性。這些地區(qū)的酸雨組成還隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展和汽車保有量的增加，逐漸由硫酸（煤煙）型轉(zhuǎn)