如何适应市场需求,应该发展什么钢筋,是建筑、冶金部门共同关心的问题。在现浇钢筋混凝土结构中,以热轧带肋新Ⅲ级钢筋(尤其是小直径热轧钢筋),替代原Ⅰ级、Ⅱ级以及550级冷加工钢筋作为主导钢筋是发展的趋势。在预应力混凝土结构中,以中、高强螺旋肋钢丝以及三股钢绞线代替低碳冷拔钢丝、冷轧带肋钢筋及冷拉钢筋,也是大势所趋。

1、钢筋比较的主要特征——强度与价格的比值

衡量钢筋优劣及其竞争力,主要是看其强度与价格的比值,以及其延性、锚固性能和对施工的适应性等要求。

2、非预应力板类构件钢筋比较

就非预应力板类构件而言,我国长期以来不生产φ12以下的Ⅱ级钢筋,所以只能采用I级钢筋,配筋率较高。550级的冷轧带肋钢筋、冷拔螺旋钢筋强度较I级钢筋增加,强度价格比提高26%,故配筋率降低,每吨钢材可节约432元,因而得到了广泛的应用。如采用新Ⅲ级钢筋,强度价格比较I级钢筋提高44%,配筋率进一步降低,每吨钢材可节约642元。从综合性能方面讲,冷加工钢筋是依靠大幅度牺牲延性来提高强度,各方面指标自然比不上小直径的新Ⅲ级钢筋。经济方面也我支出一笔冷加工费用。由此可见,在非预应力板类构件中采用小直径的新Ⅲ级钢筋是最佳的选择。

3、预应力预制板类构件钢筋比较

就预制板的预应力钢筋而言,以表1可以看出650级冷加工钢筋强度价格比0.172是最差的。从锚固性能、延性(伸长率)方面比冷拔低碳光圆钢丝有改善,但多费百余元,经济上不是最佳产品。又据国家建筑钢材质检中心公布的《第三次冷轧带肋钢筋生产许可证检查工作总结》,在12个省、市检测申请生产许可证的73家企业,有三分之一强的企业力学性能不合格。究其原因,除了生产规模小、装备水平低、管理不善以外,Q235盘条作为冷加工钢筋母材,质量不稳定,不是统一的专用母材难以控制,也是主要原因。正是由于经济与质量上的这些问题造成推广上的阻力。

从表1及上述讨论可见,随着钢筋强度提高,强度价格比提高,综合性能及经济效益也相应提高,在满足设计要求的条件下(如最小配筋率、每肋必须布一根筋),采用中、高强度钢丝及三股钢绞线作预应力钢筋,无疑是较好的选择。

表3为预应力空心板用钢量及价格比较。由表3可见,预应力钢筋采用较高强度的800级明显优于650级,而采用更高强度的1370、1570级将会有更好的效益。

4、优化锚固性能是优化钢筋的关键

为了尽可能采用高强度钢筋,必须从两方面着手:一方面选好母材,优化工艺,严格检验,对出厂指标留有余地,杜绝不合格产品。另一方面要解决好高强度钢筋与混凝土锚固共同作用问题,不致使混凝土滑脱、劈裂。

为了加强锚固作用,采用的主要措施有以下几点:

(1)采用较高强度等级的混凝土以及适应高效预应力钢筋。

(2)选用锚固性能较好的钢筋外形——螺旋肋形。

(3)改变原来先张法骤然放松预应力钢筋的施工方法,采用缓慢放张预应力的工艺,减少冲击力,防止构件端部裂缝。

关于钢筋外表与锚固性能之间的关系,中国建筑科学研究院对各类钢筋做过详尽的分析研究,并将试验结果绘制成粘结应力-滑移(τ-s)曲线,进行比较。

山东省建筑科学研究院和山东省建筑设计研究院1995年也对冷拔螺旋肋钢丝进行了24组试件锚固性能试验,得出了类似结果。

螺旋肋外表比较合理,一方面螺旋肋连续,基面积削弱较少,肋部面积仍可承受拉力;而带肋钢筋因横肋不能受力,有效面积要损失6%-11%左右。另一方面螺旋肋钢筋具有较高的锚固强度和刚度,且大滑移时仍具有较大承载力(锚固延性好),有利于抗震。螺旋肋钢筋表面凸起多条螺旋肋,混凝土咬合齿宽厚且连续不间断,不易破碎、剪断。挤压面积大,相对肋面积大,劈裂力均匀无方向性,因此早期滑移小而后期大变形时又具有较高的锚固延性,而一般带肋钢筋横肋咬合齿分散易挤碎切断,大滑移下即失去锚固力,锚固延性差。