帶肋鋼筋的升級(jí)換代及相關(guān)的資源問(wèn)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(kāi)展對(duì)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(guó)是帶肋鋼筋大國(guó)，近3年的產(chǎn)量見(jiàn)表1，都在1億噸上下。對(duì)鋼筋產(chǎn)量的預(yù)測(cè)都無(wú)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(guó)的地位。表1近幾年中國(guó)帶肋鋼筋產(chǎn)量近幾年中國(guó)帶肋鋼

2、筋產(chǎn)量年份200820092010鋼筋產(chǎn)量萬(wàn)噸9708.9712150.5513096.4占鋼材產(chǎn)量%16.717.5516.44帶肋鋼筋產(chǎn)量的長(zhǎng)期走向如何，這將涉及對(duì)此類(lèi)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(guó)帶肋鋼筋的產(chǎn)量將在相當(dāng)長(zhǎng)的期間內(nèi)保持較高的水

3、平。在中國(guó)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(duì)鋼筋使用性能的要求也出現(xiàn)了多元化的趨勢(shì)。對(duì)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(shì)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(duì)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(wèn)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(guó)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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(wèn)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(wèn)題的分析近些年來(lái)，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(jī)。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(mén)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(duì)耐蝕和耐火鋼筋的研發(fā)等，是對(duì)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(wèn)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(guó)是世界上地震多發(fā)的國(guó)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(guó)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(guó)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(lái)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(duì)高強(qiáng)度級(jí)別鋼筋的抗震性再實(shí)現(xiàn)細(xì)分，則無(wú)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(duì)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(guó)幅員遼闊，跨緯度較廣，加之地勢(shì)高低不同，地形類(lèi)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(guó)冬季氣溫分布的主要特征。中國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(duì)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(kù)縣南部發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)建筑箱形柱體脆性斷裂，未見(jiàn)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(duì)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(duì)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(guó)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(guó)的時(shí)空分布呈現(xiàn)極不均勻的態(tài)勢(shì)。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(guó)南方酸雨出現(xiàn)的頻度顯著高于北方。同時(shí)，中國(guó)空氣濕度的分布與酸雨的分布類(lèi)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(duì)該區(qū)域鋼筋的腐蝕。CL的滲入和酸雨是中國(guó)沿海地區(qū)鋼筋腐蝕的主要原因，目前已經(jīng)開(kāi)展了CL對(duì)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(guó)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(chē)保有量的增加，逐漸由硫酸（煤煙）型轉(zhuǎn)