刘 宇,林 丽,谢新宇,康景文
(1.中国建筑西南勘察设计研究院有限公司,四川成都 610081;2.成都医学院,四川成都 610500)
自2011年住房和城乡建设部、工业和信息化部(简称住建部和工信部)联合成立高强钢筋协调组以来,经过半年多时间的调研和完善,《关于加快应用高强钢筋的指导意见》(简称《指导意见》[1])于2012年1月16日正式对外发布。这是住建部和工信部推动上下游产业协同发展,实现减量化用钢的重要举措。《指导意见》提出推广应用高强钢筋的主要目标是加速淘汰335 MPa 级螺纹钢筋,优先使用400 MPa级螺纹钢筋,积极推广500 MPa 级螺纹钢筋。到2013年底,在建筑工程中淘汰335 MPa 级螺纹钢筋;到2015年底,在建筑工程中使用量达到建筑用钢筋总量的65%以上。
高强钢筋是指抗拉屈服强度达到400 MPa 级及以上的螺纹钢筋,具有强度高、综合性能优的特点[2]。
目前高强钢筋主要有余热处理、微合金化、超细晶粒三种生产工艺。余热处理钢筋是指普通钢筋利用轧后高温直接进行淬火,然后利用钢筋自身余热进行自回火,实现提高强度的目的。但其可焊性、机械连接性能和施工适用性能较低,应用范围受限制,一般只适用于对变形性能及加工性能要求不高的构件中,如基础、大体积混凝土、楼板、墙体及次要的中小结构件等;微合金化钢筋主要是指通过在钢水中添加微量钒、铌、钛等合金化元素,通过这些微量元素的碳化物、氮化物在钢中的沉淀析出,达到细化晶粒强化和沉淀析出强化的目的,改善钢筋性能。通过微合金化工艺生产的钢筋,具有强度高、焊接性能好、抗震性能好的特点,是产品性能最好的高强钢筋生产工艺,但由于需要添加钒、铌、钛等合金元素,相应的会增加钢筋的生产成本;细晶粒钢筋是在超细晶粒钢研究成果的基础上开发的高强钢筋生产工艺。在不需添加合金元素,通过控轧控冷,利用形变诱导相变技术,获得超细晶粒组织,达到提高钢筋强度的目的。由于不需要添加一些微合金元素,生产成本相对较低,且节约资源,但因在焊接过程中,焊接热影响区晶粒会长大,使焊接接头区域出现软化,强度降低,因此焊接性能较差。
(1)指导思想。深入贯彻落实科学发展观,以建筑钢筋使用减量化、提高资源利用效率为目标,通过完善政策和标准配套,优化建筑钢筋生产、使用品种和结构,创新应用建筑高强钢筋工作机制,实现钢铁行业与建筑业的技术进步和节材、节能。
(2)基本原则。在遵循政策引导、行业服务、技术支撑、典型示范、市场配置和供需平衡等原则基础上,积极推进应用高强钢筋的各项工作。
(3)主要目标。2013年底,淘汰335 MPa 螺纹钢筋。2015年底,高强钢筋的产量占螺纹钢筋总产量的80%,在建筑工程中使用量达到建筑用钢筋总量的65%以上。
在应用400 MPa 级螺纹钢筋为主的基础上,对大型高层建筑和大跨度公共建筑,优先采用500 MPa 级螺纹钢筋,逐年提高500 MPa 级螺纹钢筋的生产和使用比例。对于地震多发地区,重点应用高强屈比、均匀伸长率高的高强抗震钢筋。
(1)保障高强钢筋产品的供应。钢铁生产企业要通过技术改造,保证高强钢筋各品种规格产品的供应,扩大符合抗震要求的400 MPa 级螺纹钢筋的生产,提高400 MPa 级螺纹钢筋生产质量稳定性,并提高500 MPa 级螺纹钢筋产量。
(2)加快混凝土用钢的标准修订。2012年上半年完成钢筋混凝土用钢的产品标准(GB 1499)修订,取消GB 1499标准中的235 MPa 光圆钢筋和335 MPa 螺纹钢筋,将光圆钢筋的强度等级从235 MPa 提高到300 MPa,钢筋强度等级设置为300 MPa、400 MPa、500 MPa。
(3)贯彻实施新修订的《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)。建筑结构中的纵向受力钢筋要优先采用400 MPa 级及以上螺纹钢筋,其中,梁、柱纵向受力钢筋应采用400 MPa 级及以上螺纹钢筋。梁、柱箍筋推广采用400 MPa 级及以上螺纹钢筋。适时修订相关工程建设标准,淘汰335 MPa 级螺纹钢筋,进一步推广500 MPa 级螺纹钢筋。
(4)加强相关标准的实施监督工作。积极开展相关标准宣贯培训工作,加强对设计单位和施工图审查机构执行相关标准规范的监督,完善实施工程建设标准的技术措施。
(5)加强对高强钢筋应用的质量管理。建设、施工、监理企业要加强施工现场进场钢筋及钢筋加工环节的质量检查。工程质量监督机构要做好相应的监管工作。
(6)加快高强钢筋产品及应用技术研发。研究钢筋连接新工艺和新技术,降低工程施工中钢筋加工成本。加强高强钢筋和高强混凝土结构构件抗震性能的研究,开展600 MPa级及以上螺纹钢筋产品研发。
(7)工业和信息化部会同有关部门,提高下游行业工程建设用钢标准,加强在水利、交通、铁路等建设工程中淘汰235 MPa 光圆钢筋、335 MPa 螺纹钢筋工作。
(1)成立高强钢筋推广应用协调组,统筹生产和应用环节,协调解决应用高强钢筋中的问题,完善推广应用机制。
(2)研究制定相关扶持政策,将高强钢筋推广应用纳入国家开展的节能减排、绿色建筑行动等工作中。
(3)在部分省市组织开展高强钢筋应用项目和生产企业的示范工作。
(4)在住房城乡建设领域开展的工程评奖、评定和示范项目以及钢铁行业相关产品评优活动中,将采用高强钢筋的情况作为参评或获奖的条件之一,鼓励建设单位、设计单位使用高强钢筋。
(5)各级政府投资建设的公共建筑和保障性住房应率先采用高强钢筋。
目前,在我国已具备了全面推广、应用高强钢筋的现实条件。我国获得热轧钢筋生产资质的企业约有356 家,其中具有400 MPa 级高强钢筋生产资质的企业为289 家,500 MPa 级高强钢筋生产资质的企业60 家。近年来,国家加强了对400 MPa 级高强钢筋应用技术的研发,其应用技术已基本成型。钢铁企业已具备满足市场需求的高强钢筋生产能力,且在钢筋产能支撑、政策引导和市场调节作用下,高强钢筋价格浮动在可控范围之内。
钢筋是钢铁材料中单个品种数量比例最高的,约占全国钢产量的20% 以上。在建筑工程中用高强钢筋替代335 MPa 级钢筋,可节约钢材12%以上。按照《指导意见》中确定的目标,到2015年末高强钢筋占建筑用钢筋总量的比例提高到65%,当年可减少使用钢筋约1000×104t,相应减少铁矿石消耗1600×104t、节约能源600×104t 标准煤,减少二氧化碳排放2000×104t,这将为节能减排做出重要贡献。同时,在施工中使用高强钢筋,可减少钢筋加工与连接工作量,方便混凝土浇筑,有利于保证混凝土施工质量。
目前美国、英国、德国、日本、俄罗斯、澳大利亚/新西兰(简称澳/新)等均有热轧螺纹钢筋同类标准,且以澳/新标准最为先进,代表了当今国外热轧螺纹钢筋的发展趋势。国外钢筋标准的强度级别设置不尽相同,但总的来看,国外钢筋高强化发展的趋势明显,普遍应用500 MPa 级及以上钢筋。欧洲国家专有500 MPa 级钢筋标准,美国标准也增加了高强钢筋的牌号。地震多发国家在标准中明确了抗震要求,如澳大利亚/新西兰明确提出了采用300E 与500E 抗震要求的钢筋。美国、日本标准中对抗拉强度、屈服强度及延伸率的要求也比较严格,且规定只能采用热轧工艺生产。从发达国家的钢筋标准可以看出,各国标准都强调建筑钢筋的高强度和安全性。因此,我国须加快钢筋产品标准和使用规范的修订,使我国在钢筋使用方面达到国际先进水平。
我国高强钢筋开发的方向:一是加强500 MPa 级及以上的高强钢筋的研发、推广与应用;二是加强抗震钢筋的生产与应用;三是加强耐蚀钢筋的研发、推广与应用;四是加强低成本高性能钢筋的研发、推广与应用;五是加强高强钢筋应用技术的研究。
目前,我国钢铁工业将重点推行低成本、高效化洁净钢生产工艺技术平台,为提高钢筋等量大面广钢材产品质量、档次和稳定性提供了技术支撑。如中国建筑科学研究院组织开展了500 MPa 级钢筋基本性能与构建力学性能的研究,并与钢铁企业联合,在部分省市开展500 MPa 级钢筋工程试应用工作;2011年开发研制了500 MPa 和700 MPa 级高强度螺纹钢筋、40 mm 的HRB500 E 热轧螺纹抗震钢筋和25 mm 的HRB600 E 高强抗震钢筋。
钢筋的经济性表现为性能价格比,通常为强度价格比,即每元经费能够买到单位质量钢筋的设计强度。根据有关资料的测算,高强钢筋比普通钢筋具有较好的经济性。
按照到“十二五”末,我国高强钢筋使用比例达到建筑用钢的80%计算,每年可在2010年的基础上,再减少钢材消耗1000×104t,减少铁矿石消耗1600×104t,减少能源消耗600×104t 标准煤,减少二氧化碳排放2000×104t。
《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》(GB 1499-2007)、《钢筋混凝土用余热处理钢筋》(GB 13014),均已将400 MPa、500 MPa 强度等级的高强钢筋纳入标准,但同时保留了335 MPa等低强度等级的标准。按计划开展《混凝土用钢产品标准(GB 1499)》的修订工作,在该标准中取消335 MPa 级钢筋。2012年底将正式实施,为2013年底淘汰335 MPa 级钢筋做好技术准备;同时,严格规定对微合金化、超细晶粒、余热处理等不同工艺生产的钢筋进行标识和检验,保证产品质量,避免施工使用中的混淆,规范钢材市场。
目前执行的《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)已明确将400 MPa 级高强钢筋作为主力受力钢筋,但仍保留了对335 MPa 级箍筋等的使用。新修订的《混凝土结构设计规范》首次将500 MPa 级钢筋(Ⅳ级)列入了使用规范,要求优先使用400 MPa 级钢筋(Ⅲ级),积极推广500 MPa 级钢筋,用HPB 300 光圆钢筋取代HPB 235 光圆钢筋(Ⅰ级),逐渐减少使用335 MPa 级钢筋(Ⅱ级),并最终取消该品种。建筑结构中的纵向受力钢筋要优先采用400 MPa 级及以上螺纹钢筋。其中梁、柱纵向受力钢筋应采用400 MPa 级及以上螺纹钢筋,梁、柱箍筋推广采用400 MPa 级及以上螺纹钢筋。适时修订相关工程建设标准,淘汰335 MPa 级螺纹钢筋,进一步推广500 MPa 级螺纹钢筋。
积极开展相关标准宣贯培训工作,加强对设计单位和施工图审查机构执行相关标准规范的监督,完善实施工程建设标准的技术措施。建设、施工、监理企业要加强施工现场进场钢筋及钢筋加工环节的质量检查。同时,在开展工程评奖、评定和示范项目以及钢铁行业相关产品评优活动中,将采用高强钢筋的情况作为参评或获奖的条件之一,鼓励建设单位、设计单位使用高强钢筋。
[1][2012]1号关于加快应用高强钢筋的指导意见[S]
[2]加快推广应用高强钢筋实现减量化用钢[N].世界金属导报,2012-01-30