1、中南林大土木建筑工程检测中心第3章 钢筋检测3.1 概 述3.1.1 钢及其特性钢理论上，凡是把含碳量小于2%，含杂质比较少的铁碳合金称为钢。含碳量超过2%，称为生铁；含碳量小于0.08%，称为工业纯铁。钢的特点具有强度高，塑性好，具有良好的韧性；工艺性能良好，易于加工；但是，钢材易锈蚀、耐火性差。（一）钢材的组成（一）钢材的组成钢材和一切金属材料一样，也为晶体结构，它是铁钢材和一切金属材料一样，也为晶体结构，它是铁-碳碳合金晶体，钢的晶格有两种构架，即体心立方晶格和面合金晶体，钢的晶格有两种构架，即体心立方晶格和面心立方晶格。其晶体结构中，各个原子以金属键相互结心立方晶格。其晶体结构中，各个
2、原子以金属键相互结合在一起，这种结合方式就决定了钢材具有很高的强度合在一起，这种结合方式就决定了钢材具有很高的强度和良好的塑性。和良好的塑性。图 1 图 2 钢材的晶格并不都是完好无缺的规则排列，而是存在许多缺陷，它们将显著地影响钢材的性能，这是钢材的实际强度远比理论强度小的根本原因。其主要的缺陷有三种：点缺陷、线缺陷和面缺陷。空位 间隙原子 刃型位错(a)点缺陷(b)线缺陷(c)面缺陷 晶格缺陷示意图 铁碳合金的晶体结构固溶体固溶体置换固溶体置换固溶体:溶剂原子被溶质原子所置换溶剂原子被溶质原子所置换间隙固溶体（间隙固溶体（interstitial solid solutioninterst
3、itial solid solution）溶质原子溶入溶剂晶格的间隙而形成的固溶体溶质原子溶入溶剂晶格的间隙而形成的固溶体.晶格畸变晶格畸变:由于溶质原子的由于溶质原子的介入，原子的排列规律受到介入，原子的排列规律受到局部的破坏，使晶格发生扭局部的破坏，使晶格发生扭曲变形。曲变形。固溶强化现象固溶强化现象:溶质溶质原子的溶入，使固原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸溶体的晶格发生畸变，变形抗力增大，变，变形抗力增大，金属的强度及硬度金属的强度及硬度升高的现象升高的现象化合物铁与碳形成的金属化合物铁与碳形成的金属化合物渗碳体是铁和碳的化合物，含碳量为6.67%，用“Fe3C”表示。渗碳体的特点：渗碳
4、体的特点：硬度近800HBW，塑性几乎为零；一般认为其熔点1600（有资料介绍其计算值为1227）。机械混合物珠光体珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物，含碳量较低(0.8)，层状结构，塑性较好，强度和硬度较高。铁碳合金的铁碳合金的含碳量与晶体含碳量与晶体组织及性能之组织及性能之间的关系间的关系 化学元素对钢材性能的影响化学元素对钢材性能的影响 化学元素强度硬度塑性韧性可焊性其他碳（C）1%冷脆性锰（Mn）脱氧、硫剂钛（Ti）强脱氧剂钒（V)时效磷（P）偏析、冷脆氮（N）冷脆性硫（S）氧（O）磷主要溶于铁素体中起强化作用，同时可提高钢材的耐磨、耐蚀性，但塑性、韧性显著降低，当温度很低时，对后二者
5、影响更大，磷的偏析倾向强烈。硅、锰大部分溶于铁素体中，当硅含量小于1时，可提高钢材的强度，对塑性、韧性影响不大；锰一般含量在12之间，除强化外，能消弱硫和氧引起的热脆性，且改善钢材的热加工性。硅、锰是我国低合金钢的主要合金元素。钛是强脱氧剂，钒、铌是碳化物和氮化物形成元素，三者皆能细化晶粒，增加强度，在建筑常用低合金钢中，三者为常用合金元素。氮溶于铁素体中或呈氮化物形式存在，对钢材性质影响与C、P相似。二者在低合金钢中可配合其它元素作为合金元素。硫、氧主要存在于非金属夹杂物中，降低各种力学性能，硫化物造成的低溶点使钢材在焊接时易于产生热裂纹，显著降低可焊性，且有强烈的偏析作用；氧有促进时效倾向
6、的作用，氧化物所造成的低溶点亦使钢的可焊性变坏。（二）钢材分类钢材分类1.1.镇静钢镇静钢(killed steel)钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铅进行了充分脱氧,Wo=0.01%左右,成分较均匀、组织较致密。2.2.沸腾钢沸腾钢(boiling steel)钢液在浇注仅前进行轻度假脱氧,Wo=0.03%0.07%,成分偏析较严重、组织不致密。机械性能不均匀,冲击韧性差。3.3.半镇静钢半镇静钢(balanced steel)半镇静钢是脱氧过程介于镇静钢和沸腾钢之间的钢,是用锰铁和硅铁进行脱氧。其质量也介于二者之间,可代替部分镇静钢。(1)(1)碳素钢碳素钢低碳钢：含碳量 0.60(2)(2)合
7、金钢合金钢低合金钢：合金元素总含量 10建筑工程中，钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢，主要使用非合金钢中的低碳钢，及低合金钢加工成的产品。合金钢亦有少量应用。3.1.2 建筑钢材的主要品种1.型钢简单截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角钢等；复杂截面型钢：工字钢、角钢、槽钢、钢轨等。3.1.2 建筑钢材的主要品种2.线材如钢筋、钢丝等。3.1.2 建筑钢材的主要品种3.管材 无缝钢管、焊接钢管等。3.1.2 建筑钢材的主要品种4.板材光面钢板、花纹钢板、彩色涂层钢板等。压型彩钢板3.1.3 钢的冶炼方法简介按照炼钢炉的种类，炼钢方法可分为：1.空气转炉炼钢法 一般炼制普通碳素钢。2.氧气转炉炼钢法
8、 炼制优质碳素钢和合金钢。3.平炉炼钢法 用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特殊要求的专用钢。4.电炉炼钢法白口铁液态生铁吹入空气或氧气钢浇注成钢锭脱 氧熔融3.1.4 钢的分类1.按冶炼方法分2.按质量分 按S和P元素含量，分为普通质量钢、优质钢和特殊质量钢。钢转炉钢沸腾钢电炉钢平炉钢按冶炼方法分按脱氧程度分半镇静钢镇静钢特殊镇静钢按炉衬材料分为酸性钢和碱性钢 熔炼时间长，利于化学成分控制。杂质少，质量高。能耗大、成本高。脱氧不充分，浇铸与凝固时有大量CO放出，呈沸腾现象3.1.4 钢的分类3.按化学成分分4.按用途分 分为建筑钢、结构钢、工具钢、特殊性能钢（如不锈钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等。钢
9、中碳钢低合金钢高碳钢低碳钢碳素钢合金钢中合金钢高合金钢C0.25%C=0.25%0.60C0.60合金总含量5%5%10103.2 建筑钢材的主要性能 标准试件按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。l0 A0d0l 非标准试件不经过加工，直接在线材上切取的试件。头部头部工作段3.2.1 拉伸性能1.低碳钢的拉伸性能0钢材拉伸过程的-图OB弹性阶段BC屈服阶段CD强化阶段DE颈缩阶段A0BCB0DCEDFEC上上屈服点C下下屈服点以下屈服点的应力作为钢材的屈服强度。（1）拉伸试验过程0钢材拉伸弹性阶段示意图AB0弹性阶段p比例极限，MPa。pBB弹性极限，MPa。注：由于A、B两点相距较近
10、，一般认为p=B。0 钢材拉伸屈服阶段示意图AB0C下C上CBC下C上C屈服阶段放大后0 钢材拉伸强化阶段示意图AB0C下C上CD D D D D强化阶段bb 抗拉强度或强度极限。DC0E钢材拉伸颈缩阶段示意图AB0C下C上CDDE颈缩阶段（2）拉伸过程的参数强度指标屈服强度：抗拉强度：塑性指标伸长率：0AFss0AFbb%100001lll2.硬钢（高碳钢）的拉伸性能硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈服强度0.2来代替屈服强度。条件屈服点0.2：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。见左图。0A0.2%aboa总变形。ba弹性变形99.8%。ob塑性变形
11、0.2%。3.2.2 冲击韧性定义及指标指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。其大小用冲击韧性值k表示。k 越大，则冲击韧性越好。k是以试件冲击破坏时缺口处单位面积上所消耗的功（J/cm2）。影响因素硫、磷含量高，存在化学偏析，含非金属夹杂物，焊接形成裂纹，温度降低等，均会降低冲击韧性。对于承受冲击荷载和振动荷载部位的钢材，必须考虑冲击韧性。3.2.3 工艺性能1.冷弯性能 指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。冷弯试验的指标：弯心直径d与试件厚度（直径）a的比值d/a；弯曲角度（90或180）；试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹则冷弯合格。通过冷弯试验，更有助于暴露钢材的某些内在缺陷，它能揭示钢材是否存
12、在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。3.2.3 工艺性能2.可焊性 可焊性是指在一定焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区是否产生裂缝及脆硬影响，焊接后接头强度是否与母体相近的性能。可焊性受化学成分及含量的影响。含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均会降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金钢具有良好的可焊性。焊接结构应选择含碳量较低的氧气转炉或平炉的镇静钢。当采用高碳钢及合金钢时，为了改善焊接后的硬脆性，焊接时一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。3.2.4 钢材的冷加工强化和时效1.冷加工强化 冷加工强化是钢材在常温下，以超过其屈服点但不超过抗拉强度的应力对其进行的加工。建筑钢材常用的
13、冷加工有冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等。对钢材进行冷加工的目的，主要是利用时效提高强度，利用塑性节约钢材，同时也达到调直和除锈的目的。3.2.4 钢材的冷加工强化和时效2.时效钢材随时间的延长，其强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性降低的现象称为时效。时效分为自然时效和人工时效两种。自然时效是将其冷加工后，在常温下放置1520d；人工时效是将冷加工后的钢材加热至100200保持2h以上。经过时效处理后的钢材，其屈服强度、抗拉强度及硬度都将提高，而塑性和韧性降低。3.3 建筑钢材的钢种及牌号 3.3.1 碳素结构钢（非合金钢）1.牌号表示法由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部
14、分按顺序组成；如：Q235AF表示为屈服点不小于235MPa的A级沸腾钢。2.牌号共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个牌号。3.技术要求化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB700规定。3.3.1 碳素结构钢（非合金钢）4.应用Q195、Q215，含碳量低，强度低，塑性、韧性、加工性能和可焊性好，主要用于轧制薄板和盘条、制造铆钉、地脚螺栓等。Q235，含碳适中，综合性能好，强度、塑性和焊接等性能得到很好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或钢筋，以及圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢等型钢，广泛地应用于建筑工程中。Q255、Q275，强度、硬度较高，耐磨性较好，塑性和可焊性能有
15、所降低。主要用作铆接与螺栓连接的结构及加工机械零件。3.3.2 低合金高强度结构钢 1.牌号表示方法由代表屈服点的拼音字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）三部分按顺序组成。如Q345A表示屈服点不小于345MPa的A级钢。2.牌号共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号。3.技术要求其化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB/T1591 的规定3.3.3 低合金高强度结构钢4.应用Q295，钢中只含有极少量合金元素，强度不高，但有良好的塑性、冷弯、焊接及耐蚀性能。主要用于建筑工程中对强度要求不高的一般工程结构。Q345、Q390，综合力学性能好，焊接性能
16、、冷热加工性能和耐蚀性能均好，C、D、E级钢具有良好的低温韧性。主要用于承受较高荷载的焊接结构。Q420、Q460，强度高，特别是在热处理后有较高的综合力学性能。主要用于大型工程结构及要求强度高、荷载大的轻型结构。3.4 钢 筋 3.4.1 热轧钢筋1.生产 采用钢锭经加热轧制自然冷却而成。2.分类 钢筋混凝土用热轧钢筋分为光圆钢筋和带肋钢筋两种。3.牌号 热轧直条光圆钢筋：HPB235 热轧带肋钢筋：HRB335、HRB400、HRB500 H、R、B分别为热轧（Hotrolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars）三个词英文首位字母。推荐公称尺寸：光圆：8、10、12、16、20；带
17、肋：6、8、10、12、16、20、25、32、40和50mm 3.4.1 热轧钢筋4.热轧钢筋的力学性能、工艺性能 应符合下表的规定。表面形状强度等级代号公称直径屈服点s，MPa抗拉强度b，MPa伸长率5，%冷弯d弯心直径a钢筋公称直径不小于光圆HPB23582023537025180d=a月牙肋HRB335625285033549016180d=3a180d=4aHRB400625285040057014180d=4a180d=5aHRB500625285050063012180d=6a180d=7a3.4.1 低碳热轧圆盘条1.概述低碳热轧圆盘条的公称直径为5.530mm，大多通过卷线机
18、成盘卷供应，因此称为盘条、盘圆或线材。2.分类按用途分为：供拉丝用盘条（代号L）、供建筑和其他一般用途用盘条（代号J）两种。3.牌号低碳热轧圆盘条的牌号表示方法由屈服点符号、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号、用途类别符号等五个内容表示。3.4.2 低碳热轧圆盘条4.力学性能和工艺性能 5.应用大量用作建筑工程中钢筋混凝土的配筋外，还适用于供拉丝、包装及其它用途。牌 号力学性能冷弯试验180d=弯心直径a=试样直径屈服点s，MPa抗拉强度b，MPa伸长率5，%不小于Q21521537527d=0Q23523541023d=0.5a低碳热轧圆盘条的力学性能和工艺性能 3.4.3 冷轧带肋钢筋
19、 1.生产冷轧带肋钢筋由热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在表面冷轧成两面或三面有肋的钢筋。钢筋冷轧后允许进行低温回火处理。2.牌号按抗拉强度分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五个牌号。3.规格直径范围为412mm，推荐的公称直径为5、6、7、8、9、10mm 3.4.3 冷轧带肋钢筋4.力学性能和工艺性能应符合GB13788的相关规定。5.应用冷轧带肋钢筋用于非预应力构件，与热轧圆盘条相比，强度提高17%左右，可节约钢材30%左右；用于预应力构件，与低碳冷拔丝比，伸长率高，钢筋与混凝土之间的粘结力较大，适用于中、小预应力混凝土结构构件，也适用于焊接钢筋网
20、。3.4.4 热处理钢筋 1.概述 热处理钢筋是经过淬火和回火调质处理的螺纹钢筋。分有纵肋和无纵肋两种，其外形分别见右图。代号为RB150。2.规格 公称直径6、8.2、10mm。3.牌号 有40Si2Mn、48Si2Mn和45Si2Cr三个。有纵肋无纵肋3.4.4 热处理钢筋4.力学性能5.特点及应用 热处理钢筋具有很高的强度外，还具有较好的塑性和韧性，特别适合于预应力构件。但其对应力腐蚀及缺陷敏感性强，应防止产生锈蚀及刻痕等现象。热处理钢筋不适用于焊接和点焊的钢筋。预应力混凝土用热处理钢筋的力学性能 公称直径mm牌 号0.2b10，%不小于MPa，不小于68.21040Si2Mn48Si2
21、Mn45Si2Cr1325147063.5 钢丝及钢绞线 3.5.1 钢丝1.生产以优质碳素结构钢盘条为原料，经淬火、酸洗、冷拉制成的用作预应力混凝土骨架的钢丝。2.分类按交货状态分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两种；按外形分为光面钢丝和刻痕钢丝两种。3.力学性能应符合相应标准规定。钢丝主要用作桥梁、吊车梁、电杆、楼板、大口径管道等预应力混凝土构件中的预应力筋。二、钢绞线1.生产 由多根圆形断面钢丝捻制而成。钢绞线按左捻制成并经回火处理消除内应力。2.规格 钢绞线按应力松弛性能分为两级：级松弛（代号）、级松弛（代号）。公称直径有9.0、12.0、15.0mm三种规格。3.特点及应用 钢绞线与其他配筋
22、材料相比，具有强度高、柔性好、质量稳定、成盘供应不需接头等优点。适用于作大型建筑、公路或铁路桥梁、吊车梁等大跨度预应力混凝土构件的预应力钢筋，广泛地应用于大跨度、重荷载的结构工程中。3.6 钢材焊接材料1、钢材焊接的基本原理2、焊接材料的作用3、常用焊接材料焊条焊条焊剂焊剂焊丝焊丝3.6 钢材的防锈 钢材的锈蚀:是指其表面与周围介质发生化学反应而遭到的破坏。根据锈蚀作用的机理，钢材的锈蚀可分为化学锈蚀化学锈蚀和电化学锈蚀电化学锈蚀两种。化学锈蚀化学锈蚀电化学锈蚀电化学锈蚀钢材直接与周围介质发生化学反应产生锈蚀，多数是钢材直接与周围介质发生化学反应产生锈蚀，多数是由氧化作用在钢材表面形成疏松氧化
23、物。在干燥环境由氧化作用在钢材表面形成疏松氧化物。在干燥环境中反应缓慢，但温度和湿度较高，锈蚀则发展迅速。中反应缓慢，但温度和湿度较高，锈蚀则发展迅速。钢材本身组成上的原因和杂质的存在，在表面介质钢材本身组成上的原因和杂质的存在，在表面介质的作用下，各成分电极电位的不同，形成微电池，的作用下，各成分电极电位的不同，形成微电池，铁元素失去了电子成为铁元素失去了电子成为FeFe2+2+进入介质溶液，与溶液中进入介质溶液，与溶液中的的OHOH-离子结合生成离子结合生成FeFe（OHOH）2 2。锈蚀的结果：锈蚀的结果：在钢材表面形成疏松的氧化物，使钢结构在钢材表面形成疏松的氧化物，使钢结构断面减小，
24、降低钢材的性能，因而承载力降低。断面减小，降低钢材的性能，因而承载力降低。三个方面：从改变钢材本身的易腐蚀性、隔离环境中的侵蚀性介质或改变钢材表面的电化学过程。（1）采用耐候钢（耐大气腐蚀钢）（2）金属覆盖 电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面。（3）非金属覆盖 在钢材表面用金属材料做为保护膜,如喷涂涂料、搪瓷和塑料等。（4）混凝土用钢筋的防锈钢筋的检验主要包括以下四个方面。钢筋的检验主要包括以下四个方面。外观检验外观检验质量检查质量检查机械性能和机械性能和化学成分检化学成分检验收批和验验收批和验的判定的判定3.7 钢筋的检验外观检验外观检验查对标志查对标志表面质量表面质量尺寸，外形尺寸，外形质量检查 试样数量不少于试样数量不少于10根，试样总厂度不小于根，试样总厂度不小于60m 重量偏差重量偏差=试样实际重量试样实际重量-试样总长度试样总长度理论重量理论重量试样总长度试样总长度理论重量理论重量100%机械性能检测机械性能检测钢材弯钢材弯曲试验曲试验 钢材拉钢材拉伸试验伸试验钢筋连接检测钢筋连接检测机械机械连接连接 钢筋钢筋焊接焊接
