高強鋼筋在高速公路建設中的應用與發展

任達成

(貴州省公路工程集團有限公司)

1 高性能混凝土的發展

山區高速公路橋梁建設的高墩、大跨徑，促使高性能混凝土的發展。高性能混凝土的性能包括高強度、高工作性(流態、可泵性)、高體積穩定性(硬化過程中不開裂、收縮徐變小)及高抗滲性(耐久性)。現在C50、C55高強混凝土在橋梁架設及建筑高層中已經普遍采用，而C60及以上的高強度混凝土已在研究及推廣階段。對于高強混凝土的界定，各個國家的規定不太一致，在國內普遍認為混凝土強度等級超過C50的混凝土為高強混凝土，而美國認為是單軸抗壓強度超過8 000 psi(55.16 MPa)，相當于約C65的混凝土為高強混凝土。由于高強混凝土在結構中能夠承擔更大的抗壓強度，承受更大的貨載，或可以減小結構尺寸，節約建筑材料等，因而具有很大的發展空間，也是社會及科學發展的必然趨勢。

2 高強鋼筋的應用

在橋梁結構中，混凝土與鋼材是同時受力組合工作的。所以高強度混凝土的發展必須有高強鋼材同時發展，否則容易造成配筋量過大、結構尺寸增大及鋼筋布置密集無法施工或無法保證施工質量等問題。目前在高速公路橋梁建設中，高強鋼材的使用還沒有得到大面積的推廣，任然使用235 MPa及335 MPa，其原因主要是235 MPa 及335 MPa 鋼材的應用比較成熟，各種使用手冊、設計規范及標準圖都比較全面，在項目業主沒有強制規定的情況下，設計部門為了節約大量的結構設計驗算工作，除了部分異形結構外，都是套用標準圖，直接使用，加快了設計進度、節約設計成本。因此，高強鋼材的使用還得有相關政策的引導。

2.1 高強鋼筋的特點

高強度鋼筋是在鋼材中參入微量的稀有金屬，成為微合金鋼材，其抗拉屈服強度高，普遍認為抗拉屈服強度≥400 MPa 的為高強鋼筋，且要求延性指標強屈比(＞1.15)、伸長率(＞7%)。高強度鋼筋各國的標注不一致，在國內高強鋼筋是指屈服強度為400 MPa 和500 MPa 級的普通熱軋帶肋鋼筋(HRB)和細晶粒熱軋帶肋鋼筋(HRBF)。

普通熱軋帶肋鋼筋(HRB)多采用V、Nb 或Ti 等微合金化工藝進行生產。細晶粒熱軋帶肋鋼筋(HRBF)是通過控軋和控冷工藝提高鋼材的性能，其焊接性能較現在使用的普通鋼筋略差，所以焊接工藝要求高于普通熱軋鋼筋。

2.2 高強鋼筋的優越性

高強鋼筋由于具有較高的抗拉屈服強度，相同斷面尺寸的高強鋼筋與普通鋼筋比較，具有更高的承載能力。在橋梁及建筑結構中有些結構尺寸由于使用普通鋼筋，配置的鋼筋較多，鋼筋布置密集，不易保證混凝土的施工質量，不得已加大結構斷面尺寸，增加了結構自重，或鋼筋多層布置，減小了抗壓區的面積，材料的性能沒有得到很好的發揮，浪費了大量的材料、增加了工程成本。如果使用剛強鋼筋，則可以解決上述矛盾，或在結構相同幾何尺寸下提高了結構的承載能力，節約了大量的鋼材、混凝土及施工勞動力等。高強鋼筋隨著強度的增加價格也隨之增加，但相比用鋼量的減少，其經濟效益是非常可觀的。通過分析如果將我國混凝土結構的主導受力鋼筋強度提高到400 ～500 MPa，則可以節約鋼筋用量30%，這不僅節約了大量礦產資源，也大量減少了鋼材生產的能源消耗和碳排放量，保護環境，達到了節能減排的目的，符合國家乃至國際的發展綱要。

2.3 高強鋼筋應用的必然性

首先，隨著建筑技術的發展，超高、大跨徑結構越來越多，與之相適應的建筑材料，強度要求必然提高，高強混凝土、高強鋼筋的使用及發展成為必然。其次，由于礦產資源的有限性，節約礦產資源，提高礦產資源的使用效能，也成為必然性，因而加強鋼材的使用率，減少鋼材的使用量，必須發展及使用高強鋼材。第三，由于大氣污染，溫室效應加劇，全球強制節能減排，因而減少鋼材生產的能源消耗及廢氣排放也成為必然，所以使用高強鋼筋是社會發展的必然性。但是在國內由于普通鋼材使用具有相關成熟的技術及規范等，養成了使用的習慣性，使用高強鋼筋必須有政策引導或強制執行，逐步及并盡快取締原有普通鋼材的生產，使用高強鋼材。

3 高強鋼筋的發展

我國高強鋼筋的使用還處在初級階段，目前推廣使用的強度等級主要是400 MPa、500 MPa 的鋼筋，而國外發達國家已經很早就使用了。在日本已經開發了屈服強度685 ～1 272 MPa的超級高強鋼筋，并用于高層建筑的建造。隨著社會及建造技術的發展，在我國500 MPa 、600 MPa 鋼材的使用及生產也將為之不遠。

4 結束語

我國目前是鋼鐵生產大國，但絕不是鋼鐵生產的強國，主要原因是我國生產的鋼材多是低等級的鋼材，高強鋼材及特殊鋼材基本靠高進口，但由于各種原因，有些特殊鋼材國外限制出口，導致特殊設備無法生產。我國也是橋梁建設的大國，但隨著橋梁跨徑的增大，高強混凝土及高強鋼筋的使用也成為發展的必然，隨著國家政策的引導、建筑技術及建筑材料的發展，高強鋼筋的使用及發展在我國將會蓬勃發展、日新月異。