HRB400E熱軋帶肋鋼筋的試驗(yàn)檢測(cè)與影響因素探析

張秀雙 （福州市建筑工程檢測(cè)中心有限公司，福建 福州 350003）

1 引言

在通常情況下，若鋼筋的強(qiáng)度越大，意味著建筑構(gòu)件所具備的承載力越高，建筑構(gòu)件就越安全穩(wěn)定，所以配筋率的降低會(huì)采用高強(qiáng)鋼筋，但是實(shí)際情況中，并非是鋼筋強(qiáng)度越大，所起到的作用效果就越好。因?yàn)殇摻顝椥阅Ａ砍尸F(xiàn)出常值的態(tài)勢(shì)，所以若在高應(yīng)力條件下，鋼筋強(qiáng)度越大，構(gòu)件產(chǎn)生裂縫與變形的概率就越大。因此，合理的選用鋼筋至關(guān)重要。

鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋是工程結(jié)構(gòu)最主要的材料之一，被廣泛應(yīng)用于各類建筑工程中，而HRB400E熱軋帶肋鋼筋是目前國(guó)內(nèi)最常用的抗震鋼筋[1～2]，并在高層建筑、橋梁、鐵道、港口、水電等重大基礎(chǔ)設(shè)施的鋼筋混凝土中得到廣泛應(yīng)用[3]。建筑結(jié)構(gòu)所具備的承載力，主要影響因素在于鋼筋強(qiáng)度，其中鋼筋下屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度則是主要影響鋼筋強(qiáng)度的關(guān)鍵要素，其性能直接關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，也正因此，進(jìn)行建筑鋼筋原材料的檢測(cè)具有至關(guān)重要的意義和作用，而熱軋帶肋鋼筋是鋼筋原材料中的重中之重[4～5]。鋼筋力學(xué)性能的穩(wěn)定性對(duì)保障材料穩(wěn)定有著至關(guān)重要的作用，若鋼筋材料為批量、規(guī)模性生產(chǎn)，那么同批次材料的延伸性、強(qiáng)度等性能差異較小，在穩(wěn)定性方面表現(xiàn)較為出色。

2 工程實(shí)例

福建省某工程項(xiàng)目送樣鋼筋采用HRB400E，直徑為18mm，公稱面積為254.5mm2，定尺長(zhǎng)度為12m，重量在2.054t～4.135t，均有質(zhì)量證明書，其中產(chǎn)品工藝性能、力學(xué)性能、抗震性能等經(jīng)檢驗(yàn)均為合格。本次HRB400E 鋼筋試驗(yàn)溫度為19℃，保溫過(guò)程溫度為100℃，所需要的儀器主要為①萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；②電子天平；③恒溫干燥箱；④0mm～600mm 鋼直尺；⑤0mm～300mm 數(shù)顯卡尺；⑥鋼筋標(biāo)距儀；⑦鋼筋正反向彎曲試驗(yàn)機(jī)等。

2.1 技術(shù)要求

依據(jù)《鋼筋混凝土用鋼第2 部分：熱軋帶肋鋼筋》（GB/T 1499.2-2018）[6]，HRB400E 鋼筋牌號(hào)及化學(xué)成分和碳當(dāng)量應(yīng)符合表1所示。

HRB400E化學(xué)成分限值 表1

根據(jù)鋼筋質(zhì)量證明書，送樣HRB400E 鋼筋化學(xué)成分含量如下所示：C 含 量 為0.23%～0.24%；Si 含 量 為0.30%～0.32%；Mn 含 量 為1.28%～1.34%；P 含量為0.022%～0.027%；S 含量為0.015%～0.022%；碳當(dāng)量Ceq 含量為0.45%～0.47%，均滿足規(guī)范要求。

2.2 力學(xué)性能

同時(shí)，依據(jù)《鋼筋混凝土用鋼材試驗(yàn)方法》（GB/T28900-2012）[7]，試驗(yàn)8 根鋼筋進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，具體結(jié)果詳見(jiàn)表2所示。

HRB400E的力學(xué)性能 表2

2.2.1強(qiáng)度試驗(yàn)的具體步驟

①用標(biāo)距儀打點(diǎn)；②放在拉力機(jī)上，儀器清零，進(jìn)行試驗(yàn)；③計(jì)算機(jī)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算與分析，最終結(jié)合計(jì)算數(shù)據(jù)生成鋼筋樣品的試驗(yàn)報(bào)告。

2.2.2 延伸性能是鋼筋耗能、變形能力的主要體現(xiàn)

其鋼筋延伸性能直接影響到混凝土構(gòu)件的整體穩(wěn)定性和安全性。鋼筋延伸性計(jì)算主要是計(jì)算鋼筋斷口域拉斷量測(cè)的相對(duì)變形，通常會(huì)利用伸長(zhǎng)率進(jìn)行延伸性表示。延伸的主要試驗(yàn)方式為①對(duì)齊試件斷裂處，保持?jǐn)嗔烟庉S線保持水平，若對(duì)齊期間出現(xiàn)裂縫，需計(jì)入標(biāo)距部分長(zhǎng)度；②若臨近標(biāo)距端點(diǎn)與拉斷處之間超過(guò)1/3 的距離，其標(biāo)距長(zhǎng)度可以利用卡尺進(jìn)行測(cè)量；③若在標(biāo)距處或者是標(biāo)距端點(diǎn)位置試件斷裂，意味著試驗(yàn)無(wú)效。

2.3 工藝性能

2.3.1規(guī)范要求

鋼筋的工藝性能主要為彎曲性能，對(duì)于牌號(hào)帶E 的鋼筋還應(yīng)進(jìn)行反向彎曲試驗(yàn)。經(jīng)彎曲試驗(yàn)及反向彎曲試驗(yàn)后，鋼筋均不得產(chǎn)生裂紋。HRB400E 的鋼筋彎曲壓頭直徑如表3 所示，反向彎曲試驗(yàn)的彎曲壓頭直徑比彎曲試驗(yàn)相應(yīng)增加一個(gè)鋼筋公稱直徑。

彎曲試驗(yàn)壓頭直徑 表3

2.3.2出廠證明

根據(jù)出廠質(zhì)量證明書，HRB400E 鋼筋經(jīng)冷彎試驗(yàn)（拉伸180°）和反向彎曲試驗(yàn)（正向彎曲90°、反向彎曲20°），鋼筋結(jié)果均為合格。

2.3.3工藝性能試驗(yàn)

試驗(yàn)開(kāi)展依托于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)或壓力機(jī)，試驗(yàn)溫度保持在19℃之間，在冷彎試驗(yàn)開(kāi)展期間，將試樣放置于承壓滾的內(nèi)側(cè)，保持彎心機(jī)與試樣一起前進(jìn)，直到拉伸至180°，將活塞桿退出。反向彎曲試驗(yàn)的彎曲壓頭直徑比彎曲試驗(yàn)相應(yīng)增加一個(gè)的鋼筋公稱直徑，反向彎曲試驗(yàn)時(shí)，控制試驗(yàn)溫度在19℃之間，先正向彎曲90°，經(jīng)正向彎曲后的試樣開(kāi)展時(shí)效熱處理，此時(shí)試樣溫度控制在100℃，然后將其試樣自然冷卻，接著反向彎曲20。，最后進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果的觀測(cè)。

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，彎芯直徑取值為72mm，彎曲角度180。，彎曲部位表面完好；反向彎曲試驗(yàn)，彎芯直徑取值為90mm，正向彎曲角度90。，反向彎曲角度20。，彎曲部位表面完好。

2.4 重量偏差的測(cè)量

針對(duì)鋼筋重量試驗(yàn)，需在不同鋼筋進(jìn)行試樣截取，數(shù)量5 根及以上，每根長(zhǎng)度保持在500mm 及以上。在具體試驗(yàn)期間必須對(duì)試樣逐個(gè)測(cè)量，控制其精確度達(dá)到1mm。在測(cè)量試樣總重量時(shí)，需控制其誤差小于或等于總重量的1%。

依據(jù)《鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋》（GB/T 1499.2-2018），重量及允許偏差標(biāo)準(zhǔn)值及該批送樣鋼筋試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

重量及允許偏差 表4

2.5 分析總結(jié)

該批鋼筋化學(xué)成分（C、Si、Mn、P、S及碳當(dāng)量Ceq）均滿足規(guī)范要求，根據(jù)出廠質(zhì)量證明書及試驗(yàn)結(jié)果，該批鋼筋力學(xué)性能試驗(yàn)（下屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、最大力總延伸率等）、工藝性能試驗(yàn)（彎曲性能及反向彎曲性能）均滿足規(guī)范要求，具體結(jié)果詳見(jiàn)表5所示。

HRB400E的結(jié)果對(duì)比 表5

該批鋼筋進(jìn)行HRB400E 鋼筋重量偏差試驗(yàn)結(jié)果均在2.2%～3.2%，滿足規(guī)范要求。

綜上所述，該批送樣鋼筋為合格。

3 試驗(yàn)影響因素

從表5 可以看出，雖然試驗(yàn)同批鋼筋均為合格，但是HRB400E鋼筋出廠值與試驗(yàn)值仍存在一定程度的差異，究其原因，可能存在以下幾方面因素。

3.1 儀器設(shè)備

在具體試驗(yàn)期間，影響試驗(yàn)結(jié)果的主要因素包括儀器設(shè)備。部分機(jī)構(gòu)考慮到運(yùn)行成本，在試驗(yàn)工作開(kāi)展期間未結(jié)合具體情況進(jìn)行儀器設(shè)備的及時(shí)更新，仍利用落后的儀器設(shè)備開(kāi)展材料試驗(yàn)，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果極易出現(xiàn)誤差。與此同時(shí)，若機(jī)構(gòu)儀器設(shè)備滯后，意味著試驗(yàn)工作開(kāi)展自動(dòng)化程度低，不僅會(huì)影響到試驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)性，并且試驗(yàn)效率相對(duì)較低，無(wú)法滿足原材料試驗(yàn)的具體需求。

3.2 環(huán)境

在具體試驗(yàn)期間，環(huán)境會(huì)直接影響到試驗(yàn)結(jié)果，若試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)法對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行有效控制，不僅影響到結(jié)果的誤差值，甚至最終試驗(yàn)結(jié)果無(wú)法得到保障。因此，在試驗(yàn)過(guò)程中，需確保環(huán)境條件滿足要求，避免對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。

3.3 操作過(guò)程

在試驗(yàn)過(guò)程中，部分試驗(yàn)人員操作過(guò)程未合理開(kāi)展，會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果。在具體鋼筋原材料試驗(yàn)期間，部分檢測(cè)人員未嚴(yán)格按照規(guī)定要求進(jìn)行原材料試驗(yàn)，使得試驗(yàn)結(jié)果精準(zhǔn)性出現(xiàn)偏差。此外，部分試驗(yàn)人員缺乏應(yīng)有的素質(zhì)能力與業(yè)務(wù)水平，未熟悉掌握具體的試驗(yàn)流程、未明確掌握儀器設(shè)備的具體操作方法，導(dǎo)致鋼筋材料試驗(yàn)過(guò)程開(kāi)展不合理，直接影響到材料試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，無(wú)法保證鋼筋原材料試驗(yàn)結(jié)果的價(jià)值與作用。

3.4 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法的應(yīng)用也是主要影響因素之一，若在具體試驗(yàn)期間試驗(yàn)人員未選擇合理試驗(yàn)方式，會(huì)影響到試驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)性。不同材料需利用不同的試驗(yàn)方式，并且不同試驗(yàn)的開(kāi)展，所選擇的方法也存在差異，若試驗(yàn)方法選擇不合理，不僅會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果，還會(huì)加大試驗(yàn)成本。

4 結(jié)論

①結(jié)合福建省某工程項(xiàng)目，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋混凝土用鋼第2 部分：熱軋帶肋鋼筋》（GB/T 1499.2-2018），試驗(yàn)HRB400E鋼筋下屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、最大力總延伸率、彎曲性能、反向彎曲性能、重量偏差等，并與該批鋼筋出廠值對(duì)比分析，得出本次試驗(yàn)項(xiàng)目（力學(xué)性能試驗(yàn)、工藝性能試驗(yàn)及重量偏差試驗(yàn)等）均符合規(guī)范要求，該批送樣鋼筋為合格。

②HRB400E 鋼筋出廠值與試驗(yàn)值存在一定程度的差異，進(jìn)而分析產(chǎn)生差異的原因，得出主要因素可能為儀器設(shè)備、環(huán)境、操作過(guò)程及檢測(cè)方法等，為后續(xù)類似工程提供借鑒與參考。