06朱龙-预应力钢材回顾与展望.doc

中国预应力技术五十年暨第九届后张预应力学术交流会论文 2006年 预应力钢材回顾与展望 朱 龙 江 南 （天津钢线钢缆集团有限公司，天津300171） 内容提要 本文回顾了我国预应力钢材五千年来走过的历程，介绍目前预应力钢材的品种和主要生产厂家。提出今后预应力钢材发展的一些想法。 关 键 词 预应力钢材、钢丝、钢绞线、PC钢棒。 1 回顾 自1956年我国第一根预应力钢丝在天津钢厂问世以来，已经历了半个世纪，这段历程大致可分为四个阶段。 第一阶段为上世纪50年代的起步阶段。1956年，天津钢厂在铁道部和建工部的要求和帮助下，参照原苏联国家标准厂OCT7348-55预应力混凝土结构用圆形碳素钢丝的规定，试制出第一批预应力钢丝供铁道和建筑部门使用。1958年，由铁道部出资，在天津钢厂钢丝绳分厂建立一座年产15000吨Φ3.0mm预应力钢丝生产车间，供制作预应力混凝土轨枕之用。 这阶段主要生产Φ3.0mm、Φ5.0mm冷拉预应力钢丝，其抗拉强度仅为10001200Mpa。 第二阶段为上世纪60年代中期至80年代的奠基阶段。1963年-1964年，为满足南京长江大桥引桥预应力混凝土梁的需要，参照英国标准BS2691-1963预应力混凝土结构用钢丝的规定，研究出矫直回火（消除应力）的新工艺，生产出强度级别为1570Mpa的Φ5.0mm预应力钢丝，达到BS2691-1963标准的要求。 60年代初，天津钢厂还试制出17结构的预应力钢绞线和刻痕预应力钢丝供建工部门使用。 20世纪60年代初，天津钢厂就开始试制热处理钢筋，由于是通过淬火加回火的工艺路线，故当时叫调质螺纹钢筋。1966年起，开始批量生产44Mn2Si调质钢筋。该钢筋还用在我国援建的坦桑尼亚赞比亚铁路的预应力轨枕中。 1964年，由天津钢厂起草，经冶金部批准颁发了YB255-64预应力混凝土结构用碳素钢丝、YB 256-64预应力混凝土结构用刻痕钢丝、YB286-64预应力混凝土结构用钢绞线。YB171-69钢筋混凝土结构用热轧钢筋中，将钢筋按强度分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 5个级别，其中Ⅴ级钢筋就是热处理钢筋。从而初步建立起我国自己的预应力钢材标准体系。 到80年代初，全国有预应力钢材生产厂家10多家，其代表生产厂是天津钢厂、江西新余钢厂、吉林钢丝厂等。全国年产量达10万吨。这期间产品以Φ3.0mm和Φ5.0mm的冷拉预应力钢丝、矫直回火预应力钢丝为主，强度级别为1470～1570Mpa，应力松弛损失较大，属普通松弛级。当时，预应力钢绞线产量较少，主要品种为1470～1570Mpa的17Φ12（7Φ4）和17～Φ15（7Φ5）普通松弛级的钢绞线。 此期间，只有天津钢厂生产48SizMnΦ8.2mm的热处理钢筋，年产量在10000～12000吨之间。 第三阶段为上世纪80年代初至90年代中期的发展提高阶段。为适应建设部部门对预应力钢材低松弛率的要求，天津钢厂承担了国家“九五”科技攻关项目“低松弛及镀锌预应力钢丝的研制”为此，1984年天津钢厂从意大利瑞德利（Redaelli）公司引进了低松弛预应力钢丝稳定化处理生产线，可生产Φ4.0mm～Φ7.0mm低松弛级预应力钢丝。1984年～1986年天津钢厂研制成功镀锌预应力钢丝应用在广东西樵山斜拉桥上。1987年，江西新华金属制品公司也从意大利瑞德利（Redaelli）公司引进了低松弛预应力钢绞线生产线，于1988年初生产出我国第一批低松弛级预应力钢绞线。 “九五”攻关期间，鞍钢、首钢、上钢三厂等企业成功研制出“精轧螺纹钢筋”，用于锚杆、桥梁及预制构件等方面应用。 上世纪90年代，我国自主开发及从国外引进了多条PC钢棒生产线，生产Φ7.0mm～Φ12.6mm带螺旋槽的PC钢棒，其强度为1420Mpa，用在高强预应力混凝土管桩（PHC）之中。 第四阶段为上世纪90年代中期至今的腾飞阶段。 到上世纪90年代中期，预应力技术在我国已有近四十年的历史，在全国各大科研院所、各大专院校、各大设计院、施工单位的广大科技人员的不懈努力下，使设计理论、设计方法日臻完善，积累了丰富的施工经验，可以解决许多复杂环境中的施工难题，使预应力的应用领域不断拓宽。再加上这时期，我国经济处于高速增长阶段跨越式发展阶段，各国各地纷纷组建预应力钢材生产厂，国有、民营、合资一起上，所用的装备有从国外引进的，也有自行研制开发的；有当前国际先进的，也有古老原始的，形成男女老少齐上阵的局面。从1995年开始全国预应力钢绞线的消费量以年均20的速度递增，产品的品种也不断增加，产品的强度等级也逐渐提高。到目前，我国预应力钢材的品种如表 1所示。从表中可知，当前国际有的预应力钢材，我国基本上都有了。主要的生产厂家如表 2 所示。 到2005年，预应力钢绞线的总产量在120万吨左右，预应力钢丝的总产量约40余万吨。此外，PC钢棒的产量在50万吨，精轧螺纹钢筋的年产量约2万吨，所有预应力钢材的总产量超过200万吨，预应力钢材的生产厂家约200余家。但规模较大、且具有影响力的生产厂家只有二、三十家。 表1（预应力钢材品种简介） 表2（主要生产企业） 序 号 企业名称 序 号 企业名称 1 天津钢线钢缆集团有限公司 13 江阴法尔胜钢铁制品有限公司 2 上海申佳金属制品有限公司 14 江阴华新钢缆有限公司 3 鞍山友谊预应力制品有限责任公司 15 无锡金羊金属制品有限公司 4 新华金属制品股份有限公司 16 宝钢集团上海工钢有限公司 5 天津高力预一预应力钢绞线有限公司 17 无锡中冶钢缆有限责任公司 6 天津轧三金属制品有限公司 18 贵州钢绳集团有限公司 7 威海银兴金属有限公司 19 湖北福星科技股份有限公司 8 烟台斯凯特钢丝有限公司 20 湖南湘辉金属制品有限公司 9 宁夏恒力钢丝绳股份有限公司 21 武钢集团钢丝绳厂 10 辽宁通达建材实业有限公司 22 奥盛（马鞍山、九江）钢线钢缆有限公司 11 四平新型钢绞线有限公司 23 秦皇岛预应力钢绞线联营公司 12 天津市第二预应力钢丝有限公司 2 展望 2.1稳定质量是当前预应力钢材生产的重中之重 目前，我国预应力钢材的产量已居世界第一位，常用的品种规格也都有了，但实物质量的稳定性，匀质性与先进国家的相比还有很大的差距。我国各生产厂大多数满足于出厂产品符合产品的技术标准要求，如Φ15.20mm预应力钢绞线的直径偏差为040m、-0.20mm 即从Φ15.0mm～Φ15.60mm，有的生产按美国标准掌握，从Φ15.09mm～Φ15.90mm，这样宽的范围很难与锚具很好的配合，影响工程质量，而好的产品直径偏差范围为0.20～0.25mm。又如钢绞线的抗拉强度，国标中规定每批钢绞线的实际抗拉强度不能高于其强度级别200Mpa，这个规定就是比较宽松的。国标中规定的伸长率为3.5 也是最低要求，实物水平最好在5 以上。此外，断裂后应是韧性断口也应列入标准之中。 为稳定产品质量生产企业应加强从原料进厂、生产过程、产品售后服务全过程的质量保证体系，使产品不仅满足产品的技术标准要求，还要满足产品标准外的许多使用要求。用一年、二年、三年连续的产品各项性能标准偏差来衡量一个生产企业的质量稳定程度。只有预应力钢材的产品质量稳定，才能保证预应力结构的质量优良，促进我国预应力技术的发展。 2.2预应力钢丝、钢绞线 在国外房屋建筑大多采用预制装配的技术，我国小城镇农村的住房采用此项技术也是很多的，但其技术水平不高。为此应发展刻痕钢丝、螺旋肋钢丝及12、13预应力钢绞线。此外，1000Mpa1470Mpa的钢丝、钢绞线在预应力混凝土构件中有一定市场。 为适应大跨度，重负荷的预应力结构的要求，预应力钢绞线应向大直径方向，高强度方向发展，以减少每束预应力筋中钢绞线的数量。目前我国钢绞线的强度等极大多数为1860Mpa。1960Mpa强度级已列入GB/T5224－2003标准之中。在国外有21002300Mpa强度级的钢绞线的报导，这要求有高强度的原料，它使钢绞线的价格提高很多。 有两条途径来加大钢绞线的直径一是17结构的钢绞线向17.8mm、21.6mm发展。受原料条件限制一再加大17钢绞线直径是非常困难。二是采用多丝路线发展119结构的钢绞线，其直径为17.8mm、19.3mm、20.3mm、21.8mm、28.6mm，但119结构钢绞线锚固是否有困难，中心钢丝是否会抽丝，这是一个待研究的问题。 为了提高预应力结构的耐久性，应提高预应力钢材的耐腐蚀性能采用镀锌、锌铝稀土合金镀层（Galfan）、涂环氧树脂、无粘结、缓粘结等防腐保护层。特别是缓粘结预应力筋，它集有粘结和无粘结两者的优点于一身，可用在有腐蚀介质的环境中，有振动（含震级不高的地震区）的环境中，是一种很有前途的预应力筋。 2.2.2 PC钢棒（热处理钢筋） Φ7.1mmΦ12.6mm 30MnSi PC钢棒是经淬火回火的调质热处理工艺而获得的， 其工艺与热处理钢筋相同，它主要同在预应力混凝土管桩之中（PHC），这类PC钢棒应从其化学成分和热处理工艺入手，克服镦头部位断裂、延时断裂、抗应力腐蚀时间短的缺点，以扩大应用领域。 另一类PC钢棒的直径较大（Φ30mmΦ150mm），主要用在预应力钢结构中。它主要是提高强度级别，降低成本扩大应用领域。 2.3关注非金属材料预应力进的发展 近年来，我国各大专院校、研究院所对非金属材料的预应力进行了大量的实验研究工 作，并取得了可喜的成果。它们主要是碳纤维预应力筋（CFRP）、玻璃纤维预应力筋 （CFRP）、芳纶纤维预应力筋（AFRP）等。我们应密切关注其发展，必要时可建立生产中这些预应力筋的专业生产厂家，以提高产品质量，降低成本便于推广应用。 2.4建立更完善的预应力钢材标准体系 目前，我国预应力钢材品种很多，生产厂家达200余家，产能大于实际消费量。随着预应力技术发展、设计理论、设计方法、施工技术的不断提高，预应力技术的应用领域逐年拓宽。 因此，应开展优化预应力钢材应用技术的研究，即在什么样的环境中、在什么样的结构中、在什么样的施工条件下用哪种预应力钢材最安全可靠、最经济合理，使预应力技术走上可持续发展之路。 与之相应， 预应力钢材应根据不可的使用环境，使用对象的特点制定相应的技术标准。如铁路轨枕用材标准、预应力銾大型压力管道用材标准、海港码头用材标准，污水处理结构用材标准等， 形成一个完善的标准体系，以保证工程的质量。