[科普中国]-预应力钢丝

制作预应力混凝土构件中受拉区钢筋用的冷拉钢丝。一般混凝土对压缩力具有高的强度，但在承受拉伸力时则显示出脆性，容易产生龟裂。预应力混凝土，就是使配置在构件中受拉区的钢筋预先承受一个拉伸力而产生预拉应力。钢筋上的预拉应力反作用到受拉区的预压应力可抵消或减小外载荷作用在混凝土上的拉应力，从而大大提高受拉区抵抗拉力的能力，因而可减小构件尺寸，节约材料并减轻构件的自重。由于具有这些优点，预应力混凝土构件目前已成功地应用于大型桥梁、屋架、吊车梁、工业及民用预制楼板、铁轨道枕、电杆管桩、大口径预制管道以及原子能发电站等许多工程中。预应力钢丝的生产随着预应力混凝土构件的广泛应用而得到很快的发展。1

介绍由优质高碳钢热轧盘条经热处理和冷加工制成的适用于预应力混凝土配筋要求的钢丝的统称。此类钢丝钢的含碳量为0.65%～0.85%，硫磷含量均小于0.035%。钢丝的抗拉强度一般在1470MPa以上，其强度级别已逐步从以1470MPa、1570MPa为主，过渡到以1670～1860MPa为主。钢丝直径在3mm以上，并已逐步从以3～5mm为主，过渡到以5～7mm为主。

预应力钢丝从本世纪20年代开始工业性生产和应用，经过几十年的发展，已形成具有不同特性适用于不同对象的系列产品，包括冷拉钢丝、矫直回火钢丝、低松弛钢丝、镀锌钢丝和刻痕钢丝等。这些产品和以它捻制成的预应力钢绞线已成为世界上使用最广泛的预应力钢材品种。2

冷拉钢丝高碳钢热轧圆盘条经铅溶淬火后拉拔而成的光圆钢丝。由于未经矫直回火处理，其伸长率较低。钢丝成卷交货，盘径为500～1000mm。多用于铁路轨枕及混凝土压力水管。中国生产的冷拉钢丝直径多为3mm，少量为4mm、5mm。生产时根据成品规格及性能要求选定钢号和盘条直径，拉拔前进行铅溶淬火，线温为890～930℃，铅温为460～500℃。等温淬火后强度提高至1080～1180MPa，金相组织转变为综合性能优良的索氏体组织。为保证成品的表面质量，且便于拔制，淬火后的盘条需经酸洗、磷化或涂镀等工序。

矫直回火钢丝冷拉钢丝经矫直回火处理而成。矫直回火温度为460～500℃，主要作用是消除拉拔时产生的内应力。与冷拉钢丝相比，矫直回火钢丝的屈服强度有所提高，延性和应力松弛性能均有改善。产品以大盘卷供货，盘径为1.5～2m。开卷后伸直性好，可单根或编束施工，广泛用于制造各种类型的预应力混凝土构件。

低松弛钢丝冷拉钢筋经过稳定性处理（即在张力下进行回火处理）而成，以可降低应力松弛命名。应力松弛是预应力钢材的重要特性，即在保持恒定长度的条件下受拉元件的应力损失，其量值以应力损失与初始应力的百分比值表示，称为松弛率。在工程应用中，预应力钢材的应力松弛损失在结构构件总的预应力损失中所占的比重相当大，因此通过稳定性处理降低松弛率是提高钢丝使用性能的有效方法。进行稳定性处理时张力为0.4～0.5σb，回火温度控制在350～400℃之间。由于钢丝在热张拉状态下产生0.9%～1.3%的微小应变，使其在外力作用下防位错转移的能力提高，表现为钢丝的弹性极限、屈服强度显著提高，应力松弛率降低至矫直回火钢丝的1/3～1/4。在相同条件下使用，可使预应力筋中的剩余应力提高10%～15%。因此近十余年来，低松弛钢丝的生产和应用获得长足的发展。

镀锌钢丝采用热镀锌工艺在预应力钢丝表面镀上250g/m2～350g/m2的锌层而成。由于预应力钢丝是冷加工钢材，具有高强度，表面易受损伤，比普通碳素钢对介质腐蚀和应力腐蚀更为敏感。特别是钢丝断面积小，又长期在高应力下工作，因受外裹混凝土的材料性质、密实度、缺陷、冷凝水、受力状态下的裂缝以及结构物使用环境等因素的影响，产生应力腐蚀开裂致使预应力构件失效的危险性很大。镀锌层对钢丝基体可起有效的保护作用。镀锌钢丝适用于桥梁拉索和污水池等腐蚀较严重的工程结构。

刻痕钢丝在光面钢丝表面上压出规律的凸肋或凹坑的制品。刻痕可改善预应力钢丝与混凝土之间的粘结性能，主要适用于先张法施工的预应力结构构件。

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李勇 - 副教授 - 西南大学