Φ6.0mm高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力混凝士用螺旋肋鋼絲研發(fā)

引言

高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼材廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域中,在提升建筑施工整體質(zhì)效,滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求的同時(shí),大大降低了成本投入,減少了不必要的費(fèi)用支出,成為了現(xiàn)階段主流的建筑材料。與傳統(tǒng)的熱軋鋼筋相比,高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼材的抗拉強(qiáng)度是其3倍,通過大規(guī)模使用預(yù)應(yīng)力鋼絲,施工企業(yè)能夠減少50%的混凝土需求量,同時(shí)提升混凝土的澆筑質(zhì)量,有效縮短工期,保證施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

隨著舊電網(wǎng)的進(jìn)一步改造,長(zhǎng)電桿中大多使用Φ6.0mm螺旋肋鋼絲,此鋼絲強(qiáng)度大于1570MPa。研究發(fā)現(xiàn),Φ6.0mm螺旋肋鋼絲的強(qiáng)度、延展性及錨固性能均較好。目前高質(zhì)量的長(zhǎng)水泥電桿的Φ6.0mm螺旋肋鋼絲均按強(qiáng)度在1570MPa以上的強(qiáng)度級(jí)鋼絲進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1標(biāo)準(zhǔn)要求

標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲》(GB/T5223—2014）對(duì)Φ6.0mm、1570MPa級(jí)螺旋肋鋼絲的要求如下:

1.1外形尺寸要求

Φ6.0mm螺旋肋鋼絲的外形尺寸如表1所示。

1.2力學(xué)性能要求

Φ6.0mm螺旋肋鋼絲的力學(xué)性能要求如表2所示。

從標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》(GB/T5224—2014）中可以了解到,螺旋肋鋼絲的表面沿著長(zhǎng)度方向具有規(guī)則間隔的肋條,本次研究的鋼絲肋數(shù)量是4條,呈對(duì)稱分布。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)基圓直徑偏差控制比較嚴(yán)格,基圓直徑偏差為士0.05mm,對(duì)外輪廓直徑的控制稍松,在大于7.0mm直徑的螺旋肋鋼絲的外輪廓直徑偏差為士0.10mm,但本次開發(fā)的Φ6.0mm螺旋肋鋼絲的外輪廓直徑偏差為士0.05mm,對(duì)單肋寬度和螺旋肋導(dǎo)程的控制范圍則更松。Φ6.0mm螺旋肋鋼絲的橫截面積相當(dāng)于Φ6.0mm光面鋼絲的橫截面積,表面選擇為螺旋肋,是為了提高鋼絲的握裹力。螺旋肋鋼絲與同公稱直徑的光面鋼絲及刻痕鋼絲比較,握裹力比光面鋼絲要好,而強(qiáng)度損失低于刻痕鋼絲,不會(huì)像刻痕鋼絲那樣在工藝控制不良的情況下出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。

從該標(biāo)準(zhǔn)中還可以發(fā)現(xiàn),Φ6.0mm螺旋肋鋼絲的力學(xué)性能與Φ6.0mm消除應(yīng)力光圓鋼絲的力學(xué)性能相同。

2工藝設(shè)計(jì)

任何一個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝都會(huì)影響其生產(chǎn)質(zhì)量。為保證Φ6.0mm螺旋肋鋼絲的生產(chǎn)質(zhì)量,需從生產(chǎn)材料、鋼絲拉拔、穩(wěn)定化處理等環(huán)節(jié)加以控制,在這些生產(chǎn)環(huán)節(jié)中應(yīng)以力學(xué)性能為基礎(chǔ)控制生產(chǎn)質(zhì)量。依據(jù)相關(guān)規(guī)定可知,Φ6.0mm螺旋肋鋼絲與低松弛消除應(yīng)力光圓鋼絲的機(jī)械性能相差無幾,因此在生產(chǎn)Φ6.0mm螺旋肋鋼絲時(shí)應(yīng)選擇以下生產(chǎn)流程:

制作盤條一進(jìn)行酸洗、處理盤條表面一進(jìn)行拉絲一將盤條穿過螺旋模具一對(duì)鋼絲進(jìn)行矯直操作一將加工后的鋼絲放置在中頻爐進(jìn)行加熱一利用水冷卻加熱后的鋼絲一對(duì)冷卻鋼絲進(jìn)行張拉一夾送鋼絲一剪切鋼絲一收線一驗(yàn)收一合格產(chǎn)品進(jìn)行包裝一置于成品庫(kù)。

2.1原料的選擇

由于目前高速線材生產(chǎn)中的控軋控冷工藝水平較高,熱軋后的盤條組織均能達(dá)到高比例的索氏體化率,因而國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)用于預(yù)應(yīng)力混凝土的鋼絲生產(chǎn)廠家大多直接使用鋼絲制作產(chǎn)品(未對(duì)鋼絲進(jìn)行加熱處理）,為保證產(chǎn)品質(zhì)量,對(duì)鋼絲力學(xué)性能、金相組織的要求較高,其各項(xiàng)性能需符合標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼絞線用熱軋盤條》(GBT24238—2009）中的要求。

另外,生產(chǎn)廠家應(yīng)合理選擇盤條,只有保證其規(guī)格、強(qiáng)度符合要求才可使用。若廠家選擇規(guī)格過大的盤條,將導(dǎo)致盤條總壓縮率過高,雖然選擇此類盤條可提升鋼絲的抗拉強(qiáng)度,但是鋼絲塑性、韌性不符合標(biāo)準(zhǔn):若廠家選用規(guī)格過小的盤條,對(duì)于盤條強(qiáng)度的要求將提升,必須選用高碳量鋼種,將影響鋼絲生產(chǎn)成本,因而生產(chǎn)廠家需合理確定盤條規(guī)格及其強(qiáng)度。

生產(chǎn)廠家為保證鋼絲冷拉加工操作的順利進(jìn)行,需保證所選原材料符合以下生產(chǎn)要求,主要包括:

(1）盤條內(nèi)部組織方面的要求:盤條內(nèi)部晶粒度需在6～9級(jí),索氏體組織可達(dá)到70%,且盤條中不可存在淬火組織。

(2）盤條脫碳層方面的要求:盤條脫碳層深度應(yīng)保持在公稱直徑的1.5%。

(3）盤條表面質(zhì)量方面的要求:生產(chǎn)廠家應(yīng)選擇盤條表面光滑的盤條。

生產(chǎn)廠家在選擇盤條時(shí),應(yīng)考慮其是否符合以上標(biāo)準(zhǔn),只有符合上述標(biāo)準(zhǔn)的盤條才可順利完成拉拔施工及保證鋼絲生產(chǎn)質(zhì)量。生產(chǎn)廠家在計(jì)算成品鋼絲強(qiáng)度時(shí)可依據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算:

式中,rb為成品鋼絲強(qiáng)度(MPa）:rb原為原料強(qiáng)度(MPa）:K為系數(shù),在此取l.05:d0為成品鋼絲直徑(mm）:dK為原料直徑(mm）。

如果選擇原料的直徑和原始強(qiáng)度分別為12.0mm和l0.0MPa時(shí),以67.0mm為計(jì)算鋼絲產(chǎn)品的直徑,可以獲得成品的強(qiáng)度為1566MPa。

參考上述公式,在生產(chǎn)過程中選擇612.0mm、超過10.0MPa強(qiáng)度的盤條材料便可為超過15.0MPa強(qiáng)度的鋼絲成品提供保障。但是盤條中常用規(guī)格達(dá)到612.0mm要求的較少,因此也可選擇湘鋼產(chǎn)612.5mm的..8盤條,不過其可能具有相對(duì)更高的強(qiáng)度。

湘鋼產(chǎn)612.5mm的..8熱軋盤條的理化性能檢測(cè)結(jié)果如表B、表4所示。

2.2生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

我公司在穩(wěn)定化處理過程中的張力由最后鋼絲經(jīng)過一個(gè)拉絲模所需要的拉拔力產(chǎn)生,為使穩(wěn)定化處理中其擁有充分的張拉力,應(yīng)選擇約7.45mm直徑的半成品,并控制其拉拔的配模直徑是:l2.5mm二ll.4Bmm二l0.02mm二6.60mm二..60mm二7.95mm二7.45mm。

在對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定化處理時(shí),需按照?qǐng)Dl中所示以帶肋槽的螺旋模替代定徑的成品拉絲模。

G8/T522B—2014規(guī)定的單肋寬度便為其肋槽的寬度:1.70～2.0mm,肋的斜率(即8角的斜率）為基圓周長(zhǎng)與螺旋肋導(dǎo)程的比值,67.0mm鋼絲肋的斜率為:(5.6×B.l4）/B4=0.5B7。

四根肋槽分布比較均勻,為了方便安裝,選擇錐角度109的錐形模套。同時(shí)為保證其肋痕穩(wěn)定連續(xù),相關(guān)人員通過設(shè)計(jì)制作出如圖2的螺旋模盒,使螺旋?？梢宰杂尚D(zhuǎn)。

螺旋模盒的軸承起到旋轉(zhuǎn)螺旋模的作用,在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)保證其添加的潤(rùn)滑劑充足,才能為螺旋模旋轉(zhuǎn)得更加平穩(wěn)和高速奠定基礎(chǔ)。安裝螺旋模時(shí)應(yīng)該保證其錐度和螺旋模套相同,使螺旋模的安裝更加穩(wěn)定。另外需有效控制其穩(wěn)定化處理的回火溫度為(B60±l0）℃,且收線速度≤l20m/min。

3成品檢驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)相應(yīng)的工藝標(biāo)準(zhǔn)對(duì)l5.0MPa級(jí)67.0mm螺旋肋鋼絲進(jìn)行設(shè)計(jì)和批量生產(chǎn)后,檢測(cè)其物理性能結(jié)果如表5所示。

該檢測(cè)結(jié)果選自20l5年7月26日的檢測(cè)報(bào)告,樣品編號(hào)為:2l5-l9ll,2l5-l9l2,2l5-l9lB,2l5-l9l4,2l5-l9l5。經(jīng)檢測(cè),其外形尺寸也完全符合G8/T522B一20l4標(biāo)準(zhǔn)要求。其應(yīng)力松弛值為l.225%。

4結(jié)語

我公司對(duì)l5.0MPa級(jí)67.0mm螺旋肋鋼絲完成研制之后,將該類鋼絲提供給貴陽、株洲電桿廠使用,獲得了良好的反響。