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双相不锈钢钢筋:从桥梁全寿命周期降低造价成本

双相不锈钢钢筋:从桥梁全寿命周期降低造价成本

所属分类:行业动态

更新时间:2022-06-18 05:16:18

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《中国建筑能耗研究报告(2020)》显示,2018年全国建筑全过程碳排放总量为49.3亿吨,占全国碳排放比重的51.3%。其中,建材生产阶段占比28.3%,建筑运行阶段占比21.9%。同时,我国钢铁行业碳排放量占全国碳排放总量的15%左右,是31个制造业门类中碳排放量最大的行业。我国2020年建筑用钢总产量达到了5.8亿吨,减少大修和维护对于降低国家钢铁消费,对实现“双碳目标——2030年,中国钢铁行业将实现碳达峰的目标,2050年全球建筑要实现零碳排放”起着重要作用。


通常,大量用于建筑的碳素钢筋拥有致命弱点:抗锈蚀能力差。碳素钢筋极易被腐蚀,从而产生昂贵的维护费用,导致结构性能退化,严重缩短了结构的服务寿命。钢筋锈蚀问题已给世界各国造成了巨大损失。尽管目前解决钢筋锈蚀问题的方法有很多,如加大混凝土保护层厚度、阴极保护、使用海工混凝土等,但是这些方法都只能延缓钢筋的锈蚀,并不能彻底解决锈蚀问题。不锈钢钢筋较一般钢筋的不同在于含有较多的镍和铬,从根本上解决了钢筋的锈蚀问题,并能提供更优异的力学性能。在国际上,已经成为许多超级工程降低建筑全寿命周期成本的终极选项。


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目前,不锈钢钢筋已非常成熟地应用在了诸多国内外的超级工程中,在中国的港澳地区较为常见。比如港珠澳大桥、昂船洲大桥、将军澳大桥、澳门的澳凼四桥等。不锈钢钢筋之所以有这么无可替代的地位,首先是因为其自身拥有强大的耐蚀性能,可以确保满足服务寿命120年以上,减少维修和养护费用,降低全寿命周期成本。其次,迭代版本的不锈钢钢筋拥有非常卓越的力学性能,同时经受500万次以上的疲劳实验,屈服强度可高于500MPa。并且不锈钢钢筋还具有防火、可回收等优点,非常符合“碳中和”发展理念。


国际上,不锈钢钢筋于1986年首次被纳入英国标准协会BS6744标准,1996年被纳入美国材料与试验协会ASTM A955标准。德国通过的DEUTSCHES INSTITUT FUR BAUTECHNIK(DIBt)和英国通过的UK CARES这两个不锈钢钢筋标准都已获得了欧洲技术认证(ETAs)。1999年混凝土学会出版了第51号技术报告《不锈钢钢筋使用指南》,报告指出电化学耦合问题已经解决。2002年英国高速公路局已经将此写入BA84/02《不锈钢钢筋在高速公路构件中的应用》,允许减薄混凝土保护层,电化学耦合问题也被取消。2004年版的欧洲规范2(Eurocode2)《混凝土结构的设计》也对使用不锈钢钢筋减薄混凝土包覆层做出了明确规定。


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我国于2004年5月颁布的《混凝土结构耐久性设计与施工指南》中指出, 百年以上使用年限的特殊工程可选用不锈钢钢筋, 是提高我国重大工程结构耐久性的重要组成部分和战略举措,这是对不锈钢钢筋应用的首次许可。欧美等国也提出合理应用不锈钢的设计建议:对处于高腐蚀环境下的重要结构可部分或全部使用不锈钢钢筋混凝土。并编写颁布了与之相关的标准规范,目前应用比较广泛的有国家标准GB/T33959-2017《混凝土用不锈钢钢筋》,美国材料实验协会标准ASTMA955/A955M-2020《Standard Specification for Deformed and Plain Stainless-Steel Bars For Concrete Reinforcement》和英国标准BS6744-2016《Stainless steel bars - Reinforcement of concrete - Requirements and test methods》。我国最新版本的《公路桥涵施工技术规范》JTG/T 3650-2020 在海上桥梁章节中,新增加了不锈钢钢筋的技术内容。


不锈钢按组织状态分为马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、双相不锈钢及沉淀硬化不锈钢等。其中,目前最合适混凝土结构使用的钢种是双相不锈钢。双相不锈钢是一种铁素体相和奥氏体相共存的钢种,兼具卓越的力学性能和耐氯化物应力腐蚀性。近十年,双相不锈钢冶炼技术的成熟,成本不断降低的同时,性能逐渐提高,改变了不锈钢钢筋的应用发展方向。


双相不锈钢常见有2205、2304等,其中2304是当前最为广泛应用的混凝土结构用不锈钢钢筋。首先,2304含有23%铬金属,4%镍金属,会在钢筋表面形成一层自我修复富铬氧化膜,确保强大的耐蚀性能。同时,经过工艺调整的2304屈服强度达到了600MPa,在延伸率、弹性模量等其他方面也表现优异。最关键的是,2304的价格低于2205和316等,减少镍钼资源依赖的同时,可以表现出更优秀的全寿命周期成本。所以,双相不锈钢已成为目前使用的趋势。

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