引言

高強度、低松弛預應力混凝土用鋼材廣泛應用于建筑領域中,在提升建筑施工整體質效,滿足項目設計要求的同時,大大降低了成本投入,減少了不必要的費用支出,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,高強度、低松弛預應力混凝土用鋼材的抗拉強度是其3倍,通過大規(guī)模使用預應力鋼絲,施工企業(yè)能夠減少50%的混凝土需求量,同時提升混凝土的澆筑質量,有效縮短工期,保證施工企業(yè)的經濟效益。

隨著舊電網的進一步改造,長電桿中大多使用Φ6.0mm螺旋肋鋼絲,此鋼絲強度大于1570MPa。研究發(fā)現(xiàn),Φ6.0mm螺旋肋鋼絲的強度、延展性及錨固性能均較好。目前高質量的長水泥電桿的Φ6.0mm螺旋肋鋼絲均按強度在1570MPa以上的強度級鋼絲進行設計。

1標準要求

標準《預應力混凝土用鋼絲》(GB/T5223—2014）對Φ6.0mm、1570MPa級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力學性能要求

Φ6.0mm螺旋肋鋼絲的力學性能要求如表2所示。

從標準《預應力混凝土用鋼絞線》(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,呈對稱分布。該標準對基圓直徑偏差控制比較嚴格,基圓直徑偏差為士0.05mm,對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,對單肋寬度和螺旋肋導程的控制范圍則更松。Φ6.0mm螺旋肋鋼絲的橫截面積相當于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,而強度損失低于刻痕鋼絲,不會像刻痕鋼絲那樣在工藝控制不良的情況下出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象。

從該標準中還可以發(fā)現(xiàn),Φ6.0mm螺旋肋鋼絲的力學性能與Φ6.0mm消除應力光圓鋼絲的力學性能相同。

2工藝設計

任何一個產品的生產工藝都會影響其生產質量。為保證Φ6.0mm螺旋肋鋼絲的生產質量,需從生產材料、鋼絲拉拔、穩(wěn)定化處理等環(huán)節(jié)加以控制,在這些生產環(huán)節(jié)中應以力學性能為基礎控制生產質量。依據(jù)相關規(guī)定可知,Φ6.0mm螺旋肋鋼絲與低松弛消除應力光圓鋼絲的機械性能相差無幾,因此在生產Φ6.0mm螺旋肋鋼絲時應選擇以下生產流程:

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

2.1原料的選擇

由于目前高速線材生產中的控軋控冷工藝水平較高,熱軋后的盤條組織均能達到高比例的索氏體化率,因而國內外生產用于預應力混凝土的鋼絲生產廠家大多直接使用鋼絲制作產品(未對鋼絲進行加熱處理）,為保證產品質量,對鋼絲力學性能、金相組織的要求較高,其各項性能需符合標準《預應力鋼絲及鋼絞線用熱軋盤條》(GBT24238—2009）中的要求。

另外,生產廠家應合理選擇盤條,只有保證其規(guī)格、強度符合要求才可使用。若廠家選擇規(guī)格過大的盤條,將導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度,但是鋼絲塑性、韌性不符合標準:若廠家選用規(guī)格過小的盤條,對于盤條強度的要求將提升,必須選用高碳量鋼種,將影響鋼絲生產成本,因而生產廠家需合理確定盤條規(guī)格及其強度。

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

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

(2）盤條脫碳層方面的要求:盤條脫碳層深度應保持在公稱直徑的1.5%。

(3）盤條表面質量方面的要求:生產廠家應選擇盤條表面光滑的盤條。

生產廠家在選擇盤條時,應考慮其是否符合以上標準,只有符合上述標準的盤條才可順利完成拉拔施工及保證鋼絲生產質量。生產廠家在計算成品鋼絲強度時可依據(jù)下式進行計算:

式中,rb為成品鋼絲強度(MPa）:rb原為原料強度(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度分別為12.0mm和l0.0MPa時,以67.0mm為計算鋼絲產品的直徑,可以獲得成品的強度為1566MPa。

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

湘鋼產612.5mm的..8熱軋盤條的理化性能檢測結果如表B、表4所示。

2.2生產工藝設計

我公司在穩(wěn)定化處理過程中的張力由最后鋼絲經過一個拉絲模所需要的拉拔力產生,為使穩(wěn)定化處理中其擁有充分的張拉力,應選擇約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。

在對其進行穩(wěn)定化處理時,需按照圖l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）為基圓周長與螺旋肋導程的比值,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。同時為保證其肋痕穩(wěn)定連續(xù),相關人員通過設計制作出如圖2的螺旋模盒,使螺旋模可以自由旋轉。

螺旋模盒的軸承起到旋轉螺旋模的作用,在實際生產中應保證其添加的潤滑劑充足,才能為螺旋模旋轉得更加平穩(wěn)和高速奠定基礎。安裝螺旋模時應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成品檢驗結果

根據(jù)相應的工藝標準對l5.0MPa級67.0mm螺旋肋鋼絲進行設計和批量生產后,檢測其物理性能結果如表5所示。

該檢測結果選自20l5年7月26日的檢測報告,樣品編號為:2l5-l9ll,2l5-l9l2,2l5-l9lB,2l5-l9l4,2l5-l9l5。經檢測,其外形尺寸也完全符合G8/T522B一20l4標準要求。其應力松弛值為l.225%。

4結語

我公司對l5.0MPa級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。