冷軋帶肋鋼筋拉伸試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)

一、檢測(cè)原理

冷軋帶肋鋼筋的拉伸試驗(yàn)是測(cè)定其在單向靜拉伸荷載作用下力學(xué)性能的核心方法。其技術(shù)原理基于材料力學(xué)與金屬物理學(xué)，通過(guò)持續(xù)施加軸向拉力，直至試樣斷裂，記錄其應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)。

1. 彈性變形階段：遵循胡克定律，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，其比例系數(shù)為彈性模量。此階段變形為可逆的，卸載后試樣恢復(fù)原狀。微觀上，是金屬晶格在應(yīng)力作用下發(fā)生彈性畸變。

2. 屈服階段：應(yīng)力超過(guò)材料的彈性極限后，試樣開(kāi)始發(fā)生不可恢復(fù)的塑性變形。對(duì)于冷軋帶肋鋼筋，其上屈服點(diǎn)可能不明顯，通常以規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度（Rp0.2）作為屈服指標(biāo)。微觀上，是位錯(cuò)在晶粒內(nèi)滑移、增殖和積累的結(jié)果。冷加工硬化使位錯(cuò)密度極高，導(dǎo)致其屈服強(qiáng)度顯著高于熱軋母材。

3. 強(qiáng)化階段：屈服后，材料抵抗變形的能力再次增加，此為加工硬化階段。冷軋帶肋鋼筋因經(jīng)歷強(qiáng)烈塑性變形，其強(qiáng)化階段較短且陡峭。微觀上，繼續(xù)增加的位錯(cuò)相互纏結(jié)、釘扎，阻礙進(jìn)一步滑移。

4. 頸縮與斷裂階段：應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度后，試樣局部截面開(kāi)始顯著縮小，形成“頸縮”。此時(shí)，試樣承載能力下降，應(yīng)力-應(yīng)變曲線回落，終在頸縮處斷裂。頸縮是三維應(yīng)力狀態(tài)下的塑性失穩(wěn)現(xiàn)象。

二、檢測(cè)項(xiàng)目

拉伸試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目系統(tǒng)分為強(qiáng)度指標(biāo)、塑性指標(biāo)和特定功能指標(biāo)。

1. 強(qiáng)度指標(biāo)：

   • 規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度（Rp0.2）：試樣標(biāo)距部分塑性延伸率達(dá)到原標(biāo)距長(zhǎng)度的0.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。這是評(píng)價(jià)冷軋帶肋鋼筋屈服特性的核心指標(biāo)。

   • 抗拉強(qiáng)度（Rm）：試樣在斷裂前所能承受的大名義應(yīng)力。

   • 強(qiáng)屈比（Rm/Rp0.2）：抗拉強(qiáng)度與規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度的比值。該值是衡量材料強(qiáng)度儲(chǔ)備和安全性的重要參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)中通常有下限要求。

2. 塑性指標(biāo)：

   • 斷后伸長(zhǎng)率（A）：試樣拉斷后，標(biāo)距部分的殘余伸長(zhǎng)與原標(biāo)距的百分比。它反映了材料的均勻塑性變形能力。

   • 大力總延伸率（Agt）：試樣在達(dá)到大力時(shí)，標(biāo)距范圍內(nèi)的總延伸率（包含彈性部分）。該指標(biāo)更能真實(shí)地反映鋼筋在極限狀態(tài)下的變形能力，尤其在混凝土結(jié)構(gòu)中至關(guān)重要。

3. 特定功能指標(biāo)：

   • 應(yīng)力松弛性能：在規(guī)定的初始應(yīng)力和溫度條件下，測(cè)定其應(yīng)力隨時(shí)間而減小的現(xiàn)象。對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土用冷軋帶肋鋼筋，此項(xiàng)目是關(guān)鍵。

三、檢測(cè)范圍

冷軋帶肋鋼筋廣泛應(yīng)用于各類建筑與工程結(jié)構(gòu)，檢測(cè)要求覆蓋以下領(lǐng)域：

1. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：用于工業(yè)與民用建筑的樓板、墻板、梁柱的箍筋及構(gòu)造鋼筋。檢測(cè)需確保其強(qiáng)度、塑性與混凝土的協(xié)同工作性能。

2. 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)：主要用于中小預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，如預(yù)應(yīng)力圓孔板、桁條等。對(duì)此類應(yīng)用，除常規(guī)拉伸性能外，必須嚴(yán)格檢測(cè)其應(yīng)力松弛性能和強(qiáng)屈比。

3. 焊接網(wǎng)片：作為鋼筋焊接網(wǎng)的主要原料，要求鋼筋具有良好的可焊性和均勻的力學(xué)性能，以確保焊點(diǎn)質(zhì)量和網(wǎng)片整體強(qiáng)度。

4. 其他領(lǐng)域：如公路、鐵路的護(hù)欄網(wǎng)，農(nóng)業(yè)大棚骨架等。根據(jù)不同用途，可能對(duì)耐腐蝕性、疲勞性能等有附加要求。

四、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)冷軋帶肋鋼筋的技術(shù)要求存在差異，對(duì)比分析如下：

1. 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T）：

   • GB/T 13788：是核心產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了CRB550、CRB600H等牌號(hào)的力學(xué)性能和工藝性能要求。其特點(diǎn)是明確規(guī)定了強(qiáng)屈比（≥1.03）和大力總延伸率（Agt）的要求，強(qiáng)調(diào)了產(chǎn)品的延性和安全儲(chǔ)備。

   • GB/T 228.1：金屬材料拉伸試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)規(guī)定了試驗(yàn)環(huán)境、試樣制備、速率控制及結(jié)果評(píng)定方法。

2. 標(biāo)準(zhǔn)（ISO）：

   • ISO 15630-1：專門針對(duì)鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力用鋼的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，與GB/T 228.1在原理上一致，但在部分細(xì)節(jié)（如應(yīng)變速率控制模式、引伸計(jì)使用）上可能存在差異。

3. 歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN）：

   • EN 10080：雖主要針對(duì)可焊鋼筋，但其嚴(yán)格的測(cè)試要求和性能指標(biāo)對(duì)冷軋帶肋鋼筋的出口有參考意義。歐洲標(biāo)準(zhǔn)對(duì)材料的延性和疲勞性能通常有更高要求。

對(duì)比分析：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13788通過(guò)引入強(qiáng)屈比和大力總延伸率等指標(biāo)，在保證強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)產(chǎn)品的塑性變形能力和安全性提出了更明確的要求，與標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢(shì)一致。主要差異可能體現(xiàn)在具體牌號(hào)的性能指標(biāo)限值、試樣標(biāo)距的確定方法以及試驗(yàn)速率控制的細(xì)節(jié)上。

五、檢測(cè)方法

1. 試樣制備：

   • 取樣應(yīng)具有代表性，避開(kāi)鋼筋端部。

   • 試樣應(yīng)為原始標(biāo)距不小于100mm的直條。夾持端與平行長(zhǎng)度之間應(yīng)有過(guò)渡弧，避免應(yīng)力集中。

   • 不允許對(duì)試樣進(jìn)行任何形式的矯直，以免改變其力學(xué)狀態(tài)。

2. 原始橫截面積測(cè)定：

   • 優(yōu)先采用稱量法（通過(guò)質(zhì)量、密度和長(zhǎng)度計(jì)算），精度高。

   • 也可使用千分尺在標(biāo)距兩端及中間處測(cè)量，計(jì)算平均值。需考慮肋的影響，測(cè)量位置應(yīng)位于相鄰肋的基圓處。

3. 試驗(yàn)設(shè)備與安裝：

   • 試驗(yàn)機(jī)應(yīng)滿足至少1級(jí)精度。

   • 使用楔形夾頭或螺紋夾頭，確保夾持可靠，防止打滑。

   • 安裝引伸計(jì)，用于精確測(cè)量Rp0.2和Agt。

4. 試驗(yàn)速率控制：

   • 彈性階段：應(yīng)力速率應(yīng)控制在大預(yù)期應(yīng)力的1/120 ~ 1/80 (MPa/s) 之間。

   • 塑性階段與強(qiáng)化階段：應(yīng)變速率應(yīng)控制在0.00025/s ± 50%以內(nèi)。

   • 嚴(yán)格遵守速率控制是獲得準(zhǔn)確、可比結(jié)果的關(guān)鍵。

5. 數(shù)據(jù)記錄與測(cè)量：

   • 自動(dòng)記錄或繪制力-延伸曲線。

   • 拉斷后，小心地將兩段試樣對(duì)合，用游標(biāo)卡尺精確測(cè)量斷后標(biāo)距。

   • 觀察斷口位置，若處于夾持端或標(biāo)距外，試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效。

六、檢測(cè)儀器

1. 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)：

   • 技術(shù)特點(diǎn)：采用伺服電機(jī)或電液伺服控制系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)高精度的力值加載和速度控制。具備寬闊的量程范圍和自動(dòng)切換功能。配備數(shù)字控制器，可編程復(fù)雜的試驗(yàn)流程。

2. 電子引伸計(jì)：

   • 技術(shù)特點(diǎn)：用于直接測(cè)量試樣的微變形。接觸式引伸計(jì)具有高分辨率和高精度，是測(cè)量Rp0.2和Agt的必備設(shè)備。通常在試樣屈服后需及時(shí)摘下，以防損壞。

3. 數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)：

   • 技術(shù)特點(diǎn)：集成于試驗(yàn)機(jī)，實(shí)時(shí)采集力、位移、變形信號(hào)。軟件能自動(dòng)分析曲線特征點(diǎn)（如Rp0.2， Rm），計(jì)算各項(xiàng)性能參數(shù)，并生成檢測(cè)報(bào)告。

七、結(jié)果分析

1. 強(qiáng)度性能評(píng)判：

   • 合格：實(shí)測(cè)Rp0.2和Rm均不低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的小值。

   • 不合格：任一指標(biāo)低于標(biāo)準(zhǔn)限值。原因可能包括：母材質(zhì)量差、冷軋工藝參數(shù)不當(dāng)（如壓下量不足或過(guò)大）、熱處理工藝不穩(wěn)定。

2. 塑性性能評(píng)判：

   • 合格：實(shí)測(cè)斷后伸長(zhǎng)率（A）和大力總延伸率（Agt）均不低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。

   • 不合格：塑性指標(biāo)不達(dá)標(biāo)。主要原因可能是冷加工硬化過(guò)度，未進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕鼗鹛幚砘蚧鼗鸸に嚥划?dāng)，導(dǎo)致材料脆化。

3. 強(qiáng)屈比評(píng)判：

   • 合格：Rm/Rp0.2 ≥ 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值（如1.03）。

   • 不合格：強(qiáng)屈比過(guò)低，意味著材料缺乏足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備，在達(dá)到屈服后很快斷裂，存在安全隱患。這通常與材料的成分均勻性、組織狀態(tài)及加工工藝密切相關(guān)。

4. 曲線形態(tài)分析：

   • 正常的力-延伸曲線應(yīng)平滑過(guò)渡，無(wú)明顯鋸齒狀波動(dòng)。

   • 若曲線在彈性階段出現(xiàn)異常，可能預(yù)示試樣裝夾不正或存在初始損傷。

   • 屈服平臺(tái)不明顯是冷軋鋼筋的典型特征，但通過(guò)引伸計(jì)仍可準(zhǔn)確確定Rp0.2。

5. 斷口分析：

   • 斷口應(yīng)呈韌性斷裂特征，宏觀上為杯錐狀，微觀上有韌窩。

   • 若斷口平齊，呈結(jié)晶狀，則為脆性斷裂，表明材料塑性極差，需從材料和工藝上追溯原因。