為將不銹鋼筋應用于沿海橋梁，提高其耐久性，試制了3種不銹鋼筋產品，對不銹鋼筋及普通鋼筋進行了拉伸、彎曲對比試驗，試驗表明不銹鋼筋不僅有優異的耐腐蝕性能，其力學、工藝性能也滿足混凝土結構使用的要求;開展了不銹鋼筋焊接工藝試驗，焊縫金相分析、晶間腐蝕、沖擊、拉伸、彎曲等試驗表明，不銹鋼筋焊接接頭未出現明顯惡化，具有很好的可焊接性;設計了不銹鋼筋螺紋連接絲頭及連接套筒，接頭拉壓、疲勞性能等均能滿足螺紋連接規程要求。
不銹鋼筋，顧名思義，就是利用不銹鋼制成的鋼筋，可以徹底解決鋼筋的銹蝕問題。不銹鋼筋以其優良的耐腐蝕性能和良好的機械性能，有效地改善了結構耐久性，減少了維修費用，延長了結構的使用壽命，在國外橋梁港口及建筑工程中得到了迅速的發展和應用［1－5］。不銹鋼筋應用比較少的一個重要的原因是成本因素，目前不銹鋼筋的價格遠高于普通鋼筋，但隨著不銹鋼筋冶煉、軋制技術的發展、成熟，更多牌號高強不銹鋼筋的開發應用，低鎳含量的不銹鋼筋在成本上具有高競爭力，不銹鋼筋和普通鋼筋之間的成本差將會縮?。?/span>6］。在混凝土構件關鍵部位用不銹鋼筋替代碳素鋼筋，可以在兼顧成本的前提下大大延長鋼筋混凝土結構的使用壽命，其使用壽命可達100a以上［5］。目前，許多國家已經制訂了有關標準［7－10］，如英國標準BS6744:2001+A2:2009和美國材料試驗協會標準ASTMA955/A955M－10等，我國還沒有制訂專門針對不銹鋼鋼筋的標準，只是在2004年4月頒布的《混凝土結構耐久性設計與施工指南》(CCES01—2004(2005年修訂版))中，“有百年以上使用年限的特殊工程可選用不銹鋼筋”的說明。為提高我國沿海橋梁結構耐久性，考慮不銹鋼品種價格與耐腐蝕性能，選取022Cr22Ni5MO3N(2205)、06Cr17Ni12MO2(316L)和00Cr23Ni4N(2304)不銹鋼坯試制出3種不銹鋼筋［5，11－12］，對其進行了力學、工藝等試驗，試驗結果可作為制訂不銹鋼筋產品標準的參考。1不銹鋼筋力學性能用022Cr22Ni5Mo3N(2205)、06Cr17Ni12Mo2(316L)和00Cr23Ni4N(2304)不銹鋼坯試制成不同規格不銹鋼筋(其中12以上為螺紋鋼筋、其他為光圓鋼筋)。初次試制的部分產品性能低于國外同類產品，且由于不銹鋼熱塑性差，軋制時不銹鋼螺紋鋼筋表面開裂，通過改善精煉工藝、控制軋制溫度等技術攻關，成功試制出性能不低于國外同類產品的不銹鋼筋。選取試制成功的022Cr22Ni5Mo3N(2205)、06Cr17Ni12Mo2(316L)和00Cr23Ni4N(2304)不同規格不銹鋼筋，同時選HPB235和HＲB335鋼筋進行對比拉伸試驗，拉伸試驗方法與普通鋼筋相同，試驗結果統計見表1。各種鋼筋的典型荷載－位移曲線見圖1。
由表1看出，與碳鋼相比，這3種不銹鋼筋強度高，屈強比大，延伸率大，應用于混凝土結構不僅可以提高耐久性，還可以顯著地節約鋼材，提高抗震性能。但不銹鋼筋彈性模量較低，用于大跨混凝土結構會產生較大變形和開裂，用于混凝土受壓構件則其強度不能充分發揮。由圖1看出，普通鋼筋的荷載－位移曲線分4個階段:彈性階段、屈服階段(不均勻屈服塑性變形)、強化階段(均勻塑性變形)、頸縮階段(不均勻集中塑性變形);而不銹鋼筋的荷載－位移曲線僅有3個階段:彈性階段、強化階段(均勻塑性變形)、頸縮階段(不均勻集中塑性變形)。與普通鋼筋相比，不銹鋼筋沒有不均勻屈服塑性變形階段，在荷載－位移曲線上表現為直接由彈性階段進入均勻塑性變形階段，說明不銹鋼材質更均勻。由表1看出，同品種不同直徑鋼筋的強度、延伸率、彈性模量等平均值接近，標準差較小，說明材質受直徑影響不大，可將同品種不同直徑鋼筋的力學性能放在一起統計分析。根據《工程結構可靠性設計統一標準》(GB50153—2008)，對不銹鋼筋強度試驗數據的實測值用χ2法進行擬合度(分布類型)檢驗，在檢驗的顯著性水平α=0.05時，其概率分布模型符合正態分布。則其強度標準值fk=μf－1.64σf。(1)根據試驗實測數據計算出來的標準值見表2?？紤]到不銹鋼筋使用經驗不足，各指標適當降低并取整數，作為產品出廠檢驗標準。
2不銹鋼筋的彎曲
022Cr22Ni5Mo3N(2205)，00Cr23Ni4N(2304)和HＲB335鋼筋在同一臺試驗機上進行彎曲試驗，部分鋼筋彎曲后的表現見圖2。鋼筋彎曲后，彎曲面上均不存在裂縫、裂紋和斷裂，揭示鋼筋晶體組織均勻，內應力、夾雜物、未熔合和微裂紋等缺陷在合理限值內，說明不銹鋼筋與普通鋼筋有相似的冷彎性能，滿足不銹鋼筋混凝土構件成型時彎曲加工要求。
3不銹鋼筋焊接
以022Cr22Ni5Mo3N(2205)不銹鋼筋為例，焊接材料采用00Cr23Ni9Mo3N(2209)不銹鋼，022Cr22Ni5Mo3N(2205)不銹鋼筋規格有直徑14，32mm，采用手工直流電弧搭接焊及對接焊。對接焊試件焊縫的低倍金相組織見圖3(a)，圖中左下部分為焊縫區，右上部分為母材區，以熔合線為界面區分。從圖中看出，焊接接頭的熱影響區域較窄，金屬晶粒沒有明顯粗化。圖3(b)是焊接接頭熱影響區域放大的金相組織，母材為典型的奧氏體+鐵素體雙相組織形貌，圖中顏色較深的部分為奧氏體，較淺部分為鐵素體，奧氏體和鐵素體的晶界處沒有發現σ相析出。母材及焊縫的金相組織見圖4，焊縫金相組織為鑄態樹枝晶組織，焊縫和熱影響區域金相組織相比例測定見表3，焊縫鐵素體比例雖有降低，但仍在50%附近，焊點處組織為焊態雙相組織，不影響其受力及工藝性能。
對接焊試件進行拉伸試驗，試件均在母材斷裂，對接焊試件強度及斷后伸長率與母材相當。對焊接試件進行V型缺口沖擊試驗，缺口位置分別位于焊縫及熱影響區域距熔合線1mm處，沖擊斷口為塑性斷裂，焊縫區韌性要低于熱影響區域，這是因為焊縫的金相組織為鑄態組織，比母材熱影響區域的軋態雙相組織性能要差。將不銹鋼筋焊接試樣接頭區域加工光滑后進行彎曲試驗，彎曲直徑等于不銹鋼筋直徑，彎曲角度180°，試件均完好無裂紋，表明焊接接頭有良好的工藝性能。將不銹鋼筋對焊接頭加工成5mm×20mm×80mm的晶間腐蝕試樣，用不銹鋼硫酸－硫酸銅試驗方法進行晶間腐蝕試驗，經180°彎曲后試樣完好，無晶腐裂紋出現，說明其具有很強的耐點蝕及晶間腐蝕能力。通過焊接后的試驗及分析，022Cr22Ni5Mo3N(2205)不銹鋼筋焊接接頭未出現明顯惡化，說明其具有很好的可焊接性。
4不銹鋼筋螺紋連接
以022Cr22Ni5Mo3N(2205)不銹鋼筋為例，不銹鋼筋螺紋連接采用鐓粗、滾壓直螺紋連接，套筒的材料為同鋼種不銹鋼，根據《鋼筋機械連接通用技術規程》(JCJl07—2003)，不銹鋼筋鐓粗、滾壓直螺紋絲頭及連接套筒尺寸見表4。接頭單向拉伸、接頭高應力反復拉壓、接頭大變形反復拉壓等試驗均斷裂在母材，滿足規程型式檢驗的要求。不銹鋼筋疲勞試驗的最高應力為230MPa，應力幅為100MPa，大于200萬次循環，滿足規程疲勞檢驗的要求。
5結論
與普通碳素鋼筋相比，試制的022Cr22Ni5Mo3N(2205)、06Cr17Ni12Mo2(316L)和00Cr23Ni4N(2304)等3種不銹鋼筋，強度高，屈強比大，延伸率大;彎曲后表面上均不存在裂縫、裂紋和斷裂;焊接試件拉伸均在母材斷裂，焊接接頭彎曲后均完好無裂紋，焊接接頭有很強的耐點蝕及晶間腐蝕能力。不銹鋼筋鐓粗、滾壓直螺紋連接單向拉伸性能、接頭高應力反復拉壓性能、接頭大變形反復拉壓性能、疲勞性能等均能滿足螺紋連接規程要求。因此不銹鋼筋力學、工藝性能也滿足混凝土構件成型及結構使用的要求。不銹鋼筋應用于混凝土結構不僅可以提高耐久性，還可以顯著節約鋼材，提高抗震性能，可廣泛應用于沿海橋梁工程等處于嚴重腐蝕環境的混凝土結構，降低維修、檢查成本，減少由于維修造成的運營中斷或限制通行，大大延長混凝土結構的使用壽命，具有巨大的經濟效益和社會效益。
