建筑钢材的性能与检测：热轧钢筋性能与检测全解析

建筑钢材是建筑工程中重要的原材料，其性能、合格与选用对工程的承重性能和结构安全至关重要。钢材质量检验检测是工程质量控制的重要手段和保障措施。为了正确检验、准确检测钢材，必须了解钢材的基本性能、各类材料的取样、检测和数据处理等知识。针对常用建筑钢材检验检测中需要掌握的知识和注意事项，特整理了本篇《建筑钢材性能与检验》，为大家做个总结。由于篇幅较大，计划分五篇连载发布。以下是本系列的第二篇《热轧钢筋性能与检验》，请点击下方链接查看第一篇。

第二部分 热轧钢筋的性能和试验

1.热轧圆钢

热轧圆钢是经过热轧制成的成品钢筋，通常截面为圆形，表面光滑。现行标准为《钢筋混凝土用钢第1部分：热轧圆钢》GB/T1499.1-2017。牌号为HPB300，可直条或卷材供应，公称直径范围为6mm-22mm，推荐直径为6mm、8mm、10mm、12mm、16mm、20mm。

1. 性能

（1）直径公差和不圆度

当钢筋的实际重量与理论重量的偏差满足规定时，钢筋直径的允许偏差不能作为交货条件。

（2）重量偏差

（3）力学性能与工艺性能

对于无明显屈服的钢筋，应取其下屈服强度特征值作为规定的非比例延伸强度。

Rp0.2。

伸长率种类可选择断后伸长率或最大力时总伸长率，仲裁检验时采用最大力时总伸长率。

2. 分组

每批由同一牌号、同一炉号、同一规格的钢筋组成，每批重量一般不大于60t，超过60t的部分，每增加40t（或不足40t的部分），应增加一个拉伸试验试样和一个弯曲试验试样。允许同一牌号、同一冶炼方法、同一铸造方法的不同炉号钢筋混批，各炉号钢筋碳含量之差不得超过0.02%，锰含量之差不得超过0.15%，混批重量不得超过60t。

3. 取样及检测方法

拉伸试样长度：测定断后伸长率时，长度为夹具间试样的平行长度，不小于5d+（40mm或2d）；测定最大力时的总伸长率时，长度为500mm。

2.热轧带肋钢筋

热轧带肋钢筋是混凝土结构用热轧钢筋，截面通常为圆形，表面带肋。现行标准为《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》GB/T1499.2-2018。钢筋按屈服强度特征值分为400、500、600级，又分为普通热轧钢筋和细晶粒热轧钢筋，具体牌号见下表。

细晶粒热轧钢筋是在热轧过程中采用控轧控冷工艺形成的细晶粒钢筋，其金相组织以铁素体加珠光体为主，不得存在其他影响性能的组织（如回火马氏体组织），晶粒度不应大于9级。

细晶粒热轧钢筋的优点是：细晶粒强化可以大幅度提高强度；细晶粒强化可以大幅度提高钢材的塑性和韧性；晶粒细化可以大幅度改善钢材的疲劳性能和低温性能。

热轧带肋钢筋的公称直径范围为6mm~50mm。钢筋通常以直条交货，直径不大于16mm的钢筋也可以卷材交货。钢筋表面应轧有牌号标记、制造厂编号和公称直径。HRB400、HRB500、HRB600分别以4、5、6标记；HRBF400、HRBF500分别以C4、C5标记；HRB400E、HRB500E分别以4E、5E标记；HRBF400E、HRBF500E分别以C4E、5E标记。

1. 性能

（1）钢筋表面形状和尺寸允许偏差

（2）重量及允许偏差

钢筋可按理论重量或实际重量交货。按理论重量交货时，理论重量为钢筋长度乘以钢筋每米理论重量。钢筋的实际重量与理论重量的允许偏差应符合下表的规定。

（3）机械性能

直径28mm至40mm各等级钢筋断后伸长率A可降低1%；直径大于40mm各等级钢筋断后伸长率A可降低2%。伸长率类型可选用A或Agt，但仲裁检验应采用Agt。

规定屈服比：稳定钢筋的屈服强度，将其控制在一定的范围内，可使所有受力钢筋较均匀地受力。如果建筑结构中某一点钢筋的性能波动范围较大，当破坏力超过钢筋允许屈服强度时，钢筋还未发生变形，使建筑物不能形成塑性铰，建筑物就会发生不可逆的永久变形，起不到抗震作用。

规定屈强比：提高抗拉强度与屈服强度的比值，有利于提高钢筋的安全储备。当建筑物受地震破坏变形时，钢筋在拉伸过程中吸收能量而不断裂，仍能发挥建筑结构加固材料的作用。屈强比越大，吸收的能量越多，抵抗破坏的能力就越大。

总伸长率：钢筋断后伸长率在反映钢筋延性性能方面存在一定的缺陷，它只代表颈缩区域附近的伸长率。钢筋受力变形时，所有受力部位都在变形。对于建筑结构，最应该关注的是钢筋的整体变形能力，而不是测量断后伸长率。

（4）弯曲性能

按上述规定的弯曲芯直径弯曲180度时，弯曲部位钢筋表面不得出现裂纹。

（5）反向弯曲性能

E级钢筋应进行反向弯曲试验。反向弯曲试验后，钢筋弯曲部位的表面不得出现裂纹。

根据需方要求，其他等级的钢筋也可进行反向弯曲试验。

可以用反向弯曲试验代替弯曲试验。

反向弯曲试验的弯曲头直径比弯曲试验的弯曲头直径大一个钢筋公称直径。

2. 分组

每批由同一牌号、同一炉号、同一规格的钢筋组成，每批重量一般不大于60t，超过60t的部分，每增加40t（或不足40t的部分），应增加一个拉伸试验试样和一个弯曲试验试样。允许同一牌号、同一冶炼方法、同一铸造方法的不同炉号钢筋混批，各炉号钢筋碳含量差异不得超过0.02%，锰含量差异不得超过0.15%，混批重量不得超过60t。

3. 取样及检测方法

3.热轧钢筋拉伸试验

热轧钢筋拉伸试验依据《钢筋混凝土用钢筋试验方法》GB/T28900-2012。

1. 测试准备

（1）试验指标：屈服强度（ReL）、抗拉强度（Rm）、断后伸长率（A）或最大力时总伸长率Fm（Agt）。

（2）测试环境：温度10℃-35℃。

（3）设备精度：试验机：1级，引伸计：测屈服点用1级，测最大力总伸长用2级。游标卡尺：0.02mm，钢板尺：0.1mm。

（4）直径验证：精确至0.1毫米。

（5）原始标距长度：断裂后测量5天的伸长率，最大力时测量总伸长率100mm。

原始标距应以小标记、细线或细墨线标记，标记应精确到±1%。标记原始标距时，如果平行长度远长于原始标距，应标记一系列重叠的原始标距。原始标距可分为5个或5的整数倍。

（6）横截面积：计算强度时采用公称横截面积。

（7）试验机调零：开启试验机，预热。根据试件形状、尺寸选择、更换合适的夹具（楔形夹具、螺纹夹具、推力夹具、套环夹具）。然后将试验机油缸抬高几毫米，设定测力系统的零点。

（8）试样夹持：将钢筋置于两夹具之间。钳口夹持试样的部分不得小于钳口长度的三分之二；若钳口不能自动前后、左右对正，夹紧试样后，需从正面和侧面观察试样是否夹在中心。

（9）试验速率选择：方法A为应变速率控制，方法B为应力速率控制。方法A旨在测量应变速率敏感参数时减少试验速率的变化，降低试验结果的测量不确定度。

①方法A，应变速率控制法

②方法B，应力速率控制法

2. 测试流程

若采用软件控制，完成以上设定后，点击开始，将自动进行拉伸试验，直至原材料断裂。点击结束，取出断裂钢筋，读取下屈服强度和抗拉强度并记录。若采用手动控制，则按以上控制速率进行拉伸试验，读取下屈服强度和抗拉强度。

（1）屈服强度ReL较低

下屈服强度ReL是在不考虑初始瞬态效应时，屈服阶段中最小力值对应的应力。判断原则：若屈服阶段出现两个或两个以上的谷应力，则舍弃第一个谷应力，取其余谷应力中的最小值作为下屈服强度；若屈服阶段出现平台，则将平台应力判断为下屈服强度；若出现多个屈服平台，且后者高于前者，则将第一个平台应力判断为下屈服强度；注意下屈服强度必须低于上屈服强度。

所谓起始瞬态效应，是指由上屈服强度过渡到下屈服强度时出现的瞬态效应，与试验机力系统的灵活性、试验速率、试件的屈服特性、测力系统的惯性守恒等诸多因素有关，瞬态效应的评估较为困难。定性地将由上屈服强度过渡到下屈服强度过程中的第一个下降谷值视为“起始瞬态效应”的影响区域。为避开该区域的影响，将第一个下降谷值应力排除，取此后的最小应力作为下屈服强度。若仅出现一个谷值，则该谷值应力即为下屈服强度。

为提高效率，可将上屈服强度后0.25%伸长范围内的最低应力确定为下屈服强度，而不考虑任何初始瞬态效应。用此方法确定下屈服强度后，可按方法A的规定提高试验速率，试验报告应注明使用此简易方法。但请注意，此规定仅适用于明显屈服的材料，且不测量屈服点的伸长率。

用指针法测定ReH和ReL时，应注意试验机力表盘上指针的指示，并按下式定义测定上屈服力和下屈服力：

以指针第一次旋转前所指示的最大力量为FeH；

将指针第一次停止转动时保持恒定的力定为FeL；当指针转动多次时，不考虑第一次转动，将其余转动所指示的最低力定为FeL；当只有一次转动时，将此次转动的最低力定为FeL。

（2）拉伸强度Rm

抗拉强度Rm是最大力Fm所对应的应力。

Rm=Fm/S0

拉伸试验无效的情况有两种：

a) 当直线段斜率与弹性模量理论值之差大于10%时。

b) 当断裂发生在夹紧位置或距夹紧位置小于20mm或d（取较大值）时。

（3）最大力塑性伸长率Ag、最大力总伸长率Agt

最大力塑性伸长率Ag是在最大力时原标距长度的塑性伸长量与引伸计标距长度Le的百分数。

最大力时总伸长率Agt是最大力时原标距长度的总伸长量（弹性伸长量加塑性伸长量）与引伸计标距长度Le的百分比，可用引伸计法或手工法测量。

①引伸计法

Agt = (ALm/Le) × 100

ALm——最大力时的延伸，

当材料最大力形成一个平台时，在平台的中点处取最大力的总伸长量。

② 手工方法

Agt = ((b-b0)/b0+Rm/E)×100 = Ag+（Rm/E）×100

b—断裂后的长度，

b0——原始标距长度，100mm。

Ag—最大力塑性伸长量应以100mm标距测量，距断口距离r2至少应为50mm或2d（取较大者），若夹具与标距之间的距离r1小于20mm或d（取较大者），则试验可视为无效。

Rm—抗拉强度，E—弹性模量，取200000MPa

如有争议，应采用手工方式。

（4）断裂伸长率

断后伸长率是断后标距残余伸长量(LU-L0)与原标距长度(L0)的百分率。

对于比例试件，如果比例因子 k 不是 5.65，则符号 A 后应附有以下注释，表示所使用的比例因子，例如 A11.3。

对于非比例试样，符号A应伴随下列注解，以表明使用的原始标距长度，以毫米（mm）表示，例如A80mm。

① 手工方法

测量时，应将试样断裂部分仔细地对齐，使它们的轴线在同一直线上，并采取特殊措施确保试样断裂部分正确接触后再测量试样的断裂后标距长度。应使用具有足够分辨率、精度为±0.25mm的测量工具或测量装置测量断裂后伸长率（Lu-L0）。

原则上，仅当试样断裂点与最近的标距≥l/3L0时，测量才有效，但当断裂后伸长率大于或等于规定值时，无论断裂位置在何处，测量均有效。

若试样断裂点与最近标距标记的距离小于1/3L0，可采用“移位法”测定断后伸长率。具体测量过程为：从长段上的断点O开始，取与短段上网格数相等的点B，再取与长段上剩余网格数的一半相等的点C[如下图(a)所示的双数]；或取剩余网格数[如下图13-3(b)所示的奇数]减1和加1，分别得到C点和C1点，则移位后的L1分别为AO+OB+2BC或AO+OB+BC+BC1。若直接测量得到的伸长率能满足技术条件要求的规定值，则可省去移位法。

②图解法

由于拉伸自动化测试系统或设备应用广泛，因此可以通过自动化测试系统或设备测定断裂后的伸长率。为了获得与手动方法相当的结果，对于能够使用引伸计测定断裂伸长率的试验机有一些额外的要求（例如，引伸计的高动态响应和带宽）。要求：

a) 引伸计标距长度应等于试样标距长度（即L=L）。

b) 仅当断裂位置在引伸计标距长度范围内时，断裂位置才有效；但如果测得的断裂后伸长率等于或大于规定的最小值，则无论断裂位置在何处，测量都是有效的。

c) 先测量断裂时的总伸长量，然后扣除弹性伸长量，将剩余的塑性伸长量（非比例伸长量）作为断裂后的伸长量。

d) 当断后伸长率小于5%时,采用精度不低于1级的引伸计;当断后伸长率大于或者等于5%时,采用精度不低于2级的引伸计。

e) 采用自动方法测量时，不必在试样上标注原始标距长度L0，但标注原始标距长度仍有用处。一旦试验系统失效，或断裂位置不在引伸计标距范围内，测得的断后伸长率小于规定的最小值，也可采用手动方式测量断后伸长率。

f) 自动方法目前无法实现“移位方法”。

伸长率换算（A）：试验前经协商，可在固定标距上测定伸长率，然后利用换算公式或换算表（如可采用GB/T 17600.1-1998）换算成比例标距的伸长率。只有在标距、截面形状和面积相同，或比例系数k相同的情况下，伸长率才具有可比性。伸长率换算并不严格准确，有一定的误差。

4.弯曲试验

热轧钢筋弯曲试验依据《钢筋混凝土用钢筋试验方法》GB/T28900-2012。

1. 测试准备

（1）检测指标：冷弯性能。

（2）测试环境：温度10℃-35℃。

（3）设备要求：弯曲装置采用弯曲芯与支撑辊旋转、输送辊固定的结构，或输送辊旋转、支撑辊固定的结构。也可采用两个支撑辊和一个弯曲芯的装置（GB/T232-2010第2章）。

注：GB28900只允许使用GB232标准中的滚轮式弯曲装置，不允许使用GB232标准中的V型模式、虎钳式、翻板式弯曲装置。

（4）直径验证：精确到0.1毫米。

2. 测试流程

（1）根据钢材直径选择合适的弯曲芯压头，安装在万能试验机上。

（2）将弯曲装置底座安装在万能试验机操作台上，设定支撑辊间距为L=（d+3a）±a/2，其中，L为支撑辊间距，d为弯曲芯直径，a为钢筋直径。

（3）将钢筋弯曲试样置于两杆之间，试样轴线与弯曲头轴线垂直。放好试样后，移动工作平台，直到弯曲芯套轻触到要弯曲的钢筋试样为止。

（4）清除软件测力值，点击运行按钮，对试件缓慢施加压力（有争议时，试验速率应为l±0.2mm/s），直至达到规定的弯曲角度。

（5）观察弯曲试样弯曲部位外表面及侧面，若无断裂、裂纹等表面缺陷，视为合格。将试验结果记录在原始记录中。

5. 反向弯曲试验

热轧钢筋反向弯曲试验依据《钢筋混凝土用钢筋试验方法》GB/T28900-2012。

1. 测试准备

（1）检验指标：反向弯曲性能（E级钢筋需进行，其他带肋钢筋可根据需方要求进行检测）。

（2）测试环境：温度10℃-35℃。

（3）设备要求：折弯装置、反向折弯装置、烤箱。

（4）直径验证：精确到0.1毫米。

（5）确定弯曲芯直径：反向弯曲芯直径比弯曲试验大一个公称直径。

2. 测试流程

安装弯曲试验要求：将试样放置于弯曲装置上，先向前弯曲90°，检查弯曲部位是否有裂纹、裂缝。

正向弯曲后的试样在100℃±10℃下保温不少于30min，然后自然冷却至10℃-35℃。

将时效处理后的试样在重复弯曲装置上，以弯曲起点（曲率半径最大的圆弧段中点）为起点，反方向弯曲20°，若试样上无可见裂纹，则认为试样合格。

注：两个弯曲角度均应在保持载荷的状态下测量，当供方能保证钢筋经人工时效后的反向弯曲性能时，可直接进行反向弯曲。

6、重量偏差测试：

热轧钢筋重量偏差检验依据GB/T1499.1-2017、GB/T1499.2-2018。

1. 测试准备

（1）检测指标：重量偏差。

（2）测试环境：无具体要求。

（3）设备要求：钢尺1000mm（1mm）、电子天平：15kg（1g）。

（4）直径验证：精确至0.1毫米。

2. 测试步骤

从不同的钢筋上切取5个长度不小于500mm的试件，逐根测量长度，精度为1mm，称量试件总重量时，精度应不大于总重量的1%。

重量偏差=[样品实际重量-（样品总长度×理论重量）]/（样品总长度×理论重量）

注：钢筋重量偏差不合格时不允许复验。因为复验要求是按照GB/T17505的规定，但重量偏差不属于序贯试验或非序贯试验，因此对不合格的重量偏差如何复验存在盲区。一般认为重量偏差主要与尺寸有关，尺寸与生产工艺有关。另外，标准规定抽样是从不同的支路抽取多个样品，在一定程度上减少了因偶然因素而导致不合格的概率。

VII. 数值舍入

试验结果的数值修约及判定应符合YB/T081的规定。

GB/T228.1-2010标准规定，强度性能值修约至1MPa，屈服点伸长率修约至0.1%，其他伸长率及断后伸长率修约至0.5%，截面收缩率修约至1%。

8.复审与裁定

钢筋的复验判定应符合GB/T17505-2016的规定，钢筋的重量偏差不予复验。

拉伸试验、弯曲试验或重复弯曲试验中，如有一根试件不符合钢筋标准要求，则应抽取双倍钢筋（未抽取原取样产品时，重抽试件的一半应来自原取样产品），制取双倍试件，重复试验；如仍有一根试件不符合标准要求，则该项为不合格。

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