预应力钢丝及钢绞线生产中的断裂问题思考

2024.10.12

石磊李博樊宝华

摘要：预应力钢丝和钢绞线是建筑工程中常用的设备，预应力钢丝及钢绞线的性能直接关系到工程的稳定性。现阶段，预应力钢丝及钢绞线的使用数量越来越多，增加了其在生产中的压力，导致生产中出现了钢丝及钢绞线断裂的问题。预应力钢丝及钢绞线断裂的原因有很多，因此，本文主要探讨预应力钢丝及钢绞线生产中的断裂问题。

关键词：预应力；钢丝；钢绞线；断裂

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.039

预应力钢丝及钢绞线生产时采用的是冷加工工艺，制造预应力钢丝及钢绞线的原材料需经过多种工序才能完成生产，如酸洗、造化、拉拔等，这些工序都会增加预应力钢丝及钢绞线断裂的发生机率，为了预防断裂需要在预应力钢丝及钢绞线成品之后组织稳定化处理，此类方法会增大生产成本，应该了解预应力钢丝及钢绞线的断裂原因，从生产过程中预防断裂问题，维护预应力钢丝及钢绞线的生产效率。

1 断裂表现

预应力钢丝及钢绞线断裂后的表现有：（1）钢绞线整体疏松，预应力钢丝及钢绞线无断裂时会有紧实感，钢丝有断裂后就会整体疏松，特别是中心点处疏松明显，此类钢筋使用后会出现缩孔的问题，严重时还会破坏鋼绞线的内部强度，导致应力集中，无法确保预应力钢丝及钢绞线在使用中的安全性[1]；（2）预应力钢丝及钢绞线生产断裂会引起组织缺陷，钢绞线生产时有明确的标准，未达到标准的钢绞线存在组织缺陷，钢丝轧制、送风强度等生产因素容易噪声组织缺陷，存有组织缺陷的钢绞线在使用中断裂表现会越来越明显，尤其是加上拉拔作用力，更是会引起较大的断裂问题，增加了预应力钢丝及钢绞线的风险压力；（3）钢绞线脆性断裂，预应力钢丝及钢绞线生产中使用拉丝模时，要注意金属流速，边界及中心金属的流速要同步，实际生产时也会出现流速不同步的问题，这类问题会导致钢绞线的内部应力过度聚集在一个地方，当应力集中过大会就会通过断裂点释放，不仅会在钢绞线表层引起断裂，更是会产生脆性断裂。

2 断裂原因

本文结合预应力钢丝及钢绞线的生产，汇总发生断裂的几点原因，实际可以概括为两大类，分别是生产原因和操作原因，具体分析如下：

2.1 生产原因

预应力钢丝及钢绞线生产过程中受到多种因素的干扰容易出现断裂问题，降低了生产中钢丝及钢绞线的质量，总结预应力钢丝及钢绞线断裂的生产原因，如下：

横裂纹断裂。预应力钢丝及钢绞线原材料表面存有横裂纹，当加工成半成品的状态时横裂纹就会引起断裂的问题。横裂纹的原材料在张拉力的作用下最先出现断丝，张拉力超出横裂纹的荷载之后就会导致预应力钢丝及钢绞线断裂[2]。例如：某预应力钢丝及钢绞线生产工艺中，原材料盘条表面存在质量问题，生产时的酸洗磷化处理会在盘条上留下氧化铁皮，导致盘条表面无法牢固的吸附磷化膜，预应力钢丝及钢绞线进入到拉拔工艺后，磷化膜自动掉落，此时氧化铁皮会进入钢材料的基体结构内，导致预应力钢丝表面出现横裂纹断裂，张拉力会逐步增大横裂纹断裂的范围，最终形成断裂。

盘条接头断裂。预应力钢丝及钢绞线生产时对盘条有明确的要求，盘条经过连续的冷拉变形操作及捻制合股形成钢丝。实际预应力钢丝及钢绞线生产工艺中，盘条之间利用电阻对焊连接起来，焊接接头的位置较容易有断裂的情况[3]。盘条接头焊接时，如果焊接操作不当或者焊接时接头位置夹杂氧化物，就会增加接头焊接的脆性，同时降低了盘条接头的韧性，生产时就会潜在断裂的风险。

捻制断丝。预应力钢丝及钢绞线中比较关键的工艺就是捻制，捻制时容易出现松紧不均衡的问题，导致同一个钢绞线中的钢丝受力不均，无法保障钢绞线成型。捻制操作不当不仅会引起生产断裂，还会增加钢绞线的使用风险，导致钢绞线在使用时可能会面临断裂问题。

2.2 操作原因

预应力钢丝及钢绞线生产中的操作行为，是断裂中不能忽视的原因，结合预应力钢丝及钢绞线的生产操作，例举常见的几类断裂问题。

斜口断裂。预应力钢丝及钢绞线生产操作中，拉应力及高压拉应力条件会产生斜口断裂，在这两种力的作用下，预应力钢丝及钢绞线中的夹片、锚垫板、千斤顶等操作位置均会出现斜口断裂，或者是钢绞线中的某根钢丝发生断裂，断裂面为斜坡状，即为斜口断裂。

不平整断裂。预应力钢丝及钢绞线受到机械损伤、金属灼伤，钢绞线生产中出现不平整断裂后，局部位置的强度或延伸率会受到很大的影响。机械损伤和金属灼伤都是不平整断裂中不能忽视的问题，以金属灼伤为例，分析钢绞线的不平整断裂，预应力钢丝及钢绞线生产时采用了火焰切割的工艺，火焰产生的火花烧坏了钢丝材料，导致钢绞线表面有不平整的断裂点。

有缩颈断裂。此类断裂出现在生产拉伸工艺中，预应力钢丝及钢绞线生产中张拉操作失误，或者钢丝预应力摩阻系数估计偏高等因素均会造成有缩颈断裂[4]。例如：钢绞线生产时，实际估计的摩擦系统要高，当按照摩擦系统提供预应力拉伸时，钢绞线整体会受到超出荷载的作用力，导致内部钢丝发生不定点的有缩颈断裂。一般情况下，预应力钢丝及钢绞线中有缩颈断裂点的分布没有规律，第一根钢丝断裂之后，就会产生更多的断点，进而影响预应力钢丝及钢绞线成品的强度。

3 结束语

预应力钢丝及钢绞线生产时的断裂问题影响比较大，其会增加生产时的工作量和投入成本，更是会降低预应力钢丝及钢绞线的性能，导致生产时存在较大的风险。预应力钢丝及钢绞线生产中要控制好断裂的问题，优化钢丝及钢绞线的整体结构，保障预应力钢丝及钢绞线的性能。

参考文献：

[1]周焕廷，聂河斌，李国强，张随甲.高温作用下1860级预应力钢绞线蠕变性能试验研究[J].建筑结构学报，2014，35（06）：123-129.

[2]温国栋.预应力钢丝及钢绞线生产断裂分析[J].物理测试，2013，

31（01）：33-36.

[3]万国喜，孙汝林，翟林甫，邹文辉，刘艳红.预应力钢丝及钢绞线用SWRH77B盘条拉拔断裂原因分析[J].金属制品，2011，37（02）：45-49.

[4]李富民.氯盐环境钢绞线预应力混凝土结构的腐蚀效应[D].中国矿业大学，2008.

作者简介：石磊（1986-），男，陕西汉中人，本科，工程师，研究方向：钢铁冶金。