为什么选择不锈钢？
有什么好处？
- 因为它对氯离子的腐蚀具有很强的抵抗力
- 它不依赖混凝土的高碱度进行保护
- 可以减少混凝土覆盖层
- 可以消除混凝土密封剂，例如硅烷
- 可以简化混凝土配合料，以满足混凝土设计需要，而不是满足钢筋保护需要
- 它提高了耐用性
- 它减少了维护和维修
- 它可以选择性地用于高风险元素，成本效益高
- 它最终将被回收
不锈钢与其他防腐解决方案的比较 [15] [16]
| 优势 | 缺点 | |
| 环氧涂料 | 降低初始成本 |
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| 镀 锌 | 降低初始成本 |
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| 纤维增强聚合物 | 降低初始成本 Light |
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| 阴极保护 | 降低初始成本 |
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| 膜 | 降低初始成本？ |
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| 不锈钢 | 低生命周期成本：
去除腐蚀，从而去除腐蚀引起的混凝土开裂 |
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等级选择
瑞士水泥和混凝土咨询技术中心的建议 [17]：
| 加强材料 | 抗点蚀性 1） | 耐腐蚀等级 | 混凝土碳化 | ||||||||
| 不 | 是的 | 不 | 是的 | 是 2） | 是 2） | ||||||
| 氯化物含量 3） | |||||||||||
| 零 | 零 | 低 | 低 | 中 | 高 | ||||||
| 普通黑色钢筋 | 0 | 0 | + | – | +/- | (-) | – | – | |||
| 环氧树脂涂层钢筋 | 0 | ？ | 4） | ||||||||
| 镀锌钢筋 | 0 | 0/1 | + | + | (+) | – | – | – | |||
| 铬钢 5） | 10-16 | 1 | + | + | + | (+/-) | (+/-) | – | |||
| 铬镍钢和铬镍钼钢 | 17-22 | 2 | + | + | + | + | + | (+) | |||
| 铬-镍-钼-钢 | 23-30 | 3 | + | + | + | + | + | + | |||
| 铬-镍-钼-钢 | >31 | 4 | 对于特殊情况，例如：
|
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| 1） WS：抗点蚀当量根据：WS=%Cr+3.3%Mo+0%N 计算。 根据 EN 10088 和 Stahlschlüssel（德国）标准，铬和钼的最低含量用于计算。氮含量未被考虑在内。 |
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| 2） 氯化物含量的影响占主导地位。碳化作用不重要，因为碳化速率低或混凝土覆盖率高 | |||||||||||
| 3） 氯化物含量： | 低： | ≤0.6 M.% | |||||||||
| 中间： | ≥0.6，但水泥含量为 ≤1.5M.% | ||||||||||
| 高： | ≥1.5，但水泥含量为 ≤5 M.% | ||||||||||
| 非常高： | >5 M.% （以水泥含量计 | ||||||||||
| 4） 分类不确定/有争议。比较考虑和判断：见第 4.7 章。 | |||||||||||
| 5） 铬含量低的铬钢对点蚀的敏感性随着 pH 值的降低而迅速增加。因此，根据混凝土覆盖层的不同，混凝土的碳化或多或少很重要 | |||||||||||
推荐来自：
BSSA（英国不锈钢协会）特别报告（2003 年） [18]
| 为给定的暴露条件 | |
| 暴露条件 | 材料等级 |
| 不锈钢嵌入混凝土中，通常暴露在拱腹、边梁、连续墙、接缝和结构 | 1.4301 |
| 同上，但根据表 3.7 放宽了耐久性要求的设计。 | 1.4301 |
| 同上，但出于特定原因需要对给定结构或组件进行额外的耐久性设计放宽，即在结构的整个生命周期内无法保证防水完整性 | 1.4436 |
| 直接暴露于氯化物和含氯化物的水，例如销钉杆、压紧螺栓和从混凝土 | 1.4429
1.4436 |
| 使用更高强度增强材料的特定结构要求，适用于所有暴露条件 | 1.4462
1.4429 |
但请注意，从那时起，精益双相钢牌号获得了认可，现在被广泛使用（请转到 不锈钢特性）
不锈钢划算吗？
示例 1 [19]
经济示例：*
车行桥的总建设成本
| 溶液 | 总桥梁成本指示 | |
| 100% | 碳钢钢筋 | 100 |
| 10% | 不锈钢钢筋 | 103 |
| 25% | 不锈钢钢筋 | 107.5 |
| 50% | 不锈钢钢筋 | 115 |
| 100% | 不锈钢钢筋 | 130 |
(*)计算结果摘自法国胶结材料信息中心 CIMbéton 的出版物。使用的不锈钢是 304 级。这些数字会随着市场价格和等级选择而变化。尽管如此，这些指示代表了典型的公路桥梁建设经验。
实施例 2 [20]
Progreso 码头建于 1941 年，使用不锈钢钢筋。LCA /LCC 比较是使用 C 钢钢筋的假设替代品进行的。它们表明，不锈钢钢筋可降低生命周期成本并降低全球变暖潜力。
示例 3 [21]
加拿大
安大略省交通部“不锈钢的优点是它在混凝土/氯化物环境中的腐蚀速度极慢。预计在 75 年的使用寿命内腐蚀损坏最小。虽然购买它比黑色或环氧树脂涂层的增强钢贵得多，但从长远来看，它更具成本效益，因为不会发生黑色钢和涂层钢通常出现的腐蚀引起的损坏。
实施例 4 [22]
采用各种桥面加固的新桥梁的初始成本和生命周期成本比较
| 加固型 | ECR， 镀锌 | MMFX 2 | 玻璃钢 | 固体不锈钢 | EnduraMet© 32 不锈钢 |
| 甲板成本（与“基础”结构的总初始成本相比） | 38.00% | 39.14% | 39.90% | 42.18% | 39.90% |
| 钢材成本（与“基础”结构的总初始成本相比） | 31.00% | 31.00% | 30.50% | 30.50% | 30.50% |
| 地基成本（与“基础”结构的总初始成本相比） | 25.00% | 25.00% | 24.00% | 24.00% | 24.00% |
| 土方工程等成本（与“基础”结构的总初始成本相比） | 6.00% | 6.00% | 6.00% | 6.00% | 6.00% |
| 结构的总初始成本 | 100.00% | 101.14% | 100.40% | 102.68% | 100.40% |
| 预计寿命（年） | 40 | 50 | 65 | 100 | 100 |
| 使用寿命结束时更换甲板的当前价值 | 9.89% | 6.88% | 3.93% | 1.05% | 1.00% |
| 100 年生命周期成本占“基础”结构初始成本的百分比 | 111.48% | 108.02% | 103.88% | 103.74% | 101.40% |
例 5 [23][24][25]
横跨莱茵河的沙夫豪森大桥于 1995 年完工。该桥需要抵抗大气腐蚀和除冰盐。这座桥预计将持续 80 年，而不会失去结构完整性，也无需重大维护。
钢筋考虑了三个选项：
- 碳钢：每 25 年需要进行一次昂贵的维修，并导致严重的交通中断
- 环氧树脂涂层碳钢：尽管如此，在减少交通中断的情况下，必须每 25 年进行一次范围较小的维修
- 碳钢与关键区域的不锈钢：满足设计寿命要求
三种备选方案的比较成本如下所示。
正确使用不锈钢仅会导致 0.5% 的额外成本，而在桥梁的使用寿命内节省的成本则为 30 倍！
跨河公路桥的生命周期成本汇总：
| 描述 | 碳钢 | 环氧树脂 CS | 不锈钢 |
| 材料成本
制造成本 其他安装成本 |
8,197
0 15,611,354 |
31,420
0 15,611,354 |
票价 88,646
0 15,611,354 元 |
| 初始成本 （CHF） | 15,619,551 | 15,642,774 | 15,700,000 |
| 维护
更换 生产损失 材料相关 |
0 256,239
2,218,524 0 |
0 76,872
2,218,524 0 |
0-141
0 0 |
| 运营成本 （CHF） | 2,474,763 | 2,295,396 | -141 |
| 总 LCC （CHF） | 18,094,314 | 17,938,170 | 15,699,859 |
例 6 [参考文献 26 第 11 章]
它描述了西班牙阿利坎特一栋 18 层公寓楼的外墙修复。（见下面的前视图）这座拥有 30 年历史的建筑靠近大海。观察到外墙板出现裂缝，需要用不锈钢加固的新板替换。
例 7 [参考文献 27 第 12 章]
比较用 C 型钢或不锈钢加固的两种混凝土结构（即公寓楼和地下停车场）的成本。在最暴露的区域使用不锈钢只会导致公寓楼的建筑成本增加约 9 欧元/平方米（约 2,5%）。用不锈钢完全替代 C 型钢将使成本增加约 6%。考虑到结构的使用寿命更长，无需重大维护，这并不多。
耐火 [26 第 11 章]
建筑规范要求结构在倒塌前应达到适当的耐火水平，通常至少需要 2 小时。钢筋混凝土梁的关键参数之一是混凝土保护层（在钢筋上方）。
然而，增加混凝土覆盖率将是有效的，但前提是混凝土没有出现大裂缝或变质。由于腐蚀，这可能会随着时间的推移而发生。
厚混凝土覆盖层的另一个问题是“剥落”，即混凝土覆盖层在发生火灾时开裂和剥落。避免这种情况的方法很强制，但它们会增加成本。
提高钢筋混凝土耐火性的一种有效方法是使用不锈钢钢筋。不锈钢在高温下比碳钢更好地保持其机械性能。
注：EN 1.4311 （AISI 304N）：来自 worldstainless 的不锈钢数据，EN 1.4301 （AISI 304） 欧洲规范数据
计算机模拟 表明，不锈钢增强梁的耐火性远优于碳钢增强梁。
下面通过计算机模拟获得的曲线说明了用 C 型钢或不锈钢（EN 1.4311 – AISI 304N 级）加固的混凝土梁在发生火灾时如何在负载下弯曲（ISO 834 标准 – 纤维素火灾）。梁的挠度随着时间的推移（和梁温度）而增加，直到它无法再承受负载。
不锈钢几乎是横梁倒塌前时间的两倍。此外，高伸长率会导致梁失效的逐渐发生，因此会警告迫在眉睫的危险。
不锈钢加固带来的倒塌前时间的增加是增加混凝土覆盖层的一个有吸引力的替代方案：
- 它不会增加结构的重量，因此会增加杆件的负载
- 它在易腐蚀的结构中保持耐火性