1. 引言
预应力钢绞线具有抗拉强度高、松弛值低、延伸率好及耐疲劳性能良等特点，在道路、桥梁、机场、水利大坝等工程建设中有着很广泛的应用，随着我国基础建设的快速发展，预应力钢绞线需求日渐增多，预应力钢绞线的发展应用将进一步推动我国工程建设领域的产业升级 [1]。
2. 预应力钢绞线概况
2.1. 我国预应力钢绞线发展历史
我国预应力混凝土钢绞线技术发展于20世纪50年代，当时国内生产设备及工艺水平较落后，自动化程度低，为解决现代化建设与基础建筑材料匮乏的矛盾，我国于1960年代自主研发出强度1500 MPa~1600 MPa级的预应力钢丝，标志着我国预应力混凝土产品的正式诞生。1970年代是我国预应力钢材生产的起步阶段，生产工艺水平较低，盘条采用铅淬火热处理，单道次拉拔多次，之后进行矫直回火热处理，获得普通松弛预应力钢绞线等产品 [2]。1980年代，我国引进了低松弛预应力钢绞线生产线，制造出了抗拉强度高、轻质化、安全性高的低松弛预应力钢绞线，标志着我国预应力行业的重大产业升级，利用稳定化处理工艺代替了铅淬火热处理工艺，经稳定化处理后的钢材由松弛值降低到了2.5%以下。1990年代至今，我国具备了较强的预应力钢绞线生产研发能力，生产装备及工艺技术水平有了跨越式的进步，预应力钢绞线产品已经达到了国际先进水平，成为预应力钢材的主要产品。
2.2. 预应力钢绞线的发展现状
国外钢绞线应用较早，19世纪中旬，一些生产钢丝绳的欧美企业开发了预应力钢绞线产品，德国于1953年发布了预应力钢材的标准，随后英国、瑞士、美国等国家也相继出台相关标准。19世纪60年代，日本开发出预应力钢棒，1980年左右美国开发出环氧树脂涂层预应力钢绞线。目前国外预应力钢绞线向高性能多功能方向发展，日本开发出了高达2270 MPa级的7丝超高强钢绞线，除强度高外，其弯曲、松弛、疲劳及抗腐蚀性能均满足预应力钢绞线标准要求 [3]。此外，大直径钢绞线 [4] 、缓粘结预应力筋 [5] 、高耐腐蚀钢绞线 [6] 、超耐久性钢绞线等也是国外目前研究发展的重点。
目前，我国预应力钢绞线产品品种包括2丝、3丝、7丝及19丝等结构。按照表面形态可以分为光面、刻痕、模拔、镀锌、涂环氧树脂等品种。生产预应力钢绞线的预应力用高碳钢盘条的稳定性好和索氏体化率高 [7] ；表面处理及拉丝工艺技术实现了自动化加工控制，生产的钢丝表面质量好，尺寸精度高，断头率低；稳定化处理工艺已彻底替代了铅淬火热处理工艺，减少了环境污染，提高了产品质量及生产效率 [8]。
我国预应力工程技术近年来发展迅速，目前全国预应力钢绞线行业生产厂家约70余家，其中20余家在天津，约占全国预应力钢绞线生产单位的1/3。2018年的产量突破600万吨，生产量及使用技术均达到世界先进水平，已应用于超高层，超大跨度及各种形状、不同功能的结构中如：东海大桥简支梁、田湾核电站、京沪高铁等重大工程中。预应力钢绞线产品研发以超高强度、大直径等高性能为发展方向，国产预应力钢绞线完全替代了进口产品，在高端应用领域(如高铁、核电、LNG、水电)中获得了应用，产品的品种规格覆盖了国内外全部标准范围。全国钢绞线生产厂家分布及十二年钢铁产量见图1及图2。
Figure 1. The manufacturer of steel strand for prestressed concrete in 2015
图1. 2018年预应力混凝土用钢绞线生产企业
Figure 2. Production of steel strand in 12 years
图2. 十二年钢绞线产量对比
2.3. 预应力钢绞线的应用领域
预应力钢绞线大量应用于交通建设、各式建筑、水利水电及能源等关系到国计民生的领域，具体应用见表1。
Table 1. Application field of prestressed steel strand
表1. 预应力钢绞线应用领域
2.3.1. 在交通领域中的应用
随着高铁及高速公路的建设，各种铁路、公路桥梁、机场路基、港口码头等向大跨度、大载荷方向发展，我国正在开发研制大规格单根预应力钢绞线替代小规格多根钢绞线，方便施工，提高了预应力混凝土的安全耐久性。
2.3.2. 在建筑工程领域中的应用
在跨度大，荷载重的建筑情况下使用预应力钢绞线的经济效益显著，对预应力钢绞线应用广泛的建筑主要有体育场馆、会展中心、剧院、商场、写字楼、候机楼等大型公共建筑中。另一个应用较多的领域是桥梁隧道结构，国内外许多悬索桥，斜拉桥都是技术成熟的预应力工程 [9]。把预应力技术用于服役结构的加固补强上更是内容丰富、种类繁多。
2.3.3. 在水利建设领域中的应用
水利行业对预应力钢绞线产品的需求应用逐年提高，给排水工程结构不断发展更新，水电站等清洁能源是未来的发展方向，预应力混凝土结构在水利建设工程领域的应用越来越广泛。预应力钢绞线的抗裂性、耐久性等优越性也被用来解决水利工程中的一些结构技术难题。
2.3.4. 在能源领域中的应用
我国自主生产的预应力钢绞线作为核安全壳结构的主筋已应用于岭澳二期核电站，突破了技术壁垒，结束了核电用钢绞线国外垄断的局面。同时，LNG工程用耐低温预应力钢绞线的开发研制，开启了我国生产的预应力钢绞线在LNG低温领域的应用，标志着国产化钢绞线的又一个技术性飞跃。耐腐蚀、高强度的预应力钢绞线、在海洋采油平台、海洋储罐等海洋工程中发挥了重要的作用。
3. 预应力钢绞线标准进展
为稳定和提高我国预应力钢绞线的产品质量，促进行业技术改造和技术进步，标准的制定是基础。目前现行的预应力钢绞线标准主要有GB/T 5224-2014《预应力混凝土用钢绞线》、YB/T 4428-2014《多丝大直径高强度低松弛预应力钢绞线》，YB/T 152-1999《高强度低松弛预应力热镀锌钢绞线》等。
在1964年，我国第一个预应力钢绞线标准YB286-64《预应力混凝土结构用钢绞线》发布；1985年，该标准升级为国家标准GB5224-1985《预应力混凝土用钢绞线》；1995年，对国家标准进行了修订，改为推荐性标准GB/T5224-1995《预应力混凝土用钢绞线》。此次修订在品种、规格、强度级别、技术要求等方面进行了较大的提高，增加1 × 2和1 × 3两种结构钢绞线，纳入了低松弛性能指标等内容，对我国当时预应力钢绞线产品的生产及质量控制指明了方向；2003年，预应力钢绞线产品国家标准再次修订，预应力钢绞线标准中1 × 7结构钢绞线由原标准最大规格15.20 mm增加到18.00 mm；增加了1960 MPa强度级别，增大了盘重要求，增加了疲劳试验和偏斜拉伸试验等内容。新修订的标准与国际先进标准接轨，向大规格、高强度、大盘重方向发展，产品标准水平进一步的提高；目前最新版的预应力钢绞线标准为GB/T 5224-2014《预应力混凝土用钢绞线》，预应力钢绞线标准中增加刻痕钢绞线品种；7丝钢绞线增加了规格；增加19丝钢绞线的类别、规格、强度级别，将松弛试验初始力(负荷)由特征(公称)最大力百分比改为实际最大力百分比；增加了特征值检验和交货检验型式试验要求(新增应力腐蚀试验)，至此标准达到了国际先进水平。产品的技术提升和标准的升级密切相关，提高标准的水平，对促进预应力钢绞线的升级改造具有重大意义。
预应力施工技术及配套方法与产品标准具有同样重要的作用，目前有JG/T 323-2011《预应力钢绞线用轧花机》，JG/T 330-2011《建筑工程用索》，《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》，GB/50204-2015《公路工程施工安全技术规范》，JTG B01-2014《公路工程技术标准》等标准规范。这些标准规范的持续更新，极大的促进了预应力钢绞线应用的技术进步，拓宽了预应力钢绞线的应用领域。
我国近年来预应力产品生产技术飞速发展，产品质量持续提高，部分产品已达到国际先进水平，形成了完善的标准体系。我国与国外钢绞线在标准范围对比如表2所示。
Table 2. The domestic and international comparison of standard scope of prestressed steel strand
表2. 国内外预应力钢绞线标准范围比对
4. 预应力钢绞线存在问题及趋势分析
4.1. 预应力钢绞线存在问题
4.1.1. 技术门槛低、无序化竞争
近年来，经济建设的持续发展引发了我国钢铁产业的快速增长，基础建设的投资比重随之增大，同时也促进了预应力行业的发展 [10]。但目前实际钢需求及消费已经出现明显回落趋势，且预应力钢绞线行业门槛较低，引发了钢绞线厂的无序竞争，加剧了预应力钢绞线产能过剩的压力。一些小企业选择降低产品性能的方法来降低成本，更有企业减少或者去掉环保设备 [11]，以牺牲环境为代价赚取利益，造成了预应力钢绞线行业的无序竞争，给市场带来了不好的影响。
4.1.2. 高性能预应力钢绞线技术发展缓慢
我国预应力钢绞线技术在结构设计理念和标准存在一定差距，预应力结构节约材料的优势未能充分发挥；预应力钢绞线配套设备不完善、应用性差；预应力工艺技术实施细节不全面、结构耐久性不足；钢绞线拉索高耐蚀、抗震技术、体外束成套技术在我国的研究待升级。
4.1.3. 行业应用团队基础薄弱
预应力混凝土等设计规范待升级匹配，预应力应用公司规模小、综合能力不强，在预制混凝土构件制作、安装和后张预应力工程等方面缺乏优秀施工团队，技术力量不足，预应力体系施工团队与技术要求不能形成较好配套。
4.2. 预应力钢绞线发展趋势分析
随着预应力混凝土工程设计和施工技术的不断完善与提高，在预应力混凝土结构工程中对预应力钢绞线的性能及配套技术要求越来越高。
一是随着预应力钢绞线市场的饱和，预应力钢绞线生产发展的速度已超过了其市场需求速度。为避免供求失衡，投资情况因视周边市场饱和度而定；并通过政策干预，加强对生产企业产品质量监管，加强环保监测，对于不符合法律法规规定的企业，通过行政追责等必要的强制性手段，化解落后产能，改变无序竞争状态，促进行业的健康发展。
二是研发新型高性能预应力钢绞线，提高企业的核心竞争力。研发大规格钢绞线，大直径钢绞线具有较高强度，节约工时，提高施工效率，降低施工成本；研发耐腐蚀、耐高低温、抗震等高性能钢绞线，为不同环境下的工程应用打下良好基础；研究机械除锈、弱酸加超声波酸洗等新型工艺方法；研究高效、低能耗的生产设备，能源回收利用等生产工序，实现节能减排。
三是预应力钢绞线是一个施工技术要求高的产品，需提升岗位人员的操作技能，提高产品的施工作业效率及安全性。
四是开拓预应力钢绞线新的应用及销售领域。推动预应力钢绞线在普通住宅中的应用，将减少部分施工量，加快了施工进度，节约了成本，推广需要专业的预应力结构设计及预应力体系施工设备等；预应力钢绞线生产企业可转移海外市场，增大产品出口份额，同时建立良好的行业市场秩序。
5. 结语
预应力混凝土用钢绞线的品种、规格和性能持续更新，是预应力混凝土结构工程设计与施工不断发展进步的标志。我国预应力钢绞线产品的未来发展中机遇与挑战并存，在钢铁行业化解产能，行业转型升级的关键时期，要充分利用资源优势，研发高性能预应力钢绞线产品，改善新工艺、新技术，促进节能减排，增强生产及应用人员能力，开拓新的应用领域等重要手段，促进生产、设计、施工协同进步，不断适应发展的需要，使我国的预应力钢绞线事业与时代同行，达到新的高度，以提高质量和效益为中心，创新驱动、科学发展、转型升级，降低能耗，加快由制造大国向制造强国迈进。