新材料應用對橋梁壽命周期成本的影響

姚鼎華

（河南 洛陽 471000）

1 新材料在橋梁工程中的應用現(xiàn)狀

新材料、新技術(shù)的科學應用，是推動橋梁工程不斷向前發(fā)展的重要標志，也是橋梁設(shè)計建造者智慧的結(jié)晶。在實際工程中合理應用新材料，能夠提高橋梁性能，增強跨越能力，降低成本，減少污染和資源消耗。另外，新材料、新技術(shù)的實際應用，也推動了橋梁工程學科不斷向前發(fā)展。

目前較為流行的新材料，主要有環(huán)保材料（如再生混凝土等）、高強或高性能材料（如超高強度鋼材等），以及滿足特殊工作環(huán)境和需求的新材料。

然而，新材料通常價格較高，而且也可能存在一些自身缺陷，并不一定是最合適的。不顧實際情況和實際需求，盲目使用新材料，亦非明智之舉。目前我國的橋梁建設(shè)中存在一種過分地推崇新材料的誤區(qū)，認為新材料就等同于“水平先進”和“質(zhì)量一流”，只要應用了新材料，橋梁就一定質(zhì)量好、壽命長且“高大上”，在我國的實際工程中，因盲目上新材料、新技術(shù)而導致的工程質(zhì)量問題并不鮮見。

一個典型的例子就是武漢白沙洲長江大橋（即武漢長江三橋）。這座橋通車后10年維修24次，平均不到1年要修兩次。而這座橋如此“脆弱”，除了大量超載車輛通行對其造成的損壞外，其中一個重要原因就是盲目地使用了進口新材料，加之施工水平跟不上，并且為了趕工期，還用了“奇葩”的方法：不等到混凝土自然干透，采取高溫油爐烘干的辦法。結(jié)果，瀝青的黏合強度、硬度都大打折扣，新材料不僅未能發(fā)揮出本身的優(yōu)異的性能，甚至還不如使用普通材料效果好。這不僅導致材料成本增加，養(yǎng)護維修負擔也大大加重，養(yǎng)護成本更是徹底失控——以全壽命周期成本的思想來看，這樣的新材料應用顯然是不成功的。

因此，為了讓新材料更好的在橋梁工程中發(fā)揮優(yōu)勢，必須要糾正對新材料的盲目推崇，理性分析使用新材料對橋梁的生命周期成本的影響，并以此作為決策的依據(jù)。

2 新材料的應用對橋梁壽命周期成本的影響分析

橋梁的生命周期成本（財務成本）指橋梁在其整個壽命中期內(nèi)，即建設(shè)、監(jiān)測、養(yǎng)護、維修、加固、拆除回收等的一切財務成本，包括直接的機構(gòu)成本和間接的用戶成本以及意外與風險成本(也可以稱為易損性成本)。一般情況下，新材料的使用對用戶成本和意外與風險成本影響不大，且難以估計，故本文只討論機構(gòu)成本。

機構(gòu)成本主要包括三種類型的成本：初始建設(shè)成本,監(jiān)測維護(包括監(jiān)測、養(yǎng)護、維修和更換)成本、拆除和回收再利用成本。

從橋梁的整個壽命周期來看，新材料、新技術(shù)的應用對各要素的影響如下：

1）新材料的應用對初始成本的影響

試驗研究費用：新材料是為實現(xiàn)某些特定功能而開發(fā)的，往往在某一方面性能優(yōu)異，但同時也可能在其他方面存在一些缺陷（如高強混凝土比普通混凝土更脆、再生混凝土強度較低）。若試驗和研究工作不夠充分，新材料的性能缺陷未能被發(fā)現(xiàn)，嚴重時會威脅橋梁安全。所以，使用新材料之前必須進行充分的試驗和研究，排除會嚴重影響橋梁性能的隱患。因此，試驗和研究費用會增加。

這里必須強調(diào)一下，雖然在我國，新材料和新技術(shù)投入使用之前，試驗和研究往往做的不夠充分，但試驗和研究是發(fā)現(xiàn)新材料、新技術(shù)的缺陷，提前排除隱患的最重要途徑，因此，必須注重使用前的試驗和研究工作，這部分的費用也是絕對不可以省去的。

材料費：

材料單價。新材料的單價與普通材料不同，除了一些利用工業(yè)廢料制造的環(huán)保材料（如再生混凝土等）單價略低于普通材料，一般情況下，新材料的單價是高于普通材料的，使用新材料會導致材料的單位成本增加。

材料用量。由于新材料與普通材料的性能差異，可能使材料用量發(fā)生改變。例如，使用高強高性能混凝土做主梁，雖然材料單價增加，但由于強度增加，較小的截面尺寸就可以滿足強度要求，減輕了結(jié)構(gòu)自重，提高了跨越能力，材料成本可能不增反降。

新材料的應用，可能會需要特殊的施工設(shè)備和施工方法，也會引起成本的改變，一般情況下是成本增加。通過白沙洲大橋的例子可以明顯的看出，新材料、新技術(shù)對橋梁性能的影響，也與承包商的施工水平有密切關(guān)系，若施工水平達不到要求，應放棄采用新材料和新技術(shù)。

新材料、新技術(shù)的本身的特點，會影響橋梁的性能，從而使養(yǎng)護維修成本發(fā)生改變。

2）新材料的應用對監(jiān)測維護成本的影響

對監(jiān)測維護成本的影響，主要通過對橋梁性能的影響來實現(xiàn)：

新材料與普通材料有性能上的差異，很可能會影響橋梁性能。一般情況下，高性能材料往往具有優(yōu)越的性能，適合于主要受力構(gòu)件，而再生材料的性能較普通材料低，不適于制造主要承重構(gòu)件。

若試驗和研究工作不夠充分，可能會存在未被發(fā)現(xiàn)的性能缺陷，嚴重時將會對橋梁安全造成隱患。因此必須事先做好充分的實驗研究，排除會嚴重影響橋梁性能的隱患。

另外，新材料可能需要特殊養(yǎng)護方法，影響?zhàn)B護成本和養(yǎng)護方案的規(guī)劃。

實際的養(yǎng)護水平和養(yǎng)護條件，必須能夠滿足新材料對養(yǎng)護的要求。若實際的養(yǎng)護水平和養(yǎng)護條件達不到要求，又無法采取有效措施克服這一困難，則應考慮放棄使用新材料。

3）新材料的應用對環(huán)境成本的影響

很多新材料、新技術(shù)是為了滿足環(huán)保需求而開發(fā)的，由于“可持續(xù)發(fā)展思想”的提出和人們的環(huán)保意識的提高，這類新材料、新技術(shù)在我國十分受歡迎。

對環(huán)保的影響主要體現(xiàn)在兩個方面：減少污染和節(jié)約資源。值得注意的是，橋梁性能的改善、使用壽命的增長，會減少橋梁養(yǎng)護維修改擴建或拆除的頻率，也等于間接地節(jié)約了資源，減少了建筑垃圾，達到了環(huán)保的效果。

4）新材料的應用對美學成本的影響

針對美觀而開發(fā)的新材料、新技術(shù)，如新型涂裝材料、彩色混凝土等，對橋梁的美觀有直接的有利影響。

另外，使用抗裂性好的材料，能夠減少裂縫和損傷，也會有利于橋梁的美觀，并降低維護費用。

3 小結(jié)

新材料的應用對橋梁壽命周期成本的影響是復雜的、多方面的，在實際工程中必須充分了解新材料的特點，理性分析新材料的應用對橋梁壽命周期成本的影響，并以此為依據(jù)進行決策。