纖維混凝土在路橋工程中的技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究

周榮

摘 要：化學(xué)合成纖維能夠改善混凝土的脆性，提高水泥材料質(zhì)量?；诖?，文章圍繞改性聚丙烯纖維性能進(jìn)行探討，相對(duì)傳統(tǒng)纖維材料，其使用成本更低，性價(jià)比更高。并結(jié)合某橋梁工程從力學(xué)性和耐久性等方面分析了其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，最后總結(jié)其發(fā)展前景，旨在深化其應(yīng)用水平。

關(guān)鍵詞：改性聚丙烯纖維 纖維混凝土 橋梁

經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動(dòng)化工產(chǎn)業(yè)水平的提升，化學(xué)合成纖維的研究不斷深入，在國(guó)外環(huán)境中，已經(jīng)展開了大量的研究，將化學(xué)合成纖維應(yīng)用于混凝土材料之中，從而起到改善混凝土脆性的效果，以此提高水泥材料制品的質(zhì)量。

1.改性聚丙烯纖維的性能

改性聚丙烯纖維的性能優(yōu)勢(shì)明顯，其表現(xiàn)如下：（1）在不影響纖維機(jī)械性能的前提下，允許將其用于混凝土材料之中，由此增強(qiáng)與水泥的粘結(jié)性；（2）為了增強(qiáng)纖維在混凝土基體中的抗老化性，使其抗降解作用持續(xù)50年左右，可加入適量的W3346光穩(wěn)定劑來實(shí)現(xiàn)其效果。（3）巧妙運(yùn)用表面處理劑，可增加纖維的分散和親水2大性能。

普通聚丙烯纖維因有較為明顯的性能缺點(diǎn)，而影響其實(shí)際的應(yīng)用效果，如因柔性大，導(dǎo)致吸水性弱；發(fā)散性差，使其易結(jié)團(tuán)，不易與水泥攪拌混合。為提高聚丙烯纖維的實(shí)際應(yīng)用能力，其產(chǎn)品的相關(guān)廠家，對(duì)聚烯烴類結(jié)晶聚合物的性能進(jìn)行深入研究，進(jìn)而達(dá)到改性效果。而基于對(duì)短切纖維的應(yīng)用，能夠提升其在水中所具備的分散懸浮性，受此影響水泥的拌和性得到了改善。在本次實(shí)驗(yàn)中，選用的是來自于天津欣晟公司的材料，此類型改性聚丙烯纖維能夠顯著提升結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，在試驗(yàn)過程中高度重視對(duì)材料以及添加劑的篩選，要求聚丙烯樹脂的分子量達(dá)到了40萬及其以上水平，借助于大孔徑噴絲板實(shí)現(xiàn)混合擠出的效果，再根據(jù)非常規(guī)路線的組合變化，以可行的方案調(diào)節(jié)溫度，使其能夠達(dá)到極限二級(jí)拉伸的狀態(tài)，在此條件下纖維的彈性模量得到了進(jìn)一步的提升，能夠有效的抑制斷裂伸長(zhǎng)率。

2.價(jià)格、性價(jià)比比較

“欣晟纖維”展開了大量的國(guó)產(chǎn)化改性研究，嚴(yán)格將進(jìn)口纖維質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)作為基本指導(dǎo)，無論是抗拉強(qiáng)度還是彈性模量等方面都要達(dá)到行業(yè)先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過大量的改性工作后，各項(xiàng)指標(biāo)都得到了顯著的改善，使其可安全有效的應(yīng)用于橋路工程。就價(jià)格、使用性能方面相比較而言，將欣晟纖維比傳統(tǒng)的纖維（碳纖維、鋼纖維等）使用成本更低，性價(jià)比更高。

3.技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究

受其時(shí)空差距的影響，造橋成本有明顯的差異。就采用造價(jià)作為指標(biāo)來衡量的方法而言，此法受時(shí)空差異影響較小，且能夠較為準(zhǔn)確的反映造橋的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，因而更具科學(xué)性。但是，造橋所受的影響因素廣，難以保證各項(xiàng)條件均為一致，此處以跨徑為20m的橋梁工程為例進(jìn)行分析，其對(duì)于材料的需求量較大，同時(shí)也存在較高的施工難度，相較于10m×20m的橋梁而言二者差異較大，又比如跨徑大小、荷載條件、橋墩高度等可控因素和地質(zhì)條件、氣候等不可控因素，只要某一因素有所差異，都可能因工程數(shù)量的變化，從而影響最終的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的準(zhǔn)確度。通過對(duì)聚丙烯纖維與簡(jiǎn)支梁橋、部分預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁三者材料用量的比較，可以得知聚丙烯纖維鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最具可行性，主要表現(xiàn)在每平方米材料用量的等效經(jīng)濟(jì)效益等方面。

以相同的聚丙烯纖維鋼筋混凝土連續(xù)梁為基本背景，對(duì)其處于不同跨徑狀態(tài)下的效益性進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示。

由表1的結(jié)果可得出，聚丙烯纖維材料在實(shí)際應(yīng)用中，其性能和用量有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。（1）就預(yù)應(yīng)力度而言，聚丙烯纖維鋼筋混凝土連續(xù)梁橋在0.3～0.4之間，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁的1.0～1.05kN、部分預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁的0.7～0.8kN。（2）聚丙烯纖維在高強(qiáng)平等鋼絲的使用，則大約在8～30束之間。除此之外，能夠顯著降低混凝土的使用量，減幅達(dá)到了35%～40%，此外無論是短索還是錨的使用量都得到了良好的控制。由此可知，聚丙烯纖維的應(yīng)用，可以大范圍縮減工程材料，并進(jìn)一步降低施工難度。就發(fā)展?fàn)顩r而言，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的多方面優(yōu)勢(shì)顯著提高，如抗疲勞性、抗沖擊、抗裂、使用年限延長(zhǎng)等，均有利于其未來更好的發(fā)展?？偠灾郾├w維鋼筋混凝土連續(xù)結(jié)構(gòu)，相比較于當(dāng)前已經(jīng)應(yīng)用與公路的其他材料而言，用料和造價(jià)的雙重降低，使其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。并且，良好的性能提高了行車的安全性和道路的使用年限，良好的避免了裂縫現(xiàn)象，降低公路養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，在實(shí)際應(yīng)用中有穩(wěn)定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。

4.發(fā)展前景展望

聚丙烯纖維具有良好的抗裂性能和受力性，能夠較好的應(yīng)用于拱式橋梁的修筑。為能在最大程度上發(fā)揮抗壓性能的優(yōu)勢(shì)，運(yùn)用纖維混凝土對(duì)主拱圈的受拉區(qū)域進(jìn)行局部的增強(qiáng)，以克服拱式梁橋修筑過程中所產(chǎn)生的困難：（1）用料增加、吊裝困難等問題；（2）降低拱腳或拱頂部分截面所承受的拉應(yīng)力，進(jìn)而減輕上部結(jié)構(gòu)自重；（3）保障技術(shù)指標(biāo)的穩(wěn)定，不改變跨徑大小，使其主拱受力均勻的同時(shí)，降低混凝土使用量，進(jìn)而提高其跨越能力，體現(xiàn)纖維混凝土的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

采用纖維混凝土作為材料，以此來修建橋梁，充分利用其高抗拉、抗裂強(qiáng)度的優(yōu)勢(shì)，可降低受拉區(qū)的預(yù)應(yīng)力度，且僅為0.3～0.4kN，減少預(yù)應(yīng)力筋在頂、底，2處板塊的直束配置，使其變?yōu)槔w維型連續(xù)梁。連續(xù)梁不僅施工難度低，操作簡(jiǎn)單，全橋連續(xù)性強(qiáng)，而且所具有的預(yù)應(yīng)力度相較于傳統(tǒng)型還小100%?？紤]到行車安全性的需求，需要對(duì)橋兩端進(jìn)行處理，即各自設(shè)置一道伸縮縫。纖維混凝土的優(yōu)質(zhì)性能，為未來交通建筑行業(yè)的發(fā)展指明方向。

在橋梁的長(zhǎng)期使用中，必然會(huì)受到車輛載荷所帶來的影響，這點(diǎn)在橋面鋪裝區(qū)域體現(xiàn)的尤為明顯。纖維混凝土與普通混凝土相較而言，纖維混凝土能夠使橋面鋪裝厚度減少40%，其表現(xiàn)出優(yōu)良的抗沖擊疲勞性以及韌性等，能使橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)性更加完善，延長(zhǎng)使用年限。當(dāng)今，纖維混凝土已經(jīng)越來越被廣泛的應(yīng)用于橋面鋪裝層。

5.結(jié)束語

聚丙烯纖維鋼筋混凝土連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，既節(jié)約了大量施工成本，又降低了養(yǎng)護(hù)費(fèi)用；在降低施工難度的基礎(chǔ)下，縮短工期，提早開放；優(yōu)質(zhì)的材料性能，延長(zhǎng)使用年限，提供良好的行車環(huán)境。根據(jù)上文的分析可知，就造價(jià)與預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁橋相比，應(yīng)用聚丙烯纖維材料建筑可明顯使總造價(jià)降低25%左右。以此類推，每年按其標(biāo)準(zhǔn)可修筑總量達(dá)到了2000座，其規(guī)模為跨徑大小30～50m，橋長(zhǎng)100m。連續(xù)5年修筑以聚丙烯纖維為材料的一萬座梁橋，共計(jì)可節(jié)省開支80億元。由此可知，聚丙烯纖維鋼筋混凝土連續(xù)梁橋具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益，深厚的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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