填充材料在模板設(shè)計使用中的可行性分析

張世平

近年來，隨著國內(nèi)高速軌道交通建設(shè)的全面展開，高架鐵路橋梁已成為鋼制大模板的主要消費群體之一。由于地理環(huán)境的差異性，加之各設(shè)計院在設(shè)計橋墩時的不同設(shè)計習慣，造成而今橋梁模板形式多樣，尺寸差異明顯。這直接導(dǎo)致了模板在使用過程中重復(fù)利用率低下，生產(chǎn)成本提高。通常在一個工程結(jié)束后，模板就失去了其使用價值，只能當作廢鐵回收，導(dǎo)致極大的資源浪費。與此同時，鋼制模板在進行曲面加工時存在一定難度，并且加工精度是一個一直存在的問題，加工余料浪費嚴重?？梢姡绻梢允褂娩撝颇０遄鳛橥鈬蚣?，在內(nèi)部采用其他材料進行填充以達到施工要求，可大大簡化模板的生產(chǎn)過程。并且，在使用填充材料后，外圍模板框架可以進行重復(fù)利用，減少不必要的浪費。

一、國內(nèi)現(xiàn)狀

隨著國內(nèi)大部分公路、鐵路橋梁清水墩柱應(yīng)用的推廣，施工單位為提高質(zhì)量，做到內(nèi)實外美，增強墩柱的外觀效果，基本上都根據(jù)墩柱外形定制墩柱鋼模，采用泵送混凝土澆筑墩身，墩柱無論從外觀上還是從內(nèi)在質(zhì)量上都能達到期望效果，并且由于鋼模周轉(zhuǎn)率高，可多次使用降低成本，所以墩柱澆筑采用鋼模板這一施工方法得到廣泛的認可。

墩柱鋼模板的截面有圓形、圓端形、圓臺形、雙曲線形等，分模一般根據(jù)脫模簡便性分成1/2或1/4圓角方式，高度則根據(jù)施工圖與進度要求而定。早年間，大部分橋梁施工單位為增加鋼模的再次利用率，一般把墩柱模板的高度定在1～1.5m，最高2m以內(nèi)。近年來，為使墩柱澆筑后達到圓順光滑無接縫錯臺，施工單位則采取一柱到頂立模泵送混凝土的方法，最高可達30m以上。

墩帽部分模板多數(shù)為變截面構(gòu)造，其中雙曲、天方地圓等結(jié)構(gòu)較為常見。上述兩種墩帽都屬于截面形狀變化明顯，圓弧部分多，模板面板需要多塊板材進行拼接，圓弧部分材料利用率很低。且由于墩帽部分變化較多，常在同一個工程中出現(xiàn)三種以上不同尺寸，形狀不同也就致使了墩帽部分不能倒用，導(dǎo)致很大程度上的浪費，墩帽模板很難有二次利用的機會，通常都是一個工程段結(jié)束后當作廢鋼賣掉。

二、材料選擇

在材料選擇方面，為了方便施工，宜采用輕質(zhì)材料作為填充材料，以降低施工強度。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平，較為合理的選擇是采用工程塑料或發(fā)泡塑料作為填充材料。

將填充材料用于墩柱模板應(yīng)用首先應(yīng)考慮模板加工企業(yè)是否具備熱塑性加工能力，優(yōu)先選取一些便于冷加工切割成型的材料?；蛘哌x擇價格相對合理的塑料，外協(xié)加工。冷加工方式在填充材料加工過程中會產(chǎn)生很多切削量，適宜選用成本較低的材料進行加工。選擇外協(xié)加工則需要有較為便捷的供貨渠道。

國內(nèi)部分公司已采用了EPS做填充材料進行較難形狀的加工或是應(yīng)用在混凝土表面以達到某些外觀效果，該嘗試達到了不錯的效果。

1.聚苯乙烯泡沫塑料

泡沫塑料成本較低，常溫下進行切割等方式加工較為容易。鑒于其耐久性較低，易破壞的特質(zhì)，可以加工多套備用，以便于施工。聚苯乙烯泡沫塑料分為膨脹性EPS和連續(xù)性擠出型XPS兩種。

（1）EPS(聚苯材料)本身材質(zhì)原因，易于切割，可以利用數(shù)控加工技術(shù)成型，且能保證其尺寸準確性。但聚苯乙烯的整體密度離散性較大，經(jīng)過一段時間的存放后會造成尺寸不均勻變化，所以聚苯材料在加工之前應(yīng)經(jīng)過一段時間的陳化。

聚苯材料其表面較粗糙，不滿足清水混凝土施工要求。若投入使用，應(yīng)在其表面加鋪一層光滑表面，這樣可以降低混凝土澆注過程中對填充材料產(chǎn)生破壞的可能。拆模時工人施工不夠仔細同樣會影響填充材料的使用壽命，產(chǎn)生一些不必要的浪費。

聚苯材料EPS本身密度小，便于施工，但其抗沖擊能力較差，受到集中應(yīng)力時極易破損，所以使用聚苯作為填充材料首先要考慮如何進行保護。

成型后的苯板在施工過程中的拆裝同樣是個問題，如何運輸、如何保持其完整性都需要考慮在內(nèi)。苯板自身重量很輕，成型后不能磕碰擠壓，需要很大空間。與模板一起運輸時必須保證其不被破壞，同時要考慮空間利用率，降低運輸成本。

（2）XPS板與EPS板材相比，是第三代硬質(zhì)發(fā)泡保溫材料，從工藝上它克服EPS板繁雜的生產(chǎn)工藝，具有EPS板無法替代的優(yōu)越性能。它是由聚苯乙烯樹脂及其它添加劑經(jīng)擠壓過程制造出的擁有連續(xù)均勻表層及閉孔式蜂窩結(jié)構(gòu)的板材，這些蜂窩結(jié)構(gòu)的厚板，完全不會出現(xiàn)空隙，這種閉孔式結(jié)構(gòu)的材料可具有不同的壓力 （150-500kPa）同時擁有經(jīng)久不衰的抗壓性能，抗壓強度可達220-500kPa。XPS板的完全閉孔式發(fā)泡化學(xué)結(jié)構(gòu)與其蜂窩狀物理結(jié)構(gòu)，使其具有輕質(zhì)、高強度的特性，便于切割、運輸，且不易破損、安裝方便。

2.塑料

較泡沫塑料而言，使用塑料相對成本較高，所以要采取內(nèi)部中空，與鋼模板間進行填充或支撐的形式。如果進行回收利用，則必須對表面進行保護。新拌混凝土為堿性，選取材料時要考慮耐腐蝕性。且混凝土中有大量石子砂子，可能對塑料表面造成磨損破壞。出于耐久性考慮，需在上面加一層鐵皮進行保護。

（1）POM （聚甲醛）是一種堅韌有彈性的材料，即使在低溫下仍有很好的抗蠕變特性、幾何穩(wěn)定性和抗沖擊特性。POM既有均聚物材料也有共聚物材料。均聚物材料具有很好的延展強度、抗疲勞強度，但不易于加工。共聚物材料有很好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性并且易于加工，且具有較高的屈服強度。POM具有較好的綜合性能，在熱塑性塑料中是最堅硬的，是塑料材料中力學(xué)性能最接近金屬的品種之一，其抗張強度、彎曲強度、耐疲勞強度、耐磨性和電性都十分優(yōu)良，可在-40度-100度之間長期使用。但成本較高，約為14000元/噸。

（2）PS（聚苯乙烯）為無定形聚合物，是一種易于成型加工的透明塑料，硬度高，比重1.04gm3左右，楊氏模量： (E)3000-3600MPa。聚苯乙烯的價格便宜，產(chǎn)量高，可以考慮作為填充材料使用。但耐熱性能一般，變形溫度在60～80攝氏度。如采用聚苯乙烯，夏季施工避免陽光直射，以免發(fā)生變形。

（3）HIPS工程塑料。耐沖擊性聚苯乙烯 （HIPS）是由PS加丁二烯改性而成的，因為PS的沖擊強度很低，做出的產(chǎn)品很脆，而丁二烯的韌性很好，加入丁二烯后可使PS的沖擊性能提高2～3倍。標準HIPS性能：彎曲強度13.8～55.1MPa；拉伸強度13.8—41.4MPa；斷裂伸長率為15—75%； 密度1.035—1.04g／ml。 HIPS是最便宜的工程塑料之一，盡管HIPS的沖擊強度比PS的沖擊強度高出很多，但其綜合性能還是不如ABS、PC/ABS等。和ABS、PC/ABS、PC相比，材料的光澤性比較差，綜合性能也相對差一些。

三、可行性施工方案假設(shè)

本方案選擇EPS（發(fā)泡聚苯乙烯）為填充材料，這種材料成本低，加工簡單，可考慮小周期使用 （3-5個墩帽一套）。成型方式采用切割法，根據(jù)施工圖的尺寸，在組拼好的發(fā)泡聚苯乙烯上定點、放樣、畫線、切割，并進行表面蒙皮處理 (考慮使用鐵皮包裹)。與外部鋼框架接觸部分預(yù)留連接位置。外部鋼模板依據(jù)同一批墩帽的外形尺寸，外形尺寸接近的使用同一套鋼模板。填充材料通過噴漆編號進行區(qū)分，可根據(jù)現(xiàn)場施工情況考慮填充材料配套數(shù)量。填充材料的固定應(yīng)采取限位控制，由于聚苯乙烯泡沫材料局部抗破壞能力較低，所以應(yīng)盡量保證限位部分接觸面積，避免施工過程中發(fā)生破壞影響使用。

四、總結(jié)

綜上所述，從低耗、高效、節(jié)能減排的綜合因素出發(fā)，發(fā)泡聚苯乙烯可考慮作為填充材料，在模板行業(yè)中使用有一定的可行性空間，若能批量使用，既可以降低生產(chǎn)成本，也能提高用戶效益。采用填充材料可以彌補并完善現(xiàn)有模板技術(shù)存在的不足，但由于目前填充材料在施工過程中的使用經(jīng)驗還比較少，且偏重于應(yīng)對某些形狀較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如何在橋梁模板施工中廣泛應(yīng)用以及尚存在什么問題還需在生產(chǎn)實踐過程中不斷總結(jié)。