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纤维混凝土路桥工程技术经济研究

摘要:化学合成纤维能够改善混凝土的脆性,提高水泥材料质量。基于此,文章围绕改性聚丙烯纤维性能进行探讨,相对传统纤维材料,其使用成本更低,性价比更高。并结合某桥梁工程从力学性和耐久性等方面分析了其应用优势,最后总结其发展前景,旨在深化其应用水平。

关键词:改性聚丙烯纤维;纤维混凝土;桥梁

经济发展带动化工产业水平的提升,化学合成纤维的研究不断深入,在国外环境中,已经展开了大量的研究,将化学合成纤维应用于混凝土材料之中,从而起到改善混凝土脆性的效果,以此提高水泥材料制品的质量。

1.改性聚丙烯纤维的性能

改性聚丙烯纤维的性能优势明显,其表现如下:(1)在不影响纤维机械性能的前提下,允许将其用于混凝土材料之中,由此增强与水泥的粘结性;(2)为了增强纤维在混凝土基体中的抗老化性,使其抗降解作用持续50年左右,可加入适量的W3346光稳定剂来实现其效果。(3)巧妙运用表面处理剂,可增加纤维的分散和亲水2大性能。普通聚丙烯纤维因有较为明显的性能缺点,而影响其实际的应用效果,如因柔性大,导致吸水性弱;发散性差,使其易结团,不易与水泥搅拌混合。为提高聚丙烯纤维的实际应用能力,其产品的相关厂家,对聚烯烃类结晶聚合物的性能进行深入研究,进而达到改性效果。而基于对短切纤维的应用,能够提升其在水中所具备的分散悬浮性,受此影响水泥的拌和性得到了改善。在本次实验中,选用的是来自于天津欣晟公司的材料,此类型改性聚丙烯纤维能够显著提升结构的强度,在试验过程中高度重视对材料以及添加剂的筛选,要求聚丙烯树脂的分子量达到了40万及其以上水平,借助于大孔径喷丝板实现混合挤出的效果,再根据非常规路线的组合变化,以可行的方案调节温度,使其能够达到极限二级拉伸的状态,在此条件下纤维的弹性模量得到了进一步的提升,能够有效的抑制断裂伸长率。

2.价格、性价比比较

“欣晟纤维”展开了大量的国产化改性研究,严格将进口纤维质量标准作为基本指导,无论是抗拉强度还是弹性模量等方面都要达到行业先进标准。经过大量的改性工作后,各项指标都得到了显著的改善,使其可安全有效的应用于桥路工程。就价格、使用性能方面相比较而言,将欣晟纤维比传统的纤维(碳纤维、钢纤维等)使用成本更低,性价比更高。

3.技术经济研究

受其时空差距的影响,造桥成本有明显的差异。就采用造价作为指标来衡量的方法而言,此法受时空差异影响较小,且能够较为准确的反映造桥的技术经济效益,因而更具科学性。但是,造桥所受的影响因素广,难以保证各项条件均为一致,此处以跨径为20m的桥梁工程为例进行分析,其对于材料的需求量较大,同时也存在较高的施工难度,相较于10m×20m的桥梁而言二者差异较大,又比如跨径大小、荷载条件、桥墩高度等可控因素和地质条件、气候等不可控因素,只要某一因素有所差异,都可能因工程数量的变化,从而影响最终的技术经济指标的准确度。通过对聚丙烯纤维与简支梁桥、部分预应力混凝土连续桥梁三者材料用量的比较,可以得知聚丙烯纤维钢筋混凝土结构最具可行性,主要表现在每平方米材料用量的等效经济效益等方面。以相同的聚丙烯纤维钢筋混凝土连续梁为基本背景,对其处于不同跨径状态下的效益性进行分析,结果如表1所示。由表1的结果可得出,聚丙烯纤维材料在实际应用中,其性能和用量有明显的技术经济优势。(1)就预应力度而言,聚丙烯纤维钢筋混凝土连续梁桥在0.3~0.4之间,远低于传统预应力简支梁的1.0~1.05kN、部分预应力和预应力混凝土简支梁的0.7~0.8kN。(2)聚丙烯纤维在高强平等钢丝的使用,则大约在8~30束之间。除此之外,能够显著降低混凝土的使用量,减幅达到了35%~40%,此外无论是短索还是锚的使用量都得到了良好的控制。由此可知,聚丙烯纤维的应用,可以大范围缩减工程材料,并进一步降低施工难度。就发展状况而言,钢筋混凝土结构的多方面优势显著提高,如抗疲劳性、抗冲击、抗裂、使用年限延长等,均有利于其未来更好的发展。总而言之,聚丙烯纤维钢筋混凝土连续结构,相比较于当前已经应用与公路的其他材料而言,用料和造价的双重降低,使其经济效益和社会效益显著。并且,良好的性能提高了行车的安全性和道路的使用年限,良好的避免了裂缝现象,降低公路养护费用,在实际应用中有稳定的技术经济基础。

4.发展前景展望

聚丙烯纤维具有良好的抗裂性能和受力性,能够较好的应用于拱式桥梁的修筑。为能在最大程度上发挥抗压性能的优势,运用纤维混凝土对主拱圈的受拉区域进行局部的增强,以克服拱式梁桥修筑过程中所产生的困难:(1)用料增加、吊装困难等问题;(2)降低拱脚或拱顶部分截面所承受的拉应力,进而减轻上部结构自重;(3)保障技术指标的稳定,不改变跨径大小,使其主拱受力均匀的同时,降低混凝土使用量,进而提高其跨越能力,体现纤维混凝土的技术经济效益。采用纤维混凝土作为材料,以此来修建桥梁,充分利用其高抗拉、抗裂强度的优势,可降低受拉区的预应力度,且仅为0.3~0.4kN,减少预应力筋在顶、底,2处板块的直束配置,使其变为纤维型连续梁。连续梁不仅施工难度低,操作简单,全桥连续性强,而且所具有的预应力度相较于传统型还小100%。考虑到行车安全性的需求,需要对桥两端进行处理,即各自设置一道伸缩缝。纤维混凝土的优质性能,为未来交通建筑行业的发展指明方向。在桥梁的长期使用中,必然会受到车辆载荷所带来的影响,这点在桥面铺装区域体现的尤为明显。纤维混凝土与普通混凝土相较而言,纤维混凝土能够使桥面铺装厚度减少40%,其表现出优良的抗冲击疲劳性以及韧性等,能使桥面铺装的结构性更加完善,延长使用年限。当今,纤维混凝土已经越来越被广泛的应用于桥面铺装层。

5.结束语

聚丙烯纤维钢筋混凝土连续梁桥结构的广泛应用,既节约了大量施工成本,又降低了养护费用;在降低施工难度的基础下,缩短工期,提早开放;优质的材料性能,延长使用年限,提供良好的行车环境。根据上文的分析可知,就造价与预应力简支梁桥相比,应用聚丙烯纤维材料建筑可明显使总造价降低25%左右。以此类推,每年按其标准可修筑总量达到了2000座,其规模为跨径大小30~50m,桥长100m。连续5年修筑以聚丙烯纤维为材料的一万座梁桥,共计可节省开支80亿元。由此可知,聚丙烯纤维钢筋混凝土连续梁桥具有巨大的经济效益,深厚的发展潜力。

参考文献:

[1]赖洪亮.混凝土施工技术在市政路桥施工中的应用[J].价值工程,2018(31):221-222.

[2]魏红霞.钢纤维混凝土技术在道路施工中的应用[J].交通世界,2018(12):18-19.

[3]李富山.道路桥梁施工中钢纤维混凝土技术的应用[J].交通世界,2018(25):88-89.

作者:周荣 单位:成都华川公路建设集团有限公司

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