纖維混凝土在路橋工程中的技術經濟研究

周榮

摘 要：化學合成纖維能夠改善混凝土的脆性，提高水泥材料質量。基于此，文章圍繞改性聚丙烯纖維性能進行探討，相對傳統纖維材料，其使用成本更低，性價比更高。并結合某橋梁工程從力學性和耐久性等方面分析了其應用優勢，最后總結其發展前景，旨在深化其應用水平。

關鍵詞：改性聚丙烯纖維 纖維混凝土 橋梁

經濟發展帶動化工產業水平的提升，化學合成纖維的研究不斷深入，在國外環境中，已經展開了大量的研究，將化學合成纖維應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量。

1.改性聚丙烯纖維的性能

改性聚丙烯纖維的性能優勢明顯，其表現如下：（1）在不影響纖維機械性能的前提下，允許將其用于混凝土材料之中，由此增強與水泥的粘結性；（2）為了增強纖維在混凝土基體中的抗老化性，使其抗降解作用持續50年左右，可加入適量的W3346光穩定劑來實現其效果。（3）巧妙運用表面處理劑，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，而影響其實際的應用效果，如因柔性大，導致吸水性弱；發散性差，使其易結團，不易與水泥攪拌混合。為提高聚丙烯纖維的實際應用能力，其產品的相關廠家，對聚烯烴類結晶聚合物的性能進行深入研究，進而達到改性效果。而基于對短切纖維的應用，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。在本次實驗中，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構的強度，在試驗過程中高度重視對材料以及添加劑的篩選，要求聚丙烯樹脂的分子量達到了40萬及其以上水平，借助于大孔徑噴絲板實現混合擠出的效果，再根據非常規路線的組合變化，以可行的方案調節溫度，使其能夠達到極限二級拉伸的狀態，在此條件下纖維的彈性模量得到了進一步的提升，能夠有效的抑制斷裂伸長率。

2.價格、性價比比較

“欣晟纖維”展開了大量的國產化改性研究，嚴格將進口纖維質量標準作為基本指導，無論是抗拉強度還是彈性模量等方面都要達到行業先進標準。經過大量的改性工作后，各項指標都得到了顯著的改善，使其可安全有效的應用于橋路工程。就價格、使用性能方面相比較而言，將欣晟纖維比傳統的纖維（碳纖維、鋼纖維等）使用成本更低，性價比更高。

3.技術經濟研究

受其時空差距的影響，造橋成本有明顯的差異。就采用造價作為指標來衡量的方法而言，此法受時空差異影響較小，且能夠較為準確的反映造橋的技術經濟效益，因而更具科學性。但是，造橋所受的影響因素廣，難以保證各項條件均為一致，此處以跨徑為20m的橋梁工程為例進行分析，其對于材料的需求量較大，同時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，都可能因工程數量的變化，從而影響最終的技術經濟指標的準確度。通過對聚丙烯纖維與簡支梁橋、部分預應力混凝土連續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構最具可行性，主要表現在每平方米材料用量的等效經濟效益等方面。

以相同的聚丙烯纖維鋼筋混凝土連續梁為基本背景，對其處于不同跨徑狀態下的效益性進行分析，結果如表1所示。

由表1的結果可得出，聚丙烯纖維材料在實際應用中，其性能和用量有明顯的技術經濟優勢。（1）就預應力度而言，聚丙烯纖維鋼筋混凝土連續梁橋在0.3～0.4之間，遠低于傳統預應力簡支梁的1.0～1.05kN、部分預應力和預應力混凝土簡支梁的0.7～0.8kN。（2）聚丙烯纖維在高強平等鋼絲的使用，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，聚丙烯纖維的應用，可以大范圍縮減工程材料，并進一步降低施工難度。就發展狀況而言，鋼筋混凝土結構的多方面優勢顯著提高，如抗疲勞性、抗沖擊、抗裂、使用年限延長等，均有利于其未來更好的發展。總而言之，聚丙烯纖維鋼筋混凝土連續結構，相比較于當前已經應用與公路的其他材料而言，用料和造價的雙重降低，使其經濟效益和社會效益顯著。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象，降低公路養護費用，在實際應用中有穩定的技術經濟基礎。

4.發展前景展望

聚丙烯纖維具有良好的抗裂性能和受力性，能夠較好的應用于拱式橋梁的修筑。為能在最大程度上發揮抗壓性能的優勢，運用纖維混凝土對主拱圈的受拉區域進行局部的增強，以克服拱式梁橋修筑過程中所產生的困難：（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力，進而減輕上部結構自重；（3）保障技術指標的穩定，不改變跨徑大小，使其主拱受力均勻的同時，降低混凝土使用量，進而提高其跨越能力，體現纖維混凝土的技術經濟效益。

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、抗裂強度的優勢，可降低受拉區的預應力度，且僅為0.3～0.4kN，減少預應力筋在頂、底，2處板塊的直束配置，使其變為纖維型連續梁。連續梁不僅施工難度低，操作簡單，全橋連續性強，而且所具有的預應力度相較于傳統型還小100%。考慮到行車安全性的需求，需要對橋兩端進行處理，即各自設置一道伸縮縫。纖維混凝土的優質性能，為未來交通建筑行業的發展指明方向。

在橋梁的長期使用中，必然會受到車輛載荷所帶來的影響，這點在橋面鋪裝區域體現的尤為明顯。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%，其表現出優良的抗沖擊疲勞性以及韌性等，能使橋面鋪裝的結構性更加完善，延長使用年限。當今，纖維混凝土已經越來越被廣泛的應用于橋面鋪裝層。

5.結束語

聚丙烯纖維鋼筋混凝土連續梁橋結構的廣泛應用，既節約了大量施工成本，又降低了養護費用；在降低施工難度的基礎下，縮短工期，提早開放；優質的材料性能，延長使用年限，提供良好的行車環境。根據上文的分析可知，就造價與預應力簡支梁橋相比，應用聚丙烯纖維材料建筑可明顯使總造價降低25%左右。以此類推，每年按其標準可修筑總量達到了2000座，其規模為跨徑大小30～50m，橋長100m。連續5年修筑以聚丙烯纖維為材料的一萬座梁橋，共計可節省開支80億元。由此可知，聚丙烯纖維鋼筋混凝土連續梁橋具有巨大的經濟效益，深厚的發展潛力。

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