纤维混凝土在路桥工程中的技术经济研究

周荣

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、荷載条件、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：

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