聚合物改性水泥混凝土( PCC) 和纖維水泥混凝土的經(jīng)濟分析>
2006-08-31 00:00
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關(guān)鍵詞： 聚合物改性水泥混凝土（ PCC） ； 纖維水泥混凝土； 經(jīng)濟分析
1 概述
由于水泥混凝土路面具有剛度大、強度高、穩(wěn)定性好的特點， 以及我國水泥產(chǎn)量大， 分布廣， 可就近供應(yīng)的優(yōu)勢， 在我國得到長足發(fā)展。但在實際使用過程中， 也存在一些缺點。雖然公路水泥混凝土路面設(shè)計期限為30 年， 但實際正常運營使用壽命均不足10 年， 加之水泥混凝土路面出現(xiàn)損壞后， 養(yǎng)護修補困難較大， 費用較高。尤其日益增長的經(jīng)濟建設(shè)對道路交通提出了越來越高的要求， 重型運輸車輛有增無減， 使得水泥混凝土路面達不到設(shè)計使用壽命， 使用早期就出現(xiàn)了各種各樣的破壞， 例如開裂、斷板、沉陷、錯臺、麻面、唧泥等。出現(xiàn)上述病害除了設(shè)計及施工方面的原因外， 最重要的就是水泥混凝土組成材料本身存在著固有缺陷， 即剛性大， 柔韌性低， 導致水泥混凝土路面在交通荷載及自然因素作用下耐久性降低。因此， 惠州市公路管理局和長安大學聯(lián)合對路面水泥混凝土進行研究改性， 以提高其路用性能并降低脆性， 經(jīng)多方比選分別采用聚合物和纖維對普通水泥混凝土進行改性。
該研究項目結(jié)合前期調(diào)研、室內(nèi)宏觀及微觀試驗和室外工程實踐， 并通過理論分析和計算， 系統(tǒng)而全面地研究了聚合物改性水泥混凝土（ PCC） 和聚丙烯纖維水泥混凝土的路用性能、施工工藝及路面結(jié)構(gòu)， 為以上兩種新型路面材料在國內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用奠定了理論與試驗基礎(chǔ)， 并提出了相應(yīng)的施工指南性意見。該項目首次在國內(nèi)鋪筑了聚合物改性水泥混凝土復合式試驗路面， 并總結(jié)了相應(yīng)關(guān)鍵施工技術(shù)； 首次對聚丙烯纖維改性水泥混凝土的路用性能進行了研究， 并修筑了相應(yīng)的試驗路工程； 首次在國內(nèi)利用孔測試技術(shù)研究分析了聚合物改性水泥混凝土（ PCC） 和纖維水泥混凝土的微觀孔結(jié)構(gòu)， 并由此揭示改性機理； 首次對聚合物改性混凝土復合式路面結(jié)構(gòu)進行了理論計算分析， 證明了該路面結(jié)構(gòu)的可行性與實用性。
該研究項目對室內(nèi)研究成果在廣東省惠州市省道358 線惠陽新圩至秋長段改建工程中鋪筑試驗路予以驗證， 從實際應(yīng)用情況看， 經(jīng)過完工1 年多，有大量重載車通過， 日交通量增長到約12300 輛/晝夜， 路面使用效果良好。本文將對該項目的兩種改性水泥混凝土的經(jīng)濟性進行分析。
2 經(jīng)濟分析
2.1 材料成本分析
?。?1） 聚合物改性水泥混凝土（ PPC） 復合式路面PCC 具有強度高、柔韌性好、耐久性優(yōu)良、粘結(jié)能力強、動力學性能好等優(yōu)點， 但作為一種優(yōu)良的路面材料， PCC 還應(yīng)該具備很好的經(jīng)濟性， 才能在我國推廣應(yīng)用， 以下通過分析材料的成本和性價比， 評價其經(jīng)濟性之一。
通過對單方混凝土進行成本分析， 比較PPC 復合式路面與普通水泥混凝土路面的成本造價。經(jīng)過市場調(diào)研， 原材料的市場價格如表1 所示， 單方水泥混凝土與PPC 成本見表2。
 ?。?2） 聚丙烯纖維水泥混凝土路面聚丙烯輔特維纖維混凝土雖具有良好的路用性能， 但如何評估聚丙烯纖維材料的經(jīng)濟性， 目前沒有規(guī)范性的指標。由于聚丙烯纖維輔特維對混凝土的改善主要在于其對路用性能的提高。因此本課題以路用性能為核心指標， 來衡量纖維材料的經(jīng)濟特性。
2.2 性價比分析
目前我國道路水泥混凝土配合比設(shè)計采取單指標評價方法， 評價指標為28d 抗折強度， 但對材料的耐久性能沒有具體要求， 導致很多即使抗折強度較高的混凝土路橋面出現(xiàn)了耐久性病害， 因此混凝土的多指標配合比設(shè)計和評價方法已成為未來路面水泥混凝土配合比設(shè)計的發(fā)展方向。聚合物和纖維的摻入對水泥混凝土的改性效果明顯， 其一般規(guī)律是隨著聚合物和纖維摻量的增加， 混凝土的各項路用性能指標均有不同程度的提高。
性能價格比（ PCB） 即材料改性后所達到的路用性能與材料成本的比值， 定義為單位人民幣的材料性能， 如下式
 式中， PCB 為性價比； ki 為路用指標各指標權(quán)重系數(shù)， 各指標權(quán)重系數(shù)取值見表3； fi 為路用性能指標值（ 相對普通水泥混凝土的比值， 普通水泥混凝土取為1．00） ； C 為單位混凝土的成本價格。
對PCC 而言： fi 分別為PCC 的抗折強度、韌度、彎拉應(yīng)變、抗沖擊能力、粘結(jié)強度、腐蝕強度損失率相對基準混凝土的比值， 對于壓折比、抗?jié)B高度、耐磨、收縮取相對基準混凝土比值的倒數(shù)。
對纖維而言： fi 分別為纖維水泥混凝土的抗折強度、劈裂強度、抗沖擊性相對基準混凝土的比值， 對壓折比、抗?jié)B高度、耐磨、疲勞取相對基準混凝土比值的倒數(shù)。
 ?。?2） 聚丙烯纖維水泥混凝土路面輔特維纖維水泥混凝土路面的施工與普通水泥混凝土路面相比， 除按配比摻入纖維外， 基本不增加施工設(shè)備和人員， 因此不產(chǎn)生額外的費用。則材料路用性價比的評價結(jié)果見表7 和表8。
  3 結(jié)語
通過對改性水泥混凝土的路用性能綜合指標評價和經(jīng)濟分析， 改性水泥混凝土路面性價比分析只考慮初期材料成本費用， 并沒有考慮后期的養(yǎng)護和維修費用， 相對于普通水泥混凝土路面， PCC 復合式路面和輔特維纖維水泥混凝土路面的成本較高，如果單純使用價格和經(jīng)濟收益比來評價其合理性與可行性， 往往會忽視由于混凝土路用性能提高所帶來的長期效益， 但如果考慮整體的性價比， 并且考慮材料成本會隨我國化工業(yè)的不斷發(fā)展， 高分子材料作為一種很有前途的路用材料， 價格降低后， 聚合物、輔特維纖維水泥混凝土路面的經(jīng)濟效應(yīng)還是相當可觀的， 而且聚合物和輔特維纖維對路用性能的改善， 對水泥混凝土路面而言體現(xiàn)的是長久效應(yīng)。普通水泥混凝土路面一般5～10 年后要大修， 大修費用往往高于新建路面費用， 因此從長期性能考慮聚合物、輔特維纖維改性混凝土無疑是一種經(jīng)濟實用的選擇。該技術(shù)推廣應(yīng)用可大大改善惠州地區(qū)乃至全國橋面鋪裝病害、水泥混凝土路面損壞的現(xiàn)狀， 并且產(chǎn)生巨大的社會、經(jīng)濟效益， 具有廣闊的發(fā)展前景。 |
| 原作者： 羅彩紅 祁秀林 |
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