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世界最大纤维增强混凝土浇筑项目使用11000千米玻纤加强筋

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-01-12  来源:中国复材展组委会  浏览次数:370
核心提示:吉赞经济城,位于沙特吉赞省首府吉赞市,是沙特十大经济城建设项目之一,地处沙特西南部红海之滨,由沙特阿美石油公司受沙特政府
     吉赞经济城,位于沙特吉赞省首府吉赞市,是沙特十大经济城建设项目之一,地处沙特西南部红海之滨,由沙特阿美石油公司受沙特政府委托全权负责建设。
 
    沙特阿美石油公司在城内工业区兴建了大型炼油厂,日加工原油40万桶。然而,苦于城内落后的排水系统,项目遭受到来自强季雨和洪水的威胁。不仅如此,水涝也严重影响到城内居民的正常生活。
 
    为此,沙特阿美公司决定在炼油厂周围兴建规模巨大的泄洪渠。
    传统意义上的泄洪渠以钢筋混凝土浇筑而成,但由于吉赞经济城地处临海,当其在极端暴风雨天气和海浪冲袭的双重影响下开裂,海水会侵入并腐蚀内部钢筋结构,加速其老化。
 
    出于这种考虑,项目组决定用复合材料加强筋替代钢筋作为混凝土的增强材料
 
    项目组计算,这座长23000米,宽80米的泄洪渠,将使用大约11000千米的玻纤加强筋,使其一举成为复合材料加强筋在全球范围内最大的规模应用案例,也标志着复材加强筋在投入商用40余年后,终于成为主流基建项目的选用材料。
 
    项目采用的玻纤加强筋采购自3家供应商,其中的50%由新西兰Pultron Composites公司研发、美国Mateenbar公司生产,其生产过程分为六步。
 
  第一步:玻纤入模,在闭模环境下注入树脂
  第二步:通过拉挤工艺生产出最长80英尺(约合22.4米)的玻纤增强乙烯基酯复合材料拉挤棒。
  第三步:螺纹加工,以便更好地与混凝土界面结合。
    “我们的复材加强筋品质稳定、产量高,没有任何VOC排放。”Mateenbar公司首席执行官Nick Crofts表示说,“它的尺寸偏差小于1%。整个生产过程中,不会有树脂滴落在地板上,也不会在空气中看到扬起的灰尘。它采用了欧文斯科宁公司提供的ECR玻纤和Mateenbar公司自主研发的环氧-乙烯基酯树脂,实现了最优的刚度、强度和耐用性,综合性能远胜于以环氧-聚酯树脂生产的同类产品。”
 
    螺纹加工完成后,加强筋表面被包裹了一层树脂薄膜,用于进一步加强表面性能。“Mateenbar拉挤棒的初始长度可达80英尺(约合22.4米),大多数建筑项目会将其切成40英尺(约合11.2米)的长度进行使用。”
 
    Crofts进一步解释说:“每一根直线型加强筋的直径大约为0.75英寸(约合1.9厘米),拉伸模量8,700 ksi (60 GPa)。而其采用的玻纤原料的拉伸模量约为11,600-ksi (80-GPa),这意味着该产品的纤维含量非常高,若以重量计算超过了80%。同时,这也意味着它难以弯折。不过,凭借独有的树脂和工艺方法,我们成功地在高模量的条件下生产出弯折型玻纤复材加强筋。”
 
   第四步:弯折,并运往施工地点。
   第五步:根据设计方案进行铺设,下以圆管支撑,确保高度适宜,间以不锈钢丝捆绑固定。
   第六步:自上而下浇筑混凝土,填满、压实、挤出气泡。
    生产完成后,加强筋被运往施工现场,交付给承包商沙特Al Yamama集团,在施工过程中展现出复合材料加强筋的另一个重要优势:易于安装。“由于重量仅为钢筋的25%,复合材料加强筋的搬运和定位都更为方便,需要的人手也更少。”
 
    当进入混凝土浇筑环节时,铺设加强筋的工人才发现,混凝土浇筑的速度远远赶不上加强筋铺设的速度,不得不停下来等待。“这很重要,因为如果突然降雨,海水会将大量沙子卷入泄洪渠内,如果不加以清理会严重影响泄洪效果。” 
 
    全部浇筑完成并压出所有气泡后,需要花费数周时间等待其慢慢凝固。“在这些环节中,复合材料加强筋和钢筋并无殊异。”Crofts表示,“我们在2020年1月发出了最后一批加强筋,泄洪渠随即宣布完工。”
   设计、成本和展望
 
    尽管为项目带来诸多便利,但Crofts仍然表示玻纤加强筋无法直接取代钢筋制品,如何取舍必须遵循设计方案的要求。玻纤加强筋多适用于ACI 440标准,不适用ACI318标准。如果采用后者,钢筋混凝土无疑将更胜一筹。
 
    Crofts指出,与钢筋相比,玻纤加强筋具有一定的弹性,拉伸强度更高,但拉伸模量却略有不足。在钢筋设计方案中,钢筋的需求量主要由其拉伸强度决定;而在玻纤加强筋设计方案中,玻纤加强筋的需求量主要由其拉伸模量决定,当加强筋数量达到要求时,结构的强度早已超出了设计的需要,其耐久性也得到了充分保证。
 
    决定二者取舍的另一个重要因素是加强筋的形状。Crofts指出,项目中加强筋的直线型-弯折型比例约为3:10。如果采用钢筋,其弯折作业多在现场完成,而Mateenbar玻纤加强筋的弯折全部是在工厂控制条件下完成,而后送至现场直接使用的。“考虑到项目要是随时可能发生变化,从供应链角度考虑这种模式存在一定问题,”Croft表示,“因此,拥有一座毗邻施工地点的工厂对于我们而言非常重要。”
 
    “如果以重量为单位计算二者的成本,会发现玻纤加强筋的成本高出钢筋3-4倍,因为玻纤加强筋的密度仅为后者的四分之一。但若以长度为单位进行计算,会发现玻纤加强筋的优势非常显著。”
 
    “吉赞泄洪渠项目是第一个对钢筋说‘不’的大型基建项目,”Crofts表示,“项目组对结构进行了严密的设计,泄洪渠的设计使用寿命超过了100年。”
 
    当玻纤加强筋在中东地区快速增长的同时,北美市场也在不断成熟。“因为大量沿海的防洪墙和桥梁设施都存在被海水侵蚀的风险。”Crofts表示说。
 
    与此同时,咨询工程公司和终端用户也看到了玻纤加强筋的巨大商用价值,他们正在合作制订质量和性能标准。
 
 
 
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