塑料復合材料帶來橋梁建造革命

    當美國華盛頓特區的交通部決定重建三座老舊的橋梁時,一籌莫展的工程人員想到了采用塑料作為解決辦法。其中一座具有110年歷史的古老橋梁必須換用薄型主橋面,但需要承重4000輛車,包括半掛卡車。

    解決方案是:用五英寸厚的纖維增強聚合物(FRP)橋面代替混凝土板及其鋼梁。

    項目經理MarkClabaugh在電子郵件中說,與普通的增強型橋面比,該橋厚度更薄。這是FRP橋面的優點。這有助于減少橋梁上部結構的總深度。

    位于美國俄亥俄州Dayton的CompositeAdvantage公司提供了注??缍?STRONG>玻璃纖維,用AshlandInc.公司供應的名為Derakane610的基礎樹脂制成的乙烯基酯連在一起。

    公司所有者ScottReeve在接受電話采訪時說,在技術方面,該橋需要極低的深度,低厚度。橋梁有時仍有觀光游船通過,當然還要考慮水的波動。

    該公司是美國少數幾家生產橋梁用零部件的大型制造商,從20英尺的小橋到去年在美國馬薩諸塞州安裝完畢的大的一座行車橋的FRP橋面。

    Reeve說:“人們不希望拆除這些歷史悠久的古橋,但它們已經無法承受現代貨車的重量了。拆掉厚重的混凝土橋面,用輕型的玻纖橋面取而代之,貨車就可以正常通過橋梁了,而且還保留了原有面貌,大家都很高興。這正是我們的產品能夠發揮作用的地方。我們能夠帶來很大的價值,幫助解決難題?!?/P>

    通行費預算

    FRP橋面是核心所在,因為它既足夠結實可以消除橋梁用戶的載重限制,又足夠輕巧。

    8英寸厚的FRP橋面每平方英尺可承重25磅,而標準9.5英寸厚混凝土板每平方英尺可承重119磅。

    但FRP橋面造價昂貴,所以成本仍是許多橋主需要克服的障礙。

    但維護上能節省一大筆費用,而且橋梁可以使用更長時間。這些橋梁可以維持75年以上。不會受到任何因素的侵蝕。雖然初支出可能多了一倍,但其壽命也延長了一倍。

    FRP橋梁減少甚至消除維護需求的特點正在提高復合材料的吸引力,并在美國各地和美國聯邦公路管理局(FHWA)越來越多的項目中得到使用。

    遍布全美

    美國現有大約604000座橋梁,其中11.7%在結構上有缺陷,承載元件過于老舊,另外14.2%的橋梁在功能上太過時,達不到當前對于車道、路肩寬和護欄的設計標準。

    雖然美國有25.9%的橋梁存在各種問題,但相比2000年的30.7%的數字已經有所改善。

    布法羅大學橋梁工程研究所稱,目前有超過125座行車橋使用復合材料作為橋面或上部結構。

    發言人NancySinger在電郵中說,FRP橋梁的主要優勢在于該材料的不易受腐蝕性。

    她還提到了快速建造預先設計且預制的FRP橋面板,并通過簡單的機械運至工地可當場安裝。無需等待混凝土凝固,從而減少了交通成本和人力成本。

    不過,除成本外,還有另一個潛在的缺點。

    Singer說,人們擔心纖維復合材料聚合物長期暴露于紫外光后性能會受損。

    FRP橋梁投入使用的歷史還不長。美國座用于公共交通的復合材料橋梁于1996年11月建于堪薩斯州。

大步前進

    Reeve說,這一行業在樹脂和涂層方面經過了漫長的發展。2011年上市的Derakane610乙烯基酯專為新興的FRP基建設施市場而開發。它不僅具備很好的成型特性、強度、耐用性和耐濕性,還提高了防火性,并添加了一種顏料來抑制紫外線降解。

    Reeve說,這種樹脂的作用之一是為纖維提供紫外光防護,并且加入了抑制劑,這也能起到幫助,此外還在外部再加了一層聚氨酯。所以,有兩道防護屏障(樹脂和聚氨酯涂層)阻隔紫外光照射纖維。

    Reeve在談到FRP橋梁造價時說,要從原材料中獲得這些性能,需要花錢,而這一領域仍遠未達到鋼材和混凝土所具備的規模經濟。

    他補充說,橋面是在規定的設置下生產出來的工程產品,具有很高的質量控制度。CompositeAdvantage公司約有50名員工,采用夾心結構生產其FiberSpan品牌的橋面板。

    玻纖的外部面層表皮在用45度角纖維增強的閉孔泡沫芯中模塑而成。這些纖維和樹脂一起被注入,在閉合空間后形成結實的網狀。防滑表面為人行天橋專用。

    Reeve原先供職于航空業,后在2005年創辦了CompositeAdvantage公司。他說,FRP在橋梁中的應用在日益增加,盡管增速比較緩慢。

    他說:“要考慮到公眾安全,所以行業必須保守。另外,花了差不多30年