透水性聚丙烯纤维混凝土路面施工工艺及经济性分析.pdf

第 8 卷O 1 2 0 1 0 年 3 月 Vo 1 8 S u p p M a r 2 01 0 透水 性聚丙烯纤维混凝 土路 面施工工艺及经济性分析 高子兰 ， 李继聪 ， 梁素伟。 ， 刘晓亮 ( 1 河北工 程大学 水电学院 ， 河北 邯郸 0 5 6 0 2 1 ； 2 河北 省水 利工程局 ， 石 家庄 0 5 0 0 2 3 ； 3 河北省南水北调工程建设管理局， 石家庄 0 5 0 0 3 5 ； 4 河北省水利科学研究院， 石家庄 0 5 0 0 5 2 ) 摘要 ： 透水性聚丙烯纤维 P P F混凝土路 面的施工 工艺与普通水泥混凝土路 面施 工基本相同 ， 没有特殊 的工艺要求 ， 只 需注意它 的多孔性及 聚丙烯纤维对混凝 土性 能的影响就完全 可行 。掺 人聚丙 烯纤维 后 P P F的透水性混 凝土路 面 的 成本有所增加， 但聚丙烯纤维的掺入改善了混凝土的使用性能和表面质量， 使公路各种问接效益随之增加； 另外， 透水 性混凝 土对 环境 的改善作用是非常 明显 的 ， 这是 P P F透水性 混凝土 路面 的社会效 益 。所 以， P P F透水性 混凝 土路面 的应用 无论 是在施工工艺还是经济上都 是可行的 。 关键词 ： 透水性混凝土 ； 聚丙烯纤维 ； 施工 ； 经 济 中图分类号 ： TV3 3 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 2 1 6 8 3 ( 2 0 1 0 ) 0 0 1 0 0 7 3 0 3 Th e Co ns t r u c t i n g Te c hn i qu e s a nd Ec o n o my Pe r f o r ma n c e o f t h e Pe r me a bl e Po l y p r o py l e ne Fi b e r Co n c r e t e Ro a d Su r f a c e G AO Z i l a n L I J i t o n g L I ANG S u we i 。 L I U Xi a o - l ia n g ( 1 S c h o o l o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o we r， He b e i U n i v e r s i t y o f E n g i n e e r i n g， Ha n d a n 0 5 6 0 2 1 ， Ch i n a ； 2 He b e i Wa t e r Co n s e r v a n c y En gi n e e r i n g Bur e a u， S h巧 i az hu an g 0 5 0 0 2 3， i n a； 3 T h e He b e i Con s t r u c t i o n a n d Ad mi n i s t r a t i o n B u r e a u o f S o u t h t No r t h Wa t e r Tr a n s f e Pr o j e c t ， S h i J i a z h u a n g 0 5 0 0 3 5 ， C h i n a ； 4 He b e i P r o v i n c i a l Ac a d e my o fWa t e rRe s o u r c e s ，S h i j i a z h u a n g 0 5 0 0 5 7 ， C h i n a ) Ab s t r ac t ：I t i s b a s a l s a me t h a t t h e c o n s t r u c t i n g t e c h ni c s o f p e r v i o u s p o l y p r o p y l e n e f i b e r c o n c r e t e r o a d s u r f a c e a n d o r d i na r y c o n c r e t e r o a d s ur f a c e a n d t he r e i s n o t s p e c i a l r e q u e s t On l y t o n ot i c e t h e i n f l u e n c e s o f t h e c e l l u l a r i t y a n d t he i n f l u e n c e t h a t t h e p o l y pr o py l e n e f i b e r t o t h e c a p a b i l i t y o f c o n c r e t e Th e c o s t i n c r e a s e a f t e r j o i n e d t h e p o l y p r o p y l e n e f i b e r B u t i t i mp r o v e s t h e u s i n g c a p a b i l i t y a n d s k i n q u a l i t y o f t h e c o n c r e t e a f t e r j o i n e d i t I t i n c r e a s e s t h e i n di r e c t b e n e f i t a n d v e r y o b v i o u s t h a t t h e i mp r o v i n g t o t h e e nv i r o n me n t S o i t i s f e a s i b l e n o t o nl y i n c o n s t r u c t i n g t e c h n i c s b u t a l s o i n e c o n o my p e r f o r ma n c e Ke y wo r d s ：p e r m e a b l e c o nc r e t e； p o l y p r o p y l e n e f i b e r ； c o ns t r u c t i o n； e c n o my P P F透水性混凝土用于路 面材 料 ， 是 在透 水性混 凝土路 面材料基础上 的一种改进 。掺 入聚丙烯纤维有效改善 了透水 性混凝土路面材料的整体性和耐久性 ， 并且不影响其透水透 气 的性能 ， 从 而使这种路面材料更为可行E 1 5 3 。下面主要介绍 P P F透水性混凝土路面 的施工工艺及经济 分析 。 1 P P F透水性混凝土 的路面 施工工艺 P P F透水性混凝 土 的路 面施 工工 艺 与普通 水 泥混 凝 土 路 面施工基本相 同 ， 没有 特殊 的施工 工艺要 求 。只是 需注 意 它的多孔性及聚丙烯纤维对混凝土性能的影响。本文参照混 凝土路面的施工工艺和有关的研究 ， 对 P P F透水性混凝土 路 面施 工的有关 工艺程序和技术要点总结如下 。 1 1 施 工程 序_ 6 - 7 P P F透水性混凝土的路面施工程序如下： 备料和配合 比 设计一 测量放样一基层检验 和整修一 支立模板一拌 和混凝土 一运输混凝土一摊铺混凝土一振捣或压制混凝土一表面整修 一 接缝施工一养护一拆模一填嵌缝料。 1 2 施 工 注意 事项 1 2 1 混凝 土 的拌 和 应准确称量各种材料 ， 水和水泥误差不超过 1 ， 集料 误差不超过 3 。 聚丙烯纤维采用先掺法或后掺法均可 ， 先掺法注意聚 丙烯纤维与粗骨料的强制搅拌时间应适当加长， 以使纤维均 匀分布于骨料 中， 然后再按 普通透 水性混 凝土一 样搅拌 成熟 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 1 1 2 修 回 日期 ： 2 0 1 0 0 3 1 0 作者 简介： 高子兰 ( 1 9 8 2) ， 女 ， 河北井陉人 ， 助教 ， 从事水工结构教学与研究工作。 蔽 7 3 第 8 卷 0 1南水北调 与水利科技 2 0 1 0年 3月 后出料； 后掺法应在混凝土拌和好准备出料前， 加入聚丙烯纤 维， 强制搅拌 2 3 mi n后出料运输。 1 2 2混凝土的运输 和普通混凝土一样采用混凝 土罐车运输 ， 但每罐 的混凝 土运输量不能过少， 以免因混凝土量少而使纤维黏附在罐壁 上 ， 影 响到混凝土的性能质量 。 1 2 3混凝土表面整修 由于掺入聚丙烯纤维后， 混凝土的坍落度明显降低， 振捣 后出浆量相应减少， 应及时进行表面整修抹平， 在抹平过程中 表面可能存在部分纤维影响抹平， 应人工拍打抹平。 1 2 4 压纹和假缝锯割 收面时注意将表层纤维压平一道 ， 再抹两道， 最后必须用 压纹， 不能用拉毛， 以免将纤维带出。 在现场施工温度及条件等相同情况下， 压纹和假缝锯割 应比一般混凝土滞后约 0 5 1 h ， 这样 可避免 因聚丙 烯纤维 的存在而出现缝边的拉毛现象。在施工过程中， 应根据现场 条件进行具体 确定 。 1 3 施工中的试验要求及相关技术分析 为了保证施工质量， 施工时应按普通混凝土路面施工试 验规程进行路面材料抗压和抗弯拉试验。采用施工现场摊铺 的混凝土制备试件， 每 1 0 0 m为一个测段， 各做抗弯拉试件两 组 。抗压试件 采用尺寸为 1 5 0 r n mX1 5 0 minx1 5 0 I T t iT I 试模 ， 抗弯拉试件采用尺寸为 1 5 0 mm1 5 0 m mX 5 5 0 I l l I n试模。 对于分层施工的路面， 试模制备时纤维混凝土在试模中所占 厚度 比例应与路面施工 中所 占厚度 比例相 同 ， 从 而使所用试 验试件与实际施工的路面的强度基本相同。由以上的施工工 艺可 以看出 ， 与普通混凝土路面的施工相 比较 ， 纤维混凝土路 面与普通混凝土路面在施工工艺方面没有太大的区别。 1 3 1 施工机具 P P F透水性混凝土 路面 与普通 混凝士 路面所 用施 工机 具可以完全相同， 主要有施工准备用机具、 范本、 混凝土拌和 机械( 最好用强制式混凝土拌和机) 、 运输机械、 振动棒和平板 式振动器等。需注意的是 ： P P F透水性混凝土路面仍是多孔 混凝土， 应避免振动强度或振动频率太大， 以免使混凝土过于 密实 ， 影响其透水性 。对 于全截面纤维混凝 土路 面， 也可采用 滑模式混凝摊铺机施工。 1 3 2 施 工难 易程度 P P F透水性混凝 土路 面 的施 工程 序与普 通透 水性 混凝 土路面基本相同， 仅仅在拌和混凝土的过程中增加了掺拌纤 维的内容。因此 ， 在施工中基本不存在特殊困难。 可见 ， 在施工方面， P P F透水性混凝土路面是可行 的。 2 经济分析 一 项工程技术的应用是否经济合理， 应从直接经济效益 和间接经济效益两个方面， 利用价值工程原理进行综合分析， 以确定其经济上是 否可行 。 2 1 价值 工程 原理L 8 J 恩格斯说过： “ 价值是生产费用对效用的关系。价值首先 7 4 是用来解决某 种物品是 否就应该 生产 的问题 ， 即这 种物 品的 效用是否抵偿生产费用的问题， 如果两种物品的生产费用相 等， 那么效用就是确定它们的比较价值的决定因素” 。价值可 以表示为 ： 价值 一功能 ： 成本( 或记为 V F C ) ( 1 ) 因此 ， 提高价值可能有以下 5 种形式。 降低成本， 保持功能不变( 即 C ， ) ； 保持成本不 变， 提高功能( 即 ，F十) ； 使成本略有提高， 功能有更大 提高( 即 C十， F十十) ； 使功能少许下降， 成本大幅度下降 ( 即C ， F ) ； 使成本降低， 功能却提高( 即C， F十) 。 2 2 P P F透 水性 混凝 土路 面的成本 分析 2 2 1 材 料成本 分析 很明显， 就相同厚度的普通透水性混凝土路面与 P P F透 水性混凝土路面建造成本而言， 由于掺人了单位体积( 或重 量) 价格比普通透水性混凝土材料价格高得多的聚丙烯纤维， 建造成本也 随之 而增加 。 若假定厚度为 h的普通透水性混凝土路面每平方米的造 价为 C， 则 同样厚度 的 P P F透水性混凝土路面的造价 c ， 为 ： C ：C+ h1 XV XA ( 2 ) 式中： 一纤维掺入率； A 一单价。 在实际应用中， 由于加入纤维后 ， 路面的抗压、 抗弯拉强 度有所增加， 减少路面厚度仍能满足相同的技术要求。因此， 路面厚度减小后纤维混凝土路面的实际造价应为： 一 C一 1 A+ 1 ( 一 A h) X XA ( 3 ) 式中： 一实际造价； A h一厚度减少值； A一透水性混凝土材 料每立 方米 的价格 。 其 它符号意义 同上 。 根据以上的分析， 并参照有关研究成果 ， 可以大致得出采 用不同路面结构的成本及性能结果。根据现有水泥混凝土路 面设计规范规定， 板厚采用试算法确定， 只要荷载应力和温度 应力之和在 1 0 3 c m和 0 9 5 c m范围之内， 初估厚度即可做 为设计厚度。近几年来， 普通混凝土路面面板一般设计为 2 4 c m厚。从现有试验数据和实践来看， 纤维透水性混凝土路面 一 般设计为 6 c m( 透水砖) 或 1 8 c m( 现浇混凝土路面) ， 能得 到相同的使用效果。这里只做 1 8 c m现浇 P P F透水性混凝 土路面与 2 4 C F f l 普通混凝土路面的比较。 聚丙烯纤 维按 1 2 k g m3 掺 入透水性 混凝土 ， 1 k g价格 为 7 O元。从对比数据来看， P P F透水性混凝土比普通透水性 混凝土造价都高， 但从抗折、 抗压强度上来比， 抗折、 抗压强度 会有所提高； 从使用性能来讲， P P F透水性混凝土的抗冻性 和整体性也都有较大改善。 按一般普通混凝土路面面板厚度计算。 一 条 8 m宽的普通透水性混凝土厚 2 4 c m， 每 k m造价 为 ： 8 mX0 2 4 mX 1 0 0 0 mXC一 1 9 2 0 C( 元 ) 式 中 ： C 普通透水性混凝土的成本价格 ， C 2 8 0元 m。 ； 等宽的P P F透水性混凝土厚 1 8 c m全掺入时， 每 k m造 价 为： 高子兰等 透水性聚 丙烯纤维混凝 土路面施工工 艺及 经济性分析 8 0 1 8 1 0 00 ( C+ 1 2 7 O)一 1 44 0C十 1 20 96 0 ( 元 ) P P F透水性 混凝 土 比普 通 透水 性 混凝 土每 k m 大 概 节 约 ： 4 8 0 C一 1 2 0 9 6 0 = 1 3 4 4 0( 元 ) P P F透水性 混 凝 土 由于所 用空 隙大 ， 即 比重 小 。显 然 P P F透水性 混凝土 比 P P F普通 透水性 混凝 土路 面 的成本 要 低 的多 。 2 2 2 全寿命期综合成本分析 路面的全寿命综合成本包括材料费用 、 施工及管理费用 及养护管理费用等。P P F透水性混凝土路面与普通透水性 混凝土路 面相 比较 ， 由于施工程序稍 有变 化 ， 施工技术要求 略 高 ， 从而导至其 材料 费用 和施 工 费用 及管 理 费用 相应 增加 。 但 由于纤维 混凝 土路面具 有更为 优 良的性能 ， 在设 计寿命 期 内， 养护管理费用一般明显下降。 美国交通筑路联合会 1 9 8 5年 7月在宾西法尼亚州的 “ 3 2 2 ” 公路上铺设了 1 5 k m实验路段( 聚丙烯纤维混凝土路 面) - 9 ， 经对比发现， 在使用 6 年后 ， 聚丙烯纤维路面使用情况 良好 ， 无明显 的需要维修 的损坏 ， 而对 比的普通混凝 土路面 出 现明显 的断裂 ， 且 高度 磨损 ， 需进 行大 修。 因此 ， 虽 然纤维 混 凝土路面比普通混凝土路面的建设费用( 成本) 高， 但全寿命 综合成本一般比普通混凝土路面要低。而对于透水性混凝土 路 面 ， 也是一样 的。 2 3 经 济效 益分析 参照交通部 公路建设项 目可行性研究报告编制办法 中 的规定 ， 公路项 目经济 效益 的组 成包 括 ： 运输 成 本降 低 的效 益 、 运输时 间节约 的效 益 、 运输事 故减少 的效益 、 运 输里程 缩 短的效益、 促进国民经济发展的效益、 提供就业机会的效益 、 治理环境污染的效益 以及提高运输质量 和信誉 的效益 。 聚丙烯纤维的掺入明显改善了透水性混凝土的表面质量 和整体性能， 上述各项效益中运输时间节约的效益、 运输事故 减少的效益 、 促进国民经济发展的效益、 治理环境污染的效益 理 论上是增 加无疑的 。 可见， 与普通透水性混凝土相比， 采用 P P F透水性混凝 土路面， 直接经济效益是可观的。 2 4社会 效 益分析 公路是公共基础设施 ， 正所谓“ 一家修路， 万家使用” ， 是 国家重点扶持的基础设施建设项 目， 公路质量的好坏直接 影 响着党在 人 民群 众 中 的形 象 ， 社 会 效益 土 要 表现 在 以 下 几方 面。 聚丙烯纤维的无腐蚀性 ， 克服了因钢筋混凝土路面钢 筋诱蚀而增加养护成本 的缺 点 ， 使公路使用寿命增加 ， 大大降 低了养护成本； 由于路面质量经久耐用， 给旅客和货物运输创 造了条件， 车速的提高降低了运输成本； 交通的便利和环境的 改善 ， 增 强了公路部 门和党在人 民群众 中的威信 。 如 1 1 2 所述透水 性混凝 土路 面的诸 多优 点 ， 它 不仅 吸声减躁 、 避免眩光 ， 改 善了交通运输 环境 ； 通透地气 ， 改善城 市热湿环境 ， 缓和“ 城市 干燥 化” 和“ 城 市热岛效应” ； 还能减少 城市洪水， 补充地下水资源， 实现生态还原。这些都是 P P F 透水性混凝土路 面的无 形效益 。 总之 ， 高质量公路路面使用的社会效益是难以直接核算 的， 但它的表现是十分 明显 的。 3结语 分析表明透水性聚丙烯纤维混凝土在施工工艺和经济上 都是可行的。透水性聚丙烯纤维混凝土路面的应用能体现 “ 与环境共生” 的理念和“ 可持续发展” 的要求， 有利于实现人 与 自然和谐发展 的理想 目标 。 参考 文献 ： 1 王娇娜 透水性聚丙烯纤维混凝土试验研究 D 3 邯郸： 河北工 程大学 ， 2 0 0 8 2 杨善顺 环境友好型混凝 土透 水性混凝 土 J 混凝 土与水 泥制品 ， 2 0 0 4 ， ( 1 ) ： 3 6 3 9 3 王波 透水性硬化路面及铺地 的应用前景 l- J 建筑 技术 ， 2 0 0 2 ， ( 9) ： 6 5 9 6 6 0 4 徐健达 ， 陈桁 ， 吕伟 民 ， 等 低 噪声透 水性 沥青路 面应用 J 公 路 ， 1 9 9 8 ， ( 1 ) ： 1 4 1 8 5 赵志缙， 赵帆 新型混凝土及施工工艺 M 北京： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 5 6 廖宪廷 ， 倪建华 ， 王依民 改性 聚丙烯纤 维在水 泥混凝土 中的应 用 J 江苏纺织 ， 1 9 9 9 ， ( 1 0 ) ： 9 - 1 1 7 马华堂 纤维混凝土的力学性能及其 在路面工程 中的应用 D 大连 ： 大连理工大学 ， 2 0 0 2 8 徐健达 ， 陈桁 ， 吕伟 民 ， 等 低 噪声透 水性 沥青路 面应用 E J 公 路 ， 1 9 9 8 ， ( 1 ) ： 1 4 1 8 9 F i b e r Re in f o r c e d C o n c r e t e ： Me c h a n i c P r o p e r t ie s a n d Ap p l i c a t i o n b y S w a my R NE J Th e I n d i a n C o n c r e t e J o u rna l ， 1 9 7 4 ， 4 8 ( 1 ) 箍8 蔽鬻 慕 7 5