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国际新闻

世界最大纤维增强混凝土浇筑项目使用1.1万千米玻纤加强筋
来源:中国国际复材展组委会编译  2021-01-11 12:14:18
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原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-244-10377.html       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,洪水的泛滥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,但由于吉赞经济城滨海的地理位置,当其在极端暴风雨天气和海浪冲袭的双重影响下开裂,使海水侵入并腐蚀内部钢筋结构时,会快速老化。

       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。

       根据计算,这座长23千米,宽80米的泄洪渠,将使用大约1.1万千米的玻纤加强筋,帮助其成为复合材料加强筋在全球范围内规模最大的应用案例,标志着后者在投入商用40余年后,终于成功打入主流基建行业的应用范畴。

       项目采用的是由新西兰Pultron Composites公司研发、美国Mateenbar公司生产的玻纤复材加强筋,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。


       “我们的复合材料加强筋品质稳定、产量高,而且不产生任何VOC排放物。”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玻璃纤维和Mateenbar公司自主研发的环氧-乙烯基酯树脂,把刚度、强度和耐用性能发挥到了极致,性能远胜于以环氧-聚酯树脂生产的同类产品。”

       当螺纹加工完成后,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的初始长度最高可达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:“每一根线性加强筋的直径大约为0.75英尺(约合0.229米),拉伸模量8,700 ksi (60 GPa)。而其采用的玻纤原材料的拉伸模量约为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,凭借独特的专有技术,通过采用不同的树脂和工艺方法,我们成功解决了这一难题,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放,以圆管支撑确保高度适宜,以不锈钢进行捆绑。


       第六步:自上而下浇筑混凝土,填满并压实、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集团使用,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容易,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。不加以清理会严重影响项目效果。”

       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。“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月完成了最后一批加强筋的供应,泄洪渠随即宣布完工。”

 
竣工后的复合材料增强混凝土泄洪渠将帮助洪水远离主要道路和工业设施

       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,玻纤加强筋拉伸强度更高,但拉伸模量却略有不足,具有一定的弹性。在钢筋设计方案中,钢筋的需求量主要由其拉伸强度确定,而在玻纤加强筋设计方案中,需求量主要由其拉伸模量决定。当加强筋数量达到要求时,会发现结构的强度超出了设计的需要。

       决定二者取舍的另一个重要考量是加强筋的形状。Crofts指出,在吉赞项目中,加强筋的直线型-弯折型比例约为3:10。如果采用钢筋,其弯折作业多是在现场完成,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。“从供应链角度考虑这将成为一个挑战,”Croft表示,“我们认为拥有毗邻施工地的生产工厂是非常重要的。”

       “如果以单位重量计算二者的成本,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。若以单位长度计算二者的成本,玻纤加强筋将更具优势。”

       “吉赞泄洪渠项目是第一个对钢筋说‘不’的大型基建项目,”Croft表示,“项目组对结构进行了严密的设计,泄洪渠的期待使用寿命超过了100年。”就在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面临这海水侵蚀的危害。”Croft表示。

       同时,咨询工程公司和终端用户看到了玻纤加强筋的巨大商用价值,他们正在合作建立质量性能标准。

文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-244-10377.html