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        填充材料在模板設(shè)計(jì)使用中的可行性分析

        2012-12-28 16:13:14張世平
        關(guān)鍵詞:聚苯鋼模板聚苯乙烯

        張世平

        近年來(lái),隨著國(guó)內(nèi)高速軌道交通建設(shè)的全面展開,高架鐵路橋梁已成為鋼制大模板的主要消費(fèi)群體之一。由于地理環(huán)境的差異性,加之各設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)橋墩時(shí)的不同設(shè)計(jì)習(xí)慣,造成而今橋梁模板形式多樣,尺寸差異明顯。這直接導(dǎo)致了模板在使用過(guò)程中重復(fù)利用率低下,生產(chǎn)成本提高。通常在一個(gè)工程結(jié)束后,模板就失去了其使用價(jià)值,只能當(dāng)作廢鐵回收,導(dǎo)致極大的資源浪費(fèi)。與此同時(shí),鋼制模板在進(jìn)行曲面加工時(shí)存在一定難度,并且加工精度是一個(gè)一直存在的問(wèn)題,加工余料浪費(fèi)嚴(yán)重。可見,如果可以使用鋼制模板作為外圍框架,在內(nèi)部采用其他材料進(jìn)行填充以達(dá)到施工要求,可大大簡(jiǎn)化模板的生產(chǎn)過(guò)程。并且,在使用填充材料后,外圍模板框架可以進(jìn)行重復(fù)利用,減少不必要的浪費(fèi)。

        一、國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

        隨著國(guó)內(nèi)大部分公路、鐵路橋梁清水墩柱應(yīng)用的推廣,施工單位為提高質(zhì)量,做到內(nèi)實(shí)外美,增強(qiáng)墩柱的外觀效果,基本上都根據(jù)墩柱外形定制墩柱鋼模,采用泵送混凝土澆筑墩身,墩柱無(wú)論從外觀上還是從內(nèi)在質(zhì)量上都能達(dá)到期望效果,并且由于鋼模周轉(zhuǎn)率高,可多次使用降低成本,所以墩柱澆筑采用鋼模板這一施工方法得到廣泛的認(rèn)可。

        墩柱鋼模板的截面有圓形、圓端形、圓臺(tái)形、雙曲線形等,分模一般根據(jù)脫模簡(jiǎn)便性分成1/2或1/4圓角方式,高度則根據(jù)施工圖與進(jìn)度要求而定。早年間,大部分橋梁施工單位為增加鋼模的再次利用率,一般把墩柱模板的高度定在1~1.5m,最高2m以內(nèi)。近年來(lái),為使墩柱澆筑后達(dá)到圓順光滑無(wú)接縫錯(cuò)臺(tái),施工單位則采取一柱到頂立模泵送混凝土的方法,最高可達(dá)30m以上。

        墩帽部分模板多數(shù)為變截面構(gòu)造,其中雙曲、天方地圓等結(jié)構(gòu)較為常見。上述兩種墩帽都屬于截面形狀變化明顯,圓弧部分多,模板面板需要多塊板材進(jìn)行拼接,圓弧部分材料利用率很低。且由于墩帽部分變化較多,常在同一個(gè)工程中出現(xiàn)三種以上不同尺寸,形狀不同也就致使了墩帽部分不能倒用,導(dǎo)致很大程度上的浪費(fèi),墩帽模板很難有二次利用的機(jī)會(huì),通常都是一個(gè)工程段結(jié)束后當(dāng)作廢鋼賣掉。

        二、材料選擇

        在材料選擇方面,為了方便施工,宜采用輕質(zhì)材料作為填充材料,以降低施工強(qiáng)度。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平,較為合理的選擇是采用工程塑料或發(fā)泡塑料作為填充材料。

        將填充材料用于墩柱模板應(yīng)用首先應(yīng)考慮模板加工企業(yè)是否具備熱塑性加工能力,優(yōu)先選取一些便于冷加工切割成型的材料。或者選擇價(jià)格相對(duì)合理的塑料,外協(xié)加工。冷加工方式在填充材料加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多切削量,適宜選用成本較低的材料進(jìn)行加工。選擇外協(xié)加工則需要有較為便捷的供貨渠道。

        國(guó)內(nèi)部分公司已采用了EPS做填充材料進(jìn)行較難形狀的加工或是應(yīng)用在混凝土表面以達(dá)到某些外觀效果,該嘗試達(dá)到了不錯(cuò)的效果。

        1.聚苯乙烯泡沫塑料

        泡沫塑料成本較低,常溫下進(jìn)行切割等方式加工較為容易。鑒于其耐久性較低,易破壞的特質(zhì),可以加工多套備用,以便于施工。聚苯乙烯泡沫塑料分為膨脹性EPS和連續(xù)性擠出型XPS兩種。

        (1)EPS(聚苯材料)本身材質(zhì)原因,易于切割,可以利用數(shù)控加工技術(shù)成型,且能保證其尺寸準(zhǔn)確性。但聚苯乙烯的整體密度離散性較大,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的存放后會(huì)造成尺寸不均勻變化,所以聚苯材料在加工之前應(yīng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的陳化。

        聚苯材料其表面較粗糙,不滿足清水混凝土施工要求。若投入使用,應(yīng)在其表面加鋪一層光滑表面,這樣可以降低混凝土澆注過(guò)程中對(duì)填充材料產(chǎn)生破壞的可能。拆模時(shí)工人施工不夠仔細(xì)同樣會(huì)影響填充材料的使用壽命,產(chǎn)生一些不必要的浪費(fèi)。

        聚苯材料EPS本身密度小,便于施工,但其抗沖擊能力較差,受到集中應(yīng)力時(shí)極易破損,所以使用聚苯作為填充材料首先要考慮如何進(jìn)行保護(hù)。

        成型后的苯板在施工過(guò)程中的拆裝同樣是個(gè)問(wèn)題,如何運(yùn)輸、如何保持其完整性都需要考慮在內(nèi)。苯板自身重量很輕,成型后不能磕碰擠壓,需要很大空間。與模板一起運(yùn)輸時(shí)必須保證其不被破壞,同時(shí)要考慮空間利用率,降低運(yùn)輸成本。

        (2)XPS板與EPS板材相比,是第三代硬質(zhì)發(fā)泡保溫材料,從工藝上它克服EPS板繁雜的生產(chǎn)工藝,具有EPS板無(wú)法替代的優(yōu)越性能。它是由聚苯乙烯樹脂及其它添加劑經(jīng)擠壓過(guò)程制造出的擁有連續(xù)均勻表層及閉孔式蜂窩結(jié)構(gòu)的板材,這些蜂窩結(jié)構(gòu)的厚板,完全不會(huì)出現(xiàn)空隙,這種閉孔式結(jié)構(gòu)的材料可具有不同的壓力 (150-500kPa)同時(shí)擁有經(jīng)久不衰的抗壓性能,抗壓強(qiáng)度可達(dá)220-500kPa。XPS板的完全閉孔式發(fā)泡化學(xué)結(jié)構(gòu)與其蜂窩狀物理結(jié)構(gòu),使其具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度的特性,便于切割、運(yùn)輸,且不易破損、安裝方便。

        2.塑料

        較泡沫塑料而言,使用塑料相對(duì)成本較高,所以要采取內(nèi)部中空,與鋼模板間進(jìn)行填充或支撐的形式。如果進(jìn)行回收利用,則必須對(duì)表面進(jìn)行保護(hù)。新拌混凝土為堿性,選取材料時(shí)要考慮耐腐蝕性。且混凝土中有大量石子砂子,可能對(duì)塑料表面造成磨損破壞。出于耐久性考慮,需在上面加一層鐵皮進(jìn)行保護(hù)。

        (1)POM (聚甲醛)是一種堅(jiān)韌有彈性的材料,即使在低溫下仍有很好的抗蠕變特性、幾何穩(wěn)定性和抗沖擊特性。POM既有均聚物材料也有共聚物材料。均聚物材料具有很好的延展強(qiáng)度、抗疲勞強(qiáng)度,但不易于加工。共聚物材料有很好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性并且易于加工,且具有較高的屈服強(qiáng)度。POM具有較好的綜合性能,在熱塑性塑料中是最堅(jiān)硬的,是塑料材料中力學(xué)性能最接近金屬的品種之一,其抗張強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、耐疲勞強(qiáng)度、耐磨性和電性都十分優(yōu)良,可在-40度-100度之間長(zhǎng)期使用。但成本較高,約為14000元/噸。

        (2)PS(聚苯乙烯)為無(wú)定形聚合物,是一種易于成型加工的透明塑料,硬度高,比重1.04gm3左右,楊氏模量: (E)3000-3600MPa。聚苯乙烯的價(jià)格便宜,產(chǎn)量高,可以考慮作為填充材料使用。但耐熱性能一般,變形溫度在60~80攝氏度。如采用聚苯乙烯,夏季施工避免陽(yáng)光直射,以免發(fā)生變形。

        (3)HIPS工程塑料。耐沖擊性聚苯乙烯 (HIPS)是由PS加丁二烯改性而成的,因?yàn)镻S的沖擊強(qiáng)度很低,做出的產(chǎn)品很脆,而丁二烯的韌性很好,加入丁二烯后可使PS的沖擊性能提高2~3倍。標(biāo)準(zhǔn)HIPS性能:彎曲強(qiáng)度13.8~55.1MPa;拉伸強(qiáng)度13.8—41.4MPa;斷裂伸長(zhǎng)率為15—75%; 密度1.035—1.04g/ml。 HIPS是最便宜的工程塑料之一,盡管HIPS的沖擊強(qiáng)度比PS的沖擊強(qiáng)度高出很多,但其綜合性能還是不如ABS、PC/ABS等。和ABS、PC/ABS、PC相比,材料的光澤性比較差,綜合性能也相對(duì)差一些。

        三、可行性施工方案假設(shè)

        本方案選擇EPS(發(fā)泡聚苯乙烯)為填充材料,這種材料成本低,加工簡(jiǎn)單,可考慮小周期使用 (3-5個(gè)墩帽一套)。成型方式采用切割法,根據(jù)施工圖的尺寸,在組拼好的發(fā)泡聚苯乙烯上定點(diǎn)、放樣、畫線、切割,并進(jìn)行表面蒙皮處理 (考慮使用鐵皮包裹)。與外部鋼框架接觸部分預(yù)留連接位置。外部鋼模板依據(jù)同一批墩帽的外形尺寸,外形尺寸接近的使用同一套鋼模板。填充材料通過(guò)噴漆編號(hào)進(jìn)行區(qū)分,可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況考慮填充材料配套數(shù)量。填充材料的固定應(yīng)采取限位控制,由于聚苯乙烯泡沫材料局部抗破壞能力較低,所以應(yīng)盡量保證限位部分接觸面積,避免施工過(guò)程中發(fā)生破壞影響使用。

        四、總結(jié)

        綜上所述,從低耗、高效、節(jié)能減排的綜合因素出發(fā),發(fā)泡聚苯乙烯可考慮作為填充材料,在模板行業(yè)中使用有一定的可行性空間,若能批量使用,既可以降低生產(chǎn)成本,也能提高用戶效益。采用填充材料可以彌補(bǔ)并完善現(xiàn)有模板技術(shù)存在的不足,但由于目前填充材料在施工過(guò)程中的使用經(jīng)驗(yàn)還比較少,且偏重于應(yīng)對(duì)某些形狀較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu),如何在橋梁模板施工中廣泛應(yīng)用以及尚存在什么問(wèn)題還需在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中不斷總結(jié)。

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