加 玉 蛟

(解放軍理工大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院，江蘇 南京　210007)

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復(fù)合材料在護(hù)欄應(yīng)用中的發(fā)展現(xiàn)狀

加 玉 蛟

(解放軍理工大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院，江蘇 南京210007)

簡(jiǎn)述了傳統(tǒng)護(hù)欄的優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)對(duì)幾種復(fù)合材料在護(hù)欄中的應(yīng)用分析，研究了玻璃鋼護(hù)欄、PVC護(hù)欄、WPC護(hù)欄的發(fā)展現(xiàn)狀，并總結(jié)了復(fù)合材料護(hù)欄的優(yōu)點(diǎn)，指出復(fù)合材料在護(hù)欄中有廣泛的應(yīng)用前景。

護(hù)欄，復(fù)合材料，玻璃鋼

隨著我國(guó)公路里程數(shù)日益增加，公路安全形勢(shì)也越來(lái)越嚴(yán)峻。護(hù)欄作為一種有效的防撞安全設(shè)施，能夠有效地遏制交通事故，減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。然而傳統(tǒng)的護(hù)欄由于其碰撞吸能少，造價(jià)及后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高昂，且難以回收再利用，造成不必要的浪費(fèi)，很難滿足護(hù)欄的發(fā)展需求。新型復(fù)合材料能夠克服傳統(tǒng)護(hù)欄材料的缺陷，降低成本，有效地提高護(hù)欄的防撞性能。因此，運(yùn)用復(fù)合材料制造道路防撞護(hù)欄將是大勢(shì)所趨。

1　傳統(tǒng)材料護(hù)欄

傳統(tǒng)的護(hù)欄采用的材料有木材、鐵、鋼材和混凝土。這些材料制作的護(hù)欄的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

傳統(tǒng)防撞護(hù)欄吸能能力差、造價(jià)與維修費(fèi)用高且不能循環(huán)利用，使之逐漸被其他材料所替換。

表1　傳統(tǒng)護(hù)欄優(yōu)缺點(diǎn)

2　復(fù)合材料護(hù)欄

復(fù)合材料[1]是通過(guò)結(jié)合有機(jī)高分子、無(wú)機(jī)非金屬等幾種不同類型的材料經(jīng)過(guò)復(fù)雜的合成工藝所得到的新型材料，它不僅能夠保持原有材料所具有的優(yōu)點(diǎn)，又能通過(guò)合成效應(yīng)產(chǎn)生原有材料不具有的優(yōu)良性能。相比較傳統(tǒng)的鐵、不銹鋼等材料，復(fù)合材料具有比強(qiáng)度、比模量高、耐腐蝕性強(qiáng)、耐高溫、具備可設(shè)計(jì)性、容易加工成型等優(yōu)點(diǎn)，其更有利于新型護(hù)欄的研究開發(fā)，提高護(hù)欄的安全性能。

1)玻璃鋼(GFRP)護(hù)欄。玻璃鋼[2,3](Glass Fiber Reinforced Plastic)俗稱玻璃纖維增強(qiáng)塑料，具備質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、易于設(shè)計(jì)成型、工藝性能好、后期維修成本低等優(yōu)點(diǎn)，但剛性不強(qiáng)，非常適合于用來(lái)制作護(hù)欄，與傳統(tǒng)的鋼制護(hù)欄對(duì)比，其具有較高的性價(jià)比，且通過(guò)工藝的改進(jìn)，可以繼續(xù)提高其性價(jià)比，使得針對(duì)玻璃鋼護(hù)欄的研究前景更加廣闊。早在20世紀(jì)，國(guó)外就針對(duì)玻璃鋼材料進(jìn)行了研發(fā)，并成功在道路護(hù)欄中應(yīng)用，W. G. Davids[4]運(yùn)用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)筋代替鋼進(jìn)行了車輛撞擊時(shí)的拉伸力測(cè)試試驗(yàn)，測(cè)試證明FRP加固護(hù)欄能夠通過(guò)整車碰撞試驗(yàn)。國(guó)內(nèi)發(fā)展起步較晚，但發(fā)展十分迅猛。發(fā)表了20余種有關(guān)玻璃鋼護(hù)欄的專利，如伊路平等[5]提出一種新型護(hù)欄為組裝連接結(jié)構(gòu)，玻璃鋼管及連接件可在工廠內(nèi)批量化生產(chǎn)，安裝時(shí)，只需將玻璃鋼管用連接件連接起來(lái)即可。玻璃鋼護(hù)欄在上海浦東機(jī)場(chǎng)北通道華夏路高架、浦東中環(huán)線高架等道路使用[6]，外環(huán)線浦東段防撞護(hù)欄采用的玻璃鋼材質(zhì)，起到了很好的防撞效果，且該路段曾榮獲上海市市政工程金獎(jiǎng)、中國(guó)市政工程金杯獎(jiǎng)[7]。

2)PVC護(hù)欄。PVC(Polyvinyl chloride)護(hù)欄也叫作塑鋼護(hù)欄，在20世紀(jì)90年代由韓國(guó)率先研發(fā)了一系列的PVC護(hù)欄產(chǎn)品。它采用了PVC塑料作為護(hù)欄的外殼，然后在內(nèi)部配置適量的鋼筋或鋼絞線，合成特定的復(fù)合材料，使其在應(yīng)用中共同參與受力。它有許多優(yōu)良的特性：強(qiáng)度高；富有彈性、抗沖擊性能好；無(wú)需噴漆和維護(hù)保養(yǎng)；安裝便捷；耗材少，成本低；成型性能好；裝飾效果極佳、美觀醒目。如今生產(chǎn)的PVC護(hù)欄種類繁多，廣泛應(yīng)用于建筑、道路、橋梁等領(lǐng)域。呂江，金成浩研發(fā)了一種公路用PVC吸能防護(hù)欄，防護(hù)欄主體做成馬鞍的形狀，內(nèi)部挖空，在內(nèi)表面設(shè)置適量均勻且相互獨(dú)立的泄壓腔，在中間安裝支撐骨架。應(yīng)用了泄壓腔和支撐骨架結(jié)構(gòu)的防護(hù)欄，其吸能性得到了很大的提高，當(dāng)失控車輛與之產(chǎn)生碰撞時(shí)，能夠及時(shí)有效地吸收所產(chǎn)生的沖擊力，緩解交通事故的嚴(yán)重性，減少人員傷亡[8]。在工程應(yīng)用中，PVC護(hù)欄主要應(yīng)用在道路路側(cè)景觀護(hù)欄，學(xué)校、公園等公共場(chǎng)所，起裝飾和美觀的作用。

3)WPC護(hù)欄。WPC(Wood Plastic Composite)俗稱塑木復(fù)合材料，是國(guó)內(nèi)外新興的一種復(fù)合材料，主要應(yīng)用聚乙烯、聚氯乙烯等高分子材料，替代常用的樹脂膠粘劑，再加上50%以上的木屑、農(nóng)作物秸稈等廢棄植物纖維混合而成的木質(zhì)材料，再通過(guò)擠壓、模壓、注射成型等塑料加工工藝制造的板材或型材。其原材料來(lái)源廣泛，幾種材料進(jìn)行復(fù)合，擁有眾多優(yōu)點(diǎn)：無(wú)污染、安全環(huán)保、良好的強(qiáng)度性能、著色性良好、抗老化、不易變形、材料可回收利用、成本低、安裝便捷、易于成型等，是制作護(hù)欄的優(yōu)良選材。在具體應(yīng)用方面，美國(guó)ASTM委員會(huì)對(duì)WPC產(chǎn)品中產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的鋪板和護(hù)欄制定并頒布了D7032《塑木復(fù)合材料鋪板和護(hù)欄體系(護(hù)欄或扶手)性能評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》[9]；美國(guó)國(guó)際規(guī)范協(xié)會(huì)ICC(International Code Council)在建筑行業(yè)規(guī)范中《AC174鋪板跨距等級(jí)和護(hù)欄體系(護(hù)欄和扶手)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》[10]。 在日本，塑木復(fù)合材料在高速公路護(hù)欄中的應(yīng)用占了總產(chǎn)量的10%。國(guó)內(nèi)，在北京奧運(yùn)會(huì)、上海的世博會(huì)公共設(shè)施已經(jīng)大面積的使用了這種新材料，塑木護(hù)欄用于保障安全與裝飾美化，在景區(qū)內(nèi)非常常用，如棧橋上、建筑物平臺(tái)上，以及用在花壇或苗圃等地方的柵欄性護(hù)欄。

4)其他材料護(hù)欄。除了以上幾種復(fù)合材料制作的護(hù)欄，也有其他的復(fù)合材料應(yīng)用于護(hù)欄，如PP護(hù)欄，這種復(fù)合新材料強(qiáng)度和傳統(tǒng)的鋼、鐵護(hù)欄不相上下，但耐久性能、抗沖擊性能等優(yōu)于傳統(tǒng)材料，且能夠進(jìn)行回收利用，可在道路護(hù)欄中推廣應(yīng)用；PE護(hù)欄，具有良好的沖擊性，但強(qiáng)度不高，在實(shí)際應(yīng)用中需要添加增強(qiáng)材料；ABS復(fù)合材料綜合性能良好，價(jià)格中等，在汽車防撞護(hù)欄上應(yīng)用較多。

3　結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展，防撞護(hù)欄也急需改進(jìn)，而復(fù)合材料護(hù)欄作為一種新型材料護(hù)欄，與傳統(tǒng)的護(hù)欄相比，具備良好的塑性、耐腐蝕性能強(qiáng)、較強(qiáng)的抗沖擊性能、更為安全環(huán)保、性價(jià)比優(yōu)良等特點(diǎn)，必然將成為護(hù)欄材料的首要選擇。研發(fā)新型復(fù)合材料護(hù)欄有望改變我國(guó)護(hù)欄材料的應(yīng)用現(xiàn)狀，具有重要的社會(huì)意義、經(jīng)濟(jì)意義和良好的發(fā)展前景。

[1]胡保全.先進(jìn)復(fù)合材料[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2013.

[2]李可，陳攀，張曉哲.道路復(fù)合材料防撞護(hù)欄研究進(jìn)展[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013(11)：123-124.

[3]王耀先，歐國(guó)榮.玻璃護(hù)欄的開發(fā)研究[A].第十一屆玻璃鋼/復(fù)合材料學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].1995.

[4]W. G. Davids, J. K. Botting, M. Peterson. Development and structural testing of a composite-reinforced timber highway guardrail[J].Construction and Building Materials，2006(20):733-743.

[5]伊路平，趙玉巖，宋常利，等.組合式玻璃鋼護(hù)欄[P].中國(guó)專利:CN202249150U,2012.

[6]馮雪鋒，魏東海.談玻璃鋼制品在公路交通安全設(shè)施中的應(yīng)用[J].市政·交通·水利工程設(shè)計(jì),2010(8):111-113.

[7]計(jì)國(guó)慶.玻璃鋼復(fù)合材料應(yīng)用于道路護(hù)欄的可行性研究[C].“SMEDT”2006《城市道橋與防洪》全國(guó)高峰論壇專輯，2006:49-50.

[8]呂江，金成浩.公路用PVC吸能防護(hù)欄[P].中國(guó)專利:CN201092657,2008.

[9]Standard Specification for Es-tablishing Performance Ratings for Wood-Plastic Composite Deck Boards and Guardrail Systems(Guards or Hand-rails).

[10]AC174 ACCEPTANCE CRI-TERIA FOR DECK BOARD SPAN RATINGS AND GUARDRAIL SYSTEMS(GUARDS AND HAND-RAILS) (Approved January 2012).

The development current situation of composite materials in fence application

Jia Yujiao

(FieldEngineeringInstitute,ThePLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)

Briefly described the advantages and disadvantages of traditional fence, through analyzing the application of several kinds of composite materials in the guardrail, mainly researches the current development state of GFRP guardrail, PVC guardrail, WPC guardrail, summarizes the advantages of composite materials guardrail, concludes the composite material has a broad application prospect.

guardrail, composite materials, Glass Fiber Reinforced Plastic

1009-6825(2016)08-0144-02

2016-01-04

加玉蛟(1989- )，男，在讀碩士

TU599

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