沙特阿美石油公司在城內(nèi)工業(yè)區(qū)興建了大型煉油廠，日加工原油40萬桶。然而，苦于城內(nèi)落后的排水系統(tǒng)，項(xiàng)目遭受到來自強(qiáng)季雨和洪水的威脅。不僅如此，水澇也嚴(yán)重影響到城內(nèi)居民的正常生活。

 

    為此，沙特阿美公司決定在煉油廠周圍興建規(guī)模巨大的泄洪渠。

    傳統(tǒng)意義上的泄洪渠以鋼筋混凝土澆筑而成，但由于吉贊經(jīng)濟(jì)城地處臨海，當(dāng)其在極端暴風(fēng)雨天氣和海浪沖襲的雙重影響下開裂，海水會(huì)侵入并腐蝕內(nèi)部鋼筋結(jié)構(gòu)，加速其老化。

 

    出于這種考慮，項(xiàng)目組決定用復(fù)合材料加強(qiáng)筋替代鋼筋作為混凝土的增強(qiáng)材料。

 

    項(xiàng)目組計(jì)算，這座長(zhǎng)23000米，寬80米的泄洪渠，將使用大約11000千米的玻纖加強(qiáng)筋，使其一舉成為復(fù)合材料加強(qiáng)筋在全球范圍內(nèi)最大的規(guī)模應(yīng)用案例，也標(biāo)志著復(fù)材加強(qiáng)筋在投入商用40余年后，終于成為主流基建項(xiàng)目的選用材料。

 

    項(xiàng)目采用的玻纖加強(qiáng)筋采購(gòu)自3家供應(yīng)商，其中的50%由新西蘭Pultron Composites公司研發(fā)、美國(guó)Mateenbar公司生產(chǎn)，其生產(chǎn)過程分為六步。

 

  第一步：玻纖入模，在閉模環(huán)境下注入樹脂。

  第二步：通過拉擠工藝生產(chǎn)出最長(zhǎng)80英尺（約合22.4米）的玻纖增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料拉擠棒。

  第三步：螺紋加工，以便更好地與混凝土界面結(jié)合。

    “我們的復(fù)材加強(qiáng)筋品質(zhì)穩(wěn)定、產(chǎn)量高，沒有任何VOC排放。”Mateenbar公司首席執(zhí)行官Nick Crofts表示說，“它的尺寸偏差小于1%。整個(gè)生產(chǎn)過程中，不會(huì)有樹脂滴落在地板上，也不會(huì)在空氣中看到揚(yáng)起的灰塵。它采用了歐文斯科寧公司提供的ECR玻纖和Mateenbar公司自主研發(fā)的環(huán)氧-乙烯基酯樹脂，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)的剛度、強(qiáng)度和耐用性，綜合性能遠(yuǎn)勝于以環(huán)氧-聚酯樹脂生產(chǎn)的同類產(chǎn)品。”

 

    螺紋加工完成后，加強(qiáng)筋表面被包裹了一層樹脂薄膜，用于進(jìn)一步加強(qiáng)表面性能。“Mateenbar拉擠棒的初始長(zhǎng)度可達(dá)80英尺（約合22.4米），大多數(shù)建筑項(xiàng)目會(huì)將其切成40英尺（約合11.2米）的長(zhǎng)度進(jìn)行使用。”

 

    Crofts進(jìn)一步解釋說：“每一根直線型加強(qiáng)筋的直徑大約為0.75英寸（約合1.9厘米），拉伸模量8,700 ksi (60 GPa)。而其采用的玻纖原料的拉伸模量約為11,600-ksi (80-GPa)，這意味著該產(chǎn)品的纖維含量非常高，若以重量計(jì)算超過了80%。同時(shí)，這也意味著它難以彎折。不過，憑借獨(dú)有的樹脂和工藝方法，我們成功地在高模量的條件下生產(chǎn)出彎折型玻纖復(fù)材加強(qiáng)筋。”

 

   第四步：彎折，并運(yùn)往施工地點(diǎn)。

   第五步：根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行鋪設(shè)，下以圓管支撐，確保高度適宜，間以不銹鋼絲捆綁固定。

   第六步：自上而下澆筑混凝土，填滿、壓實(shí)、擠出氣泡。

    生產(chǎn)完成后，加強(qiáng)筋被運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)，交付給承包商沙特Al Yamama集團(tuán)，在施工過程中展現(xiàn)出復(fù)合材料加強(qiáng)筋的另一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)：易于安裝。“由于重量?jī)H為鋼筋的25%，復(fù)合材料加強(qiáng)筋的搬運(yùn)和定位都更為方便，需要的人手也更少。”

 

    當(dāng)進(jìn)入混凝土澆筑環(huán)節(jié)時(shí)，鋪設(shè)加強(qiáng)筋的工人才發(fā)現(xiàn)，混凝土澆筑的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上加強(qiáng)筋鋪設(shè)的速度，不得不停下來等待。“這很重要，因?yàn)槿绻蝗唤涤?，海水?huì)將大量沙子卷入泄洪渠內(nèi)，如果不加以清理會(huì)嚴(yán)重影響泄洪效果。” 

 

    全部澆筑完成并壓出所有氣泡后，需要花費(fèi)數(shù)周時(shí)間等待其慢慢凝固。“在這些環(huán)節(jié)中，復(fù)合材料加強(qiáng)筋和鋼筋并無殊異。”Crofts表示，“我們?cè)?020年1月發(fā)出了最后一批加強(qiáng)筋，泄洪渠隨即宣布完工。”

   設(shè)計(jì)、成本和展望

 

    盡管為項(xiàng)目帶來諸多便利，但Crofts仍然表示玻纖加強(qiáng)筋無法直接取代鋼筋制品，如何取舍必須遵循設(shè)計(jì)方案的要求。玻纖加強(qiáng)筋多適用于ACI 440標(biāo)準(zhǔn)，不適用ACI318標(biāo)準(zhǔn)。如果采用后者，鋼筋混凝土無疑將更勝一籌。

 

    Crofts指出，與鋼筋相比，玻纖加強(qiáng)筋具有一定的彈性，拉伸強(qiáng)度更高，但拉伸模量卻略有不足。在鋼筋設(shè)計(jì)方案中，鋼筋的需求量主要由其拉伸強(qiáng)度決定；而在玻纖加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)方案中，玻纖加強(qiáng)筋的需求量主要由其拉伸模量決定，當(dāng)加強(qiáng)筋數(shù)量達(dá)到要求時(shí)，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度早已超出了設(shè)計(jì)的需要，其耐久性也得到了充分保證。

 

    決定二者取舍的另一個(gè)重要因素是加強(qiáng)筋的形狀。Crofts指出，項(xiàng)目中加強(qiáng)筋的直線型-彎折型比例約為3:10。如果采用鋼筋，其彎折作業(yè)多在現(xiàn)場(chǎng)完成，而Mateenbar玻纖加強(qiáng)筋的彎折全部是在工廠控制條件下完成，而后送至現(xiàn)場(chǎng)直接使用的。“考慮到項(xiàng)目要是隨時(shí)可能發(fā)生變化，從供應(yīng)鏈角度考慮這種模式存在一定問題，”Croft表示，“因此，擁有一座毗鄰施工地點(diǎn)的工廠對(duì)于我們而言非常重要。”

 

    “如果以重量為單位計(jì)算二者的成本，會(huì)發(fā)現(xiàn)玻纖加強(qiáng)筋的成本高出鋼筋3-4倍，因?yàn)椴＠w加強(qiáng)筋的密度僅為后者的四分之一。但若以長(zhǎng)度為單位進(jìn)行計(jì)算，會(huì)發(fā)現(xiàn)玻纖加強(qiáng)筋的優(yōu)勢(shì)非常顯著。”

 

    “吉贊泄洪渠項(xiàng)目是第一個(gè)對(duì)鋼筋說‘不’的大型基建項(xiàng)目，”Crofts表示，“項(xiàng)目組對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了嚴(yán)密的設(shè)計(jì)，泄洪渠的設(shè)計(jì)使用壽命超過了100年。”

 

    當(dāng)玻纖加強(qiáng)筋在中東地區(qū)快速增長(zhǎng)的同時(shí)，北美市場(chǎng)也在不斷成熟。“因?yàn)榇罅垦睾５姆篮閴蜆蛄涸O(shè)施都存在被海水侵蝕的風(fēng)險(xiǎn)。”Crofts表示說。

 

    與此同時(shí)，咨詢工程公司和終端用戶也看到了玻纖加強(qiáng)筋的巨大商用價(jià)值，他們正在合作制訂質(zhì)量和性能標(biāo)準(zhǔn)。