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炭纤维及其复合材料造桥的环保效应
 
发布时间:2010-12-29 发布者:李英儒 字体<    >

炭纤维及其复合材料的耐烧蚀,高强度、重量轻、耐高温等优异性能,在国防和尖端科技领域里的应用,是众所周知的,但用它造桥你可能还没有听说过。2009年,美国缅因州南部,用炭纤维及其复合材料建成了一座“尼尔”桥。桥长10.4米,双车道宽,横跨在一条名曰尼尔的小溪流河上,故称“尼尔”桥。这座桥打破了古老传统使用砖、石、沙混凝的作法,并且不用或少用钢铁和水泥等材料制作桥梁的构件,而是靠高科技成果,大胆设计使用了吹气和涂抹塑料树脂法来完成的。所谓吹气法是指在炭纤维及其复合材料制作的特种管材中,用空气泵吹入空气,然后将充满空气的这种管材固定在牢固的框架上弯曲成拱形,同时在这种管材的表面涂沫上特制的塑料树脂,四小时后管材即完全固化变硬。经测试,这种用炭纤维及其复合材料所建成的桥的硬度三倍于用钢铁制成的拱桥。

这座“尼尔”桥之所以受到科技界的关注和桥业领域内的青睐,是由于它的“低碳、节能、减排”突出的性能所致:

1、该桥使用了23条直径为30厘米的炭纤维及其复合材料管材为拱梁,并在管内浇灌混凝土,这种构思独特的设计,就使造桥使用的钢铁等原材料将大幅下降,其重量仅为钢筋混凝土大梁的15%,建筑公司只借助一台轻型起重机,仅用数周时间就将这种用炭纤维及其复合材料制成的大梁安装到位,大大缩短了工期,成本降低了20-30%。

西班牙在目前竣工的阿斯图里亚机场的一段公路上,使用炭纤维及其复合材料完全取代传统的钢筋水泥所建成的新型大桥,桥长64米,原材料全部由炭纤维及其复合材料和缆绳组建,是用新材料的又一大胆尝试,喜获成功。

2、这种桥其寿命可达100年之久,是用钢铁为构件所建的普通桥梁强度的三倍,这种复合材料近年来已被频繁使用于建筑物的修复,工程师们惊奇地发现,在大桥破损的位置上粘上这种复合材料的粘合物板块,足以起到理想状态的加固作用,特别是对修复加固古代建筑物几乎不留任何痕迹。建筑专家指出,在“9.11”恐怖袭击事件中,美国五角大楼被飞机撞击的部分墙壁就曾用炭纤维及其复合材料加固过,否则将导致更多经济损失和人员伤亡。

这种材料之所以可以提高其使用寿命,这是因为炭纤维及其复合材料制成的这种管材使混凝土与周围的自然环境隔绝开,保护了混凝土在大自然中风吹、雨淋、烈日、酷冬的被氧化,从而提高了使用寿命。而且最重要的是它的使用对其环境没有任何污染,使其周边环境永驻绿色面貌。

3、这种桥比普通桥安全性能好,该桥总设计师哈比·达盖说,如果该桥所使用的炭纤维及其复合材料管件出现断裂,但它绝不会立刻垮塌的,就是一根或几根这种管件出现了问题,桥不会象用传统钢铁构件所建之桥梁马上全部垮塌,而是只会缓慢下垂,这种提前发出的“警告”,会使在桥上过往的行人和各种车辆,有足够的时间去逃生,从而避免人身事故伤亡的发生,是关爱生命、亲情人生的一大创举。

“尼尔”桥的问世,不仅仅是顺世界潮流“低碳、减排、节能”的一个光辉典范,而且它能预示“警告”桥之突然垮塌事故的出现,避免造成人身事故伤害的悲剧发生,是造桥事业上的一大贡献,如果把它说成是桥业史上的一大革命并非言过其词,正如美国缅因欧洛诺大学先进木质复合材料研究中心主任Habib Dagher说:“未来之桥,不论你想到的是那一种,可以改变其建筑方式,用炭纤维及其复合材料代替钢铁和水泥的发展方向是不能阻挡的,它的名称都会是——尼尔桥出现,这是不能改变的,因为它具备目前有很多的桥梁需要用这种材料修复和重建。其速度,成本,效果,险情预报等都赢得了人们的信赖。这一“双肩背上的桥梁”技术,真的会在桥业流行中得到快速发展。”

中国科学院山西煤炭化学研究所在炭纤维及其复合材料的研发方面,在国内处于科技领先地位,拥有一批经验丰富,业务精通的炭纤维开拓研发团队,高强度炭纤维T300已批量生产多年,是国内国防和尖端科研领域的指定炭纤维定点生产基地,T700 百吨级的工业化放大装置正在研发与平稳运作之中。这是一个亟待开拓的发展领域,据称美国有60万公里的公路桥,16万座桥梁,亟待用这种新颖设计和构思的“尼尔”桥模式来更新。我国地域广大,河流甚多,铁路网布全国,公路更长,在今后的发展中有多少数不清的桥梁需要建设与更新。深信,在不远的明天,我国将会出现用自己研发生产的炭纤维及其复合材料建成的中国的“尼尔”桥林立于祖国大地上!

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