張世平

近年來，隨著國內高速軌道交通建設的全面展開，高架鐵路橋梁已成為鋼制大模板的主要消費群體之一。由于地理環(huán)境的差異性，加之各設計院在設計橋墩時的不同設計習慣，造成而今橋梁模板形式多樣，尺寸差異明顯。這直接導致了模板在使用過程中重復利用率低下，生產(chǎn)成本提高。通常在一個工程結束后，模板就失去了其使用價值，只能當作廢鐵回收，導致極大的資源浪費。與此同時，鋼制模板在進行曲面加工時存在一定難度，并且加工精度是一個一直存在的問題，加工余料浪費嚴重?？梢?，如果可以使用鋼制模板作為外圍框架，在內部采用其他材料進行填充以達到施工要求，可大大簡化模板的生產(chǎn)過程。并且，在使用填充材料后，外圍模板框架可以進行重復利用，減少不必要的浪費。

一、國內現(xiàn)狀

隨著國內大部分公路、鐵路橋梁清水墩柱應用的推廣，施工單位為提高質量，做到內實外美，增強墩柱的外觀效果，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，墩柱無論從外觀上還是從內在質量上都能達到期望效果，并且由于鋼模周轉率高，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可。

墩柱鋼模板的截面有圓形、圓端形、圓臺形、雙曲線形等，分模一般根據(jù)脫模簡便性分成1/2或1/4圓角方式，高度則根據(jù)施工圖與進度要求而定。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。近年來，為使墩柱澆筑后達到圓順光滑無接縫錯臺，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30m以上。

墩帽部分模板多數(shù)為變截面構造，其中雙曲、天方地圓等結構較為常見。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，導致很大程度上的浪費，墩帽模板很難有二次利用的機會，通常都是一個工程段結束后當作廢鋼賣掉。

二、材料選擇

在材料選擇方面，為了方便施工，宜采用輕質材料作為填充材料，以降低施工強度。根據(jù)現(xiàn)有技術水平，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用首先應考慮模板加工企業(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。或者選擇價格相對合理的塑料，外協(xié)加工。冷加工方式在填充材料加工過程中會產(chǎn)生很多切削量，適宜選用成本較低的材料進行加工。選擇外協(xié)加工則需要有較為便捷的供貨渠道。

國內部分公司已采用了EPS做填充材料進行較難形狀的加工或是應用在混凝土表面以達到某些外觀效果，該嘗試達到了不錯的效果。

1.聚苯乙烯泡沫塑料

泡沫塑料成本較低，常溫下進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，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)本身材質原因，易于切割，可以利用數(shù)控加工技術成型，且能保證其尺寸準確性。但聚苯乙烯的整體密度離散性較大，經(jīng)過一段時間的存放后會造成尺寸不均勻變化，所以聚苯材料在加工之前應經(jīng)過一段時間的陳化。

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，應在其表面加鋪一層光滑表面，這樣可以降低混凝土澆注過程中對填充材料產(chǎn)生破壞的可能。拆模時工人施工不夠仔細同樣會影響填充材料的使用壽命，產(chǎn)生一些不必要的浪費。

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

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

（2）XPS板與EPS板材相比，是第三代硬質發(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)擠壓過程制造出的擁有連續(xù)均勻表層及閉孔式蜂窩結構的板材，這些蜂窩結構的厚板，完全不會出現(xiàn)空隙，這種閉孔式結構的材料可具有不同的壓力 （150-500kPa）同時擁有經(jīng)久不衰的抗壓性能，抗壓強度可達220-500kPa。XPS板的完全閉孔式發(fā)泡化學結構與其蜂窩狀物理結構，使其具有輕質、高強度的特性，便于切割、運輸，且不易破損、安裝方便。

2.塑料

較泡沫塑料而言，使用塑料相對成本較高，所以要采取內部中空，與鋼模板間進行填充或支撐的形式。如果進行回收利用，則必須對表面進行保護。新拌混凝土為堿性，選取材料時要考慮耐腐蝕性。且混凝土中有大量石子砂子，可能對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行保護。

（1）POM （聚甲醛）是一種堅韌有彈性的材料，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度、抗疲勞強度，但不易于加工。共聚物材料有很好的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性并且易于加工，且具有較高的屈服強度。POM具有較好的綜合性能，在熱塑性塑料中是最堅硬的，是塑料材料中力學性能最接近金屬的品種之一，其抗張強度、彎曲強度、耐疲勞強度、耐磨性和電性都十分優(yōu)良，可在-40度-100度之間長期使用。但成本較高，約為14000元/噸。

（2）PS（聚苯乙烯）為無定形聚合物，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，因為PS的沖擊強度很低，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。標準HIPS性能：彎曲強度13.8～55.1MPa；拉伸強度13.8—41.4MPa；斷裂伸長率為15—75%； 密度1.035—1.04g／ml。 HIPS是最便宜的工程塑料之一，盡管HIPS的沖擊強度比PS的沖擊強度高出很多，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，綜合性能也相對差一些。

三、可行性施工方案假設

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，加工簡單，可考慮小周期使用 （3-5個墩帽一套）。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、放樣、畫線、切割，并進行表面蒙皮處理 (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。填充材料通過噴漆編號進行區(qū)分，可根據(jù)現(xiàn)場施工情況考慮填充材料配套數(shù)量。填充材料的固定應采取限位控制，由于聚苯乙烯泡沫材料局部抗破壞能力較低，所以應盡量保證限位部分接觸面積，避免施工過程中發(fā)生破壞影響使用。

四、總結

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并完善現(xiàn)有模板技術存在的不足，但由于目前填充材料在施工過程中的使用經(jīng)驗還比較少，且偏重于應對某些形狀較為復雜的結構，如何在橋梁模板施工中廣泛應用以及尚存在什么問題還需在生產(chǎn)實踐過程中不斷總結。