摘要：通過(guò)對(duì)鋼纖維混凝土、水泥混凝土和瀝青混凝土三種不同材料道面壽命周期單位成本的調(diào)研, 以及三種材料道面軍事性能的評(píng)價(jià), 運(yùn)用費(fèi)用- 效果分析原理, 對(duì)各種道面的軍事經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)鋼纖維混凝土盡管其投資較高, 但是軍事經(jīng)濟(jì)效益顯著, 是軍用機(jī)場(chǎng)道面的理想材料。
關(guān)鍵詞：鋼纖維混凝土; 費(fèi)用- 效果分析; 軍事經(jīng)濟(jì)性分析
1 引言
鋼纖維混凝土是在水泥混凝土中均勻亂向地?fù)饺攵潭贿B續(xù)的鋼纖維, 使混凝土變成了以鋼纖維為拉結(jié)料的復(fù)合混凝土材料。它顯著地提高了混凝土的抗拉、抗彎、抗裂、抗沖擊、抗疲勞和韌性、延性、抗磨性能, 是具有良好塑性的新型建筑材料[1]。
20世紀(jì)70年代以來(lái), 美、日、英、法、德等發(fā)達(dá)國(guó)家已將鋼纖維混凝土應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)道面和公路路面。如美國(guó)的坦帕國(guó)際機(jī)場(chǎng)和肯尼迪國(guó)際機(jī)場(chǎng)的跑道、滑行道和停機(jī)坪, 日本的國(guó)家公路4號(hào)黑磯公路等。我國(guó)也在同一時(shí)期將鋼纖維混凝土開(kāi)始應(yīng)用于軍事工程中的防護(hù)抗爆結(jié)構(gòu)、樁基工程、水工結(jié)構(gòu)及錨噴支護(hù), 80年代初開(kāi)始在路面工程中應(yīng)用[1]。
但是長(zhǎng)期以來(lái), 鋼纖維混凝土機(jī)場(chǎng)道面的經(jīng)濟(jì)性, 制約了其在我國(guó)的推廣和應(yīng)用。人們通常只以一次性投資的費(fèi)用作為衡量其經(jīng)濟(jì)性的標(biāo)準(zhǔn), 而缺乏對(duì)道面壽命周期費(fèi)用的綜合考慮, 對(duì)于軍用機(jī)場(chǎng)來(lái)說(shuō), 就是缺乏對(duì)道面的軍事經(jīng)濟(jì)性分析。
2 不同材料機(jī)場(chǎng)道面的投資、維護(hù)費(fèi)用分析
目前, 我國(guó)的機(jī)場(chǎng)道面, 大多采用水泥混凝土道面,也修過(guò)少量瀝青混凝土道面。
水泥混凝土道面應(yīng)用最廣, 其缺點(diǎn)是: 在機(jī)輪重復(fù)荷載作用下, 抗彎拉和抗疲勞的能力會(huì)大大降低, 因此,此類道面厚度較大, 道面厚, 所需材料用量多、投資大、施工期相應(yīng)增長(zhǎng); 水泥混凝土屬脆性材料, 抗裂性能低, 抗沖擊韌性較差, 一旦出現(xiàn)裂縫, 很容易引起道面板的斷裂損壞而喪失承載能力, 道面的維護(hù)工作量很大; 水泥混凝土道面受溫度應(yīng)力影響較大, 使道面板的平面尺寸通常限制在4~6米, 道面接縫數(shù)量相應(yīng)要多, 造成道面抗剝落、耐磨耗能力較低。這些缺點(diǎn)對(duì)于軍用機(jī)場(chǎng)而言, 將大大降低機(jī)場(chǎng)的防護(hù)能力。此類道面的優(yōu)點(diǎn)是: 材料價(jià)格低, 初始投資適中。
瀝青混凝土道面已經(jīng)少有使用, 一次性投資較大, 使用年限較短。一些年代久的機(jī)場(chǎng)使用這類道面也面臨著工程維護(hù)和翻新的問(wèn)題, 試驗(yàn)和應(yīng)用表明, 鋼纖維混凝土在力學(xué)性能方面大大優(yōu)于前者, 比較水泥混凝土, 其抗拉強(qiáng)度提高了4~5倍, 抗剪強(qiáng)度提高了2倍多, 抗爆破沖擊強(qiáng)度提高了5~10倍, 抗裂能力提高了近7倍, 韌性提高了30~200倍, 抗凍融破壞指標(biāo)提高了1.9倍, 耐疲勞和抗磨性能均有很大提高, 而且道面厚度減薄40%~50% 。缺點(diǎn)是費(fèi)用較高, 僅普通鋼纖維的價(jià)格就在每噸4800元, 影響了鋼纖維混凝土的推廣和應(yīng)用[3- 4]。
通過(guò)調(diào)查比較首都機(jī)場(chǎng)、東北某軍用機(jī)場(chǎng)、華東濟(jì)寧機(jī)場(chǎng)、華中某軍用機(jī)場(chǎng)、上海浦東機(jī)場(chǎng)、西北某軍用機(jī)場(chǎng)和廣州花都機(jī)場(chǎng)等不同區(qū)域的七個(gè)正在施工或剛竣工的民航和軍用機(jī)場(chǎng)所使用的機(jī)場(chǎng)道面的材料價(jià)格、初始投資、維護(hù)費(fèi)用,按照軍用機(jī)場(chǎng)級(jí)別, 將不同材料、不同級(jí)別的機(jī)場(chǎng)道面投資、維護(hù)費(fèi)用列入表1中。
其中, 軍用機(jī)場(chǎng)按使用飛機(jī)的類型將機(jī)場(chǎng)劃分為一、二、三、四級(jí)[2]。為了使評(píng)價(jià)方案具有可比性, 本文假定同一級(jí)別不同材料的道面基層以下條件一樣, 僅評(píng)價(jià)不同材料的道面面層; 表中水泥混凝土道面板厚度取各級(jí)軍用機(jī)場(chǎng)初估厚度參考范圍; 表中鋼纖維混凝土道面板厚度取水泥混凝土道面板厚度的60%; 表中鋼纖維混凝土摻入鋼纖維體積率取1%; 增加的水泥量取30kg/m3; 表中水泥為低堿或道路水泥, 其價(jià)格取360元/t , 混凝土價(jià)格取410元/m3, 瀝青混凝土取每厘米厚10元/m2; 鋼纖維價(jià)格取4800元/t ; 表中鋼纖維和水泥混凝土造價(jià)包含板縫灌縫價(jià)格; 表中瀝青混凝土道面板厚度取半剛性基層上瀝青層推薦厚度; 各級(jí)瀝青混凝土道面達(dá)到使用年限后, 按鏟除原面層再投資建設(shè)考慮。
鏟除費(fèi)用取30 元/m2/10cm; 35 元/m2/12cm; 40 元/m2/15cm; 各級(jí)瀝青混凝土道面按照每5年罩面一次, 罩面厚度取3cm; 年維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)綜合調(diào)研及據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料[3- 4]而定。
根據(jù)工程經(jīng)濟(jì)學(xué)原理分析各種材料道面的單平方米成本[6]。令設(shè)計(jì)年限用n表示、建設(shè)投資( 萬(wàn)元/m2) 用P表示、每年維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)( 萬(wàn)元/m2) 用A表示, 每隔若干年增加的維護(hù)費(fèi)用為Pi, 按照當(dāng)前的社會(huì)折現(xiàn)率i=12% , 則三種材料道面的每平方米成本C計(jì)算公式為:
計(jì)算可得不同等級(jí)不同材料道面厚度單方成本, 見(jiàn)表2。
由分析數(shù)據(jù)可知, 以三級(jí)機(jī)場(chǎng)為例, 由于瀝青混凝土
道面的后期維護(hù)費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于另外兩種材料道面混凝土, 其單方成本最高, 平均約為28 萬(wàn)元/m2·年; 鋼纖維混凝土的單方成本比水泥混凝土道面單方成本略高, 平均約為17萬(wàn)元/m2·年, 但是厚度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水泥混凝土道面, 在二者投資相差不多的情況下, 能大大節(jié)約材料; 水泥混凝土道面材料價(jià)格、維護(hù)費(fèi)用適中, 單方成本約為15萬(wàn)元/m2·年, 但厚度最厚, 材料用量增多, 施工時(shí)間也相應(yīng)增長(zhǎng)。
3 不同材料機(jī)場(chǎng)道面的軍事經(jīng)濟(jì)性分析
機(jī)場(chǎng)道面的軍事特性指標(biāo)可以用環(huán)境適應(yīng)性、服役時(shí)間、抗打擊能力、快速修復(fù)能力四個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)。環(huán)境適應(yīng)性主要考慮材料受溫度應(yīng)力影響的大小; 服役時(shí)間主要以道面設(shè)計(jì)年限為參考; 抗打擊能力主要以材料的抗拉、抗剪、抗裂、抗爆破性能為參考; 快速修復(fù)能力主要以材料的價(jià)格、損傷程度、修復(fù)難易程度為參考。
根據(jù)層次分析法( AHP) 可大致確定出四個(gè)指標(biāo)的權(quán)重, 再按照滿分100分對(duì)不同材料道面的四個(gè)指標(biāo)分別打分, 可得出各個(gè)材質(zhì)道面的軍事性能綜合得分, 見(jiàn)表3。
由此, 我們可以看出, 鋼纖維混凝土道面的軍事綜合能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他兩種材料道面的軍事性能。我們可以根據(jù)費(fèi)用- 效果分析的原理, 進(jìn)行各種材質(zhì)道面的軍事費(fèi)效分析。道面的軍事費(fèi)用- 效果比可用軍事效果與費(fèi)用的比值來(lái)大致表示[7]。
按照上式結(jié)果, 可計(jì)算出不同道面的軍事費(fèi)用- 效果比。見(jiàn)表4。
由表4可知, 鋼纖維混凝土道面的軍事經(jīng)濟(jì)性要大大優(yōu)于其他兩種材料的道面, 是軍事工程項(xiàng)目的理想選擇。
4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)鋼纖維混凝土道面、水泥混凝土道面、瀝青混凝土道面三種常用的機(jī)場(chǎng)道面的物理特性、費(fèi)用分析和軍事費(fèi)效分析, 可得:
盡管鋼纖維混凝土的初始投資較高, 其壽命期使用成本介于普通混凝土道面和瀝青混凝土道面之間, 但鋼纖維混凝土道面力學(xué)特性使得其厚度較小, 抗拉、抗剪、抗裂性能卓越, 因此在軍事抗打擊、快速搶修、服役年限等方面的優(yōu)勢(shì)更加明顯, 使得其軍事費(fèi)用- 效果比例最優(yōu)。此類道面的應(yīng)用可以大大提高機(jī)場(chǎng)的防護(hù)能力, 也降低了戰(zhàn)時(shí)機(jī)場(chǎng)的破壞程度, 搶修工程量減小, 搶修時(shí)間縮短, 可為戰(zhàn)爭(zhēng)勝利贏得寶貴時(shí)間。因此, 它是一種適合軍隊(duì)工程建設(shè)的優(yōu)良材料。"
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