摘要：通過對鋼纖維混凝土、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研, 以及三種材料道面軍事性能的評價, 運用費用- 效果分析原理, 對各種道面的軍事經濟性進行分析,發現鋼纖維混凝土盡管其投資較高, 但是軍事經濟效益顯著, 是軍用機場道面的理想材料。
關鍵詞：鋼纖維混凝土; 費用- 效果分析; 軍事經濟性分析
1 引言
鋼纖維混凝土是在水泥混凝土中均勻亂向地摻入短而不連續的鋼纖維, 使混凝土變成了以鋼纖維為拉結料的復合混凝土材料。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70年代以來, 美、日、英、法、德等發達國家已將鋼纖維混凝土應用于機場道面和公路路面。如美國的坦帕國際機場和肯尼迪國際機場的跑道、滑行道和停機坪, 日本的國家公路4號黑磯公路等。我國也在同一時期將鋼纖維混凝土開始應用于軍事工程中的防護抗爆結構、樁基工程、水工結構及錨噴支護, 80年代初開始在路面工程中應用[1]。
但是長期以來, 鋼纖維混凝土機場道面的經濟性, 制約了其在我國的推廣和應用。人們通常只以一次性投資的費用作為衡量其經濟性的標準, 而缺乏對道面壽命周期費用的綜合考慮, 對于軍用機場來說, 就是缺乏對道面的軍事經濟性分析。
2 不同材料機場道面的投資、維護費用分析
目前, 我國的機場道面, 大多采用水泥混凝土道面,也修過少量瀝青混凝土道面。
水泥混凝土道面應用最廣, 其缺點是: 在機輪重復荷載作用下, 抗彎拉和抗疲勞的能力會大大降低, 因此,此類道面厚度較大, 道面厚, 所需材料用量多、投資大、施工期相應增長; 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, 道面的維護工作量很大; 水泥混凝土道面受溫度應力影響較大, 使道面板的平面尺寸通常限制在4~6米, 道面接縫數量相應要多, 造成道面抗剝落、耐磨耗能力較低。這些缺點對于軍用機場而言, 將大大降低機場的防護能力。此類道面的優點是: 材料價格低, 初始投資適中。
瀝青混凝土道面已經少有使用, 一次性投資較大, 使用年限較短。一些年代久的機場使用這類道面也面臨著工程維護和翻新的問題, 試驗和應用表明, 鋼纖維混凝土在力學性能方面大大優于前者, 比較水泥混凝土, 其抗拉強度提高了4~5倍, 抗剪強度提高了2倍多, 抗爆破沖擊強度提高了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% 。缺點是費用較高, 僅普通鋼纖維的價格就在每噸4800元, 影響了鋼纖維混凝土的推廣和應用[3- 4]。
通過調查比較首都機場、東北某軍用機場、華東濟寧機場、華中某軍用機場、上海浦東機場、西北某軍用機場和廣州花都機場等不同區域的七個正在施工或剛竣工的民航和軍用機場所使用的機場道面的材料價格、初始投資、維護費用,按照軍用機場級別, 將不同材料、不同級別的機場道面投資、維護費用列入表1中。
其中, 軍用機場按使用飛機的類型將機場劃分為一、二、三、四級[2]。為了使評價方案具有可比性, 本文假定同一級別不同材料的道面基層以下條件一樣, 僅評價不同材料的道面面層; 表中水泥混凝土道面板厚度取各級軍用機場初估厚度參考范圍; 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, 其價格取360元/t , 混凝土價格取410元/m3, 瀝青混凝土取每厘米厚10元/m2; 鋼纖維價格取4800元/t ; 表中鋼纖維和水泥混凝土造價包含板縫灌縫價格; 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; 各級瀝青混凝土道面達到使用年限后, 按鏟除原面層再投資建設考慮。
鏟除費用取30 元/m2/10cm; 35 元/m2/12cm; 40 元/m2/15cm; 各級瀝青混凝土道面按照每5年罩面一次, 罩面厚度取3cm; 年維修養護費綜合調研及據有關文獻資料[3- 4]而定。
根據工程經濟學原理分析各種材料道面的單平方米成本[6]。令設計年限用n表示、建設投資( 萬元/m2) 用P表示、每年維修養護費( 萬元/m2) 用A表示, 每隔若干年增加的維護費用為Pi, 按照當前的社會折現率i=12% , 則三種材料道面的每平方米成本C計算公式為:
計算可得不同等級不同材料道面厚度單方成本, 見表2。
由分析數據可知, 以三級機場為例, 由于瀝青混凝土
道面的后期維護費用遠遠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17萬元/m2·年, 但是厚度要遠遠小于水泥混凝土道面, 在二者投資相差不多的情況下, 能大大節約材料; 水泥混凝土道面材料價格、維護費用適中, 單方成本約為15萬元/m2·年, 但厚度最厚, 材料用量增多, 施工時間也相應增長。
3 不同材料機場道面的軍事經濟性分析
機場道面的軍事特性指標可以用環境適應性、服役時間、抗打擊能力、快速修復能力四個指標來評價。環境適應性主要考慮材料受溫度應力影響的大小; 服役時間主要以道面設計年限為參考; 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; 快速修復能力主要以材料的價格、損傷程度、修復難易程度為參考。
根據層次分析法( AHP) 可大致確定出四個指標的權重, 再按照滿分100分對不同材料道面的四個指標分別打分, 可得出各個材質道面的軍事性能綜合得分, 見表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遠高于其他兩種材料道面的軍事性能。我們可以根據費用- 效果分析的原理, 進行各種材質道面的軍事費效分析。道面的軍事費用- 效果比可用軍事效果與費用的比值來大致表示[7]。
按照上式結果, 可計算出不同道面的軍事費用- 效果比。見表4。
由表4可知, 鋼纖維混凝土道面的軍事經濟性要大大優于其他兩種材料的道面, 是軍事工程項目的理想選擇。
4 結語
通過對鋼纖維混凝土道面、水泥混凝土道面、瀝青混凝土道面三種常用的機場道面的物理特性、費用分析和軍事費效分析, 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勢更加明顯, 使得其軍事費用- 效果比例最優。此類道面的應用可以大大提高機場的防護能力, 也降低了戰時機場的破壞程度, 搶修工程量減小, 搶修時間縮短, 可為戰爭勝利贏得寶貴時間。因此, 它是一種適合軍隊工程建設的優良材料。"
參考文獻：
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[2]翁興中, 蔡良才.機場道面設計[M]. 北京: 人民交通出版社, 2007.
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[5]王國強, 任金蘭.高瀝青價格下的水泥路面與瀝青路面路用經濟性能比較[J].陜西公路造價, 2006( 4) .
[6]劉曉君.工程經濟學[M].北京: 中國建筑工業出版社, 2003.
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