加 玉 蛟
(解放军理工大学野战工程学院，江苏 南京 210007)
复合材料在护栏应用中的发展现状
加 玉 蛟
(解放军理工大学野战工程学院，江苏 南京210007)
简述了传统护栏的优缺点，通过对几种复合材料在护栏中的应用分析，研究了玻璃钢护栏、PVC护栏、WPC护栏的发展现状，并总结了复合材料护栏的优点，指出复合材料在护栏中有广泛的应用前景。
护栏，复合材料，玻璃钢
随着我国公路里程数日益增加，公路安全形势也越来越严峻。护栏作为一种有效的防撞安全设施，能够有效地遏制交通事故，减少人员伤亡和经济损失。然而传统的护栏由于其碰撞吸能少，造价及后期养护费用高昂，且难以回收再利用，造成不必要的浪费，很难满足护栏的发展需求。新型复合材料能够克服传统护栏材料的缺陷，降低成本，有效地提高护栏的防撞性能。因此，运用复合材料制造道路防撞护栏将是大势所趋。
1 传统材料护栏
传统的护栏采用的材料有木材、铁、钢材和混凝土。这些材料制作的护栏的优缺点如表1所示。
传统防撞护栏吸能能力差、造价与维修费用高且不能循环利用，使之逐渐被其他材料所替换。
表1 传统护栏优缺点
2 复合材料护栏
复合材料[1]是通过结合有机高分子、无机非金属等几种不同类型的材料经过复杂的合成工艺所得到的新型材料，它不仅能够保持原有材料所具有的优点，又能通过合成效应产生原有材料不具有的优良性能。相比较传统的铁、不锈钢等材料，复合材料具有比强度、比模量高、耐腐蚀性强、耐高温、具备可设计性、容易加工成型等优点，其更有利于新型护栏的研究开发，提高护栏的安全性能。
1)玻璃钢(GFRP)护栏。玻璃钢[2,3](Glass Fiber Reinforced Plastic)俗称玻璃纤维增强塑料，具备质量轻、强度高、耐腐蚀性好、易于设计成型、工艺性能好、后期维修成本低等优点，但刚性不强，非常适合于用来制作护栏，与传统的钢制护栏对比，其具有较高的性价比，且通过工艺的改进，可以继续提高其性价比，使得针对玻璃钢护栏的研究前景更加广阔。早在20世纪，国外就针对玻璃钢材料进行了研发，并成功在道路护栏中应用，W. G. Davids[4]运用纤维增强复合材料(FRP)筋代替钢进行了车辆撞击时的拉伸力测试试验，测试证明FRP加固护栏能够通过整车碰撞试验。国内发展起步较晚，但发展十分迅猛。发表了20余种有关玻璃钢护栏的专利，如伊路平等[5]提出一种新型护栏为组装连接结构，玻璃钢管及连接件可在工厂内批量化生产，安装时，只需将玻璃钢管用连接件连接起来即可。玻璃钢护栏在上海浦东机场北通道华夏路高架、浦东中环线高架等道路使用[6]，外环线浦东段防撞护栏采用的玻璃钢材质，起到了很好的防撞效果，且该路段曾荣获上海市市政工程金奖、中国市政工程金杯奖[7]。
2)PVC护栏。PVC(Polyvinyl chloride)护栏也叫作塑钢护栏，在20世纪90年代由韩国率先研发了一系列的PVC护栏产品。它采用了PVC塑料作为护栏的外壳，然后在内部配置适量的钢筋或钢绞线，合成特定的复合材料，使其在应用中共同参与受力。它有许多优良的特性：强度高；富有弹性、抗冲击性能好；无需喷漆和维护保养；安装便捷；耗材少，成本低；成型性能好；装饰效果极佳、美观醒目。如今生产的PVC护栏种类繁多，广泛应用于建筑、道路、桥梁等领域。吕江，金成浩研发了一种公路用PVC吸能防护栏，防护栏主体做成马鞍的形状，内部挖空，在内表面设置适量均匀且相互独立的泄压腔，在中间安装支撑骨架。应用了泄压腔和支撑骨架结构的防护栏，其吸能性得到了很大的提高，当失控车辆与之产生碰撞时，能够及时有效地吸收所产生的冲击力，缓解交通事故的严重性，减少人员伤亡[8]。在工程应用中，PVC护栏主要应用在道路路侧景观护栏，学校、公园等公共场所，起装饰和美观的作用。
3)WPC护栏。WPC(Wood Plastic Composite)俗称塑木复合材料，是国内外新兴的一种复合材料，主要应用聚乙烯、聚氯乙烯等高分子材料，替代常用的树脂胶粘剂，再加上50%以上的木屑、农作物秸秆等废弃植物纤维混合而成的木质材料，再通过挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺制造的板材或型材。其原材料来源广泛，几种材料进行复合，拥有众多优点：无污染、安全环保、良好的强度性能、着色性良好、抗老化、不易变形、材料可回收利用、成本低、安装便捷、易于成型等，是制作护栏的优良选材。在具体应用方面，美国ASTM委员会对WPC产品中产量最大、应用最广的铺板和护栏制定并颁布了D7032《塑木复合材料铺板和护栏体系(护栏或扶手)性能评估的标准规范》[9]；美国国际规范协会ICC(International Code Council)在建筑行业规范中《AC174铺板跨距等级和护栏体系(护栏和扶手)的验收标准》[10]。 在日本，塑木复合材料在高速公路护栏中的应用占了总产量的10%。国内，在北京奥运会、上海的世博会公共设施已经大面积的使用了这种新材料，塑木护栏用于保障安全与装饰美化，在景区内非常常用，如栈桥上、建筑物平台上，以及用在花坛或苗圃等地方的栅栏性护栏。
4)其他材料护栏。除了以上几种复合材料制作的护栏，也有其他的复合材料应用于护栏，如PP护栏，这种复合新材料强度和传统的钢、铁护栏不相上下，但耐久性能、抗冲击性能等优于传统材料，且能够进行回收利用，可在道路护栏中推广应用；PE护栏，具有良好的冲击性，但强度不高，在实际应用中需要添加增强材料；ABS复合材料综合性能良好，价格中等，在汽车防撞护栏上应用较多。
3 结语
随着我国交通运输业的飞速发展，防撞护栏也急需改进，而复合材料护栏作为一种新型材料护栏，与传统的护栏相比，具备良好的塑性、耐腐蚀性能强、较强的抗冲击性能、更为安全环保、性价比优良等特点，必然将成为护栏材料的首要选择。研发新型复合材料护栏有望改变我国护栏材料的应用现状，具有重要的社会意义、经济意义和良好的发展前景。
[1]胡保全.先进复合材料[M].北京：国防工业出版社，2013.
[2]李可，陈攀，张晓哲.道路复合材料防撞护栏研究进展[J].科技创新导报，2013(11)：123-124.
[3]王耀先，欧国荣.玻璃护栏的开发研究[A].第十一届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C].1995.
[4]W. G. Davids, J. K. Botting, M. Peterson. Development and structural testing of a composite-reinforced timber highway guardrail[J].Construction and Building Materials，2006(20):733-743.
[5]伊路平，赵玉岩，宋常利，等.组合式玻璃钢护栏[P].中国专利:CN202249150U,2012.
[6]冯雪锋，魏东海.谈玻璃钢制品在公路交通安全设施中的应用[J].市政·交通·水利工程设计,2010(8):111-113.
[7]计国庆.玻璃钢复合材料应用于道路护栏的可行性研究[C].“SMEDT”2006《城市道桥与防洪》全国高峰论坛专辑，2006:49-50.
[8]吕江，金成浩.公路用PVC吸能防护栏[P].中国专利:CN201092657,2008.
[9]Standard Specification for Es-tablishing Performance Ratings for Wood-Plastic Composite Deck Boards and Guardrail Systems(Guards or Hand-rails).
[10]AC174 ACCEPTANCE CRI-TERIA FOR DECK BOARD SPAN RATINGS AND GUARDRAIL SYSTEMS(GUARDS AND HAND-RAILS) (Approved January 2012).
The development current situation of composite materials in fence application
Jia Yujiao
(FieldEngineeringInstitute,ThePLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)
Briefly described the advantages and disadvantages of traditional fence, through analyzing the application of several kinds of composite materials in the guardrail, mainly researches the current development state of GFRP guardrail, PVC guardrail, WPC guardrail, summarizes the advantages of composite materials guardrail, concludes the composite material has a broad application prospect.
guardrail, composite materials, Glass Fiber Reinforced Plastic
1009-6825(2016)08-0144-02
2016-01-04
加玉蛟(1989- )，男，在读硕士
TU599
A
