新型土木工程材料應(yīng)用及趨勢(shì)研究

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摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，社會(huì)各行業(yè)發(fā)展加快。土木工程建筑業(yè)也緊隨時(shí)代的潮流，不斷發(fā)展創(chuàng)新。工程材料作為其中重要的一環(huán)，也在不斷更顯換代，朝著高性能，施工便捷化，應(yīng)用更廣泛，更節(jié)能環(huán)保等方向提高改進(jìn)。本文根據(jù)材料的類型，對(duì)新型混凝土、新型復(fù)合材料和土木工程智能材料的的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：土木工程；新型材料；發(fā)展趨勢(shì)

1前言

在一切建筑工程中，土木工程施工材料都是奠定基礎(chǔ)的重要環(huán)節(jié)，整個(gè)工程的質(zhì)量很大程度上取決于材料的質(zhì)量。當(dāng)代建筑業(yè)的新型建筑材料研發(fā)速度非?？?品類繁的新型材料不斷被應(yīng)用于土木工程中，因此,把握好新型材料的使用技術(shù)，對(duì)新型材料的研發(fā)和應(yīng)用顯得尤為重要。如果能合理有效利用新型材料于土木工程，必定能節(jié)約施工成本，提高工程效率。新型的綠色材料的使用還能降低損耗，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，推動(dòng)土木工程向可持續(xù)方向發(fā)展。

2土木工程行業(yè)新材料應(yīng)用概況

土木工程的發(fā)展勢(shì)頭在近年來(lái)表現(xiàn)得十分強(qiáng)勁，速度驚人。其工程領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，建設(shè)技術(shù)不斷完善，越來(lái)越多的參與到高層大樓、公路鐵路和橋梁，以及大型水利工程的建設(shè)。其中新材料的運(yùn)用，提高了土木工程建設(shè)的質(zhì)量和效率，更好的滿足了時(shí)代的需求。

2.1新型混凝土材料

普通混凝土，或調(diào)整原材料比例，引入新型原料，或調(diào)整材料比例，或施以新工藝就可以形成新型混凝土，它有著節(jié)省成本、易于施工、提高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。輕質(zhì)混凝土材料主要是由天然輕骨料，工業(yè)廢料輕骨料,煤矸石，人造輕骨料這些原料組成的。輕質(zhì)混凝土材料密度小,高施工強(qiáng)度高,保溫效果較好,其抗凍性能表現(xiàn)也比較優(yōu)異。其原材料使用了工業(yè)廢料使得制作成本大幅降低。自密實(shí)混凝土材料不同于傳統(tǒng)混凝土，，利用自重實(shí)現(xiàn)密實(shí)，不需要機(jī)械振搗。自密實(shí)混凝土材料雖然流動(dòng)度很高,卻能有效控制材料離析的現(xiàn)象。這種混凝土的現(xiàn)場(chǎng)施工無(wú)機(jī)械的振動(dòng)噪音,夜間也能施工,對(duì)周圍居民生活影響小，對(duì)人體無(wú)害。自密實(shí)混凝土質(zhì)地均勻，耐久性更強(qiáng)，鋼筋布置較密能應(yīng)用在構(gòu)件體型復(fù)雜的工程中。自密實(shí)混凝土的使用加快了施工速度,減小現(xiàn)場(chǎng)工人勞動(dòng)量。低強(qiáng)混凝土可以在土木工程中基礎(chǔ)鑄成和樁基澆成過(guò)程中，用作填補(bǔ)材料、鋪墊基底、隔離材料，也可用作公路的路基以及填充路面孔洞,也可用于地下構(gòu)造施工。低強(qiáng)混凝的混合使用可以對(duì)混凝土的相對(duì)密度進(jìn)行調(diào)整、對(duì)其抗壓強(qiáng)度調(diào)整，還能調(diào)整工作度、改變彈性模量,調(diào)整后的材料不易收縮裂縫。合理使用低強(qiáng)混凝土可節(jié)約工程造價(jià)。活性微粉混凝土RPC是一種超高強(qiáng)混凝土。它的高強(qiáng)度表現(xiàn)其遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通混凝土的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度?；罘刍炷两?jīng)加工過(guò)程使用了一種特殊的工藝。這種工藝處理使材料的堆積密度達(dá)到最合適的值、材料的延展性得到改善提升，其質(zhì)地更均勻,并通過(guò)加壓加溫提高強(qiáng)度。

2.2新型復(fù)合材料

新型復(fù)合材料FRP指的是纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料。按照設(shè)定的固定比例，將基體材料和纖維材料混合，就形成了這種高性能型材料。它的特性質(zhì)輕而硬,絕緣,機(jī)械強(qiáng)度高,可重復(fù)利用和耐腐蝕性好。退化時(shí)間過(guò)早和結(jié)構(gòu)功能不足是土木工程結(jié)構(gòu)一直以來(lái)就存在兩大問(wèn)題，力學(xué)性能強(qiáng)大的FRP材料的使用，能有效解決這兩大問(wèn)題。FRP可代替鋼筋或鋼管直接應(yīng)用于新建的土木結(jié)構(gòu)，也可以在舊有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上使用FRP進(jìn)行加固。已有大量工程實(shí)踐表明，F(xiàn)RP復(fù)合材料能承受惡劣條件的影響，能達(dá)到現(xiàn)代施工技術(shù)的要求?，F(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)正向著大跨度、超高度、高重載、高強(qiáng)度和輕質(zhì)化方向發(fā)展。FRP復(fù)合材料因其強(qiáng)大的屬性，已逐漸被應(yīng)用在橋梁建設(shè)，建筑物建設(shè)和各種地下工程結(jié)構(gòu)中。

2.3智能材料

智能材料具有自診斷功能的特點(diǎn)，必定是土木工程材料未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。其中使用最廣的是碳纖維機(jī)敏混凝土，它的基體是砂漿、水泥漿、或混凝土，填充相為連續(xù)的碳纖維或短切的碳纖維,將兩者復(fù)合就形了纖維增強(qiáng)水泥。材料自身的電阻率變化與其應(yīng)變和受損傷狀況之間存在某方面的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)電阻率的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，就能了解碳纖維混凝土的應(yīng)變和損傷狀況。碳纖維混凝土力學(xué)性能優(yōu)秀，能很好的與混凝土結(jié)構(gòu)兼容，施工簡(jiǎn)單易行，可用于監(jiān)控道路交通車輛流和車輛的載重情況，亦可對(duì)大型土木工程基礎(chǔ)設(shè)施和結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)。碳纖維混凝土的電熱效應(yīng)特性被應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)的溫度自適應(yīng)工程。碳纖維混凝土電磁屏蔽特性常被用于抗電磁干擾的工程建設(shè)。智能材料能夠?qū)ν聊竟こ探】禒顩r進(jìn)行監(jiān)測(cè),防止安全事故的發(fā)生，且有利于工程養(yǎng)護(hù)工作的順利開(kāi)展。

3研究新型土木工程材料的意義

土木工程材料的質(zhì)量和性能直接關(guān)乎到整個(gè)土木工程的水平，土木工程的材料是構(gòu)成整個(gè)工程項(xiàng)目的基石。新材料的應(yīng)用可以提高施工效率，降低施工難度，減輕人工施工強(qiáng)度。對(duì)于工程質(zhì)量而言，新型材料可以克服傳統(tǒng)建材的許多缺點(diǎn)，提高耐用度，強(qiáng)韌度。新材料的處理方法往往比較科學(xué)，緊隨時(shí)代，對(duì)周邊環(huán)境的影響大大降低。土木工程的建設(shè)過(guò)程,能較大的影響我們的生活環(huán)境，對(duì)資源額消耗也比較大。為了適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)集約發(fā)展的需求，節(jié)約使用建筑材料，保護(hù)生活環(huán)境，“綠色建材”應(yīng)運(yùn)而生。綠色建筑材料的原材料使用的多半是人們生活與生產(chǎn)中的廢棄物，將這些廢棄物循環(huán)使用，減輕對(duì)環(huán)境及的污染。綠色材料使用最新的高科技與技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，新工藝環(huán)保度高。整個(gè)制作的過(guò)程，生產(chǎn)配方，不含有害物質(zhì)。新型的綠色建筑材料的設(shè)計(jì)緊隨生產(chǎn)生活需求，人居性契合度高，有助于提高生活質(zhì)量。綠色建材滿足經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的需要的同時(shí)，又能環(huán)境保護(hù)、節(jié)約資源。傳統(tǒng)的土木工程建筑檢測(cè)方法，從外到內(nèi)進(jìn)行，在對(duì)內(nèi)部構(gòu)造檢測(cè)時(shí)很難進(jìn)行工作，評(píng)估結(jié)果誤差的出現(xiàn)在所難免，這種方法很難全面檢測(cè)內(nèi)部構(gòu)造存在的一些安全隱患，使用相關(guān)檢測(cè)設(shè)備測(cè)量?jī)?nèi)部構(gòu)造的準(zhǔn)確率不高，工作效率總是提不上去。運(yùn)用了智能材料后，管理者通過(guò)從安裝在材料內(nèi)部的傳感器提取數(shù)據(jù)，了解工程內(nèi)部構(gòu)造的狀況。智能材料能實(shí)時(shí)導(dǎo)出數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的實(shí)時(shí)檢測(cè)評(píng)估。智能材料用于重大工程項(xiàng)目，諸如大型水利水電項(xiàng)目和橋梁等有很高的實(shí)用價(jià)值。

4新型土木工程材料的發(fā)展趨勢(shì)

4.1新材料智能化發(fā)展

智能土木結(jié)構(gòu)能有效解決評(píng)估土木工程結(jié)構(gòu)的力度、完整安全性和結(jié)構(gòu)持久性的問(wèn)題。通過(guò)在土木結(jié)構(gòu)工程里面安裝一個(gè)個(gè)傳感器，構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)，全面監(jiān)控土木結(jié)構(gòu)的性能。智能材料在土木結(jié)構(gòu)工程方面的應(yīng)用前景十分廣闊，它現(xiàn)在主要應(yīng)用在高層建筑、橋梁、大型水力發(fā)電工程等項(xiàng)目中。而一些大型體積的混凝土結(jié)構(gòu)項(xiàng)目像采油平臺(tái)、大水壩和船閘等，也已經(jīng)嘗試植入傳感器并構(gòu)建智能土木結(jié)構(gòu)工程。智能材料在近年的應(yīng)用發(fā)展大局來(lái)看，大規(guī)模分布式智能傳感器也被應(yīng)用于對(duì)公共建筑的檢測(cè)，為智能結(jié)構(gòu)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.2新材料高性能化發(fā)展

高性能化是通過(guò)研制新興建筑材料來(lái)實(shí)現(xiàn)工程的智能結(jié)構(gòu)和功能一體化的過(guò)程。一些特性各異的材料被研發(fā)以適應(yīng)各種需求。如高耐久性材料、高保溫性材料、高抗震性材料、優(yōu)異裝飾性材料、高吸聲性材料、輕質(zhì)材料、及優(yōu)異防水性材料都有專門的適用領(lǐng)域。輕骨料混凝土、加氣混凝土、高強(qiáng)混凝土、空心磚、石膏板等新興建筑材料應(yīng)用于土木工程，材料自重大大減輕，建筑建設(shè)發(fā)展空間更大，有利于向大跨度方向進(jìn)一步發(fā)展，適應(yīng)土木工程發(fā)展的大戰(zhàn)略。

4.3新材料復(fù)合化發(fā)展

材料復(fù)合的過(guò)程，即將FRP材料通過(guò)各種方法附于構(gòu)件表面承受外力，使得原構(gòu)件的受力性能大大提升。目前，F(xiàn)RP已經(jīng)在加固各類土木工程結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)揮了很大作用。其涉及的領(lǐng)域從橋梁和建筑結(jié)構(gòu)擴(kuò)大到水工結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)以及隧道等。FRP筋重量較輕且強(qiáng)度大，具有的高耐腐蝕性可以避免鋼筋銹蝕而損害，同時(shí)也減少了維護(hù)結(jié)構(gòu)的費(fèi)用和時(shí)間。它具有的非磁性能應(yīng)用到一些有無(wú)鐵磁性要求的特殊工程中。FRP筋在也被廣泛用在橋梁建設(shè)和巖土采挖工程的加筋土中。我國(guó)目前已經(jīng)能生產(chǎn)索產(chǎn)品及其配套錨夾具和多種FRP筋。重點(diǎn)研究FRP筋混凝土與FRP筋之間的界面粘結(jié)性能問(wèn)題研究和FRP筋特殊彈脆性材料的力學(xué)性能研究。

4.4新材料環(huán)保化發(fā)展

土木工程新材料的發(fā)展中最重要的是綠色化、節(jié)能化。我國(guó)的建筑材料的更新在加快，建筑節(jié)能化力度也在逐步加大，建筑的防水保溫能力也在不斷提高。隨著人們對(duì)于綠色環(huán)保生活更加關(guān)注，居住環(huán)境、裝修材料等越來(lái)越傾向于健康方面，綠色建筑材料得到大力推廣。水泥是因其耗能高污染大,應(yīng)盡可能地少采用,。盡可能地多使用以工業(yè)廢渣等為原材料的新型混凝土。我國(guó)人民生活水平在不斷提高,環(huán)境與社會(huì)的效益也逐步被關(guān)注,充分開(kāi)發(fā)利用好工業(yè)廢渣必將是土木工程實(shí)現(xiàn)可持續(xù)化轉(zhuǎn)變中的一個(gè)重要課題。

5結(jié)論

現(xiàn)代建筑的理念隨著科技化和信息化社會(huì)的進(jìn)步而發(fā)生翻天覆地的變化。將新型材料應(yīng)用于現(xiàn)代土木工程，能夠提升工程質(zhì)量，提高工程檢水平，實(shí)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)?；?。我們要有完備的能力充分掌握新材料，使其得到更好的應(yīng)用，這需要相關(guān)學(xué)者和科研工作者的不懈努力。我們相信，新型材料在土木工程中的應(yīng)用必將越來(lái)越寬廣，市場(chǎng)空間也越來(lái)越大。

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作者:吳俊垚 單位:貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院