新型土木工程材料淺析

趙冬敏

（伊春市住房公積金管理中心，黑龍江 伊春 152500）

土木工程材料是指在土木工程中所使用的各種材料及其制品的總稱。它是一切建筑工程的物質(zhì)基礎(chǔ)，是組成建筑結(jié)構(gòu)物的最基本構(gòu)成元素。由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得土木工程的新型材料如雨后春筍般出現(xiàn)，表現(xiàn)出節(jié)能、高效、環(huán)保等特點，并呈現(xiàn)種類繁多，性質(zhì)各異，用途不同的特性。

1 高性能混凝土(HPC)

HPC要求具有高耐久性和高強度、優(yōu)良的工作性，首先體現(xiàn)在較高的早期強度、高驗收強度、高彈性模量;其次是高耐久性。可保護(hù)鋼筋不被銹蝕，在其他惡劣條件下使用，同樣可保持混凝土堅固耐久；最后是高的和易性、可泵性、易修整性?？膳渲拼筇涠鹊牧鲬B(tài)混凝土，而不發(fā)生離析；可降低泵送壓力，修整容易。冬天澆筑時，混凝土凝結(jié)時間正常，強度增長快于普通混凝土，低溫環(huán)境下不冰凍，高溫環(huán)境下澆筑混凝土保持正常的坍落度，并可控制水化熱。

1.1 低強混凝土

這種材料可用于基礎(chǔ)、樁基的填、墊、隔離及作路基或填充孔洞之用,也可用于地下構(gòu)造。在一些特定情況下,可用低強混凝土調(diào)整混凝土的相對密度、工作度、抗壓強度、彈性模量等性能指標(biāo),而且不易產(chǎn)生收縮裂縫。

1.2 輕質(zhì)混凝土

利用天然輕骨料(如浮石、凝灰?guī)r等)、工業(yè)廢料輕骨料(如爐渣、粉煤灰陶粒、自燃煤矸石等)、人造輕骨料(頁巖陶粒、粘土陶粒、膨脹珍珠巖等)制成的輕質(zhì)混凝土具有密度較小、相對強度高以及保溫、抗凍性能好等優(yōu)點。利用工業(yè)廢渣,如廢棄鍋爐煤渣、煤礦的煤矸石、火力發(fā)電站的粉煤灰等制備輕質(zhì)混凝土,可降低混凝土的生產(chǎn)成本,并變廢為寶,減少城市或廠區(qū)的污染,減少堆積廢料占用的土地,對環(huán)境保護(hù)也是有利的。

1.3 自密實混凝土

自密實混凝土不需機械振搗,而是依靠自重使混凝土密實。該種混凝土的流動度雖然高,但仍可以防止離析。配制這種混凝土的方法有:(1)粗骨料的體積為固體混凝土體積的50%;(2)細(xì)骨料的體積為砂漿體積的40%;(3)水灰比為0.9-1.0;(4)進(jìn)行流動性試驗,確定超塑化劑用量及最終的水灰比,使材料獲得最優(yōu)的組成。

這種混凝土的優(yōu)點有:現(xiàn)場施工無振動噪音,可進(jìn)行夜間施工,不擾民;對工人健康無害;混凝土質(zhì)量均勻、耐久;鋼筋布置較密或構(gòu)件體型復(fù)雜時也易于澆筑;施工速度快,現(xiàn)場勞動量小。

2 高摻量粉煤灰混凝土

隨著人們對粉煤灰的顆粒形態(tài)效應(yīng)、火山灰活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)等內(nèi)在潛能的認(rèn)識日漸深入，以及混凝土外加劑技術(shù)的迅速發(fā)展，粉煤灰成為繼外加劑之后混凝土的又一必需組分的觀點正在被越來越多的人接受.粉煤灰的摻量也有不斷增大的趨勢。在混凝土技術(shù)方面較先進(jìn)的美、英、加等國，自20世紀(jì)80年代中期就開始了高摻量粉煤灰混凝土 (粉煤灰摻量占總膠凝材料用量的55%以上)的研究與應(yīng)用。

大量使用粉煤灰的重要意義并不僅在于節(jié)約有限的工程材料費，還在于它的環(huán)境效益與社會效益.水泥是一種高能耗與高環(huán)境污染產(chǎn)品，盡可能地少用水泥，盡可能地多用各種工業(yè)廢渣，是使混凝土成為一種人類可持續(xù)發(fā)展材料的必然趨勢。在環(huán)保要求特別嚴(yán)格的西方工業(yè)國家，尤其重視各種工業(yè)廢料的二次開發(fā)與充分利用。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與人民生活水平的迅速提高，環(huán)境與社會效益將日益受到重視，工業(yè)廢渣的充分開發(fā)利用將成為必然的選擇。

3 新型節(jié)能墻體材料

3.1 新型砌體材料

采用砌筑結(jié)構(gòu)的墻體，通常依靠選用導(dǎo)熱系數(shù)小、保溫隔熱性能好的砌體材料，以此來達(dá)到墻體傳熱量小的目的。這類材料主要有空心鉆土磚、加氣混凝土砌塊、普通混凝土以及粉煤灰、煤研石、浮石等混凝土空心小砌塊等砌體材料，采用保溫砂漿作為砌體膠凝材料。

近年來發(fā)展應(yīng)用由保溫絕熱材料與傳統(tǒng)的墻體材料(例如實心黏土磚、混凝土等)或新型墻體材料〔例如空心磚、空心砌塊等)復(fù)合而成的節(jié)能墻體。常用的絕熱材料有礦物棉、玻璃棉、泡沫塑料、膨脹珍珠巖、加氣混凝土等材料，與之復(fù)合的有黏土實心磚、混凝土類空心磚、空心砌塊等砌體材料.復(fù)合墻體有一層導(dǎo)熱系數(shù)很小的絕熱保溫材料，墻體的保溫隔熱性能比單一材料砌筑的墻體更加優(yōu)秀，節(jié)能效果更加顯著。但是，絕熱材料價格較高，同時需要與之相配套的建筑主體結(jié)構(gòu)形式，最好采用框架結(jié)構(gòu)、墻體不承重的結(jié)構(gòu)形式。

3.2 新型復(fù)合墻板

新型節(jié)能復(fù)合墻板是由高效絕熱保溫材料、外墻板、內(nèi)墻板復(fù)合而成，按照標(biāo)準(zhǔn)尺寸或模數(shù)在工廠實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，包括門、窗等構(gòu)件均可和墻板一體化制造，運送到施工現(xiàn)場安裝在結(jié)構(gòu)框架上，即形成房屋建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，這是近年來發(fā)達(dá)國家采取的主要建筑形式。用于這種建筑物的復(fù)合墻板不承受外力，厚度一般在100～150mm，質(zhì)量輕，保溫性能好，尺寸精確，施工效率高。

4 FRP復(fù)合材料

土木結(jié)構(gòu)主要受兩大問題困擾，過早退化和結(jié)構(gòu)功能不足。近些年來，纖維增強聚合物(FRP)已經(jīng)成為解決這些結(jié)構(gòu)問題的一種可行途徑。工程實踐表明，F(xiàn)RP復(fù)合材料能適應(yīng)現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向大跨、高聳、重載、高強和輕質(zhì)發(fā)展以及承受惡劣條件的需要，符合現(xiàn)代施工技術(shù)的工業(yè)化要求，因而正被越來越廣泛地應(yīng)用于橋梁、各類民用建筑、海洋和近海、地下工程等結(jié)構(gòu)。應(yīng)用的方式有兩種一是替換鋼筋或鋼管直接應(yīng)用于新建結(jié)構(gòu)中;二是用于舊有結(jié)構(gòu)的維修加固，以取得良好的建筑效果。

5 智能材料

大型土木工程結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施的使用期都長達(dá)幾十年、甚至上百年。在其使用過程中，由于環(huán)境載荷作用、疲勞效應(yīng)、腐蝕效應(yīng)和材料老化等不利因素的影響，結(jié)構(gòu)將不可避免地產(chǎn)生損傷積累、抗力衰減，甚至導(dǎo)致突發(fā)事故.為了有效地避免突發(fā)事件故的發(fā)生，就必須加強對此類結(jié)構(gòu)和設(shè)施的健康監(jiān)測。一種稱為碳纖維機敏混凝土材料的智能材料，在大型土木工程健康監(jiān)測中已得到應(yīng)用。它是以短切或連續(xù)的碳纖維作為填充相，以水泥漿、砂漿或混凝土為基體復(fù)合而成的纖維增強水泥基復(fù)合材料。此類材料的電阻率與其應(yīng)變和損傷狀況具有一定的對應(yīng)關(guān)系，因此，可以通過測試其電阻率的變化來監(jiān)測碳纖維混凝土的應(yīng)變和損傷狀況。碳纖維混凝土還具有施工工藝簡單、力學(xué)性能優(yōu)良、與混凝土結(jié)構(gòu)相容性好等特性，因此，它不僅可以用于道路的交通車輛流和載重監(jiān)控，而且可較好地滿足大型土木工程結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施的健康監(jiān)測技術(shù)的要求。此外，碳纖維混凝土的電熱效應(yīng)和電磁屏蔽特性在混凝土結(jié)構(gòu)的溫度自適應(yīng)以及抗電磁干擾方面也具有重要的應(yīng)用價值。

結(jié)束語

納米材料由于超微的粒徑而具有常規(guī)物體所不具有的超高強、超塑性和一些特殊的電學(xué)性能。納米材料被應(yīng)用于很多領(lǐng)域并取得了顯著的增強、增韌及智能化等效果?；炷磷鳛橐环N傳統(tǒng)材料，其性能越來越不能滿足社會發(fā)展對其提出的更高要求，智能混凝土已經(jīng)成為一個新的發(fā)展方向。納米材料還賦予混凝土智能特性，水泥基納米復(fù)合材料其電阻率隨應(yīng)變而線性變化，并且具有很高的靈敏度和重復(fù)性。水泥基納米復(fù)合材料作為一種本征智能材料強度高，傳感性好，具有廣闊的發(fā)展前景。

[1]張正雄.土木工程材料[M].人民交通出版社，2008.

[2]王海波.土木工程材料[M].江西科學(xué)技術(shù)出版社，2010.

[3]李毅.土木工程概論[M].華中科技大學(xué)出版社，2008.