新型材料在土工建設(shè)工程中的應(yīng)用

李德仁

摘 要：科技的發(fā)展是所有行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，在技術(shù)的支持下效率質(zhì)量提高都會(huì)得到一定的推進(jìn)，使用的工程材料中也發(fā)生了很大的變化，科技成分越來(lái)越高，而作為土建工程的操作人員，應(yīng)當(dāng)與時(shí)俱進(jìn)，時(shí)刻關(guān)注材料變化，掌握新型材料的使用技術(shù)，使得土建工程向著更加完善的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：新型材料；土工建設(shè)；應(yīng)用

1 高性能混凝土材料

高性能混凝簡(jiǎn)稱HPC，相對(duì)比傳統(tǒng)的混凝土材料其工作性優(yōu)良且強(qiáng)度和耐久度更加符合工程需要，具體表現(xiàn)在早期強(qiáng)度較高、驗(yàn)收強(qiáng)度較高以及彈性模量較高；另外HPC的耐久度也高于普通混凝土材料。即便是使用條件較為惡劣，也可以保證內(nèi)部鋼筋不被腐蝕，維持混凝土材料應(yīng)有的堅(jiān)固和耐久性；最后則體現(xiàn)在HPC的高可泵性以及和易性上，且使用HPC筑造的結(jié)構(gòu)更加容易修整。在冬天氣溫環(huán)境較為惡劣的情況下HPC能夠保證快速凝結(jié)且強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，不會(huì)在低溫環(huán)境下凝結(jié)冰凍。而在高溫環(huán)境下HPC也能夠保證其塌落度符合建筑要求，對(duì)水化熱程度也能較好的控制。

1.1 輕質(zhì)混凝土

通過(guò)利用凝灰?guī)r以及浮石等天然輕質(zhì)骨料以及爐渣、煤矸石、煤粉灰陶粒等工業(yè)廢料和人造輕質(zhì)骨料制備成密度較小的輕質(zhì)混凝土雖然在密度上較小，但是抗凍以及保溫性能相對(duì)于其他材料具有很大的優(yōu)勢(shì)。且輕質(zhì)混凝土的原材料是煤矸石、廢棄的工業(yè)渣滓以及粉煤灰，成本較低，能夠有效降低混凝土制備的成本，同時(shí)也能夠變廢為寶，減少污染，對(duì)于廠區(qū)以及城市的環(huán)保有促進(jìn)作用，有效減少?gòu)U料堆積占用空間。

1.2 低強(qiáng)混凝土

低強(qiáng)度混凝土在土工建設(shè)中被應(yīng)用于樁基的墊、填以及隔離，也可以用于基礎(chǔ)建筑和孔洞的填充，在地下的構(gòu)造建筑中也經(jīng)常應(yīng)用。低強(qiáng)度混凝土主要用于調(diào)整一些特殊情況下混凝土的工作度以及相對(duì)密度，此外對(duì)于彈性模量以及抗壓度等性能指標(biāo)也能進(jìn)行調(diào)整，加入了低強(qiáng)度混凝土的材料可以提高強(qiáng)度避免收縮裂縫的產(chǎn)生。

1.3 自密實(shí)混凝土

該種混凝土材料無(wú)需進(jìn)行機(jī)械振搗，混凝土自身重量即可以完成其密實(shí)度的提高。雖然其材料的流動(dòng)性較強(qiáng)，但是不易出現(xiàn)離析現(xiàn)象。而該種混凝土的排至方式較為特殊：首先該種混凝土中固體體積的50%為粗骨料；其次砂漿體積中40%為細(xì)骨料；再者，水灰配比在0.9至1.0之間；最后需要通過(guò)流動(dòng)性實(shí)驗(yàn)最終確定材料中的水灰比以及塑化劑量。只有通過(guò)上述步驟，才能使材料性能達(dá)到最佳。

這種自密實(shí)型混凝土由于無(wú)需振搗，因此施工振動(dòng)噪音較小，能夠在夜間進(jìn)行施工，不會(huì)擾民；且不會(huì)損害施工人員的健康；在耐久度以及質(zhì)量的均勻度上性能良好；即便澆筑構(gòu)件體積復(fù)雜或者鋼筋分布較密的工程也易于操作；勞動(dòng)量較小施工速度較快。

2 粉煤灰含量較高的混凝土材料

人們對(duì)于火山灰、粉煤灰以及微集料的認(rèn)識(shí)隨著科技的進(jìn)步不斷的加深，逐漸了解到期形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)以及內(nèi)在潛能的作用，在外加劑技術(shù)的支持下，粉煤灰成為了混凝土的另一種重要的組成成分，并且應(yīng)用范圍也不斷的擴(kuò)大，混凝土中粉煤灰量也不斷地提高。

而在混凝土中加入粉煤灰并不僅僅能夠節(jié)約材料投入費(fèi)用，其主要效益在于其對(duì)環(huán)境以及社會(huì)的效益。水泥的能耗以及污染度較大，因此出于環(huán)?？紤]在混凝土中應(yīng)當(dāng)盡可能減少水泥的用量，換用工業(yè)廢渣，這種可持續(xù)發(fā)展型的混凝土成為了未來(lái)建筑混凝土材料發(fā)展的必然趨勢(shì)。尤其是目前國(guó)際上一些較為重視工業(yè)廢料二次利用的西方國(guó)家，對(duì)于環(huán)保問(wèn)題十分重視。伴隨著人們社會(huì)的發(fā)展以及生活要求的不斷提高，工業(yè)生產(chǎn)中加入了社會(huì)效益以及環(huán)境效益因素，工業(yè)廢渣的使用也成了土建材料的新寵兒。

3 新型墻體材料

3.1 砌體材料

墻體欲達(dá)到保溫、降低傳熱量的目的需要采用保溫性能以及隔熱性能良好的低導(dǎo)熱系數(shù)砌體材料，并采用先進(jìn)的砌筑結(jié)構(gòu)。近年來(lái)土工建設(shè)大多使用一種新型的節(jié)能墻體材料是由新型的保溫材料結(jié)合傳統(tǒng)材料符合而成。常用的建筑保溫材料主要有加氣混凝土、泡沫塑料、礦物棉以及玻璃棉和膨脹巖，而復(fù)合材料中的另外物質(zhì)則是空心磚、粘土實(shí)心磚以及空心砌塊等材料砌體。復(fù)合墻體中的保溫材料具有較好的絕熱性，導(dǎo)熱系數(shù)較低，這種墻體的保溫性較之于單一材料墻體更強(qiáng)，因此能夠有效降低能耗。但是相對(duì)于一般的墻體，其建筑成本較高，且在建筑結(jié)構(gòu)上有著一定的要求，一般采用墻體不承重或者是框架式結(jié)構(gòu)。

3.2 復(fù)合墻板

復(fù)合墻板是一種新型的節(jié)能保溫墻體材料，主要由高效絕熱內(nèi)外墻板、保溫材料復(fù)合而成，在工廠按照要求的模數(shù)以及尺寸標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，包括門、窗等構(gòu)件均可和墻板一體化制造，運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)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(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家采取的主要建筑形式。但是該種復(fù)合墻板不需要承受外力，因此大多厚度采用了130mm左右，質(zhì)量輕，且具有較高的保溫性能，施工操作便捷。

4 FRP復(fù)合材料

土木結(jié)構(gòu)主要受兩大問(wèn)題困擾，過(guò)早退化和結(jié)構(gòu)功能不足。近些年來(lái)，纖維增強(qiáng)聚合物（FRP）已經(jīng)成為解決這些結(jié)構(gòu)問(wèn)題的一種可行途徑。工程實(shí)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(qiáng)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(lái)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(zhǎng)達(dá)幾十年、甚至上百年。在其使用過(guò)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(qiáng)對(duì)此類結(jié)構(gòu)和設(shè)施的健康監(jiān)測(cè)。一種稱為碳纖維機(jī)敏混凝土材料的智能材料，在大型土木工程健康監(jiān)測(cè)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(qiáng)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(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，可以通過(guò)測(cè)試其電阻率的變化來(lái)監(jiān)測(cè)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(jiǎn)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(cè)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(jià)值。

6 結(jié)束語(yǔ)

常規(guī)的土建材料同新型的納米材料相比在強(qiáng)度以及塑性上要遜色許多，并且納米材料的電學(xué)性能也是普通材料無(wú)法比擬的，很多建筑領(lǐng)域中通過(guò)使用納米材料增強(qiáng)了建筑結(jié)構(gòu)的性能。傳統(tǒng)的混凝土材料在飛速發(fā)展的建筑業(yè)中越來(lái)越無(wú)法滿足其高標(biāo)準(zhǔn)的要求，混凝土性能的提高已經(jīng)成為了必然的趨勢(shì)，智能混凝土是新時(shí)代土工建筑對(duì)于材料的要去，也是新興建筑材料的發(fā)展方向。納米材料的應(yīng)用給予了混凝土更高的智能性，能夠使得新型混凝土材料電阻率線性變化，具有較高的重復(fù)性以及靈敏性。新型的復(fù)合混凝土材料能夠有效適應(yīng)現(xiàn)代建筑高強(qiáng)度以及高傳感性的要求，其發(fā)展前景不可估量。

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