高性能材料在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

范家鑫

（大連西成房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，遼寧 大連 116000）

混凝土是結(jié)構(gòu)工程中非常重要的材料，而伴隨我國(guó)近年來(lái)建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)對(duì)混凝土的用量與日俱增，甚至一度躍居世界前列。而可以預(yù)見的是，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，鋼筋混凝土依然會(huì)作為結(jié)構(gòu)工程的重要材料，促進(jìn)結(jié)構(gòu)工程在設(shè)計(jì)方法、施工技術(shù)以及試驗(yàn)技術(shù)等方面的跨越和進(jìn)步。

一、纖維筋在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

鋼筋是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要配筋材料，而近年來(lái)國(guó)際上應(yīng)用較多、研究較多的主要包括樹脂粘結(jié)的纖維筋、玻璃纖維筋及芳綸纖維筋。有關(guān)國(guó)際研究指出，這幾種纖維筋都擁有很高的強(qiáng)度，只是相對(duì)而言，玻璃纖維筋的抗堿化的性能相對(duì)較低。就其優(yōu)劣性而言，纖維筋強(qiáng)度高、抗腐蝕，而且具有很好的抗疲勞性、高電阻、彈性變形能力以及較低的磁導(dǎo)性，但也具備松弛值大、斷裂應(yīng)變性能差、熱膨脹系數(shù)大的缺陷。

二、環(huán)氧樹脂涂敷鋼筋在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

在氣候潮濕或者存在腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境當(dāng)中，鋼筋銹蝕很容易影響到結(jié)構(gòu)的耐久性。而為了防止鋼筋銹蝕，采用不銹鋼來(lái)進(jìn)行制造倒不失為一種有效的嘗試，只是其價(jià)格略微昂貴一些。

另外一種方法是采用環(huán)氧樹脂涂在鋼筋的表面，進(jìn)而形成防銹涂層。這種方法目前在日本和歐美等國(guó)家較為常見，不過(guò)我國(guó)目前已經(jīng)擁有相應(yīng)的生產(chǎn)能力，并基于此制定了嚴(yán)格的生產(chǎn)要求和流程。鋼筋會(huì)現(xiàn)在工廠當(dāng)中獲得校直、加熱以及噴涂樹脂粉末方面的操作，并同步形成一種保護(hù)膜，待冷卻以后進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)合格以后投入使用。

三、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒、螺旋肋鋼絲在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)用于預(yù)應(yīng)力混凝土的各種熱處理鋼筋、鋼絲和鋼絞線的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)部分材料生產(chǎn)部門通過(guò)引入國(guó)外先進(jìn)的生產(chǎn)線，生產(chǎn)出直徑為12.0mm、抗拉強(qiáng)度達(dá)到1570 MPa的帶螺旋肋鋼絲和直徑為12.6 mm、抗拉強(qiáng)度達(dá)1570 MPa的預(yù)應(yīng)力混凝土用帶螺栓肋的鋼棒。這兩種新生產(chǎn)出來(lái)的材料主要特點(diǎn)在于高強(qiáng)度、低松弛，能夠和混凝土產(chǎn)生很好的粘結(jié)性，同時(shí)可盤卷、可點(diǎn)焊、易墩粗。

四、纖維布、纖維條、纖維板在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

目前國(guó)內(nèi)大部分項(xiàng)目在對(duì)鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時(shí)，習(xí)慣性采用鋼板粘結(jié)加固技術(shù)，只是因?yàn)殇摪灞旧碣|(zhì)量大、不方便運(yùn)輸、剪切成型存在困難，因此在應(yīng)用趨勢(shì)上，已經(jīng)呈頹勢(shì)。而近年來(lái)流行于國(guó)內(nèi)外的，則是以質(zhì)量輕便、易于加工，且單項(xiàng)抗拉強(qiáng)度高為特征的纖維布、條及板等來(lái)代替鋼板所實(shí)施的加固技術(shù)，并且取得了不錯(cuò)的效果。從特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，這些碳纖維布具有很高的單向抗拉強(qiáng)度，很適合用于鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)加固，但加固厚度一般不超過(guò)1毫米，質(zhì)量輕、密度低，相對(duì)來(lái)說(shuō)施工比較方便，既抗腐蝕，也不需要進(jìn)行定期的維護(hù)。

另外，國(guó)外在使用纖維布等相關(guān)材料時(shí)，還會(huì)使用不同類型的彈摸來(lái)對(duì)碳纖維進(jìn)行優(yōu)化組合，以求降低成本、控制造價(jià)。除卻碳纖維外，和其它纖維筋類似的還有使用玻璃纖維和芳綸纖維制作成的各類產(chǎn)品，也能取得很好的應(yīng)用效果。

五、再生骨料混凝土在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

建國(guó)初期，我國(guó)不少老式的混凝土結(jié)構(gòu)隨著時(shí)間的推移陷入老化的情況，不得已要進(jìn)行拆除、重修、重建，而再次過(guò)程中需要耗費(fèi)大量的成本。而在拆除過(guò)程中則面臨著大量的粗骨料再生，這樣不僅可以變廢為寶，而且可以降低環(huán)境污染。比如在荷蘭就已經(jīng)頒布了相應(yīng)的法律條文，禁止填埋各種沒有經(jīng)過(guò)回收的建筑廢料，并設(shè)有相關(guān)的材料研究公司，對(duì)骨料回收展開研究。

回收的混凝土骨料在進(jìn)行清洗之后，就可以用來(lái)代替混凝土當(dāng)中的石子。假設(shè)混凝土中的所有石子都采用再生骨料來(lái)進(jìn)行替代，那么新生的混凝土強(qiáng)度會(huì)是天然骨料混凝土的80%—100%，只是其變形性會(huì)相對(duì)較差一些，但也有解決的方法：

首先，可以將石子用作100%的再生骨料，將構(gòu)件的尺寸增加10%；

其次，將20%的天然骨料替換為再生骨料，這樣不僅不會(huì)降低混凝土的特性，其強(qiáng)度還會(huì)達(dá)到65Mpa。

再生骨料混凝土密度小、孔隙率較高，但是因?yàn)槠涿芏容^之石子作為骨料的混凝土密度還要低，所以其并不是十分符合建筑墻壁的厚度需求；此外較高的吸水率，也導(dǎo)致其并不適合用于室外的建筑模塊。

六、碾壓混凝土在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

近年來(lái)，碾壓混凝土在結(jié)構(gòu)工程當(dāng)中應(yīng)用較廣，諸如大體積混凝土結(jié)構(gòu)、工業(yè)廠房們地面修建以及公路和機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道等。使用碾壓混凝土進(jìn)行澆筑和普通混凝土有著顯著的不同，其平整需要使用推土機(jī)、振實(shí)需要使用碾壓機(jī)、層間處理需要使用刷毛機(jī)、切縫則需要使用切縫機(jī)。可以說(shuō)整個(gè)施工過(guò)程中的施工效率較高、機(jī)械化程度較高，勞動(dòng)條件也比較理想，較之普通的混凝土，可以大幅度縮短澆筑工期，連水泥的用量也會(huì)顯著縮減。

在諸如工業(yè)廠房、公路等面積較大的混凝土工程當(dāng)中，采用碾壓混凝土，亦或者在碾壓混凝土當(dāng)中增加鋼纖維，其耐久性還會(huì)得到更進(jìn)一步的調(diào)整與改善。

七、纖維增強(qiáng)混凝土在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

為了有效改善混凝土本身延展性、抗拉性差的缺點(diǎn)，混凝土當(dāng)中可以適當(dāng)添加纖維來(lái)求得改善，而且這種調(diào)整策略在如今的混凝土應(yīng)用研究當(dāng)中頗為常見。當(dāng)前圍繞纖維增強(qiáng)混凝土所展開的研究主要圍繞在碳纖維、鋼纖維、耐堿玻璃纖維、芳綸纖維等材料上；在承重結(jié)構(gòu)當(dāng)中，應(yīng)用較為廣泛的是鋼纖維混凝土，其被細(xì)分為用于耐火材料工業(yè)中的不銹鋼纖維以及用于土木建筑當(dāng)中的碳素鋼纖維。

總而言之，混凝土是由多種材料混合而成的綜合性材料，其本身的性能與內(nèi)部每一個(gè)細(xì)節(jié)的性能息息相關(guān)，同時(shí)也和應(yīng)用環(huán)境、具體的施工技術(shù)有所關(guān)聯(lián)。從結(jié)構(gòu)工程的視角出發(fā)，我們自然希望在未來(lái)能夠研究出更多的高性能材料，用于解決建筑工程在設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)方面所暴露出的問(wèn)題和缺陷，推動(dòng)相關(guān)行業(yè)持續(xù)、健康的發(fā)展。