土木工程與材料的研究

吳澤燚　朱淑婷

摘 要：隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，土木工程材料也在不斷革新與進(jìn)步，從一開始的泥土到磚瓦，再?gòu)拇u瓦到鋼筋混凝土，又從鋼筋混凝土到預(yù)應(yīng)力混凝土，總之在不斷進(jìn)步。所以，為了滿足土木工程中的一些需要，工程材料就需要不斷改進(jìn)，以提高工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：土木工程;材料;應(yīng)用

建筑材料的選擇對(duì)于創(chuàng)造理想的生活環(huán)境至關(guān)重要。然而，目前建筑材料選擇方法中的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)僅限于材料能量性能和預(yù)期壽命等量化指標(biāo)。盡管建筑材料市場(chǎng)對(duì)綠色產(chǎn)品的興趣越來(lái)越大，但知識(shí)差距仍然存在，因?yàn)楹茈y確定哪種產(chǎn)品比其他產(chǎn)品更環(huán)保、更方便用戶。另一方面，視覺審美偏好等定性要求被忽略了。因此，應(yīng)該將常規(guī)建筑材料性能被納入多標(biāo)準(zhǔn)決策分析，以確定最終建筑材料類型。

1 土木工程中材料應(yīng)用的現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，與之前相比，現(xiàn)在的土木工程在一些方面已經(jīng)獲得了明顯的改善，像在物理性能方面，應(yīng)用范圍方面等。盡管土木工程材料的研究在不斷進(jìn)步，但是存在一些問題，在來(lái)源方面，因?yàn)槿藗兊慕ㄔO(shè)導(dǎo)致土木工程材料的用量越來(lái)越多，需求量不斷提高，以至于人們對(duì)礦物的開采量越來(lái)越大，不利于社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，需要材料擁有高性能、高質(zhì)量和多功能等特點(diǎn)，這也需要人們的不斷努力與付出。

2 土木工程中材料管理的介紹

2.1 土木工程材料管理的意義

土木工程材料對(duì)于土木工程至關(guān)重要，因?yàn)橥聊竟こ滩牧鲜且磺泄こ痰母磁c基礎(chǔ)，只有將這根源做好，才能確保之后施工的正常進(jìn)行以及建造完成后的正常使用。在施工過程中，不能為了節(jié)省材料，金錢或是時(shí)間而選擇不合格的材料或是偷工減料，這就會(huì)影響整個(gè)建筑，最后會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果。所以要提高對(duì)施工材料的管理，運(yùn)用合格安全的材料，這樣才能確保施工的質(zhì)量，制造出高質(zhì)量的建筑。

2.2 土木工程材料管理的缺陷

第一個(gè)方面：實(shí)在材料建造中出現(xiàn)的問題，一些廠家在建造材料后，沒有進(jìn)行安全性或是合格性監(jiān)測(cè)就發(fā)放到了市場(chǎng)，從而導(dǎo)致在實(shí)際建設(shè)過程中因質(zhì)量問題出現(xiàn)一些事故，這就需要檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)廠家生產(chǎn)的材料進(jìn)行檢測(cè)，不能讓其鉆一些空子;另外一個(gè)方面，實(shí)在施工時(shí)出現(xiàn)的問題，一些管理人員管理經(jīng)驗(yàn)不足，更甚的為了一些利益而貪污腐敗，導(dǎo)致在施工過程中使用不合格的材料，從而影響整個(gè)建筑的質(zhì)量，甚至危害到人的生命安全。

3 傳統(tǒng)材料在土木工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們?cè)谕聊竟こ滩牧现性絹?lái)越追求新型材料或是智能材料，但一些傳統(tǒng)的材料在土木工程建筑中還是必不可少的，當(dāng)傳統(tǒng)材料與一些新物質(zhì)相結(jié)合就會(huì)形成新型材料或是智能材料。像石膏，當(dāng)其中加入纖維和其他外加劑時(shí)，就制成纖維石膏板，與普通石膏相比，抗彎強(qiáng)度較強(qiáng)，更加方便等等;還有鋼筋混凝土，當(dāng)它與纖維復(fù)合材料組合在一起時(shí)，就能減少腐蝕，提高承載能力。所以，當(dāng)傳統(tǒng)材料工程建筑中是必不可少的，能與新型材料相結(jié)合，制造出多功能材料，具有重要價(jià)值。當(dāng)然在建設(shè)過程中也會(huì)考慮經(jīng)濟(jì)因素，這使得傳統(tǒng)材料也必不可少。

4 智能材料在土木工程中的應(yīng)用

許多智能材料在尺度上是多相復(fù)合材料，因此它們的整體力學(xué)性能很大程度上取決于每種組分的力學(xué)性能。彈性性能是復(fù)合材料整體性能和分析的關(guān)鍵參數(shù)，在設(shè)計(jì)中也具有實(shí)際意義。由于每個(gè)成分的粒子位置的隨機(jī)性，智能材料的整體性能也不是確定性的值。因此，預(yù)測(cè)智能材料的彈性是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。已有研究提出了一種數(shù)值模擬算法來(lái)全面研究智能材料試樣的整體彈性性能。有限元模型，加上蒙特卡羅模擬，隨后被用來(lái)預(yù)測(cè)整體模量和泊松比。具體來(lái)說(shuō)，考慮了兩種典型的建筑材料;土石混合物和混凝土。

4.1 形狀記憶合金在土木工程中的應(yīng)用

形狀記憶合金（SMA）是一類具有形狀記憶效應(yīng)（Shape Memory Effect）的智能合金材料。這種智能合金材料可用于開發(fā)土基建筑材料，為了確定這種穩(wěn)定機(jī)制在建筑中的效果，已有研究對(duì)不同合金類型在用擠壓技術(shù)生產(chǎn)的堿活化穩(wěn)定土中的增強(qiáng)效果進(jìn)行了對(duì)比分析，以評(píng)估合金材料度對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響。還研究了物理性能，并評(píng)估了最佳合金量。

4.2 光導(dǎo)纖維在土木工程中的應(yīng)用

也有學(xué)者研究的目的是評(píng)估制成光纖維混凝土結(jié)構(gòu)的生態(tài)友好復(fù)合材料的傳導(dǎo)能力。為此，進(jìn)行了熱導(dǎo)率和聲音傳播速度等試驗(yàn)。結(jié)果表明，纖維形成的復(fù)合材料適用于多種結(jié)構(gòu)。

4.3 壓電材料在土木工程中的應(yīng)用

已有研究介紹了壓電類智能材料的內(nèi)容，按壓電材料和壓電技術(shù)對(duì)其分組。討論了壓電材料的可靠性。結(jié)果表明，設(shè)定要求的最有效方法是根據(jù)建筑物和其他的相關(guān)參數(shù)來(lái)判斷其在靜變形控制能、噪聲主動(dòng)控制等方面的應(yīng)用程度。

4.4 壓磁材料在土木工程中的應(yīng)用

壓磁材料的抗壓強(qiáng)度、密度和孔隙密度是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)程序通過實(shí)驗(yàn)確定的，該標(biāo)準(zhǔn)程序用于由兩種不同比例的試樣，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型并進(jìn)行交叉驗(yàn)證，其目的有兩個(gè)：將工程性質(zhì)與壓磁材料組成相關(guān)聯(lián);通過壓磁材料靈敏度分析定量估計(jì)混合組分對(duì)工程性質(zhì)的影響。

5 土木工程材料發(fā)展的趨勢(shì)

社會(huì)在不斷發(fā)展，科技在不斷革新，人類也在不斷進(jìn)步，土木工程材料也將趨于更好的發(fā)展。主要有以下幾個(gè)趨勢(shì)：第一，研發(fā)高性能材料，使研制出來(lái)的材料具有輕質(zhì)，高強(qiáng)度，高耐久性和多功能性等等，還有運(yùn)用復(fù)合技術(shù)制造出一些復(fù)合材料，就如高性能混凝土，其中有低強(qiáng)混凝土、輕質(zhì)混凝土和自密實(shí)混凝土，還有新型節(jié)能墻體材料，F(xiàn)RP復(fù)合材料;第二，能夠充分利用地方材料，盡可能減少對(duì)一些資源的開采，能夠?qū)σ恍U物重新利用，變廢為寶，促進(jìn)可持續(xù)性發(fā)展以及減少對(duì)環(huán)境的污染;第三，杜絕生產(chǎn)一些含有對(duì)身體有危害的元素的材料，如重金屬等有害元素，同時(shí)需要研發(fā)對(duì)身心有利的材料。

參考文獻(xiàn)

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[2]周成峰.土木工程中智能材料的應(yīng)用研究與發(fā)展[J].（2017）26-0116-03

作者簡(jiǎn)介：

吳澤燚（1999—09—28），浙江蕭山人，土木工程專業(yè)，本科生.