現(xiàn)代建筑中土木工程新型材料的應(yīng)用

摘要：文章主要研究現(xiàn)代建筑中土木工程新型材料的應(yīng)用。首先對土木工程新型材料的意義進(jìn)行分析，然后分析了3類土木工程新型材料，分別為新型混凝土材料、智能土木工程材料和新型復(fù)合材料。最后對纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的具體應(yīng)用進(jìn)行分析，研究結(jié)果表明纖維增強(qiáng)復(fù)合在現(xiàn)代建筑工程中具有非常重要的作用，能夠起到很好的加固作用?？傊?，土木工程新型材料的使用推進(jìn)了我國現(xiàn)代建筑行業(yè)的發(fā)展，對社會和人類具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代建筑;土木工程新型材料;應(yīng)用

中圖分類號：TU50;TU74

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）09-0082-04

現(xiàn)代建筑工程中由于材料的不同，導(dǎo)致其施工質(zhì)量也會存在差別。隨著人類對現(xiàn)代建筑的要求不斷提升，傳統(tǒng)的土木工程材料已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展需求，于是研發(fā)了土木工程新型材料，使得現(xiàn)代建筑能夠持續(xù)發(fā)展[1]。與傳統(tǒng)的材料相比，土木工程新型材料具備更好的節(jié)能環(huán)保作用，還具備較好的力學(xué)性能，能夠在現(xiàn)代建筑的多方面進(jìn)行使用，并且達(dá)到較好的應(yīng)用效果[2-3]。于是文章將主要分析現(xiàn)代建筑中土木工程新型材料的應(yīng)用。

1 土木工程新型材料的意義

1.1 降低環(huán)境破壞程度

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來越重視城市化建設(shè)和鄉(xiāng)村改造工程，使得土木工程發(fā)展規(guī)模不斷擴(kuò)大。在建設(shè)過程，需要使用到大量的材料，其中包含對環(huán)境有破壞作用的材料，加之規(guī)模擴(kuò)大，更加對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。如今人類對環(huán)境保護(hù)愈發(fā)重視，并通過不同方面用實(shí)際行動實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境的目的。為了降低土木工程材料對人類環(huán)境的破壞，人類研發(fā)了各種新型土木工程材料，在研發(fā)過程中始終秉持了環(huán)保理念，于是當(dāng)前土木工程新型材料大多使用環(huán)保材料制成，能夠降低對環(huán)境的污染作用，有利于土木工程實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[4]。

1.2 提高成本管理的科學(xué)性

以往，土木工程材料耗費(fèi)大，占據(jù)總成本的50%以上，對于某些初創(chuàng)型企業(yè)，材料費(fèi)用屬于非常大的開銷，如果沒有非常多的資金作為支持，將會很難進(jìn)行開展?；蛘邽榱速徺I材料，降低其他方面的資金使用，比如人工成本、技術(shù)成本或者設(shè)備成本等，這必然也會造成限制企業(yè)的發(fā)展。通過土木工程新型材料的研發(fā)，能夠成本管理更加靈活，因?yàn)樵摬牧夏軌蛱岣咝阅?、降低損耗，因此能夠節(jié)約一部分的成本支出，能夠提高成本管理的規(guī)范程度。而且，由于新型材料和技術(shù)之間相輔相成，新材料的出現(xiàn)也就促進(jìn)了技術(shù)的發(fā)展，于是就會降低技術(shù)方面的成本，那么從整體上就會節(jié)約出一部分成本，更加有利于企業(yè)的發(fā)展。

1.3 提高土木工程技術(shù)的實(shí)用性

土木工程在施工過程中，其中使用到的材料和技術(shù)之間存在必然聯(lián)系，存在一個相輔相成的關(guān)系。在設(shè)計(jì)階段，其中就涉及到技術(shù)能否具有可行性，于是設(shè)計(jì)人員就會同技術(shù)人員進(jìn)行溝通交流，目的在于保證技術(shù)的可實(shí)施性。然而在以前，在土木工程施工過程中，會因?yàn)椴牧媳旧淼南拗疲热绮牧闲阅懿粔蚝?，通過相關(guān)技術(shù)完成施工之后無法達(dá)到預(yù)期的效果，就會對工程的質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。而土木工程新型材料的出現(xiàn)，很大程度增加了材料性能，在應(yīng)用過程中能夠增加工程的質(zhì)量，而且相比于以往的材料，土木工程新型材料具有更好的靈活性、可開發(fā)性和實(shí)用性等，正因?yàn)椴牧系男阅芎妥饔锰岣?，使得土木工程技術(shù)也具有更好的實(shí)用性。

1.4 提高土木工程質(zhì)量

在整個土木施工過程中，影響其質(zhì)量的因素比較所，比如材料、設(shè)備和技術(shù)等，在這些影響因素中材料作為最基礎(chǔ)的影響因素，同時(shí)也是影響最大的因素。因?yàn)椴牧夏軌驅(qū)夹g(shù)的適用性造成限制，還能夠限制各種成本，對土木工程整體質(zhì)量也有非常大的影響。傳統(tǒng)的材料由于性能跟不上，導(dǎo)致施工完成后容易出現(xiàn)各種問題，嚴(yán)重的還會造成建筑倒塌，造成重大安全事故。隨著土木工程新型材料的出現(xiàn)，能夠提高材料本身性質(zhì)和性能，于是就能夠保證技術(shù)的實(shí)用性，提高成本管理的科學(xué)性，使得土木工程的質(zhì)量將會更加優(yōu)異。

2 土木工程新型材料的類型

2.1 新型混凝土材料

在原始材料的基礎(chǔ)之上，添加一些新材料，使得混凝土的性能能夠提高，從而形成新型混凝土材料，所以與傳統(tǒng)的混凝土材料的主要區(qū)別就是原料不同[5]。如今，經(jīng)常被使用的新型混凝土材料有低強(qiáng)混凝土材料、輕質(zhì)混凝土材料和自密實(shí)混凝土材料等。

輕質(zhì)混凝土材料具有廣泛的應(yīng)用，尤其在北方，因?yàn)楦牟牧暇哂泻芎玫目箖鲂阅芎捅匦阅埽覐?qiáng)度高、成本低、密度小。輕質(zhì)混凝土材料具有更好的性能，主要原因在于在原始的材料中加入了輕骨料或者其他工業(yè)廢料。

自密實(shí)混凝土材料具有更強(qiáng)的流動性，能夠在構(gòu)件體型非常復(fù)雜的土木工程中發(fā)揮重要作用。該材料在制作過程中的工藝比較特殊，不像其他混凝土需要進(jìn)行振搗，自密實(shí)混凝土材料根據(jù)自重完成密實(shí)，所以會提高材料的靈活性和流動性，主要應(yīng)用與構(gòu)建體型復(fù)雜的工程中。

低強(qiáng)混凝土材料在制作過程中會將其抗壓強(qiáng)度設(shè)置在30MPa以下。而且根據(jù)不同的實(shí)際需求情況，施工單位能夠自行控制該材料的彈性模量、抗壓強(qiáng)度和相對密度，從而使得材料更加適合于本工程中。低強(qiáng)混凝土材料主要的是在公路公路中作為填充材料，如今該材料已經(jīng)在道路中具有廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用到道路中的主要作用在于能夠避免道路出現(xiàn)裂縫[6]。

2.2 智能土木工程材料

智能土木工程材料在實(shí)際情況下具有更加廣泛的應(yīng)用。智能土木工程材料在能夠適用不同工程中基礎(chǔ)之上，并且具有很好的應(yīng)用效果，而且還能夠反映出工程的安全指標(biāo)，有助于提高安全性，降低成本消耗。碳纖維機(jī)敏混凝土材料屬于智能土木工程材料中應(yīng)用最廣泛的一種材料。因?yàn)樵摬牧暇哂蟹浅：玫牧W(xué)特性，在使用過程中，監(jiān)督人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)道路承重情況，于是可以避免道路出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷[7]。另外，碳纖維機(jī)密混凝土可以通過測量電阻率，從而反映出工程結(jié)構(gòu)的真實(shí)情況，于是就可以對發(fā)生故障的工程進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)救，這樣就可以降低損失。形狀記憶合金也屬于智能土木工程材料中使用較為廣泛的一種材料，該材料的主要特點(diǎn)在于受到外力作用產(chǎn)生變形之后能夠自動恢復(fù)原有形狀，這種材料就非常適合于地震易發(fā)區(qū)，能夠提高工程的抗震能力，降低人員傷亡情況[8]。

2.3 新型復(fù)合材料

隨著時(shí)代的更迭，土木工程結(jié)構(gòu)發(fā)生了退化，使其不能滿足力學(xué)要求，從而使得土木工程質(zhì)量出現(xiàn)問題，極有可能存在安全事故。為了能夠增強(qiáng)材料的性能，使用土木工程新型材料中的復(fù)合材料正好能夠解決該問題。因?yàn)樾滦蛷?fù)合材料具有比較好的力學(xué)性能、耐腐蝕性能、機(jī)械強(qiáng)度等，而且還有比較好的硬度，在土木工程中進(jìn)行使用能夠提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度[9]。新型復(fù)合材料主要是纖維增強(qiáng)符合材料，該材料的制作方式就是將纖維材料和基體材料按照一定的比例進(jìn)行融合，使之成為一個復(fù)合材料，從而能夠具有兩種材料的優(yōu)勢，所以達(dá)到提高了材料的性能。新型復(fù)合材料還包含金屬復(fù)合材料，因?yàn)榻饘倬哂泻芏鄡?yōu)勢，比如柔軟度更強(qiáng)、硬度比較高等，于是將其應(yīng)用到土木工程中能夠大大提高工程質(zhì)量，還能夠避免工程出現(xiàn)裂縫等情況，于是金屬復(fù)合材料在土木工程中應(yīng)用廣泛。

文章主要介紹了3種類型的土木工程新型材料，每種材料都有其特性，應(yīng)用范圍也會存在差異。碳纖維復(fù)合材料在土木工程加固中具有非常廣泛的作用，并且能夠?qū)崿F(xiàn)較好的加固效果。尤其當(dāng)前土木工程面臨加固的工程很多，使用碳纖維復(fù)合材料的頻率也不斷增多。于是接下來文章將對纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在現(xiàn)代建筑工程加固中的具體應(yīng)用行分析。

3 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在現(xiàn)代建筑加固中的具體應(yīng)用

3.1 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在混凝土結(jié)構(gòu)的中應(yīng)用

混凝土結(jié)構(gòu)會受到不同因素的影響，從而造成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性不能滿足規(guī)范要求，于是需要對其進(jìn)行加固處理，從而增加結(jié)構(gòu)的承載能力。文章將碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用于兩種把不同情況中進(jìn)行使用。

3.1.1 構(gòu)件承載力不足情況下

1）應(yīng)用范圍：①纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有較好的性能，能夠具備很高的抗拉強(qiáng)度和耐久性能，當(dāng)建筑出現(xiàn)承載力不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)，將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用其中能夠進(jìn)行加固作用;②建筑工程在施工過程中，會存在施工管理問題，導(dǎo)致建筑質(zhì)量存在安全隱患，于是使得該建筑工程項(xiàng)目不符合安全使用條件，然后將碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用其中，能夠達(dá)到較好的加固效果。

2）碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用過程中容易出現(xiàn)的問題和解決措施。一般情況下，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有很好的加固效果，而且對其進(jìn)行施工不需要使用到大型機(jī)械設(shè)備，所以施工空間具有很好的靈活性，而且其施工方式較為簡單;但是在應(yīng)用過程中也會存在一定的缺陷問題，如下所示：①復(fù)合材料在應(yīng)用過程中，會存在不同強(qiáng)度的構(gòu)件，需要所需使用的復(fù)合材料用量將會不同。如果為了增加加固效果，使用過量的復(fù)合材料，這種做法就會降低復(fù)合材料的加固效果，影響其抗拉強(qiáng)度。遇到這種情況時(shí)的解決方案為：首相需要將原有構(gòu)件的荷載進(jìn)行確定，然后按照抗拉強(qiáng)度要求，通過承載力計(jì)算方法，最后再對復(fù)合材料使用量進(jìn)行確定，從而正好可以滿足結(jié)構(gòu)加固要求;②當(dāng)使用復(fù)合材料加固混凝土構(gòu)件時(shí)，會發(fā)生剝離現(xiàn)象。遇到這種情況時(shí)的解決方案為：該問題主要是膠粘劑做造成的，所以在選擇膠粘劑之前，需要根據(jù)混凝土的等級，選擇合適的膠粘劑，比如常用的聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂等，完成粘接之后，還需要對其進(jìn)行不斷檢查，以降低安全事故發(fā)生。

3.1.2 建筑使用功能發(fā)生變化情況下

1）應(yīng)用范圍的分析：①纖維增強(qiáng)復(fù)合材料能夠直接包裹在外形較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)上面，從而提高結(jié)構(gòu)的承載能力，使得結(jié)構(gòu)具有更加長久的使用功能。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料能夠?qū)崿F(xiàn)這種功能，主要是其具有很好的可塑性，而且強(qiáng)度大的援用;②纖維增強(qiáng)復(fù)合材料能夠應(yīng)用到那些使用功能發(fā)生改變的建筑中，比如某建筑物原本為辦公樓，需要對其進(jìn)行改造成為工業(yè)廠房建筑，此時(shí)通過使用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，直接覆蓋在結(jié)構(gòu)上，能夠不增加結(jié)構(gòu)的橫截面積，使得結(jié)構(gòu)具備原有的美觀性，而且還能夠增強(qiáng)新結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，使其滿足新結(jié)構(gòu)的的設(shè)計(jì)要求;③由于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有很好的加固效果，加固后能夠保持構(gòu)架的整體性，所以在抗震區(qū)如果構(gòu)件發(fā)生破壞，能夠使用該材料進(jìn)行加固，能夠增加構(gòu)件的整體抗震性;④在某些發(fā)生老化的混凝土構(gòu)件中，由于缺乏足夠的強(qiáng)度，可以將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用其中，能夠有效控制混凝土老化程度。

2）應(yīng)用中存在的問題和解決方法：①纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有很好的受拉強(qiáng)度，但是其受壓能力幾乎沒有。這種問題的主要解決方案：可以將板材構(gòu)件和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行結(jié)合使用，將其應(yīng)用到構(gòu)件的受拉區(qū)，于是就可以承受住一定的要求;②纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的另外一個缺陷在于價(jià)格比較高，而且具有很差的耐火性[10]。所以對于耐火等級比較高的構(gòu)件不能進(jìn)行使用。這種問題的主要解決方案為：對纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析，推廣其生產(chǎn)工藝，從而降低其成產(chǎn)成本。為了能夠?qū)⒗w維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用到耐火等價(jià)較高的構(gòu)件中，首先需要對復(fù)合材料進(jìn)行防火處理，增強(qiáng)其耐火性能，然后再對其進(jìn)行使用。一般情況下，是不建議將其應(yīng)用到耐火等級較高的構(gòu)件中進(jìn)行使用。

3.2 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在加固方面的具體應(yīng)用

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能較好，通過使用特點(diǎn)可以將其應(yīng)用到橋梁加固方面。將板的下面貼上纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，能夠增加板的抗剪能力和抗彎能力，從而增加板的使用壽命。比如橋面板經(jīng)過長時(shí)間使用后，其上面有較為嚴(yán)重的磨損情況，能夠通過粘貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行維修。

3.2.1 加固橋梁構(gòu)件的具體應(yīng)用方法

為了說明纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用方法，文章將其應(yīng)用到一個實(shí)際的橋墩中進(jìn)行修補(bǔ)，達(dá)到加固的目的。圖1即為使用復(fù)合材料加固混凝土橋墩示意圖，其中1表示的是環(huán)向纖維箍，2表示的是壓結(jié)角，3表示的是縱向纖維片，4表示的是縱向纖維9°彎折。具體的施工方式如下所示：①首相將橋墩表面進(jìn)行整平處理，即使用噴射混凝土的方式進(jìn)行;②平整處理之后需要對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)完成之后使用噴砂法進(jìn)行表面處理;③然后選擇合適的膠粘劑涂抹到需要加固的區(qū)域上，然后再將復(fù)合材料覆蓋在膠粘劑上面進(jìn)行粘接。

上述方式即為使用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的主要步驟，操作方式看似簡單，但是其中值得注意的問題還是有很多。

雖然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有較好的性能，但是在應(yīng)用過程中還是會存在某些問題，比如纖維復(fù)合材料的延伸率比較小，混凝土?xí)l(fā)生橫向膨脹，應(yīng)用于混凝土柱中可能會出現(xiàn)脆性破壞，所以為了降低該事故的發(fā)生頻率，需要將復(fù)合材料完全的粘貼在整個構(gòu)件上。所以在應(yīng)用過程中，需要盡可能的發(fā)揮出復(fù)合材料的優(yōu)勢，避免其缺陷帶來的嚴(yán)重影響。

3.2.2 應(yīng)用效果

1）將纖維復(fù)合材料包裹在混凝土構(gòu)件上，能夠增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪等作用，能夠起到較好的加固作用，從而增加構(gòu)件的壽命。

2）在建筑工程中使用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行加固時(shí)，其操作簡單，相比與傳統(tǒng)的加固方式，將有助于提高施工工期，從而降低施工成本。

3）由于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的質(zhì)地非常的輕，而且設(shè)計(jì)性比較強(qiáng)，被應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)加固中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)良好的加固效果，而且不會造成結(jié)構(gòu)外觀變形，所以使用該復(fù)合材料有利于結(jié)構(gòu)的美觀程度。

4）在某些抗震地區(qū)，由于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料粘接到構(gòu)件上能夠起到加固作用，提高構(gòu)件的力學(xué)性能，從而能夠起到一定的抗震作用。

4 結(jié)語

土木工程新型材料具有重要的意義，能夠起到節(jié)能環(huán)保的作用，使得成本管理變得更加的科學(xué)性，還提高了土木工程技術(shù)的實(shí)用性。由于不同類型的新型材料具有不同的優(yōu)勢和性能，能夠在現(xiàn)代建筑中發(fā)揮重要作用。文章還對纖維增加復(fù)合材料進(jìn)行具體應(yīng)用分析，能夠在建筑工程加固中起到良好的作用。隨著時(shí)代的發(fā)展，越來越多的新型材料將會被研發(fā)，從而提高我國現(xiàn)代建筑行業(yè)的發(fā)展。

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作者簡介：孔秋艷（1979-），女，漢族，河南人，碩士學(xué)位，副高級工程師，研究方向：建筑材料。