論土木工程新型材料在現(xiàn)代建筑中的應用

劉召超 王英杰 黃明軒 賀長鵬

摘 ?要：伴隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，建筑市場方興未艾，人們對建筑的質(zhì)量與性能要求不斷提高。這對建筑技術(shù)提出了新的要求，而土木工程新型材料的涌現(xiàn)為其發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。人們追求的建筑理念與土木工程新型材料的有效結(jié)合，增加了現(xiàn)代建筑行業(yè)的多樣性發(fā)展，進而使得土木工程新型材料用途不斷擴展。文章著重分析了多種土木工程新型材料的性能，并對其總結(jié)以推動建筑行業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：土木工程;新型材料;混凝土;墻體材料;應用

中圖分類號：TU50 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）28-0179-02

Abstract： With the rapid development of the economy， the construction market is particularly precarious， and people continue to increase the quality and performance of buildings. This has posed new requirements for building technology， and the emergence of new materials for civil engineering has laid a foundation for its development. The effective combination of people's pursuit of architectural concepts and new materials for civil engineering has increased the diversity of the modern construction industry， which has led to the continuous expansion of the use of new materials for civil engineering. This paper focuses on analyzing the performance of various new materials for civil engineering and summarizing them， in order to promote the development of the construction industry.

Keywords： civil engineering; new materials; concrete; wall materials; application

1 概述

經(jīng)濟與科技的同步發(fā)展為建筑多樣化發(fā)展提供了可能。在其發(fā)展過程中，基于傳統(tǒng)建筑物，現(xiàn)代建筑理念不斷創(chuàng)新，向大型化、復雜化、功能化發(fā)展。而材料是建筑正常運作的基礎(chǔ)，為能滿足在性能與功能上的新要求，順應建筑發(fā)展潮流，新型建筑材料應運而生。新型建筑材料是傳統(tǒng)材料的加強版，其中包含很多種類，具有很多傳統(tǒng)材料不具備的優(yōu)點，比如強度大、質(zhì)量輕、保溫隔熱等。不斷涌現(xiàn)的新型材料，對土木工程接下來的發(fā)展有良好的促進作用。因此，新型材料在建筑市場上的熱度不斷提高，需求量不斷增加，從事研究新型材料的企業(yè)也隨之增多，這在一定程度上提高了我國新型材料的質(zhì)量與產(chǎn)量。同時建筑的風格與特點因人而異、因地域而異，這在一定程度上拓寬了新型材料的市場。土木工程新型材料的發(fā)展一定程度上也帶動了我國經(jīng)濟的發(fā)展。

建筑工程對材料的要求。建筑工程運行的基礎(chǔ)在于材料的選擇，材料與建筑工程的質(zhì)量及性能有著密不可分的關(guān)系。因為建筑的總體性能是材料的宏觀反映，所以我們需要學會如何選擇和使用材料。與傳統(tǒng)材料相比，新型建筑材料具有強度大、質(zhì)量輕等優(yōu)點，這是新型建筑材料較傳統(tǒng)材料更勝一籌的一點。除此以外，工程造價和能源消耗的影響也是我們考慮的重要因素。隨著國家對可持續(xù)發(fā)展的重視，加之新型材料的應用降低了土木工程建設(shè)的成本，所以新型建筑材料備受關(guān)注。同時，例如高摻量粉煤灰混凝土，充分挖掘了工業(yè)廢渣的潛在活力，既降低成本，又體現(xiàn)了環(huán)保的理念。因此，當我們對材料的選擇持嚴謹?shù)膽B(tài)度時，新型建筑材料會成為理想的選擇。

2 新型混凝土材料

2.1 智能混凝土材料

混凝土在土木工程建設(shè)中成本較低，應用廣泛。當混凝土的成分組成及含量改變時，其性能自然會發(fā)生相應改變。智能混凝土便是一種在原有混凝土的基礎(chǔ)上，復合智能化及功能化材料為一體的智能材料，具備智能感知、智能調(diào)節(jié)、自身修復等特點，在智能化建筑的發(fā)展歷程上有著不可或缺的地位。

（1）自感應混凝土。自感應混凝土是在混凝土的基材上復合部分導電材料使其具備本征自感應能力。摻雜的復合材料多以碳類和金屬類為主。以碳纖維導電材料為例，當碳纖維摻入時，復合后的混凝土基材的電阻變化與內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化存在相對應的關(guān)系，即疲勞損傷產(chǎn)生后，其體積電導率會有不可逆的下降。利用此現(xiàn)象，可以成功的監(jiān)測到混凝土各性能的變化，這在一定程度上為我們實時掌握建筑的力學狀態(tài)提供了可能。

（2）自修復混凝土。所謂自修復混凝土便是當混凝土發(fā)生損傷破壞時能夠自行愈合或者再生。受動物骨組織結(jié)構(gòu)創(chuàng)傷后再愈合恢復的機理啟發(fā)，自修復混凝土是采用粘結(jié)材料和基材相復合的方法而形成的新型材料，當其在一定外力作用下發(fā)生開裂時，具有特定功能的內(nèi)部物質(zhì)因破裂而釋放，并流向開裂處，以達到愈合的目的。

2.2 高性能混凝土

2.2.1 低強混凝土

低強混凝土在土木工程建設(shè)中已是普遍使用，且其制作工藝簡單。雖強度較低，但不影響它的廣泛使用。低強混凝土主要通過對材料的坍落度、保水性及泵送性進行分析，以適當控制比例的方式來制備。其常作為填充材料出現(xiàn)，有利于抑制裂縫的出現(xiàn)。低強混凝土參與過路基、孔洞填充及上海長江隧道基座的建設(shè)，為工程的建設(shè)做出了一定的貢獻。

2.2.2 輕質(zhì)混凝土

輕質(zhì)混凝土的生產(chǎn)以工業(yè)廢料、輕骨料等材料為原料，利用發(fā)泡機形成的泡沫與水泥漿充分混合，并通過澆筑成型而形成的一種多孔隙、質(zhì)量小的新型材料。盡管其所取原料不具備優(yōu)勢，但在很多方面仍具有優(yōu)良屬性。由于在發(fā)泡過程中混凝土內(nèi)部形成封閉的空隙，故使其具有質(zhì)量輕，保溫隔熱的特點，這在一定程度上減輕了建筑的荷載，提高了建筑額外的承載力。此外，廉價的原料以及密度較小的特點，降低了工程的成本，減少了施工過程中鋼材的使用，起到節(jié)能環(huán)保的作用。

2.3 活性微粉混凝土

活性微粉混凝土是由鋼纖維、晶體、氣孔、液體等多相材料組成的新型復合混凝土，相比于普通混凝土，其組分的細度、反應活度還有環(huán)保性具有顯著優(yōu)勢，并有以下幾點改變：首先，為加強粘結(jié)度，用細砂替代粗骨料，縮減基體中骨料占比;其次，普通混凝土的膠結(jié)基體具有宏觀缺陷，而復合鋼纖維后，韌性提高，彌補了低延展的缺點;三是復合微粉過程中，微粉顆粒細且聚集度小并且要遵循堆積最優(yōu)原則。目前對于活性微粉混凝土的實驗主要集中在宏觀上，同時，活性微粉混凝土由于工藝復雜，養(yǎng)護材料費較高等難以推廣。

3 新型墻體材料

新型建筑墻體材料區(qū)別于老式墻體材料，其優(yōu)勢明顯，首先是生產(chǎn)成本更低，對環(huán)境污染更小，其次因為新型墻體材料致力于做小做輕做精，使墻體材料自身的重量減小房屋的使用面積增加，此外還有良好的抗震性，最為重要的是大部分墻體材料是綠色建材。新型墻體材料完全符合國家重視的節(jié)約能源與保護環(huán)境要求。從功能來講，新型墻體材料分類更廣泛，包含墻體、門窗、裝飾材料、隔音保溫材料等，以及其他輔助材料;根據(jù)材料的組成成分還可以把材料劃分為化學材料和人工材料或者是金屬材料。

3.1 新型墻體材料的性能

新型墻體材料屬于不燃材料，具有防火特性，所以使用起來更安全，壽命更長。像硅酸鈣板板材不僅具有防火特性，還有很好的保溫防水功能。保溫層與基層以及墻面之間的粘結(jié)非常牢固，可以有效的對抗保溫層的開裂、空鼓等傳統(tǒng)保溫材料容易出現(xiàn)的問題。新型墻體材料還具有較大的蓄熱系數(shù)和較高的粘結(jié)強度。在施工期方面更具優(yōu)勢，因其簡單的設(shè)計與構(gòu)造使得工人可以快速的安裝，施工期短。同時墻體保溫材料易出現(xiàn)的開裂與傳統(tǒng)墻體材料存在龜裂問題得到了很好的解決。

3.2 新型墻體材料類型

為了迎合社會的不斷發(fā)展，為了實現(xiàn)保護環(huán)境和節(jié)約資源的效果。近些年不斷出現(xiàn)了多種新型的墻體材料。這種新型墻體材料與傳統(tǒng)的墻體材料不同，它具有環(huán)保、節(jié)約、保溫、隔音和安全等多種優(yōu)勢。按功能劃分主要可以分為粘結(jié)與密封材料、隔音材料、防水材料、裝飾材料、防火材料等等。因為多種優(yōu)勢集于一體使得新型墻體材料的應用會不斷在社會上推廣。

3.2.1 新型砌筑材料

砌筑結(jié)構(gòu)的墻體為減少墻體傳熱量，所用砌體材料應具備隔熱保溫性能優(yōu)、導熱系數(shù)小的特征，因為這樣可以減小墻體傳熱量。像普通的混凝土、粉煤灰、煤矸石、蒸壓加氣混凝土砌塊等材料最為常見。砌體膠凝材料通常會采用保溫砂漿，還有低碳環(huán)保的節(jié)能墻體是由保溫絕熱材料與傳統(tǒng)的墻體材料或新型墻體材料復合而成。

3.2.2 新型復合墻板

目前國內(nèi)對于新型復合墻板的加工工藝有兩種：一種是使用模具加工成型的固定式機械立模法，另一種是靠擠出成型的地模法。新型復合墻板的輕質(zhì)、環(huán)保、廉價、利廢等優(yōu)勢使其在建筑的內(nèi)墻、外墻、圍墻和屋面得以大展身手，新型復合墻板做到了有效地降低建筑工程造價，減輕勞動強度，提高保障性建筑的土地使用和建筑面積，符合當前國家墻改和建筑產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的發(fā)展支持政策。輕質(zhì)隔墻板是三合一體結(jié)構(gòu)，面板采用普通硅酸鹽水泥，中間用聚苯乙烯顆粒和少量無機化學助劑等材料填充。根據(jù)資料顯示，這種復合墻板材料多孔的性質(zhì)使得其抗壓能力與保溫隔音效果有很大的提升。新型復合墻板的出現(xiàn)是為了解決傳統(tǒng)材料的功能單一、占地面積大、造價高、排污和低效的缺點，在中國乃至世界建材市場中的需求都非常大。

4 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷進步，土木工程的建設(shè)也在不斷發(fā)展創(chuàng)新，土木工程新型材料日趨重要，在工程安全使用、經(jīng)濟合理、環(huán)境條件的適應等方面產(chǎn)生了明顯的效益，同時新型材料的發(fā)展也對新一代土木人提出了更高的要求：低成本、高效性、普適性、耐受性等等方面的突破，以及如何實現(xiàn)優(yōu)勢互補，“1+1>2”等都值得深究。相信在土木工程人才們的前赴后繼，孜孜鉆研的努力下，土木工程新型材料終會開花，為我國土建工程帶來質(zhì)的提升。

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