新型建筑材料在土木工程中的應(yīng)用探析

李海培 ，徐琦 （合肥工業(yè)大學(xué)宣城校區(qū)，安徽 宣城 242000）

1 概述

在工程建設(shè)過程中，材料的性能是建筑物和構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要依據(jù)，能否正確的選擇所需要的材料，能否科學(xué)地使用所選擇的材料，能否合理地構(gòu)筑所選擇的材料，對工程的建筑質(zhì)量和使用起著決定性的作用。建筑材料的選擇同時還影響著工程所需要的建設(shè)成本。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，土木工程新型材料不斷涌現(xiàn)并得到應(yīng)用，這些新材料具備良好的環(huán)保性、高效性、節(jié)能性，且應(yīng)用種類繁多，具有各自不同的應(yīng)用特性[1]。目前土木工程中使用較多的新型材料主要有智能材料、FRP復(fù)合材料和新型混凝土材料等。新型材料的使用，提升了工程的質(zhì)量、性能和品質(zhì)，同時也提高了建設(shè)效率，更好地滿足了時代需求。

2 智能材料

2.1 智能材料的特征及分類

智能材料是指具有感知環(huán)境刺激，對之進(jìn)行分析、處理、判斷，并采取一定的措施進(jìn)行適度響應(yīng)的智能特征的材料。因其可以自我發(fā)現(xiàn)故障、自我修復(fù)，還能夠根據(jù)實際情況作出相應(yīng)的優(yōu)化反應(yīng)，發(fā)揮控制功能[2]，必定是土木工程材料未來的發(fā)展趨勢。

智能材料主要有兩類：①在基體材料中嵌入具有傳感、動作和處理三種功能的嵌入式智能材料；②微觀結(jié)構(gòu)本身就具有智能功能的工程材料。

2.2 智能材料的應(yīng)用

碳纖維機敏混凝土和納米混凝土等智能材料正逐步走入工程應(yīng)用，而使用最廣的是碳纖維機敏混凝土。碳纖維機敏混凝土是以碳纖維作為填充相，與混凝土、砂漿、水泥漿等混合，制成的纖維增強水泥基復(fù)合材料[1]。采用碳纖維機敏混凝土的道路可用于交通流量的計取和汽車超載超限的監(jiān)測預(yù)警，采用碳纖維機敏混凝土的工程，可用于檢測結(jié)構(gòu)健康與病害，有利于預(yù)防或處置交通或工程事故等。

3 FRP復(fù)合材料 (纖維增強聚合物)

3.1 FRP復(fù)合材料及特征

按照設(shè)定的固定比例，將基體材料和纖維材料混合，就形成了這種高性能型復(fù)合材料。FRP復(fù)合材料具有輕質(zhì)堅硬、保溫隔熱、絕緣高強、耐腐蝕性好且可重復(fù)利用等特性。

3.2 FRP復(fù)合材料的應(yīng)用

隨著時間的推移和環(huán)境的影響，工程結(jié)構(gòu)的性能逐步退化，嚴(yán)重影響工程的使用。通過FRP復(fù)合材料的應(yīng)用，可提高土木工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和耐久性，滿足工程使用功能；減輕工程結(jié)構(gòu)重量，減小地震作用；有利于實現(xiàn)土木工程的工業(yè)化建造。FRP復(fù)合材料廣泛而充分地應(yīng)用于橋梁、電視塔、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)以及惡劣環(huán)境下的大型地下工程中，近年來，在民用建筑中的應(yīng)用也逐年增加。在具體工程應(yīng)用中主要有兩類：①應(yīng)用于維修加固舊有的結(jié)構(gòu)；②應(yīng)用于新建工程取代鋼筋或鋼管使用[3]。

4 新型混凝土材料

4.1 新型混凝土材料的分類

將普通混凝土進(jìn)行原材料配比調(diào)整并加入外加料，或?qū)ζ洳牧吓浔冗M(jìn)行一定調(diào)整，或采用新工藝、新技術(shù)進(jìn)行配制等就形成了新型混凝土。新型混凝土主要有高性能混凝土、輕質(zhì)混凝土、自密實混凝土、低強混凝土、活性微粉混凝土、高摻量粉煤灰混凝土等[1,4]。

4.2 新型混凝土材料的特性及應(yīng)用

4.2.1 高性能混凝土（HPC）

高性能混凝土是指具有高強度、高耐久性、高流動性等多方面的優(yōu)越性能的混凝土。隨著近年大跨度結(jié)構(gòu)、高層結(jié)構(gòu)、跨海結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)，高性能混凝土發(fā)展迅速。其高強度特性，使工程可減少用料、減輕自重、增大空間，從而降低工程成本；高流動性的特征，決定了其高工作性，工程建設(shè)中，可減輕施工強度、降低施工能耗；其高耐久性特性，工程可減少后期維保費用、延長使用壽命，節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟社會效益顯著。被廣泛地應(yīng)用于高層結(jié)構(gòu)、大型公建、大跨度橋梁、船塢碼頭、海洋鉆井平臺和預(yù)應(yīng)力樁基等工程中。

4.2.2 輕質(zhì)混凝土

輕質(zhì)混凝土，是利用天然輕質(zhì)骨料以及工業(yè)廢料和人造輕質(zhì)骨料制備，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)所形成的一種含有大量封閉氣孔的新型輕質(zhì)材料。具有密度較小、相對強度高以及保溫、抗凍性能好等優(yōu)點[4]。輕質(zhì)混凝土的生產(chǎn)與應(yīng)用，能實現(xiàn)資源的有效重復(fù)利用，綠色節(jié)能、保護(hù)環(huán)境。被廣泛應(yīng)用于節(jié)能墻體、分隔空間、港口巖墻、園林綠化、屋面保溫等工程中。

4.2.3 自密實混凝土

自密實混凝土是一種具有高流動性、均勻性和穩(wěn)定性的混凝土，澆筑時無需外力振搗、能在自重作用下流動并充滿模板空間的混凝土[5]。澆筑中不容易出現(xiàn)離析現(xiàn)象，質(zhì)量可靠；施工速度，縮短工程建設(shè)周期；無需澆筑振搗，減少現(xiàn)場工作量，也不影響施工聲音環(huán)境。被廣泛應(yīng)用于高層建筑的鋼管混凝土柱和深長灌注樁等工程中。

4.2.4 低強混凝土

抗壓強度不高于8MPa的混凝土稱低強混凝土。由于其水泥摻量少，水化熱低，有效減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，同時可節(jié)約工程成本。由于澆筑免振搗，施工環(huán)境要求低。常應(yīng)用于基礎(chǔ)墊層、隔離找平、洞口封堵、低矮基礎(chǔ)、小型路基、地下構(gòu)筑物、大體積構(gòu)筑物工程中。

4.2.5 活性微粉混凝土(RPC)

是一種抗壓強度可達(dá)200 MPa以上，超過高強混凝土抗壓強度的混凝土?；罘刍炷潦怯善胀ɑ炷两?jīng)特殊加工處理而形成的一種混凝土，其價格略高于普通混凝土，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼板等材料。活粉混凝土可做成長細(xì)結(jié)構(gòu)，也可做成薄壁結(jié)構(gòu)，常用于預(yù)應(yīng)力桁架橋、建筑工程構(gòu)件以及工廠預(yù)制混凝土部件。

4.2.6 高摻量粉煤灰混凝土

隨著土木工程規(guī)模不斷加大，高摻量粉煤灰混凝土使用量不斷增長，粉煤灰已經(jīng)成為了混凝土材料中的另一重要成分。高摻量粉煤灰能改善混凝土的性能，減少收縮裂縫的產(chǎn)生，更好地能發(fā)揮其性能優(yōu)勢。高摻量粉煤灰混凝土的使用，不僅可以減少水泥用量，節(jié)約資源、降低成本，也能降低能耗，保護(hù)周邊環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。被廣泛應(yīng)用于大體積混凝土結(jié)構(gòu)、超長超寬結(jié)構(gòu)工程中。

5 結(jié)語

隨著社會的發(fā)展進(jìn)步，人們對居住環(huán)境和生活質(zhì)量提出了更高的要求，人們更需要高性能、環(huán)保節(jié)能的新型土木建筑材料，新型建筑材料已經(jīng)成為滿足人們對美好生活需求的重要部分。研究、開發(fā)、生產(chǎn)和使用復(fù)合型、多功能、綠色節(jié)約的新型建筑材料成為土木工程材料發(fā)展的必然趨勢，前景廣闊。