土木工程中新型混凝土材料使用的探索

趙存良

（蘭州博文科技學院，甘肅 蘭州 730101）

水泥混凝土材料本身由于其成本比較低廉，在土木工程項目的施工作用過程中獲得了廣泛的實際應用。與此同時，伴隨著科技的持續(xù)發(fā)展進步，水泥混凝土材料的各項指標與產(chǎn)品的品質也獲得了顯著的提升，型號和種類也持續(xù)增多，適用的范圍也明顯拓寬。新型的混凝土材料通常是在原有材料成分的基礎上增添了某些新材料和成分，在土木工程領域的發(fā)展過程中對其進行行之有效的應用是非常必要的。

1 混凝土材料的概念

水泥混凝土的簡稱為砼，指的是由膠凝類型的材料把集料膠結成為一個整體的復合型材料。一般的狀態(tài)下，土木工程項目的施工作業(yè)過程中所采用的常規(guī)的水泥混凝土指的是以水泥作為膠凝類型的材料，并且和水、砂礫、石塊等材料（如果需要可以添加礦物混合材料及化學外加劑）依據(jù)特定的比例進行混合，隨后通過攪拌、成型、養(yǎng)護以及硬化等等環(huán)節(jié)成型的一類人造的石材，也被稱為是三合土。此外，水泥混凝土的強度等級指標是用立方體結構的抗壓強度數(shù)值來實施具體的劃分，國內(nèi)普遍把常規(guī)的水泥混凝土強度指標等級劃分成為12個等級，即為C15、C20、C25、C30、C35、C40、C50、C55、C60、C70、C75及C80。現(xiàn)階段水泥混凝土材料已被普遍使用在土木工程領域之中，其主要的優(yōu)勢就是工程造價比較低、材料來源非常豐富、成型之后的強度相對較高、耐久度比較理想并且可塑性比較優(yōu)秀。不過其缺點主要表現(xiàn)為水泥混凝土材料本身的自重較大、材料還是脆性的屬性。為了顯著改進水泥混凝土材料目前存在的主要缺陷，國內(nèi)對其進行了持續(xù)性的探索和研究，且已經(jīng)取得了實質性的進展，比如高性能的水泥混凝土、活性微粉類型的水泥混凝土、纖維強化型水泥混凝土等新型的混凝土材料目前已經(jīng)相繼問世，并且已經(jīng)廣泛都應用到土木工程項目的建設之中[1]，如圖1所示。

圖1 混凝土

2 常規(guī)混凝土材料的主要缺陷

常規(guī)的水泥混凝土屬于現(xiàn)階段土木工程項目施工領域中最為常見的建筑原材料，盡管在多項物化性能指標（通常是指硬度以及強度）層面具有比較顯著的優(yōu)勢，不過其也存在如下的幾項固有缺陷：

（1）水泥混凝土在長期使用后會發(fā)生各類開裂的情況，此種情況發(fā)生的主要原因有2個，即施工作業(yè)技術以及水泥混凝土本身性能指標不滿足建筑規(guī)劃設計的規(guī)定和需要；

（2）水泥混凝土本身的抗拉強度及彈性等指標不足，很難使特定的施工需求達到匹配的要求，尤其是結構相對比較復雜的項目，例如橋梁；

（3）水泥混凝土本身的耐久性相對比較差，某些水泥混凝土在建設過程中可能受到外部環(huán)境的影響而發(fā)生相關的病害，比如發(fā)生表面脫落的情況[2]?；炷亮芽p如圖2所示。

圖2 混凝土裂縫

3 新型水泥混凝土材料簡介

新型的水泥混凝土材料作為常規(guī)建筑原材料的加強版，與常規(guī)的混凝土相比，盡管其抗壓及抗拉性能指標有所強化，不過在混凝土材料中添加相應的鋼筋材料，會造成混凝土構件承載巨大的拉應力載荷。并且因為水泥混凝土內(nèi)部的鋼筋材料成本較高，施工單位往往會為了壓縮成本，進而減少鋼筋用量，甚至降低鋼筋的品質，這樣的情況對于項目工程的綜合質量將會造成巨大的影響?，F(xiàn)階段開發(fā)了新型的纖維型水泥混凝土，對于原有的鋼筋進行了有效的替代，不僅能夠顯著降低施工作業(yè)的總體成本，還能夠提高材料的抗拉強度指標。伴隨著新型水泥混凝土的使用，對于土木工程的長遠發(fā)展有較為理想的促進效果，依據(jù)大量常規(guī)水泥混凝土材料的實際應用經(jīng)驗，將其投入到水泥混凝土生產(chǎn)的過程之中，不僅能夠提高新型水泥混凝土的強度以及耐久程度，還能夠為土木工程的長遠發(fā)展帶來顯著的支持。

4 新型混凝土材料類型簡介

4.1 活性微粉類型混凝土建筑材料

活性微粉類型的水泥混凝土是一類強度指標較高的材料，具有較強的抗壓能力，其抗壓強度指標、抗拉強度指標分別是200~800 MPa和25~150 MPa。為了保證活性微粉類型水泥混凝土的品質良好，科學合理地調配常規(guī)的水泥混凝土的拌制工藝方法，通常要由如下方面著手：

（1）對于顆粒的粒徑實施細化改良方面的處理操作，用來提高水泥混凝土的均勻程度，并且提高其抗壓以及抗拉指標。

（2）使用堆積密度的優(yōu)化方案，用來改進相關材料的綜合性能指標；

（3）使用科學合理的方案來強化鋼纖維的力度，用來提高材料的延展能力；

（4）對于水量進行調控，最大限度使用非水化類型的水泥顆粒，有效增加堆積密度指標；

（5）強化硬化處理，借助增溫及增壓的方式提高材料的強度指標。和常規(guī)的水泥混凝土材料相比，活性微粉類型的水泥混凝土級配過程制備的骨料粒徑與水泥顆粒數(shù)值較為接近，可以滿足施工作業(yè)的需求，如圖3所示。

圖3 活性微粉類型水泥混凝土材料

4.2 高性能水泥混凝土建筑原材料研究

高性能水泥混凝土建筑原材料起初是在歐洲國家發(fā)明及普及使用的，后階段全世界有越來越多的國家對高性能水泥混凝土建筑原材料進行研究及探討。該建筑原材料和常規(guī)水泥混凝土建筑原材料進行對比得出下面2個技術特性。

（1）屈服強度非常高，通常狀況下能夠達到62.515 MPa，進而土木工程相關工程技術人員將水泥混凝土外形尺寸進行縮減，大幅減少了載荷及針對地基的額定壓強，使用成本大幅降低，施工作業(yè)工作效率及使用空間能夠最大限度地得到提高。

（2）土木工程相關工程技術人員施工作業(yè)難度系數(shù)有效降低，施工作業(yè)工作效率明顯提升，能夠最大限度地降低施工作業(yè)強度。此外，該建筑原材料還具有非常強的適應性及耐久性，對于施工作業(yè)品質量能夠大幅提高，后期的材料損耗及維修成本大幅降低，同時必須把對于自然環(huán)境的弊端最大限度地消除。

通過以上兩點技術參數(shù)及性能對比研究能夠得出，高強度水泥混凝土雖然能夠把其密實技術特性有效提高，然而與此同時帶來的卻是防火性能的大幅降低，這就要求土木工程相關工程技術人員添加聚丙烯纖維建筑原材料，基于此針對高強度水泥混凝土建筑原材料密實程度及防火性能進行最大程度地提高。

4.3 輕質水泥混凝土建筑原材料研究

輕質水泥混凝土建筑原材料本身具備綠色環(huán)保及價格低廉等技術優(yōu)勢，土木工程相關工程技術人員利用其發(fā)泡特性進行泡沫的制作，并且使泡沫與水泥漿完全融合，最后澆筑成型變成空隙較多的新型建筑原材料。由于此類建筑原材料本身密度是非常小的，在某種程度上能夠將水泥混凝土自重大的缺點進行科學合理的改進與升級。在國內(nèi)高層建筑物內(nèi)部的結構中，因為水泥混凝土的自重是非常大的，土木工程相關工程技術人員在攪拌規(guī)劃設計過程中，必須針對水泥混凝土墻體承載力進行全面綜合的考慮，使用輕質水泥混凝土實施填充墻體的制作，能夠行之有效地將墻體自重合理降低，進而能夠最大限度地提升其對高層建筑物的承載能力。輕質水泥混凝土本身的技術特性在通常狀況下有強度高、抗凍性較差以及密度較低等，因此該建筑原材料在土木工程項目施工作業(yè)過程中被廣泛使用[3]。

4.4 碾壓式水泥混凝土和纖維增強水泥混凝土原材料的對比研究

碾壓式水泥混凝土在一般情況下廣泛使用在道路工程及機場工程等項目中，該材料和普通的水泥混凝土建筑原材料進行對比得出，碾壓式水泥混凝土在實際使用過程中，必須配合相關專業(yè)化的澆筑工程機械實施輔助使用，配合推土機進行地面整平，碾壓機進行壓實作業(yè)，但對工程機械的技術參數(shù)要求是很高的。土木工程相關工程技術人員對于碾壓式水泥混凝土建筑原材料，能夠在其內(nèi)部添加粉煤灰等物質，進而使土木工程相關工程技術人員施工作業(yè)的工作效率得到最大程度的提升，壓縮施工作業(yè)周期，降低工程使用成本，使項目工程整體施工效率能夠獲得顯著的提高。纖維增強式水泥混凝土內(nèi)部成分含有的纖維組織能夠針對水泥混凝土本身的抗壓性能及延展性能進行行之有效的改進與優(yōu)化。纖維增強水泥混凝土建筑原材料如圖4所示。

圖4 纖維增強水泥混凝土建筑原材料

4.5 智能化水泥混凝土建筑原材料研究

土木工程相關工程技術人員在水泥混凝土內(nèi)部添加智能化物質，能夠充分發(fā)揮水泥混凝土綠色生態(tài)的作用。智能化水泥混凝土通常指的是綠色生態(tài)水泥混凝土、空氣凈化水泥混凝土及生物相容型水泥混凝土等種類。

4.5.1 碳纖維智能化水泥混凝土建筑原材料研究

碳纖維本身具有良好的導電性及高強度等技術優(yōu)勢，能夠行之有效地提高水泥混凝土建筑原材料結構剛度與抗拉性能。此外，還能夠把其當作一種傳感裝置，把原材料本身的受力情況在第一時間體現(xiàn)出來。

4.5.2 光纖傳感式智能化水泥混凝土研究

光纖傳感式智能化水泥混凝土建筑原材料指的是土木工程相關工程技術人員在水泥混凝土內(nèi)部結構加入纖維傳感器，對荷載內(nèi)部應力實施實時探測，因此對因為外力導致的形變及裂紋等能夠實現(xiàn)監(jiān)測。

5 結束語

綜上所述，現(xiàn)階段土木工程相關工程技術人員在土木工程施工作業(yè)過程中，普遍使用水泥混凝土作為原料。然而伴隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展進步，廣大人民群眾對于項目工程品質的要求也在持續(xù)提高，在當代土木工程項目的發(fā)展過程中，常規(guī)水泥混凝土建筑原材料已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段土木工程的技術要求。因此，伴隨著各種類型的新型水泥混凝土原材料的出現(xiàn)，相關施工作業(yè)單位唯有強化對新型水泥混凝土建筑原材料的合理使用，保證其可以在一定程度上使項目工程的建設品質得到最大程度的提高。