新型土木工程材料應用及趨勢研究

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摘要：隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，社會各行業(yè)發(fā)展加快。土木工程建筑業(yè)也緊隨時代的潮流，不斷發(fā)展創(chuàng)新。工程材料作為其中重要的一環(huán)，也在不斷更顯換代，朝著高性能，施工便捷化，應用更廣泛，更節(jié)能環(huán)保等方向提高改進。本文根據(jù)材料的類型，對新型混凝土、新型復合材料和土木工程智能材料的的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進行了分析。

關鍵詞：土木工程；新型材料；發(fā)展趨勢

1前言

在一切建筑工程中，土木工程施工材料都是奠定基礎的重要環(huán)節(jié)，整個工程的質量很大程度上取決于材料的質量。當代建筑業(yè)的新型建筑材料研發(fā)速度非?？?品類繁的新型材料不斷被應用于土木工程中，因此,把握好新型材料的使用技術，對新型材料的研發(fā)和應用顯得尤為重要。如果能合理有效利用新型材料于土木工程，必定能節(jié)約施工成本，提高工程效率。新型的綠色材料的使用還能降低損耗，保護生態(tài)環(huán)境，推動土木工程向可持續(xù)方向發(fā)展。

2土木工程行業(yè)新材料應用概況

土木工程的發(fā)展勢頭在近年來表現(xiàn)得十分強勁，速度驚人。其工程領域不斷擴大，建設技術不斷完善，越來越多的參與到高層大樓、公路鐵路和橋梁，以及大型水利工程的建設。其中新材料的運用，提高了土木工程建設的質量和效率，更好的滿足了時代的需求。

2.1新型混凝土材料

普通混凝土，或調整原材料比例，引入新型原料，或調整材料比例，或施以新工藝就可以形成新型混凝土，它有著節(jié)省成本、易于施工、提高強度等優(yōu)點。輕質混凝土材料主要是由天然輕骨料，工業(yè)廢料輕骨料,煤矸石，人造輕骨料這些原料組成的。輕質混凝土材料密度小,高施工強度高,保溫效果較好,其抗凍性能表現(xiàn)也比較優(yōu)異。其原材料使用了工業(yè)廢料使得制作成本大幅降低。自密實混凝土材料不同于傳統(tǒng)混凝土，，利用自重實現(xiàn)密實，不需要機械振搗。自密實混凝土材料雖然流動度很高,卻能有效控制材料離析的現(xiàn)象。這種混凝土的現(xiàn)場施工無機械的振動噪音,夜間也能施工,對周圍居民生活影響小，對人體無害。自密實混凝土質地均勻，耐久性更強，鋼筋布置較密能應用在構件體型復雜的工程中。自密實混凝土的使用加快了施工速度,減小現(xiàn)場工人勞動量。低強混凝土可以在土木工程中基礎鑄成和樁基澆成過程中，用作填補材料、鋪墊基底、隔離材料，也可用作公路的路基以及填充路面孔洞,也可用于地下構造施工。低強混凝的混合使用可以對混凝土的相對密度進行調整、對其抗壓強度調整，還能調整工作度、改變彈性模量,調整后的材料不易收縮裂縫。合理使用低強混凝土可節(jié)約工程造價。活性微粉混凝土RPC是一種超高強混凝土。它的高強度表現(xiàn)其遠遠高于普通混凝土的抗拉強度和抗壓強度?；罘刍炷两?jīng)加工過程使用了一種特殊的工藝。這種工藝處理使材料的堆積密度達到最合適的值、材料的延展性得到改善提升，其質地更均勻,并通過加壓加溫提高強度。

2.2新型復合材料

新型復合材料FRP指的是纖維增強復合塑料。按照設定的固定比例，將基體材料和纖維材料混合，就形成了這種高性能型材料。它的特性質輕而硬,絕緣,機械強度高,可重復利用和耐腐蝕性好。退化時間過早和結構功能不足是土木工程結構一直以來就存在兩大問題，力學性能強大的FRP材料的使用，能有效解決這兩大問題。FRP可代替鋼筋或鋼管直接應用于新建的土木結構，也可以在舊有結構基礎上使用FRP進行加固。已有大量工程實踐表明，F(xiàn)RP復合材料能承受惡劣條件的影響，能達到現(xiàn)代施工技術的要求。現(xiàn)代工程結構正向著大跨度、超高度、高重載、高強度和輕質化方向發(fā)展。FRP復合材料因其強大的屬性，已逐漸被應用在橋梁建設，建筑物建設和各種地下工程結構中。

2.3智能材料

智能材料具有自診斷功能的特點，必定是土木工程材料未來的發(fā)展趨勢。其中使用最廣的是碳纖維機敏混凝土，它的基體是砂漿、水泥漿、或混凝土，填充相為連續(xù)的碳纖維或短切的碳纖維,將兩者復合就形了纖維增強水泥。材料自身的電阻率變化與其應變和受損傷狀況之間存在某方面的對應關系，對電阻率的變化進行監(jiān)測，就能了解碳纖維混凝土的應變和損傷狀況。碳纖維混凝土力學性能優(yōu)秀，能很好的與混凝土結構兼容，施工簡單易行，可用于監(jiān)控道路交通車輛流和車輛的載重情況，亦可對大型土木工程基礎設施和結構進行健康監(jiān)測。碳纖維混凝土的電熱效應特性被應用于混凝土結構的溫度自適應工程。碳纖維混凝土電磁屏蔽特性常被用于抗電磁干擾的工程建設。智能材料能夠對土木工程健康狀況進行監(jiān)測,防止安全事故的發(fā)生，且有利于工程養(yǎng)護工作的順利開展。

3研究新型土木工程材料的意義

土木工程材料的質量和性能直接關乎到整個土木工程的水平，土木工程的材料是構成整個工程項目的基石。新材料的應用可以提高施工效率，降低施工難度，減輕人工施工強度。對于工程質量而言，新型材料可以克服傳統(tǒng)建材的許多缺點，提高耐用度，強韌度。新材料的處理方法往往比較科學，緊隨時代，對周邊環(huán)境的影響大大降低。土木工程的建設過程,能較大的影響我們的生活環(huán)境，對資源額消耗也比較大。為了適應現(xiàn)代社會集約發(fā)展的需求，節(jié)約使用建筑材料，保護生活環(huán)境，“綠色建材”應運而生。綠色建筑材料的原材料使用的多半是人們生活與生產(chǎn)中的廢棄物，將這些廢棄物循環(huán)使用，減輕對環(huán)境及的污染。綠色材料使用最新的高科技與技術進行生產(chǎn)，新工藝環(huán)保度高。整個制作的過程，生產(chǎn)配方，不含有害物質。新型的綠色建筑材料的設計緊隨生產(chǎn)生活需求，人居性契合度高，有助于提高生活質量。綠色建材滿足經(jīng)濟、社會發(fā)展的需要的同時，又能環(huán)境保護、節(jié)約資源。傳統(tǒng)的土木工程建筑檢測方法，從外到內進行，在對內部構造檢測時很難進行工作，評估結果誤差的出現(xiàn)在所難免，這種方法很難全面檢測內部構造存在的一些安全隱患，使用相關檢測設備測量內部構造的準確率不高，工作效率總是提不上去。運用了智能材料后，管理者通過從安裝在材料內部的傳感器提取數(shù)據(jù)，了解工程內部構造的狀況。智能材料能實時導出數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對項目的實時檢測評估。智能材料用于重大工程項目，諸如大型水利水電項目和橋梁等有很高的實用價值。

4新型土木工程材料的發(fā)展趨勢

4.1新材料智能化發(fā)展

智能土木結構能有效解決評估土木工程結構的力度、完整安全性和結構持久性的問題。通過在土木結構工程里面安裝一個個傳感器，構成傳感器網(wǎng)絡，全面監(jiān)控土木結構的性能。智能材料在土木結構工程方面的應用前景十分廣闊，它現(xiàn)在主要應用在高層建筑、橋梁、大型水力發(fā)電工程等項目中。而一些大型體積的混凝土結構項目像采油平臺、大水壩和船閘等，也已經(jīng)嘗試植入傳感器并構建智能土木結構工程。智能材料在近年的應用發(fā)展大局來看，大規(guī)模分布式智能傳感器也被應用于對公共建筑的檢測，為智能結構提供數(shù)據(jù)基礎。

4.2新材料高性能化發(fā)展

高性能化是通過研制新興建筑材料來實現(xiàn)工程的智能結構和功能一體化的過程。一些特性各異的材料被研發(fā)以適應各種需求。如高耐久性材料、高保溫性材料、高抗震性材料、優(yōu)異裝飾性材料、高吸聲性材料、輕質材料、及優(yōu)異防水性材料都有專門的適用領域。輕骨料混凝土、加氣混凝土、高強混凝土、空心磚、石膏板等新興建筑材料應用于土木工程，材料自重大大減輕，建筑建設發(fā)展空間更大，有利于向大跨度方向進一步發(fā)展，適應土木工程發(fā)展的大戰(zhàn)略。

4.3新材料復合化發(fā)展

材料復合的過程，即將FRP材料通過各種方法附于構件表面承受外力，使得原構件的受力性能大大提升。目前，F(xiàn)RP已經(jīng)在加固各類土木工程結構時發(fā)揮了很大作用。其涉及的領域從橋梁和建筑結構擴大到水工結構、地下結構以及隧道等。FRP筋重量較輕且強度大，具有的高耐腐蝕性可以避免鋼筋銹蝕而損害，同時也減少了維護結構的費用和時間。它具有的非磁性能應用到一些有無鐵磁性要求的特殊工程中。FRP筋在也被廣泛用在橋梁建設和巖土采挖工程的加筋土中。我國目前已經(jīng)能生產(chǎn)索產(chǎn)品及其配套錨夾具和多種FRP筋。重點研究FRP筋混凝土與FRP筋之間的界面粘結性能問題研究和FRP筋特殊彈脆性材料的力學性能研究。

4.4新材料環(huán)?；l(fā)展

土木工程新材料的發(fā)展中最重要的是綠色化、節(jié)能化。我國的建筑材料的更新在加快，建筑節(jié)能化力度也在逐步加大，建筑的防水保溫能力也在不斷提高。隨著人們對于綠色環(huán)保生活更加關注，居住環(huán)境、裝修材料等越來越傾向于健康方面，綠色建筑材料得到大力推廣。水泥是因其耗能高污染大,應盡可能地少采用,。盡可能地多使用以工業(yè)廢渣等為原材料的新型混凝土。我國人民生活水平在不斷提高,環(huán)境與社會的效益也逐步被關注,充分開發(fā)利用好工業(yè)廢渣必將是土木工程實現(xiàn)可持續(xù)化轉變中的一個重要課題。

5結論

現(xiàn)代建筑的理念隨著科技化和信息化社會的進步而發(fā)生翻天覆地的變化。將新型材料應用于現(xiàn)代土木工程，能夠提升工程質量，提高工程檢水平，實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場環(huán)?；Ｎ覀円型陚涞哪芰Τ浞终莆招虏牧?，使其得到更好的應用，這需要相關學者和科研工作者的不懈努力。我們相信，新型材料在土木工程中的應用必將越來越寬廣，市場空間也越來越大。

參考文獻：

[1]張正雄.土木工程材料[M].人民交通出版社,2008.

[2]周海波.土木工程材料研究[S].江西科學技術出版社,2015.

[3]黃小輝.土木工程材料混凝土工程性質機理研究[J].價值工程,2011(24)．

作者:吳俊垚 單位:貴州電子信息職業(yè)技術學院