王林林

煙臺高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)政務服務中心

新型土木工程材料研究進展

王林林

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隨著我國土木建筑事業(yè)的發(fā)展，土木工程建筑材料也在不斷發(fā)展創(chuàng)新。新型建筑材料主要從材料性能、施工應用、節(jié)能高效、環(huán)境保護等方面做出提高改進，為了解我國土木工程中新型材料的研究進展，本文根據材料類型介紹了新型混凝土、新型復合材料和土木工程智能材料的基本情況。

土木工程；材料研究

1 引言

隨著我國土木工程的發(fā)展，新型建筑材料也不斷出現，新型材料的研發(fā)和應用逐漸成為建筑工程發(fā)展的重要組成部分。土木工程施工材料是一切建筑工程的基礎，優(yōu)質的材料是保證工程安全和應用的必要條件[1]?，F階段，我國施工材料正在不斷發(fā)展和創(chuàng)新，新型土木工程材料的發(fā)展圍繞生產適應化、多功能化、綠色環(huán)?；?、智能化為趨勢，以保證土木工程的施工高效、應用耐久、生態(tài)環(huán)保、監(jiān)測智能。

2 新型混凝土材料

混凝土是土木工程中最常見的建筑材料，普通混凝土由膠結材料及骨料組成。近年來，為滿足不同工程要求，新型混凝土發(fā)展迅速，在性能、工藝、用途上都得到了創(chuàng)新發(fā)展。新型混凝土就是在普通混凝土的基礎上進行升級，能夠節(jié)省成本、易于施工、提高強度。

2.1 高性能混凝土

高性能混凝土簡稱HPC，目前國際上對HPC的研究與應用都非常重視，是當代混凝土研究的重點。HPC具有強度高、易于施工、和耐久性高的優(yōu)點，能夠滿足不同結構及功能的各類建筑的耐久性及強度要求[2]。高性能混凝土由于其自身性能特點，可抵御惡劣環(huán)境的危害，降低維修管理費用；由于工作性強，可降低施工強度，節(jié)約工程造價。

2.2 活性微粉混凝土

活性微粉混凝土簡稱RPC，是一種超高強混凝土，抗拉和抗壓強度遠遠高于普通混凝土。活性微粉混凝土是由普通混凝土發(fā)展而來，經特殊工藝使混凝土達到最優(yōu)堆積密度、改善均勻性及延展性，并通過加壓加溫提高強度。

2.3 低強混凝土

低強混凝土用于土木工程中基礎工程中，起到填充、墊層、隔離的作用。在軟土地基條件下，低強混凝土的應用十分必要。同時，適當的應用低強混凝土可節(jié)約工程造價。

2.4 輕質混凝土

輕質混凝土與普通混凝土的區(qū)別在于由輕骨料代替砂石重骨料，其中輕骨料主要包括天然輕骨料：浮石、凝灰?guī)r等；人造輕骨料：頁巖陶粒、粘土陶粒、膨脹珍珠巖等；工業(yè)廢料：爐渣、粉煤灰陶粒、自燃煤矸石等。輕質混凝土具有密度小、相對強度高以及保溫性能優(yōu)良等特點[3]。以工業(yè)廢料為骨料原理制作的輕質混凝土，不僅降低了生產成本，還有利于環(huán)保、降低污染的優(yōu)點。

2.5 加筋混凝土

普通混凝土抗拉性能的較差，在混凝土中摻加纖維可增強其抗拉延展性。纖維種類多樣，目前應用較為廣泛的是鋼纖維、玻璃纖維、碳纖維等。其中，加入鋼纖維的混凝土抗拉強度可提高40%～80%，抗彎度提高60%～120%，抗剪度提高50%～100%，抗壓度提高0～25%。在鋼纖維混凝土的抗壓實驗中，與普通混凝土相比具有較大的韌性。

3 新型復合材料

高級復合材料在土木工程應用中具有高強、輕質、耐久性強等一系列優(yōu)良的工程性質，勝過傳統(tǒng)的建筑材料，因此逐漸在土木行業(yè)中得到發(fā)展和廣泛應用。

3.1 纖維復合材料

纖維復合材料簡稱FRP，作為工程材料具有一系列優(yōu)良性質，如高強、耐腐蝕、抗疲勞性質，同時FRP還具有自傳感特性[4]。FRP成本較低，特殊情況下可作為土木建設中鋼筋的替代品。為滿足不同需要，FRP復合材料可制成棒、板、網等多種形式，可滿足大型結構的建筑要求，可廣泛應用于橋梁、海洋和地下工程等特殊工程中。

3.2 碳纖維增強塑料

碳纖維增強塑料簡稱CFRP，工程上的應用形式主要有垃擠板材和預浸料片材等，可替代傳統(tǒng)加固材料。CFRP板材成本較低，這種優(yōu)勢尤其體現在工程整個壽命上，從整個使用周期來看，經濟性較好[5]。

3.3 FRP柱子封套

復合材料作為加固柱子封套有助于增加柱狀結構的受剪和受壓能力，同時還可提高結構抗沖擊性、抗震能力。FRP柱子封套技術在英國和日本已經開始應用，在公路橋上應用FRP柱子封套可有效增加建筑物的抗彎、抗剪、抗沖擊能力。

4 智能材料

智能材料是具有自診斷功能的材料，智能化是土木工程材料發(fā)展的趨勢。智能材料在工程監(jiān)測、監(jiān)測和評估中起到重要作用。

4.1 自診斷機敏復合材料

自診斷機敏復合材料包括光纖埋置式自診斷機敏復合材料、壓電式自診斷機敏復合材料和導電式自診斷機敏復合材料[6]。光纖埋置式自診斷機敏復合材料是將尺寸小、重量輕的光纖材料光導纖維埋入結構構件中，從而可得到構件中各種參數的變化情況，可用于監(jiān)測梁等結構的松弛蠕變特性，判斷構件是否會破壞失效[7]。壓電式自診斷機敏復合材料的主要代表為碳纖維水泥基復合材料，它既是結構材料，又是功能材料，利用導電性能改變來預測保密結構的破壞。導電式自診斷機敏復合材料的基體材料主要是水泥、玻璃等無機材料，通過導電性能變化反應材料性能變化。

4.2 形狀自適應材料

形狀自適應材料以形狀記憶合金（簡稱SMA）為代表，具有極強的恢復溫度變形能力，可承受較大的彈性形變。SMA材料在土木工程結構上可作為智能抗震體系材料。目前，該材料在我國土木工程應用研究尚處于探索階段。

5 發(fā)展趨勢

新型材料的開發(fā)與應用，首先應提高強度、質量、安全、耐久性等基本性能，與此同時，工程材料是否易于施工也是重要的創(chuàng)新形式。在保證建筑材料易于施工、滿足質量要求的同時，還應考慮經濟造價等因素，迎合市場需要。目前，我國新型土木工程建筑材料正在向著多功能化、復合化、智能化、環(huán)?；l(fā)展，發(fā)展前景廣闊。

[1]佘坤如,馮學軍.土木工程施工過程中應用的新型材料分析[J].建材與裝飾,2016(42).

[2]巴明輝.新型混凝土材料在土木工程領域中的應用探析[J].四川水泥,2016(10):12.

[3]陳平,林沐青.新型混凝土材料在土木工程領域中的應用分析[J].綠色環(huán)保建材,2016(8).

[4]顏錄科,寇開昌,哈恩華,等.纖維增強復合材料在土木建筑工程中的應用研究與進展[J].中國塑料,2004(4):1～5.

[5]刁飛.復合材料在土木工程方面有進展[J].工程技術:引文版,2016(9):20.

[6]薛偉辰,譚園.土木工程自監(jiān)測纖維復合材料[J].玻璃鋼/復合材料,2007(5):53～56.

[7]王學良,張坤.智能材料在現代土木工程監(jiān)控中的研究進展[J].硅谷,2012(14):78～79.

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.12.004