辛路

摘要：通常情況下所言的土木工程為“民用工程”的泛稱，具體是指各類建造工程的統(tǒng)稱。近些年來我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展推動了土木工程建設(shè)水平的提升，傳統(tǒng)建筑材料已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段土木工程建設(shè)的根本需求，高性能材料在此種背景下應(yīng)運(yùn)而生，于我國土木工程的進(jìn)一步發(fā)展有積極的推動作用。當(dāng)前高性能材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于我國城建土木工程之中，本文由土木工程概述開始展開高性能材料重要性的分析。

關(guān)鍵詞：城建土木工程;高性能材料;重要性

1土木工程概述

土木工程的本質(zhì)是一項(xiàng)基礎(chǔ)性學(xué)科，其基本特征是具有較強(qiáng)的綜合性、實(shí)踐性、社會性以及統(tǒng)一性。對于我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人民生活水平的提升而言，土木工程當(dāng)屬物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，于眾多行業(yè)的振興及發(fā)展有積極的促進(jìn)作用。工程建設(shè)的過程也是固定資產(chǎn)的基本生成過程，正因如此建筑業(yè)成為我國國民經(jīng)濟(jì)的主要組成部分。

2簡述高性能材料

當(dāng)前將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料稱之為高性能材料，首先將纖維增強(qiáng)材料和基體材料依照一定的比例進(jìn)行混合，混合之后通過一系列的工藝流程將其加工成一種新型的高性能材料。由高性能材料的字面意思可以得知其直接優(yōu)勢為性能較高，因此近些年越發(fā)廣泛的應(yīng)用于城建土木工程中，并逐漸發(fā)展為該行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。通常情況下土木工程最長應(yīng)用的材料包含芳綸纖維增強(qiáng)的樹脂基體、玻璃纖維以及碳纖維。此種新型材料的高性能具體是指耐腐蝕、高強(qiáng)度以及高質(zhì)量，所以一經(jīng)推出就被廣泛應(yīng)用于土木工程建筑領(lǐng)域，加固補(bǔ)強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)當(dāng)屬此類新型材料最突出的應(yīng)用體現(xiàn)。

3分析高性能材料的優(yōu)點(diǎn)

現(xiàn)階段城建土木工程結(jié)構(gòu)中對高性能新型材料應(yīng)用的主要形式為纖維布，工程加固是其應(yīng)用的主要結(jié)構(gòu)。對比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料和高性能新型材料可以發(fā)現(xiàn)，后者具有明顯優(yōu)勢，具體包含以下幾個方面：

3.1輕質(zhì)高強(qiáng)

高性能新型材料輕質(zhì)高強(qiáng)的特征決定其結(jié)構(gòu)自重的大幅度下降，若將高性能材料應(yīng)用在建筑工程中的大跨空間結(jié)構(gòu)體系，可將其理論極限跨度大幅度有效提升。對于橋梁工程而言，相同條件的前提下對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行應(yīng)用其理論極限跨度為5000m范圍內(nèi);如對高性能新型材料進(jìn)行應(yīng)用該極限跨度可提升至8000m以上。另外，如將高性能新型材料在抗震結(jié)構(gòu)中進(jìn)行應(yīng)用，因其具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特征，所有其結(jié)構(gòu)自重得到大幅度降低，進(jìn)而可對結(jié)構(gòu)的耐疲勞性能進(jìn)行顯著改善。

3.2耐腐蝕性

相比傳統(tǒng)建筑材料而言，此種新型的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用環(huán)境更加廣泛，可在氯鹽、酸性、堿性以及潮濕環(huán)境中進(jìn)行應(yīng)用。正因如此，此種新型纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在海洋工程、鹽漬地區(qū)、化工建筑等水下工程和地下工程得到廣泛應(yīng)用。有大量數(shù)據(jù)表明，我國每年都會有非常多的橋梁工程發(fā)生鋼材銹蝕進(jìn)而損壞的情況，其修復(fù)費(fèi)用非常高，且維護(hù)費(fèi)用也在逐年攀升，所以可考慮對此種新型材料進(jìn)行應(yīng)用。

3.3可設(shè)計性較強(qiáng)

將纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn)，高性能新型材料無論是彈性模量還是強(qiáng)度指標(biāo)都可將工程需求作為依據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的改變，應(yīng)用各類可對纖維材料、纖維含量以及具體鋪陳方法進(jìn)行改變的設(shè)計工藝，可生產(chǎn)出不同種類的高性能材料，進(jìn)而對不同的施工需求進(jìn)行滿足。

3.4具有良好彈性、絕緣性、隔熱性

除上述各項(xiàng)優(yōu)勢之外，高性能材料還具有良好的彈性，此種新型材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線非常接近于線彈性，所以具有更小的塑性變形，超載后變形恢復(fù)的質(zhì)量和效率可大幅度提升。

高性能新型材料的應(yīng)用可將工廠化生產(chǎn)的目的進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，于工程治療的保證有積極意義，還可將建筑工業(yè)化與勞動效率最大限度提升。另外，高性能建筑材料還具有絕緣性、隔熱性、熱膨脹系數(shù)較小以及透電磁波等直接優(yōu)勢，所以在醫(yī)療核磁共振設(shè)備、雷達(dá)站以及地刺觀測站等特殊領(lǐng)域可見此類材料的應(yīng)用。

4高性能新型材料在土木工程的廣泛應(yīng)用

4.1混凝土加固結(jié)構(gòu)中對高性能新型片材的應(yīng)用

第一，可將此種高性能新型片材在混凝土柱上進(jìn)行纏繞起到加固的目的。實(shí)踐證明此種混凝土加固方式最為直接有效。第二，將高性能新型片材在梁、板等受拉面進(jìn)行粘貼，進(jìn)而將量、板的受拉承載力進(jìn)行有效提升，可有效控制裂縫的產(chǎn)生。但需要明確高性能片材的受拉作用無法及時充分發(fā)揮，一般而言需要在受拉鋼筋屈服之后才能發(fā)揮，然而此時梁和板的擾度變形已經(jīng)比較嚴(yán)重，所有應(yīng)急修復(fù)時不能對高性能新型片材進(jìn)行應(yīng)用。

4.2鋼結(jié)構(gòu)修復(fù)加固中對高性能新型材料的應(yīng)用

第一，加固受彎構(gòu)件。如鋼梁并不存在初始損傷情況，選擇高性能新型材料進(jìn)行修復(fù)及加固可將其承載能力一定程度提升，但是不會影響鋼梁的剛度。如在受彎構(gòu)件本身已經(jīng)發(fā)生損傷的情況下選用高性能新型材料對其進(jìn)行修復(fù)和加固，鋼梁強(qiáng)度可以得到顯著改善。采用新型高性能材料對損傷鋼梁進(jìn)行修復(fù)及加固以后，高性能新型材料在損傷區(qū)域和鋼梁發(fā)生剝離破壞的情況，進(jìn)而可將高性能材料的高強(qiáng)作用充分發(fā)揮。但是如此種剝離破壞情況發(fā)生太早，無法將新型材料的優(yōu)勢充分發(fā)揮。因此實(shí)際施工過程中需要把控的重點(diǎn)是剝離破壞發(fā)生的具體時間，必要時要采用有效措施將剝離破壞的時間進(jìn)行延遲，甚至避免剝離破壞現(xiàn)象的發(fā)生。

第二，受拉構(gòu)件加固。通過高性能新型材料對受拉構(gòu)件進(jìn)行加固，可將鋼構(gòu)件的屈服荷載與極限荷載有效提升，而且可將在斷面附近及高性能新型端部的脫膠情況進(jìn)行破壞。脫膠位置與脫膠程度的變化對鋼構(gòu)件的極限承載能力產(chǎn)生直接影響。所以，受拉構(gòu)件修復(fù)加固中應(yīng)用高性能新型材料時，要格外注意膠粘劑的應(yīng)用。

第三，受壓構(gòu)件加固。采用高性能新型材料加固受壓構(gòu)件時，通常會將高性能新型布沿柱子進(jìn)行環(huán)向粘貼，此種粘貼方法相比縱向粘貼可顯著提升加固質(zhì)量，極限承載力得到有效提升。此外，對環(huán)向高性能新型布加固方法進(jìn)行應(yīng)用，可有效避免高性能布斷裂以及高性能布之間剝離現(xiàn)象的發(fā)生，僅僅在鋼柱局部屈曲發(fā)生破壞情況。反之如對縱向加固方法進(jìn)行應(yīng)用，則無法將鋼結(jié)構(gòu)與新型布之間剝離破壞的情況進(jìn)行有效避免。

4.3鋼結(jié)構(gòu)加固中對高性能新型材料的應(yīng)用

加固鋼結(jié)構(gòu)時對新型高性能材料進(jìn)行應(yīng)用會發(fā)生疲勞損傷的現(xiàn)象，所以剩余疲勞壽命會大幅度增加，因此加固效果得到有效提升。鋼結(jié)構(gòu)在使用新型高性能材料加固之后，其原有受力狀態(tài)會隨之改變，原本由鋼結(jié)構(gòu)全部承擔(dān)的荷載力由膠粘劑向各構(gòu)件進(jìn)行傳遞，所以會發(fā)生鋼結(jié)構(gòu)減應(yīng)力及正應(yīng)力集中的情況，極易破壞膠層。為了將膠層剝離破壞的情況有效避免，通常情況下將高性能新型板兩端制作為45度角，旨在將膠層應(yīng)力最大限度降低。此外，也可固定高性能新型布的兩端，栽植對端部較大減應(yīng)力和正應(yīng)力進(jìn)行有效抵抗。

5結(jié)束語

當(dāng)前我國城建土木工程中對高性能新型材料應(yīng)用的主要范圍是修復(fù)及加固，其它方面的應(yīng)用技術(shù)尚不完善，因此應(yīng)用相對滯后。高性能材料屬于一種新型的建筑材料，因此其當(dāng)前成本相對較高，于使用范圍的擴(kuò)大有一定影響，但其應(yīng)用的綜合效益相對較高，于土木工程建筑而言是難得的發(fā)展機(jī)遇。因此相關(guān)領(lǐng)域的工作人員應(yīng)該致力于高性能材料的研究，在提升其于土木工程應(yīng)用有效性的同時將其應(yīng)用于更多領(lǐng)域，于我國社會的進(jìn)一步發(fā)展有十分積極的意義。