張夢(mèng)迪

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，土木工程中使用的材料也發(fā)生了很多的變化，其中所蘊(yùn)含的科學(xué)技術(shù)的比重也越來(lái)越大，我們作為行業(yè)的從業(yè)人員，應(yīng)該學(xué)會(huì)使用這些新興材料，從而使我們的工作更進(jìn)一步。

【關(guān)鍵詞】新型? 土木工程? 材料

土木工程材料是指在土木工程中所使用的各種材料及其制品的總稱(chēng)。它是一切建筑工程的物質(zhì)基礎(chǔ)，是組成建筑結(jié)構(gòu)物的最基本構(gòu)成元素。由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得土木工程的新型材料如雨后春筍般出現(xiàn)，表現(xiàn)出節(jié)能、高效、環(huán)保等特點(diǎn)，并呈現(xiàn)種類(lèi)繁多，性質(zhì)各異，用途不同的特性。

一、高性能混凝土（HPC）

（一）低強(qiáng)混凝土

這種材料可用于基礎(chǔ)、樁基的填、墊、隔離及作路基或填充孔洞之用，也可用于地下構(gòu)造。在一些特定情況下，可用低強(qiáng)混凝土調(diào)整混凝土的相對(duì)密度、工作度、抗壓強(qiáng)度、彈性模量等性能指標(biāo)，而且不易產(chǎn)生收縮裂縫。

（二）輕質(zhì)混凝土

利用天然輕骨料（如浮石、凝灰?guī)r等）、工業(yè)廢料輕骨料（如爐渣、粉煤灰陶粒、自燃煤矸石等）、人造輕骨料（頁(yè)巖陶粒、粘土陶粒、膨脹珍珠巖等）制成的輕質(zhì)混凝土具有密度較小、相對(duì)強(qiáng)度高以及保溫、抗凍性能好等優(yōu)點(diǎn)。利用工業(yè)廢渣，如廢棄鍋爐煤渣、煤礦的煤矸石、火力發(fā)電站的粉煤灰等制備輕質(zhì)混凝土，可降低混凝土的生產(chǎn)成本，并變廢為寶，減少城市或廠區(qū)的污染，減少堆積廢料占用的土地，對(duì)環(huán)境保護(hù)也是有利的。

（三）自密實(shí)混凝土

自密實(shí)混凝土不需機(jī)械振搗，而是依靠自重使混凝土密實(shí)。該種混凝土的流動(dòng)度雖然高，但仍可以防止離析。配制這種混凝土的方法有：（1）粗骨料的體積為固體混凝土體積的50%;（2）細(xì)骨料的體積為砂漿體積的40%;（3）水灰比為0.9-1.0;（4）進(jìn)行流動(dòng)性試驗(yàn)，確定超塑化劑用量及最終的水灰比，使材料獲得最優(yōu)的組成。

這種混凝土的優(yōu)點(diǎn)有：現(xiàn)場(chǎng)施工無(wú)振動(dòng)噪音，可進(jìn)行夜間施工，不擾民;對(duì)工人健康無(wú)害;混凝土質(zhì)量均勻、耐久;鋼筋布置較密或構(gòu)件體型復(fù)雜時(shí)也易于澆筑;施工速度快，現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)量小。

二、高摻量粉煤灰混凝土

隨著人們對(duì)粉煤灰的顆粒形態(tài)效應(yīng)、火山灰活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)等內(nèi)在潛能的認(rèn)識(shí)日漸深入，以及混凝土外加劑技術(shù)的迅速發(fā)展，粉煤灰成為繼外加劑之后混凝土的又一必需組分的觀點(diǎn)正在被越來(lái)越多的人接受.粉煤灰的摻量也有不斷增大的趨勢(shì)。在混凝土技術(shù)方面較先進(jìn)的美、英、加等國(guó)，自20世紀(jì)80年代中期就開(kāi)始了高摻量粉煤灰混凝土（粉煤灰摻量占總膠凝材料用量的55%以上）的研究與應(yīng)用。

大量使用粉煤灰的重要意義并不僅在于節(jié)約有限的工程材料費(fèi)，還在于它的環(huán)境效益與社會(huì)效益.水泥是一種高能耗與高環(huán)境污染產(chǎn)品，盡可能地少用水泥，盡可能地多用各種工業(yè)廢渣，是使混凝土成為一種人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展材料的必然趨勢(shì)。在環(huán)保要求特別嚴(yán)格的西方工業(yè)國(guó)家，尤其重視各種工業(yè)廢料的二次開(kāi)發(fā)與充分利用。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與人民生活水平的迅速提高，環(huán)境與社會(huì)效益將日益受到重視，工業(yè)廢渣的充分開(kāi)發(fā)利用將成為必然的選擇。

三、新型節(jié)能墻體材料

（一）新型砌體材料

采用砌筑結(jié)構(gòu)的墻體，通常依靠選用導(dǎo)熱系數(shù)小、保溫隔熱性能好的砌體材料，以此來(lái)達(dá)到墻體傳熱量小的目的。這類(lèi)材料主要有空心鉆土磚、加氣混凝土砌塊、普通混凝土以及粉煤灰、煤研石、浮石等混凝土空心小砌塊等砌體材料，采用保溫砂漿作為砌體膠凝材料。

近年來(lái)發(fā)展應(yīng)用由保溫絕熱材料與傳統(tǒng)的墻體材料（例如實(shí)心黏土磚、混凝土等）或新型墻體材料〔例如空心磚、空心砌塊等）復(fù)合而成的節(jié)能墻體。常用的絕熱材料有礦物棉、玻璃棉、泡沫塑料、膨脹珍珠巖、加氣混凝土等材料，與之復(fù)合的有黏土實(shí)心磚、混凝土類(lèi)空心磚、空心砌塊等砌體材料.復(fù)合墻體有一層導(dǎo)熱系數(shù)很小的絕熱保溫材料，墻體的保溫隔熱性能比單一材料砌筑的墻體更加優(yōu)秀，節(jié)能效果更加顯著。但是，絕熱材料價(jià)格較高，同時(shí)需要與之相配套的建筑主體結(jié)構(gòu)形式，最好采用框架結(jié)構(gòu)、墻體不承重的結(jié)構(gòu)形式。

（二）新型復(fù)合墻板

新型節(jié)能復(fù)合墻板是由高效絕熱保溫材料、外墻板、內(nèi)墻板復(fù)合而成，按照標(biāo)準(zhǔn)尺寸或模數(shù)在工廠實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，包括門(mén)、窗等構(gòu)件均可和墻板一體化制造，運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)安裝在結(jié)構(gòu)框架上，即形成房屋建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，這是近年來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家采取的主要建筑形式。用于這種建筑物的復(fù)合墻板不承受外力，厚度一般在100～150mm，質(zhì)量輕，保溫性能好，尺寸精確，施工效率高。

四、FRP復(fù)合材料

土木結(jié)構(gòu)主要受兩大問(wèn)題困擾，過(guò)早退化和結(jié)構(gòu)功能不足。近些年來(lái)，纖維增強(qiáng)聚合物（FRP）已經(jīng)成為解決這些結(jié)構(gòu)問(wèn)題的一種可行途徑。工程實(shí)踐表明，F(xiàn)RP復(fù)合材料能適應(yīng)現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向大跨、高聳、重載、高強(qiáng)和輕質(zhì)發(fā)展以及承受惡劣條件的需要，符合現(xiàn)代施工技術(shù)的工業(yè)化要求，因而正被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于橋梁、各類(lèi)民用建筑、海洋和近海、地下工程等結(jié)構(gòu)。應(yīng)用的方式有兩種一是替換鋼筋或鋼管直接應(yīng)用于新建結(jié)構(gòu)中;二是用于舊有結(jié)構(gòu)的維修加固，以取得良好的建筑效果。

五、智能材料

大型土木工程結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施的使用期都長(zhǎng)達(dá)幾十年、甚至上百年。在其使用過(guò)程中，由于環(huán)境載荷作用、疲勞效應(yīng)、腐蝕效應(yīng)和材料老化等不利因素的影響，結(jié)構(gòu)將不可避免地產(chǎn)生損傷積累、抗力衰減，甚至導(dǎo)致突發(fā)事故.為了有效地避免突發(fā)事件故的發(fā)生，就必須加強(qiáng)對(duì)此類(lèi)結(jié)構(gòu)和設(shè)施的健康監(jiān)測(cè)。一種稱(chēng)為碳纖維機(jī)敏混凝土材料的智能材料，在大型土木工程健康監(jiān)測(cè)中已得到應(yīng)用。它是以短切或連續(xù)的碳纖維作為填充相，以水泥漿、砂漿或混凝土為基體復(fù)合而成的纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料。此類(lèi)材料的電阻率與其應(yīng)變和損傷狀況具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，可以通過(guò)測(cè)試其電阻率的變化來(lái)監(jiān)測(cè)碳纖維混凝土的應(yīng)變和損傷狀況。碳纖維混凝土還具有施工工藝簡(jiǎn)單、力學(xué)性能優(yōu)良、與混凝土結(jié)構(gòu)相容性好等特性，因此，它不僅可以用于道路的交通車(chē)輛流和載重監(jiān)控，而且可較好地滿足大型土木工程結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的要求。此外，碳纖維混凝土的電熱效應(yīng)和電磁屏蔽特性在混凝土結(jié)構(gòu)的溫度自適應(yīng)以及抗電磁干擾方面也具有重要的應(yīng)用價(jià)值。