李海培 ，徐琦 （合肥工業(yè)大學(xué)宣城校區(qū)，安徽 宣城 242000）

1 概述

在工程建設(shè)過程中，材料的性能是建筑物和構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要依據(jù)，能否正確的選擇所需要的材料，能否科學(xué)地使用所選擇的材料，能否合理地構(gòu)筑所選擇的材料，對工程的建筑質(zhì)量和使用起著決定性的作用。建筑材料的選擇同時還影響著工程所需要的建設(shè)成本。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，土木工程新型材料不斷涌現(xiàn)并得到應(yīng)用，這些新材料具備良好的環(huán)保性、高效性、節(jié)能性，且應(yīng)用種類繁多，具有各自不同的應(yīng)用特性[1]。目前土木工程中使用較多的新型材料主要有智能材料、FRP復(fù)合材料和新型混凝土材料等。新型材料的使用，提升了工程的質(zhì)量、性能和品質(zhì)，同時也提高了建設(shè)效率，更好地滿足了時代需求。

2 智能材料

2.1 智能材料的特征及分類

智能材料是指具有感知環(huán)境刺激，對之進(jìn)行分析、處理、判斷，并采取一定的措施進(jìn)行適度響應(yīng)的智能特征的材料。因其可以自我發(fā)現(xiàn)故障、自我修復(fù)，還能夠根據(jù)實際情況作出相應(yīng)的優(yōu)化反應(yīng)，發(fā)揮控制功能[2]，必定是土木工程材料未來的發(fā)展趨勢。

智能材料主要有兩類：①在基體材料中嵌入具有傳感、動作和處理三種功能的嵌入式智能材料；②微觀結(jié)構(gòu)本身就具有智能功能的工程材料。

2.2 智能材料的應(yīng)用

碳纖維機(jī)敏混凝土和納米混凝土等智能材料正逐步走入工程應(yīng)用，而使用最廣的是碳纖維機(jī)敏混凝土。碳纖維機(jī)敏混凝土是以碳纖維作為填充相，與混凝土、砂漿、水泥漿等混合，制成的纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料[1]。采用碳纖維機(jī)敏混凝土的道路可用于交通流量的計取和汽車超載超限的監(jiān)測預(yù)警，采用碳纖維機(jī)敏混凝土的工程，可用于檢測結(jié)構(gòu)健康與病害，有利于預(yù)防或處置交通或工程事故等。

3 FRP復(fù)合材料 (纖維增強(qiáng)聚合物)

3.1 FRP復(fù)合材料及特征

按照設(shè)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復(fù)合材料。FRP復(fù)合材料具有輕質(zhì)堅硬、保溫隔熱、絕緣高強(qiáng)、耐腐蝕性好且可重復(fù)利用等特性。

3.2 FRP復(fù)合材料的應(yīng)用

隨著時間的推移和環(huán)境的影響，工程結(jié)構(gòu)的性能逐步退化，嚴(yán)重影響工程的使用。通過FRP復(fù)合材料的應(yīng)用，可提高土木工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和耐久性，滿足工程使用功能；減輕工程結(jié)構(gòu)重量，減小地震作用；有利于實現(xiàn)土木工程的工業(yè)化建造。FRP復(fù)合材料廣泛而充分地應(yīng)用于橋梁、電視塔、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)以及惡劣環(huán)境下的大型地下工程中，近年來，在民用建筑中的應(yīng)用也逐年增加。在具體工程應(yīng)用中主要有兩類：①應(yīng)用于維修加固舊有的結(jié)構(gòu)；②應(yīng)用于新建工程取代鋼筋或鋼管使用[3]。

4 新型混凝土材料

4.1 新型混凝土材料的分類

將普通混凝土進(jìn)行原材料配比調(diào)整并加入外加料，或?qū)ζ洳牧吓浔冗M(jìn)行一定調(diào)整，或采用新工藝、新技術(shù)進(jìn)行配制等就形成了新型混凝土。新型混凝土主要有高性能混凝土、輕質(zhì)混凝土、自密實混凝土、低強(qiáng)混凝土、活性微粉混凝土、高摻量粉煤灰混凝土等[1,4]。

4.2 新型混凝土材料的特性及應(yīng)用

4.2.1 高性能混凝土（HPC）

高性能混凝土是指具有高強(qiáng)度、高耐久性、高流動性等多方面的優(yōu)越性能的混凝土。隨著近年大跨度結(jié)構(gòu)、高層結(jié)構(gòu)、跨海結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)，高性能混凝土發(fā)展迅速。其高強(qiáng)度特性，使工程可減少用料、減輕自重、增大空間，從而降低工程成本；高流動性的特征，決定了其高工作性，工程建設(shè)中，可減輕施工強(qiáng)度、降低施工能耗；其高耐久性特性，工程可減少后期維保費(fèi)用、延長使用壽命，節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟(jì)社會效益顯著。被廣泛地應(yīng)用于高層結(jié)構(gòu)、大型公建、大跨度橋梁、船塢碼頭、海洋鉆井平臺和預(yù)應(yīng)力樁基等工程中。

4.2.2 輕質(zhì)混凝土

輕質(zhì)混凝土，是利用天然輕質(zhì)骨料以及工業(yè)廢料和人造輕質(zhì)骨料制備，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)所形成的一種含有大量封閉氣孔的新型輕質(zhì)材料。具有密度較小、相對強(qiáng)度高以及保溫、抗凍性能好等優(yōu)點(diǎn)[4]。輕質(zhì)混凝土的生產(chǎn)與應(yīng)用，能實現(xiàn)資源的有效重復(fù)利用，綠色節(jié)能、保護(hù)環(huán)境。被廣泛應(yīng)用于節(jié)能墻體、分隔空間、港口巖墻、園林綠化、屋面保溫等工程中。

4.2.3 自密實混凝土

自密實混凝土是一種具有高流動性、均勻性和穩(wěn)定性的混凝土，澆筑時無需外力振搗、能在自重作用下流動并充滿模板空間的混凝土[5]。澆筑中不容易出現(xiàn)離析現(xiàn)象，質(zhì)量可靠；施工速度，縮短工程建設(shè)周期；無需澆筑振搗，減少現(xiàn)場工作量，也不影響施工聲音環(huán)境。被廣泛應(yīng)用于高層建筑的鋼管混凝土柱和深長灌注樁等工程中。

4.2.4 低強(qiáng)混凝土

抗壓強(qiáng)度不高于8MPa的混凝土稱低強(qiáng)混凝土。由于其水泥摻量少，水化熱低，有效減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，同時可節(jié)約工程成本。由于澆筑免振搗，施工環(huán)境要求低。常應(yīng)用于基礎(chǔ)墊層、隔離找平、洞口封堵、低矮基礎(chǔ)、小型路基、地下構(gòu)筑物、大體積構(gòu)筑物工程中。

4.2.5 活性微粉混凝土(RPC)

是一種抗壓強(qiáng)度可達(dá)200 MPa以上，超過高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度的混凝土?；罘刍炷潦怯善胀ɑ炷两?jīng)特殊加工處理而形成的一種混凝土，其價格略高于普通混凝土，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼板等材料。活粉混凝土可做成長細(xì)結(jié)構(gòu)，也可做成薄壁結(jié)構(gòu)，常用于預(yù)應(yīng)力桁架橋、建筑工程構(gòu)件以及工廠預(yù)制混凝土部件。

4.2.6 高摻量粉煤灰混凝土

隨著土木工程規(guī)模不斷加大，高摻量粉煤灰混凝土使用量不斷增長，粉煤灰已經(jīng)成為了混凝土材料中的另一重要成分。高摻量粉煤灰能改善混凝土的性能，減少收縮裂縫的產(chǎn)生，更好地能發(fā)揮其性能優(yōu)勢。高摻量粉煤灰混凝土的使用，不僅可以減少水泥用量，節(jié)約資源、降低成本，也能降低能耗，保護(hù)周邊環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。被廣泛應(yīng)用于大體積混凝土結(jié)構(gòu)、超長超寬結(jié)構(gòu)工程中。

5 結(jié)語

隨著社會的發(fā)展進(jìn)步，人們對居住環(huán)境和生活質(zhì)量提出了更高的要求，人們更需要高性能、環(huán)保節(jié)能的新型土木建筑材料，新型建筑材料已經(jīng)成為滿足人們對美好生活需求的重要部分。研究、開發(fā)、生產(chǎn)和使用復(fù)合型、多功能、綠色節(jié)約的新型建筑材料成為土木工程材料發(fā)展的必然趨勢，前景廣闊。