浅析现代建筑中土木工程新型材料的应用 盛璐琛 赵兴龙

浅析现代建筑中土木工程新型材料的应用盛璐琛赵兴龙

发表时间：2018-04-03T16:38:44.813Z 来源：《基层建设》2017年第34期作者：盛璐琛赵兴龙

[导读] 摘要：现在是工业革命以来的又一次重大变革，即信息时代的变革，这包括计算机工业、网络工业和通信工业等，这些现代化工业的迅猛发展，大大地改变了现代人类的生产、生活方式。土木工程材料的发展过程是随着社会生产力一起进行的更替变化的，它的发展进步和工程技术的日益成熟有着密不可分的关系。

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摘要：现在是工业革命以来的又一次重大变革，即信息时代的变革，这包括计算机工业、网络工业和通信工业等，这些现代化工业的迅猛发展，大大地改变了现代人类的生产、生活方式。土木工程材料的发展过程是随着社会生产力一起进行的更替变化的，它的发展进步和工程技术的日益成熟有着密不可分的关系。土木工程材料实际上是一个时代的特有标志。现在社会不断的进步，生活水平逐渐提高，大家对生活品质的要求也在逐渐提高，因此新兴材料的必须要跟得上时代的进步，所以土木工程依旧还有很大的空间。只要我们足够重视新材料的开发，拥有充分利用新材料的能力，在选择建筑材料时充分考虑到对环境及后代影响，就能更好地造福全人类。

关键词：新型材料；土木工程；节能；环保

1.高性能混凝土

1.1轻质混凝土

轻质混凝土又名泡沫混凝土，是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。它属于气泡状绝热材料，突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化;同时也是加气混凝土中的一个特殊品种，它的孔结构和材料性能都接近于加气混凝土，他们二者的差别，只是在气孔形状和加气手段之间的差别。自密实商品混凝土在日本及西方一些发达国家，上世纪 80 年代就已经研究发展并逐步应用于工程实践中。因自密实商品混凝土对商品混凝土原材料、技术力量、质量控制的要求比较高，商品混凝土生产成本会大幅增加，我国起步较晚，到目前为止在工程应用中所占比例还很小。

1.2低强度混凝土

低强度的混凝土施工材料主要的应用环境是工程的基础施工；路基的填筑或者是孔洞的施工中。同时这种混凝土材料还可以应用在地下工程的结构改造过程中。低强度混凝土主要的作用是在施工过程中调节施工混凝土的施工密度以及施工过程中混凝土的抗压能力，调整混凝土的弹性模量参数等。最大的优点在于低强度的混凝土施工材料在施工完成后混凝土不容易出现收缩裂缝问题。

2.高掺量粉煤灰混凝土

随着土木工程规模的不断扩大，高掺量粉煤灰混凝土不断得到应用，在这个过程中，粉煤灰的微集料效应、火山灰活性效应、粉煤灰颗粒形态效应逐渐被社会大众所重视，随着混凝土外加剂技术的不断发展，粉煤灰逐渐成为混凝土的必需组分，在这个环节中，粉煤灰的掺量不断增大，混凝土技术方案不断得到更新及应用，美国、加拿大、英国等发达国家，已经具备成熟的混凝土应用技术。高掺量粉煤灰混凝土自20世纪80年代中期就开始得到普及。

实践证明，通过对粉煤灰材料的应用及普及，可以实现工程材料费的有效性节约，其能够取得良好的社会效益及环境效益，水泥属于高能耗及高环境污染产品，为了适应经济可持续发展的要求，必须尽可能减少水泥的使用量，进行各类工业废渣的使用，实现土木工程的可持续性发展。随着我国生态建设理念的兴起，生态环保型、可持续发展型建筑工程模式逐渐引起社会各界的重视，工业废渣的开发及利用已经成为社会经济可持续性发展的必然。

3.新型节能墙体材料

3.1智能材料

碳纤维机敏混凝土材料是以连续或短切的碳纤维作为填充物，以混凝土、砂浆及书作为为基体材料，作为一种新型的智能材料，目前在大型土木工程建设监测中已有所应用。

首先，碳纤维混凝土具有良好的力学特性、与混凝土材料的易容性，以及方便的施工工艺特性。因此碳纤维混凝土材料不仅可用于交通车流量及载重设施监控，也可用于大型建筑结构的健康检测。其次，此类材料的电阻率的特殊性，故可通过对电阻率的变化进行检测来获取碳纤维混凝土的应变及损伤状况。此外，碳纤维混凝土还具有电热特性及电磁屏蔽效应。可将此类特性应用于混凝土结构中进行抗电磁干扰以及温度测试等方面的研究工作。

3.2驱动材料

因为在一定条件下驱动材料可产生较大的应变和应力 , 所以它担负着响应和控制的任务 .常用有效驱动材料有形状记忆材料、压电材料、电流变体和磁致伸缩材料等 .可以看出 ,这些材料既是驱动材料又是敏感材料, 起到了双重作用 ,这也是智能材料设计时可采用的一种思路。

3.3 FRP 材料

FRP 材料早期的应用多集中在作为结构主要受力构件的应用。但是, 由于生产工艺等因素的限制, 想要在近一段时期内实现使用 FRP 材料大面积替换钢筋等主要建筑材料的可能性不大。近十年来, 尤其在美国北岭地震和日本阪神大地震后,FRP 材料(主要是片材)加固补强混凝土结构技术在工程中得到了很好的应用。目前, FRP 材料在工程结构中的应用和研究十分活跃, 逐渐形成一个新的学科研究热点。美国于 1991 年将FRP 应用于桥面板加固补强中。日本于 80 年代初开始开发研究应用连续碳纤维增强材料 FRP 加固补强已有的钢筋混凝土建筑物, 各种科研机构及高等院校进行了大量的研究, 取得了长足的进展, 特别是对抗震加固的性能与效果进行了研究。在欧洲, 瑞士 EMPA 实验室、德国 IBMB研究院最早开始了采用不同的 FRP 材料加固混凝土梁的弯曲性能试验研究。 1993 年至1997 年期间, 英国、荷兰等国家进行了 EUROCRETE 泛欧合作研究计划。在近二十年的研究和实践中, 这项技术在欧洲已近成熟, 并形成了自己的设计和施工准则。

3.3.1作为结构材料

1942 年，美国海军首次采用GFRP材料制作雷达天线罩，这是FRP首次作为结构材料使用。二十世纪五六十年代，FRP的应用逐渐转向于民用建筑领域。1961 年，英国工程师采用GFRP制作某新建教堂的尖顶；1968 年，英国工程师在某港口城市建筑某个建筑物的弯顶