新型材料在土工建設工程中的應用

李德仁

摘 要：科技的發展是所有行業發展的基礎，在技術的支持下效率質量提高都會得到一定的推進，使用的工程材料中也發生了很大的變化，科技成分越來越高，而作為土建工程的操作人員，應當與時俱進，時刻關注材料變化，掌握新型材料的使用技術，使得土建工程向著更加完善的方向發展。

關鍵詞：新型材料；土工建設；應用

1 高性能混凝土材料

高性能混凝簡稱HPC，相對比傳統的混凝土材料其工作性優良且強度和耐久度更加符合工程需要，具體表現在早期強度較高、驗收強度較高以及彈性模量較高；另外HPC的耐久度也高于普通混凝土材料。即便是使用條件較為惡劣，也可以保證內部鋼筋不被腐蝕，維持混凝土材料應有的堅固和耐久性；最后則體現在HPC的高可泵性以及和易性上，且使用HPC筑造的結構更加容易修整。在冬天氣溫環境較為惡劣的情況下HPC能夠保證快速凝結且強度增長較快，不會在低溫環境下凝結冰凍。而在高溫環境下HPC也能夠保證其塌落度符合建筑要求，對水化熱程度也能較好的控制。

1.1 輕質混凝土

通過利用凝灰巖以及浮石等天然輕質骨料以及爐渣、煤矸石、煤粉灰陶粒等工業廢料和人造輕質骨料制備成密度較小的輕質混凝土雖然在密度上較小，但是抗凍以及保溫性能相對于其他材料具有很大的優勢。且輕質混凝土的原材料是煤矸石、廢棄的工業渣滓以及粉煤灰，成本較低，能夠有效降低混凝土制備的成本，同時也能夠變廢為寶，減少污染，對于廠區以及城市的環保有促進作用，有效減少廢料堆積占用空間。

1.2 低強混凝土

低強度混凝土在土工建設中被應用于樁基的墊、填以及隔離，也可以用于基礎建筑和孔洞的填充，在地下的構造建筑中也經常應用。低強度混凝土主要用于調整一些特殊情況下混凝土的工作度以及相對密度，此外對于彈性模量以及抗壓度等性能指標也能進行調整，加入了低強度混凝土的材料可以提高強度避免收縮裂縫的產生。

1.3 自密實混凝土

該種混凝土材料無需進行機械振搗，混凝土自身重量即可以完成其密實度的提高。雖然其材料的流動性較強，但是不易出現離析現象。而該種混凝土的排至方式較為特殊：首先該種混凝土中固體體積的50%為粗骨料；其次砂漿體積中40%為細骨料；再者，水灰配比在0.9至1.0之間；最后需要通過流動性實驗最終確定材料中的水灰比以及塑化劑量。只有通過上述步驟，才能使材料性能達到最佳。

這種自密實型混凝土由于無需振搗，因此施工振動噪音較小，能夠在夜間進行施工，不會擾民；且不會損害施工人員的健康；在耐久度以及質量的均勻度上性能良好；即便澆筑構件體積復雜或者鋼筋分布較密的工程也易于操作；勞動量較小施工速度較快。

2 粉煤灰含量較高的混凝土材料

人們對于火山灰、粉煤灰以及微集料的認識隨著科技的進步不斷的加深，逐漸了解到期形態效應、活性效應以及內在潛能的作用，在外加劑技術的支持下，粉煤灰成為了混凝土的另一種重要的組成成分，并且應用范圍也不斷的擴大，混凝土中粉煤灰量也不斷地提高。

而在混凝土中加入粉煤灰并不僅僅能夠節約材料投入費用，其主要效益在于其對環境以及社會的效益。水泥的能耗以及污染度較大，因此出于環?？紤]在混凝土中應當盡可能減少水泥的用量，換用工業廢渣，這種可持續發展型的混凝土成為了未來建筑混凝土材料發展的必然趨勢。尤其是目前國際上一些較為重視工業廢料二次利用的西方國家，對于環保問題十分重視。伴隨著人們社會的發展以及生活要求的不斷提高，工業生產中加入了社會效益以及環境效益因素，工業廢渣的使用也成了土建材料的新寵兒。

3 新型墻體材料

3.1 砌體材料

墻體欲達到保溫、降低傳熱量的目的需要采用保溫性能以及隔熱性能良好的低導熱系數砌體材料，并采用先進的砌筑結構。近年來土工建設大多使用一種新型的節能墻體材料是由新型的保溫材料結合傳統材料符合而成。常用的建筑保溫材料主要有加氣混凝土、泡沫塑料、礦物棉以及玻璃棉和膨脹巖，而復合材料中的另外物質則是空心磚、粘土實心磚以及空心砌塊等材料砌體。復合墻體中的保溫材料具有較好的絕熱性，導熱系數較低，這種墻體的保溫性較之于單一材料墻體更強，因此能夠有效降低能耗。但是相對于一般的墻體，其建筑成本較高，且在建筑結構上有著一定的要求，一般采用墻體不承重或者是框架式結構。

3.2 復合墻板

復合墻板是一種新型的節能保溫墻體材料，主要由高效絕熱內外墻板、保溫材料復合而成，在工廠按照要求的模數以及尺寸標準進行工業化生產，包括門、窗等構件均可和墻板一體化制造，運送到施工現場安裝在結構框架上，即形成房屋建筑的外圍護結構，這是近年來發達國家采取的主要建筑形式。但是該種復合墻板不需要承受外力，因此大多厚度采用了130mm左右，質量輕，且具有較高的保溫性能，施工操作便捷。

4 FRP復合材料

土木結構主要受兩大問題困擾，過早退化和結構功能不足。近些年來，纖維增強聚合物（FRP）已經成為解決這些結構問題的一種可行途徑。工程實踐表明，FRP復合材料能適應現代工程結構向大跨、高聳、重載、高強和輕質發展以及承受惡劣條件的需要，符合現代施工技術的工業化要求，因而正被越來越廣泛地應用于橋梁、各類民用建筑、海洋和近海、地下工程等結構。應用的方式有兩種一是替換鋼筋或鋼管直接應用于新建結構中；二是用于舊有結構的維修加固，以取得良好的建筑效果。

5 智能材料

大型土木工程結構和基礎設施的使用期都長達幾十年、甚至上百年。在其使用過程中，由于環境載荷作用、疲勞效應、腐蝕效應和材料老化等不利因素的影響，結構將不可避免地產生損傷積累、抗力衰減，甚至導致突發事故.為了有效地避免突發事件故的發生，就必須加強對此類結構和設施的健康監測。一種稱為碳纖維機敏混凝土材料的智能材料，在大型土木工程健康監測中已得到應用。它是以短切或連續的碳纖維作為填充相，以水泥漿、砂漿或混凝土為基體復合而成的纖維增強水泥基復合材料。此類材料的電阻率與其應變和損傷狀況具有一定的對應關系，因此，可以通過測試其電阻率的變化來監測碳纖維混凝土的應變和損傷狀況。碳纖維混凝土還具有施工工藝簡單、力學性能優良、與混凝土結構相容性好等特性，因此，它不僅可以用于道路的交通車輛流和載重監控，而且可較好地滿足大型土木工程結構和基礎設施的健康監測技術的要求。此外，碳纖維混凝土的電熱效應和電磁屏蔽特性在混凝土結構的溫度自適應以及抗電磁干擾方面也具有重要的應用價值。

6 結束語

常規的土建材料同新型的納米材料相比在強度以及塑性上要遜色許多，并且納米材料的電學性能也是普通材料無法比擬的，很多建筑領域中通過使用納米材料增強了建筑結構的性能。傳統的混凝土材料在飛速發展的建筑業中越來越無法滿足其高標準的要求，混凝土性能的提高已經成為了必然的趨勢，智能混凝土是新時代土工建筑對于材料的要去，也是新興建筑材料的發展方向。納米材料的應用給予了混凝土更高的智能性，能夠使得新型混凝土材料電阻率線性變化，具有較高的重復性以及靈敏性。新型的復合混凝土材料能夠有效適應現代建筑高強度以及高傳感性的要求，其發展前景不可估量。

參考文獻

[1]張正雄.土木工程材料[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2]王海波.土木工程材料[M].南昌：江西科學技術出版社，2010.

[3]李毅.土木工程概論[M].武漢：華中科技大學出版社，2008.