新型建筑材料在土木工程中的應用探析

李海培 ，徐琦 （合肥工業大學宣城校區，安徽 宣城 242000）

1 概述

在工程建設過程中，材料的性能是建筑物和構筑物結構設計的重要依據，能否正確的選擇所需要的材料，能否科學地使用所選擇的材料，能否合理地構筑所選擇的材料，對工程的建筑質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成本。

隨著科學技術的不斷進步，土木工程新型材料不斷涌現并得到應用，這些新材料具備良好的環保性、高效性、節能性，且應用種類繁多，具有各自不同的應用特性[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，提升了工程的質量、性能和品質，同時也提高了建設效率，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境刺激，對之進行分析、處理、判斷，并采取一定的措施進行適度響應的智能特征的材料。因其可以自我發現故障、自我修復，還能夠根據實際情況作出相應的優化反應，發揮控制功能[2]，必定是土木工程材料未來的發展趨勢。

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微觀結構本身就具有智能功能的工程材料。

2.2 智能材料的應用

碳纖維機敏混凝土和納米混凝土等智能材料正逐步走入工程應用，而使用最廣的是碳纖維機敏混凝土。碳纖維機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，制成的纖維增強水泥基復合材料[1]。采用碳纖維機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測預警，采用碳纖維機敏混凝土的工程，可用于檢測結構健康與病害，有利于預防或處置交通或工程事故等。

3 FRP復合材料 (纖維增強聚合物)

3.1 FRP復合材料及特征

按照設定的固定比例，將基體材料和纖維材料混合，就形成了這種高性能型復合材料。FRP復合材料具有輕質堅硬、保溫隔熱、絕緣高強、耐腐蝕性好且可重復利用等特性。

3.2 FRP復合材料的應用

隨著時間的推移和環境的影響，工程結構的性能逐步退化，嚴重影響工程的使用。通過FRP復合材料的應用，可提高土木工程結構的穩固性和耐久性，滿足工程使用功能；減輕工程結構重量，減小地震作用；有利于實現土木工程的工業化建造。FRP復合材料廣泛而充分地應用于橋梁、電視塔、輕質結構以及惡劣環境下的大型地下工程中，近年來，在民用建筑中的應用也逐年增加。在具體工程應用中主要有兩類：①應用于維修加固舊有的結構；②應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

將普通混凝土進行原材料配比調整并加入外加料，或對其材料配比進行一定調整，或采用新工藝、新技術進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、輕質混凝土、自密實混凝土、低強混凝土、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用

4.2.1 高性能混凝土（HPC）

高性能混凝土是指具有高強度、高耐久性、高流動性等多方面的優越性能的混凝土。隨著近年大跨度結構、高層結構、跨海結構的不斷涌現，高性能混凝土發展迅速。其高強度特性，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，工程建設中，可減輕施工強度、降低施工能耗；其高耐久性特性，工程可減少后期維保費用、延長使用壽命，節能環保，經濟社會效益顯著。被廣泛地應用于高層結構、大型公建、大跨度橋梁、船塢碼頭、海洋鉆井平臺和預應力樁基等工程中。

4.2.2 輕質混凝土

輕質混凝土，是利用天然輕質骨料以及工業廢料和人造輕質骨料制備，經自然養護所形成的一種含有大量封閉氣孔的新型輕質材料。具有密度較小、相對強度高以及保溫、抗凍性能好等優點[4]。輕質混凝土的生產與應用，能實現資源的有效重復利用，綠色節能、保護環境。被廣泛應用于節能墻體、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]。澆筑中不容易出現離析現象，質量可靠；施工速度，縮短工程建設周期；無需澆筑振搗，減少現場工作量，也不影響施工聲音環境。被廣泛應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 低強混凝土

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

4.2.5 活性微粉混凝土(RPC)

是一種抗壓強度可達200 MPa以上，超過高強混凝土抗壓強度的混凝土。活粉混凝土是由普通混凝土經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，但遠遠低于鋼板等材料。活粉混凝土可做成長細結構，也可做成薄壁結構，常用于預應力桁架橋、建筑工程構件以及工廠預制混凝土部件。

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，減少收縮裂縫的產生，更好地能發揮其性能優勢。高摻量粉煤灰混凝土的使用，不僅可以減少水泥用量，節約資源、降低成本，也能降低能耗，保護周邊環境，實現可持續性發展。被廣泛應用于大體積混凝土結構、超長超寬結構工程中。

5 結語

隨著社會的發展進步，人們對居住環境和生活質量提出了更高的要求，人們更需要高性能、環保節能的新型土木建筑材料，新型建筑材料已經成為滿足人們對美好生活需求的重要部分。研究、開發、生產和使用復合型、多功能、綠色節約的新型建筑材料成為土木工程材料發展的必然趨勢，前景廣闊。