綠色建筑材料在建筑行業(yè)的發(fā)展與應(yīng)用

劉鳴

摘要：隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速健康發(fā)展，舊有建筑在經(jīng)歷地震與火災(zāi)作用及長(zhǎng)時(shí)間使用中的諸多不利因素后，少數(shù)房屋損壞嚴(yán)重或倒塌，沒有修繕價(jià)值，但大部分屬于輕、中度損壞，屬于“可修復(fù)”范疇。對(duì)于這種損傷程度小的建筑物，通常會(huì)經(jīng)過專業(yè)檢測(cè)之后，選擇合理的加固方式進(jìn)行修復(fù)處理，可恢復(fù)建筑物原有的狀態(tài)和功能，既可以減少建筑物重建帶來的經(jīng)濟(jì)損失，又可以通過減少拆除帶來的環(huán)境造成污染。綠色發(fā)展建筑結(jié)構(gòu)材料、新型復(fù)合材料、新型混凝土材料的廣泛應(yīng)用，既降低了企業(yè)工程項(xiàng)目施工對(duì)環(huán)境問題造成的傷害，又提升了中國(guó)建筑的整體教學(xué)質(zhì)量，縮短了施工周期。對(duì)此，文章主要探究綠色建筑材料在建筑修復(fù)加固中的研究及應(yīng)用，促進(jìn)建筑業(yè)更好發(fā)展。

關(guān)鍵詞：土木工程;建筑修復(fù)加固;綠色建筑材料

0.引言

中國(guó)社會(huì)人口多，人均資源管理相對(duì)貧乏。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和資源消耗的不斷增加，對(duì)環(huán)境的不利影響也越來越明顯。作為我國(guó)國(guó)民社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展支柱產(chǎn)業(yè)之一的建筑業(yè)，在建筑施工和使用中，能源資源利用率很低。因此，促進(jìn)建筑業(yè)節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、環(huán)保，對(duì)我國(guó)可持續(xù)不斷發(fā)展具有非常重要作用，這是我國(guó)綠色建筑的重要內(nèi)涵。為此，我國(guó)政府組織了相關(guān)研究，頒布了相關(guān)法規(guī)，大力推廣“四節(jié)一環(huán)保”等作為綠色建筑的重要內(nèi)容。

因此，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究工作人員可以采用綠色高性能纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料對(duì)框架結(jié)構(gòu)問題進(jìn)行加固。

1.纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料

普通混凝土在使用過程中由于這些裂縫的存在，空氣中的有害化學(xué)物質(zhì)會(huì)進(jìn)入混凝土，引起混凝土碳化及鋼筋銹蝕等問題，進(jìn)而會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。為了解決這些問題，上世紀(jì)90年代密歇根大學(xué)的學(xué)者們?cè)谒嗷鵈CC中添加了纖維，其極限拉伸應(yīng)變是普通混凝土的數(shù)十倍甚至數(shù)百倍，大大提高了混凝土的抗拉強(qiáng)度，減少了結(jié)構(gòu)的自重和內(nèi)部裂縫，提高了混凝土的耐久性和安全性。

2.ECC在建筑行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用

纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用研究主要有以下兩個(gè)重要方面：一方面，纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料在新興建筑、路橋和基礎(chǔ)設(shè)施中的應(yīng)用。另一重要方面是既有建筑與構(gòu)筑物的加固與修復(fù)。為了解決伸縮縫引起的橋面頻繁維修問題，用ECC連接板代替伸縮縫和部分混凝土板[1-2]。

在國(guó)外的很多項(xiàng)目上ECC材料得到了應(yīng)用，如：2004年，日本北海道三原橋，通過在鋼板上澆注ECC涂層，使橋梁重量減輕40%，造價(jià)降低50%，經(jīng)過10年的使用，橋面僅有輕微磨損，橋梁耐久性明顯提高。2005年，日本把預(yù)制ECC連梁應(yīng)用到東京27層的光榮公司大廈，隨之日本在成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上又把預(yù)制ECC連梁應(yīng)用到大阪60層的北濱大廈和橫濱41層的拿布爾大廈。建筑物在每層設(shè)置兩至四根ECC連梁，它不僅可以提高了建筑物的抗震性能，而且降低了系統(tǒng)安裝企業(yè)成本。日本廣島的Mita ka水壩，在橋梁的表面采用一層20mm厚的ECC面層進(jìn)行加固修復(fù)，施工簡(jiǎn)便且效果良好。美國(guó)密歇根州的一座公路ECC用于橋面板嚴(yán)重?fù)p壞情況下的加固和修復(fù)。道路橋梁經(jīng)過ECC修補(bǔ)后，橋面路面上僅有小裂縫，橋梁道路的性能良好[3-4]。

國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)于ECC在加固技術(shù)工程中的應(yīng)用也比較多。2014年，鄧明科采用高延性混凝土對(duì)唐墓壁畫的松磚進(jìn)行加固，使磚形成一個(gè)整體，避免了壁畫在運(yùn)輸過程中不斷發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞。高延性混凝土還用于全國(guó)60多所砌體結(jié)構(gòu)學(xué)校的加固改造，不僅施工簡(jiǎn)單，而且加固效果良好。相關(guān)學(xué)者在ECC的應(yīng)用案例的基礎(chǔ)上結(jié)合ECC使用過程中的缺陷，引入了GHPFRCC材料，并開展相關(guān)研究。

3.綠色高性能纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料

綠色高性能纖維鋼筋水泥復(fù)合材料是符合“綠色建筑”理念的新型建筑材料，它以傳統(tǒng)工程水泥為主的復(fù)合材料為基礎(chǔ)，采用大量的煤灰代替水泥制備。它不僅提高了粉煤灰的利用率，減少了水泥水化產(chǎn)生的CO2，給環(huán)境帶來的污染，還改善了ECC的高自收縮性。它與普通的混凝土相比缺少了粗骨料，摻入了纖維，為了彌補(bǔ)混凝土較差的抗拉性能，提高了建筑物的塑性變形能力。

4.GHPFRCC材料的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，相關(guān)學(xué)者在ECC的科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)上開展了GHPFRCC材料的研究。山東建筑大學(xué)李秀領(lǐng)課題組通過研究GHPFRCC材料不同配合比的抗壓強(qiáng)度、彈性模量、抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能，系統(tǒng)分析了高性能纖維混凝土的力學(xué)性能、耐火性能、抗震性能以及構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的配筋。

李秀領(lǐng)、羅敏等[5-7]通過配合比研究確定了GHPFRCC材料的最優(yōu)配合比，試驗(yàn)研究結(jié)果分析表明：水灰比是影響材料流動(dòng)性的主要經(jīng)濟(jì)因素，水灰比越高，材料的流動(dòng)性越高。同時(shí)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整水灰比與減水劑的配比可以改善材料的保水性。

王娟[8-10]研究了GHPFRCC材料試樣的軸向抗壓強(qiáng)度和彈性模量。結(jié)果表明：水灰比為0.24時(shí)，GHPFRCC軸心進(jìn)行抗壓能力強(qiáng)度影響最大，粉煤灰的取代率對(duì)材料的早期強(qiáng)度有很大影響。通過對(duì)GHPFRCC加固震損鋼筋進(jìn)行混凝土柱進(jìn)行了分析抗震設(shè)計(jì)試驗(yàn)，結(jié)果表明，當(dāng)配筋高度大于1/3柱高時(shí)，GHPFRCC會(huì)降低其剛度。

5.展望與結(jié)束語

目前，新材料的研究是當(dāng)前的熱點(diǎn)問題，而GHPFRCC作為一種綠色、經(jīng)濟(jì)的新型混凝土材料必將成為新世紀(jì)的重要建筑工程材料。總之，隨著我們中國(guó)社會(huì)科技的發(fā)展與時(shí)代的進(jìn)步，越來越多的新型建材出現(xiàn)在人們的生活中。這也為建筑業(yè)的發(fā)展注入了新的力量。因此，施工單位在進(jìn)行土木工程項(xiàng)目建設(shè)時(shí)可以通過根據(jù)中國(guó)建筑的需求來選擇一個(gè)合適的新型建筑材料，打造高質(zhì)量的土木工程建筑。

參考文獻(xiàn)

[1] Kojima S，Sakata N，Kanda T，et al. Application of direct sprayed ECC for retrofitting dam structuresurface application for mitaka-dam[J]. Concrete Journal，JapanConcrete Institute，2004，42（5）： 135-139.

[2] Leung C K Y，Li Z，Lee S K L. New technologies for the renovation and strengthening of concrete buildings-field demonstration and monitoring[R]. Hong Kong： University of Hong Kong，2010.

[3] Maruta M，kanda T，Nagai S，et al. New high-rise RC structure using precast ECC coupling beam[J].Concrete Journal，2005，43（11）： 18-26

[4] Fisher G. Prefabricated modular structures using ECC technology[C].Proceedings of ConMat05，Vancouver，Canada，2005，22-24.

[5] 羅敏，李斌，李秀領(lǐng).粉煤灰摻量對(duì)綠色高性能纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料工作性能的影響[J].混凝土，2016（03）： 94-95.

[6] 李秀領(lǐng)，羅敏，王娟.綠色高性能纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及工作性能研究[J].混凝土，2013（12）： 8-10.

[7] 李秀領(lǐng)，羅敏，王娟.綠色高性能纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料抗壓性能及泊松比研究[J].混凝土2014（04）： 70-73.

[8] Xiuling Li，Juan Wang，Min Luo. Pseudo-Static Experiment and Analysis on Seismic Behavior of the RC Columns Strengthenedby GHPFRCC[J]. Polish Maritime Research，2015，22（s1）：56-60.

[9] 王娟.二次受力下綠色高性能纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料加固震損鋼筋混凝土柱的抗震性能試驗(yàn)研究[D].濟(jì)南：山東建筑大學(xué)，2015.

[10] Li X L，Wang J，Bao Y，et al. Cyclic behavior of damaged reinforced concrete columns repaired with high-performance fiber-reinforced cementitious composite[J]. Engineering Structures，2017，136： 26-35.