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土木工程中新型材料的运用

来源:原创论文网 添加时间:2020-08-26

  摘    要: 土木工程建设中,为了适应对建筑材料的新要求和高追求,必须从材料的质量、性能、功能、节能、环保等诸多方面综合考虑,新型建筑材料应运而生,取代了目前以普通砖和普通钢筋混凝土为主要材料的传统建筑材料。新型建筑材料已逐渐成为现阶段土木工程材料的主体。文章通过分析近年来工程中常用新型建筑材料的特点及发展现状与趋势,阐明当前土木工程中使用新型建筑材料的重要性。

  关键词: 土木工程; 施工建设; 新型建筑材料;

  1、 概述

  在工程建设过程中,材料的性能是建筑物和构筑物结构设计的重要依据,能否正确的选择所需要的材料,能否科学地使用所选择的材料,能否合理地构筑所选择的材料,对工程的建筑质量和使用起着决定性的作用。建筑材料的选择同时还影响着工程所需要的建设成本。

  随着科学技术的不断进步,土木工程新型材料不断涌现并得到应用,这些新材料具备良好的环保性、高效性、节能性,且应用种类繁多,具有各自不同的应用特性[1]。目前土木工程中使用较多的新型材料主要有智能材料、FRP复合材料和新型混凝土材料等。新型材料的使用,提升了工程的质量、性能和品质,同时也提高了建设效率,更好地满足了时代需求。

  2、 智能材料

  2.1、 智能材料的特征及分类

  智能材料是指具有感知环境刺激,对之进行分析、处理、判断,并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。因其可以自我发现故障、自我修复,还能够根据实际情况作出相应的优化反应,发挥控制功能[2],必定是土木工程材料未来的发展趋势。

  智能材料主要有两类:(1)在基体材料中嵌入具有传感、动作和处理三种功能的嵌入式智能材料;(2)微观结构本身就具有智能功能的工程材料。

  2.2、 智能材料的应用

  碳纤维机敏混凝土和纳米混凝土等智能材料正逐步走入工程应用,而使用最广的是碳纤维机敏混凝土。碳纤维机敏混凝土是以碳纤维作为填充相,与混凝土、砂浆、水泥浆等混合,制成的纤维增强水泥基复合材料[1]。采用碳纤维机敏混凝土的道路可用于交通流量的计取和汽车超载超限的监测预警,采用碳纤维机敏混凝土的工程,可用于检测结构健康与病害,有利于预防或处置交通或工程事故等。
 

土木工程中新型材料的运用
 

  3、 FRP复合材料(纤维增强聚合物)

  3.1、 FRP复合材料及特征

  按照设定的固定比例,将基体材料和纤维材料混合,就形成了这种高性能型复合材料。FRP复合材料具有轻质坚硬、保温隔热、绝缘高强、耐腐蚀性好且可重复利用等特性。

  3.2、 FRP复合材料的应用

  随着时间的推移和环境的影响,工程结构的性能逐步退化,严重影响工程的使用。通过FRP复合材料的应用,可提高土木工程结构的稳固性和耐久性,满足工程使用功能;减轻工程结构重量,减小地震作用;有利于实现土木工程的工业化建造。FRP复合材料广泛而充分地应用于桥梁、电视塔、轻质结构以及恶劣环境下的大型地下工程中,近年来,在民用建筑中的应用也逐年增加。在具体工程应用中主要有两类:(1)应用于维修加固旧有的结构;(2)应用于新建工程取代钢筋或钢管使用[3]。

  4 、新型混凝土材料

  4.1 、新型混凝土材料的分类

  将普通混凝土进行原材料配比调整并加入外加料,或对其材料配比进行一定调整,或采用新工艺、新技术进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、轻质混凝土、自密实混凝土、低强混凝土、活性微粉混凝土、高掺量粉煤灰混凝土等[1,4]。

  4.2、 新型混凝土材料的特性及应用

  4.2.1、 高性能混凝土(HPC)

  高性能混凝土是指具有高强度、高耐久性、高流动性等多方面的优越性能的混凝土。随着近年大跨度结构、高层结构、跨海结构的不断涌现,高性能混凝土发展迅速。其高强度特性,使工程可减少用料、减轻自重、增大空间,从而降低工程成本;高流动性的特征,决定了其高工作性,工程建设中,可减轻施工强度、降低施工能耗;其高耐久性特性,工程可减少后期维保费用、延长使用寿命,节能环保,经济社会效益显着。被广泛地应用于高层结构、大型公建、大跨度桥梁、船坞码头、海洋钻井平台和预应力桩基等工程中。

  4.2.2 、轻质混凝土

  轻质混凝土,是利用天然轻质骨料以及工业废料和人造轻质骨料制备,经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质材料。具有密度较小、相对强度高以及保温、抗冻性能好等优点[4]。轻质混凝土的生产与应用,能实现资源的有效重复利用,绿色节能、保护环境。被广泛应用于节能墙体、分隔空间、港口岩墙、园林绿化、屋面保温等工程中。

  4.2.3、 自密实混凝土

  自密实混凝土是一种具有高流动性、均匀性和稳定性的混凝土,浇筑时无需外力振捣、能在自重作用下流动并充满模板空间的混凝土[5]。浇筑中不容易出现离析现象,质量可靠;施工速度,缩短工程建设周期;无需浇筑振捣,减少现场工作量,也不影响施工声音环境。被广泛应用于高层建筑的钢管混凝土柱和深长灌注桩等工程中。

  4.2.4 、低强混凝土

  抗压强度不高于8MPa的混凝土称低强混凝土。由于其水泥掺量少,水化热低,有效减少混凝土裂缝的产生,同时可节约工程成本。由于浇筑免振捣,施工环境要求低。常应用于基础垫层、隔离找平、洞口封堵、低矮基础、小型路基、地下构筑物、大体积构筑物工程中。

  4.2.5 、活性微粉混凝土(RPC)

  是一种抗压强度可达200 MPa以上,超过高强混凝土抗压强度的混凝土。活粉混凝土是由普通混凝土经特殊加工处理而形成的一种混凝土,其价格略高于普通混凝土,但远远低于钢板等材料。活粉混凝土可做成长细结构,也可做成薄壁结构,常用于预应力桁架桥、建筑工程构件以及工厂预制混凝土部件。

  4.2.6、 高掺量粉煤灰混凝土

  随着土木工程规模不断加大,高掺量粉煤灰混凝土使用量不断增长,粉煤灰已经成为了混凝土材料中的另一重要成分。高掺量粉煤灰能改善混凝土的性能,减少收缩裂缝的产生,更好地能发挥其性能优势。高掺量粉煤灰混凝土的使用,不仅可以减少水泥用量,节约资源、降低成本,也能降低能耗,保护周边环境,实现可持续性发展。被广泛应用于大体积混凝土结构、超长超宽结构工程中。

  5 、结语

  随着社会的发展进步,人们对居住环境和生活质量提出了更高的要求,人们更需要高性能、环保节能的新型土木建筑材料,新型建筑材料已经成为满足人们对美好生活需求的重要部分。研究、开发、生产和使用复合型、多功能、绿色节约的新型建筑材料成为土木工程材料发展的必然趋势,前景广阔。

  参考文献

  [1] 魏斌.浅析新型土木工程材料应用[J].中国新技术新产品,2017(18):89.
  [2] 涂远.智能材料在土木工程中的应用[J].福建建筑,2014(2):26.
  [3] 黄舒.浅谈土木工程中新材料的应用[J].江西建材,2016(19):278.
  [4] 蒋文彬.详细论述土木工程中新型混凝土材料应用[J].四川建材,2010(2):271-272.
  [5] JGJ-T 283-2012,自密实混凝土应用技术规程[S].

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