新型建筑材料在工程领域的应用

2011-02-13何会平胜利油田技术检测中心工程质量监督站山东东营257061

中国建材科技 2011年5期

何会平（胜利油田技术检测中心工程质量监督站，山东东营 257061）

建筑材料在工程领域的应用十分广泛，随着科技的发展，一些新的材料不断问世，其良好的运用效果日益得到广大建筑企业的认可。本文撷取部分特色领域进行系统研究分析。

1 现代技术陶瓷的主要领域及应用

陶瓷技术具有悠久的历史，但随着高新技术的发展，陶瓷应用价值不断提升，应用领域日益广泛。结构陶瓷同金属材料相比，陶瓷的最大优点是优异的高温机械性能、耐化学腐蚀、耐高温氧化、耐磨损、比重小（约为金属的1/3），因而在许多场合逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应用到金属材料根本无法胜任的场合，如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。现代技术陶瓷是根据所要求的产品性能，通过严格的成份和生产工艺控制而制造出来的高性能材料，主要用于高温和腐蚀介质环境，是现代材料科学发展最活跃的领域之一。现代技术陶瓷有3个主要领域：结构陶瓷、陶瓷基复合材料和功能陶瓷。

1.1 结构陶瓷

结构陶瓷在建筑工程中的应用可分为三大类：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和玻璃陶瓷。玻璃陶瓷和陶瓷的主要区别在于结晶度，玻璃是非晶态而陶瓷是多晶材料。玻璃在远低于熔点以前存在明显的软化，而陶瓷的软化温度同熔点很接近，因而陶瓷的机械性能和使用温度要比玻璃高得多。玻璃的突出优点是可在玻璃软化温度和熔点之间进行各种成型，工艺简单而且成本低。玻璃陶瓷兼具玻璃的工艺性能和陶瓷的机械性能，它利用玻璃成型技术制造产品，然后高温结晶化处理获得陶瓷。工业玻璃陶瓷体系有镁-铝-硅酸盐、锂-镁-铝-硅酸盐和钙-镁-铝-硅酸盐系列，它们作为建筑装饰材料正得到越来越广泛的应用，如地板、装饰玻璃。非氧化物陶瓷主要包括碳化硅、氮化硅和赛龙（SIALON）。同氧化物陶瓷不同，非氧化物陶瓷原子间主要是以共价键结合在一起，因而具有较高的硬度、模量、蠕变抗力。非氧化物陶瓷也广泛应用于陶瓷切削刀具。氧化铝和氧化锆主要应用于陶瓷切削刀具、陶瓷磨料球、高温炉管、密封圈和玻璃熔化池内衬等。上述3 种氧化物也可制成泡沫或纤维状用于高温保温材料。

1.2 陶瓷基复合材料

复合材料是为了达到某些性能指标将两种或两种以上不同材料混合在一起制成的多相材料，它具有其中任何一相所不具备的综合性能。陶瓷材料的最大缺点是韧性低，使用时会产生不可预测的突然性断裂，陶瓷基复合材料主要是为了改善陶瓷韧性。基于提高韧性的陶瓷基复合材料主要有两类：氧化锆相变增韧和陶瓷纤维强化复合材料。氧化锆相变增韧复合材料是把部分稳定的氧化锆粉末同其他陶瓷粉末（如氧化铝、氮化硅或莫来石）混合后制成的高韧性材料，其断裂韧性可以达到10MPam1/2 以上，而一般陶瓷的韧性仅有3MPam1/2 左右。这类材料在陶瓷切削刀具方面得到了非常广泛的应用。纤维强化被认为是提高陶瓷韧性最有效和最有前途的方法。纤维强度一般比基体高得多，所以它对基体具有强化作用；同时纤维具有显著阻碍裂纹扩展的能力，从而提高材料的韧性。

1.3 功能陶瓷

功能陶瓷是具有光、电、热或磁特性的陶瓷，已经具有极高的产业化程度。大多数陶瓷具有优异的介电性能，表现在其较高的介电常数和低介电损耗。陶瓷磁性材料有电阻率高、损耗低、磁性范围广泛等特性。

2 泡沫混凝土在建筑工程中的应用

2.1 应用概述

近年来，国内外都非常重视对泡沫混凝土的理论和实践的探索与研究，充分利用泡沫混凝土的良好特性，将它在建筑工程中的应用领域不断扩大，泡沫混凝土的开发与应用，不仅加快了工程进度，提高了工程质量，增加了建筑物的抗震性，而且使工程总成本降低，达到了节能降耗的效果，促进了超高层建筑物的发展。在美国、英国、荷兰、加拿大等欧美国家以及日本、韩国等亚洲国家，泡沫混凝土技术的开发，极大地推动了泡沫混凝土材料的生产应用，使泡沫混凝土在屋顶保温隔热、地暖工程、室内外垫层、室内外保温、非承重墙体、新型节能砖、抗震、隔音等建筑工程领域得到大面积推广，产生了巨大的经济效益和社会效益。随着建筑市场的发展，建筑材料的选择也向节能、环保方向发展，而混凝土材料领域泡沫混凝土正成为越来越重要的建筑材料。泡沫混凝土是利用物理方法制备泡沫，再将泡沫加入到胶凝材料、粉煤灰、填料、水及各种外加剂组成的料浆中，经搅拌、浇注成型、养护而成的多孔轻质材料。随着建筑业的发展和人们生活水平的提高，具有轻质、保温、隔热功能的多孔混凝土用量越来越大。多孔混凝土常用的有3 种类型，即加气混凝土、泡沫混凝土及无砂大孔混凝土。所谓加气混凝土是指以钙质材料、硅质材料和加气剂为原料经磨细、配料、浇注、发气、切割和蒸压养护等工序而成的多孔混凝土；泡沫混凝土是指以水泥浆与泡沫剂拌合经蒸养或压蒸养护而成的多孔混凝土；无砂大孔混凝土则是以粗集料、水泥、水配制而成的轻质混凝土。它们分别以加气剂产生气泡、泡沫剂引入气泡及无细集料的结构性气孔而赋予混凝土以优良的性能，已得到比较好的应用。

2.2 泡沫混凝土和加气混凝土不同点

生产模具种类繁多：泡沫混凝土为降低投资，增加制品种类，提高产品附加值，可采用各种材料制成的小型模具、组合模具、艺术模具等。它还可以不用模具，直接现场浇注。发泡手段更加灵活：传统加气混凝土只用化学发泡，而泡沫混凝土采用了更加灵活的发泡手段。它除用发泡机和发泡剂发泡外，还可以利用高压气泵充气，只要能达到混凝土形成封闭性气孔的目的，发泡手段不拘一格。可以实现更小的密度：由于选用了很多的密度轻集料，可以很容易实现超低密度泡沫混凝土。养护工艺更加多样：泡沫混凝土由于所生产的品种很多，因而需要氧化工艺的多样性，可根据不同胶凝材料，采取自然养护、蒸汽养护或其他养护方法。所用固体废弃物种类多：传统加气混凝土，绝大多数都是以水泥和粉煤灰为主要原料，固体废弃物只用粉煤灰一种；泡沫混凝土所用的固体废弃物十分广泛，几乎包含了大多数固体废弃物，如粉煤灰煤渣、煤矸石、钢渣、矿渣，从这个意义上说，泡沫混凝土更符合循环经济。

2.3 泡沫混凝土和加气混凝土相同点

均以无机材料为主。力学性能及其他技术指标相同或相近。密度相近：泡沫混凝土虽然采用的材料和加气混凝土有所不同，但其密度等级划分和传统加气混凝土的级别一样。结构特征相同：泡沫混凝土和加气混凝土一样，皆以封闭性气孔为主，连通孔和封闭孔很少，气孔大小均匀，绝大多数气孔小于2 毫米。泡沫混凝土的分类方式很多，按组成胶结材料可分为水泥泡沫混凝土、菱镁泡沫混凝土、石膏泡沫混凝土、火山灰质胶结材料泡沫混凝土；按所用主要填充料的种类可分为粉煤灰泡沫混凝土、矿渣泡沫混凝土、秸秆泡沫混凝土等；按密度一般可分为6个等级，即300kg/m3、400kg/m3、500kg/m3、600kg/m3、700kg/m3、800kg/m3;按使用功能可分为保温型、保温结构型、结构型；按应用领域可分为房建泡沫混凝土、园林泡沫混凝土、工程泡沫混凝土、工业泡沫混凝土；按养护方式可分为自然养护泡沫混凝土、蒸汽养护泡沫混凝土、蒸压养护泡沫混凝土。