新型材料在土工建设工程中的应用

李德仁

摘 要：科技的发展是所有行业发展的基础，在技术的支持下效率质量提高都会得到一定的推进，使用的工程材料中也发生了很大的变化，科技成分越来越高，而作为土建工程的操作人员，应当与时俱进，时刻关注材料变化，掌握新型材料的使用技术，使得土建工程向着更加完善的方向发展。

关键词：新型材料；土工建设；应用

1 高性能混凝土材料

高性能混凝简称HPC，相对比传统的混凝土材料其工作性优良且强度和耐久度更加符合工程需要，具体表现在早期强度较高、验收强度较高以及弹性模量较高；另外HPC的耐久度也高于普通混凝土材料。即便是使用条件较为恶劣，也可以保证内部钢筋不被腐蚀，维持混凝土材料应有的坚固和耐久性；最后则体现在HPC的高可泵性以及和易性上，且使用HPC筑造的结构更加容易修整。在冬天气温环境较为恶劣的情况下HPC能够保证快速凝结且强度增长较快，不会在低温环境下凝结冰冻。而在高温环境下HPC也能够保证其塌落度符合建筑要求，对水化热程度也能较好的控制。

1.1 轻质混凝土

通过利用凝灰岩以及浮石等天然轻质骨料以及炉渣、煤矸石、煤粉灰陶粒等工业废料和人造轻质骨料制备成密度较小的轻质混凝土虽然在密度上较小，但是抗冻以及保温性能相对于其他材料具有很大的优势。且轻质混凝土的原材料是煤矸石、废弃的工业渣滓以及粉煤灰，成本较低，能够有效降低混凝土制备的成本，同时也能够变废为宝，减少污染，对于厂区以及城市的环保有促进作用，有效减少废料堆积占用空间。

1.2 低强混凝土

低强度混凝土在土工建设中被应用于桩基的垫、填以及隔离，也可以用于基础建筑和孔洞的填充，在地下的构造建筑中也经常应用。低强度混凝土主要用于调整一些特殊情况下混凝土的工作度以及相对密度，此外对于弹性模量以及抗压度等性能指标也能进行调整，加入了低强度混凝土的材料可以提高强度避免收缩裂缝的产生。

1.3 自密实混凝土

该种混凝土材料无需进行机械振捣，混凝土自身重量即可以完成其密实度的提高。虽然其材料的流动性较强，但是不易出现离析现象。而该种混凝土的排至方式较为特殊：首先该种混凝土中固体体积的50%为粗骨料；其次砂浆体积中40%为细骨料；再者，水灰配比在0.9至1.0之间；最后需要通过流动性实验最终确定材料中的水灰比以及塑化剂量。只有通过上述步骤，才能使材料性能达到最佳。

这种自密实型混凝土由于无需振捣，因此施工振动噪音较小，能够在夜间进行施工，不会扰民；且不会损害施工人员的健康；在耐久度以及质量的均匀度上性能良好；即便浇筑构件体积复杂或者钢筋分布较密的工程也易于操作；劳动量较小施工速度较快。

2 粉煤灰含量较高的混凝土材料

人们对于火山灰、粉煤灰以及微集料的认识随着科技的进步不断的加深，逐渐了解到期形态效应、活性效应以及内在潜能的作用，在外加剂技术的支持下，粉煤灰成为了混凝土的另一种重要的组成成分，并且应用范围也不断的扩大，混凝土中粉煤灰量也不断地提高。

而在混凝土中加入粉煤灰并不仅仅能够节约材料投入费用，其主要效益在于其对环境以及社会的效益。水泥的能耗以及污染度较大，因此出于环保考虑在混凝土中应当尽可能减少水泥的用量，换用工业废渣，这种可持续发展型的混凝土成为了未来建筑混凝土材料发展的必然趋势。尤其是目前国际上一些较为重视工业废料二次利用的西方国家，对于环保问题十分重视。伴随着人们社会的发展以及生活要求的不断提高，工业生产中加入了社会效益以及环境效益因素，工业废渣的使用也成了土建材料的新宠儿。

3 新型墙体材料

3.1 砌体材料

墙体欲达到保温、降低传热量的目的需要采用保温性能以及隔热性能良好的低导热系数砌体材料，并采用先进的砌筑结构。近年来土工建设大多使用一种新型的节能墙体材料是由新型的保温材料结合传统材料符合而成。常用的建筑保温材料主要有加气混凝土、泡沫塑料、矿物棉以及玻璃棉和膨胀岩，而复合材料中的另外物质则是空心砖、粘土实心砖以及空心砌块等材料砌体。复合墙体中的保温材料具有较好的绝热性，导热系数较低，这种墙体的保温性较之于单一材料墙体更强，因此能够有效降低能耗。但是相对于一般的墙体，其建筑成本较高，且在建筑结构上有着一定的要求，一般采用墙体不承重或者是框架式结构。

3.2 復合墙板

复合墙板是一种新型的节能保温墙体材料，主要由高效绝热内外墙板、保温材料复合而成，在工厂按照要求的模数以及尺寸标准进行工业化生产，包括门、窗等构件均可和墙板一体化制造，运送到施工现场安装在结构框架上，即形成房屋建筑的外围护结构，这是近年来发达国家采取的主要建筑形式。但是该种复合墙板不需要承受外力，因此大多厚度采用了130mm左右，质量轻，且具有较高的保温性能，施工操作便捷。

4 FRP复合材料

土木结构主要受两大问题困扰，过早退化和结构功能不足。近些年来，纤维增强聚合物（FRP）已经成为解决这些结构问题的一种可行途径。工程实践表明，FRP复合材料能适应现代工程结构向大跨、高耸、重载、高强和轻质发展以及承受恶劣条件的需要，符合现代施工技术的工业化要求，因而正被越来越广泛地应用于桥梁、各类民用建筑、海洋和近海、地下工程等结构。应用的方式有两种一是替换钢筋或钢管直接应用于新建结构中；二是用于旧有结构的维修加固，以取得良好的建筑效果。

5 智能材料

大型土木工程结构和基础设施的使用期都长达几十年、甚至上百年。在其使用过程中，由于环境载荷作用、疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不利因素的影响，结构将不可避免地产生损伤积累、抗力衰减，甚至导致突发事故.为了有效地避免突发事件故的发生，就必须加强对此类结构和设施的健康监测。一种称为碳纤维机敏混凝土材料的智能材料，在大型土木工程健康监测中已得到应用。它是以短切或连续的碳纤维作为填充相，以水泥浆、砂浆或混凝土为基体复合而成的纤维增强水泥基复合材料。此类材料的电阻率与其应变和损伤状况具有一定的对应关系，因此，可以通过测试其电阻率的变化来监测碳纤维混凝土的应变和损伤状况。碳纤维混凝土还具有施工工艺简单、力学性能优良、与混凝土结构相容性好等特性，因此，它不仅可以用于道路的交通车辆流和载重监控，而且可较好地满足大型土木工程结构和基础设施的健康监测技术的要求。此外，碳纤维混凝土的电热效应和电磁屏蔽特性在混凝土结构的温度自适应以及抗电磁干扰方面也具有重要的应用价值。

6 结束语

常规的土建材料同新型的纳米材料相比在强度以及塑性上要逊色许多，并且纳米材料的电学性能也是普通材料无法比拟的，很多建筑领域中通过使用纳米材料增强了建筑结构的性能。传统的混凝土材料在飞速发展的建筑业中越来越无法满足其高标准的要求，混凝土性能的提高已经成为了必然的趋势，智能混凝土是新时代土工建筑对于材料的要去，也是新兴建筑材料的发展方向。纳米材料的应用给予了混凝土更高的智能性，能够使得新型混凝土材料电阻率线性变化，具有较高的重复性以及灵敏性。新型的复合混凝土材料能够有效适应现代建筑高强度以及高传感性的要求，其发展前景不可估量。

参考文献

[1]张正雄.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：江西科学技术出版社，2010.

[3]李毅.土木工程概论[M].武汉：华中科技大学出版社，2008.