高性能材料在结构工程中的应用

范家鑫

（大连西成房地产开发有限公司，辽宁 大连 116000）

混凝土是结构工程中非常重要的材料，而伴随我国近年来建筑行业的蓬勃发展，相关领域内对混凝土的用量与日俱增，甚至一度跃居世界前列。而可以预见的是，在未来相当长一段时间内，钢筋混凝土依然会作为结构工程的重要材料，促进结构工程在设计方法、施工技术以及试验技术等方面的跨越和进步。

一、纤维筋在结构工程中的应用

钢筋是钢筋混凝土结构的主要配筋材料，而近年来国际上应用较多、研究较多的主要包括树脂粘结的纤维筋、玻璃纤维筋及芳纶纤维筋。有关国际研究指出，这几种纤维筋都拥有很高的强度，只是相对而言，玻璃纤维筋的抗碱化的性能相对较低。就其优劣性而言，纤维筋强度高、抗腐蚀，而且具有很好的抗疲劳性、高电阻、弹性变形能力以及较低的磁导性，但也具备松弛值大、断裂应变性能差、热膨胀系数大的缺陷。

二、环氧树脂涂敷钢筋在结构工程中的应用

在气候潮湿或者存在腐蚀性介质的环境当中，钢筋锈蚀很容易影响到结构的耐久性。而为了防止钢筋锈蚀，采用不锈钢来进行制造倒不失为一种有效的尝试，只是其价格略微昂贵一些。

另外一种方法是采用环氧树脂涂在钢筋的表面，进而形成防锈涂层。这种方法目前在日本和欧美等国家较为常见，不过我国目前已经拥有相应的生产能力，并基于此制定了严格的生产要求和流程。钢筋会现在工厂当中获得校直、加热以及喷涂树脂粉末方面的操作，并同步形成一种保护膜，待冷却以后进行校验，校验合格以后投入使用。

三、预应力混凝土用钢棒、螺旋肋钢丝在结构工程中的应用

在传统用于预应力混凝土的各种热处理钢筋、钢丝和钢绞线的基础上，国内部分材料生产部门通过引入国外先进的生产线，生产出直径为12.0mm、抗拉强度达到1570 MPa的带螺旋肋钢丝和直径为12.6 mm、抗拉强度达1570 MPa的预应力混凝土用带螺栓肋的钢棒。这两种新生产出来的材料主要特点在于高强度、低松弛，能够和混凝土产生很好的粘结性，同时可盘卷、可点焊、易墩粗。

四、纤维布、纤维条、纤维板在结构工程中的应用

目前国内大部分项目在对钢筋混凝土的结构进行加固时，习惯性采用钢板粘结加固技术，只是因为钢板本身质量大、不方便运输、剪切成型存在困难，因此在应用趋势上，已经呈颓势。而近年来流行于国内外的，则是以质量轻便、易于加工，且单项抗拉强度高为特征的纤维布、条及板等来代替钢板所实施的加固技术，并且取得了不错的效果。从特点来说，这些碳纤维布具有很高的单向抗拉强度，很适合用于钢筋混凝土的结构加固，但加固厚度一般不超过1毫米，质量轻、密度低，相对来说施工比较方便，既抗腐蚀，也不需要进行定期的维护。

另外，国外在使用纤维布等相关材料时，还会使用不同类型的弹摸来对碳纤维进行优化组合，以求降低成本、控制造价。除却碳纤维外，和其它纤维筋类似的还有使用玻璃纤维和芳纶纤维制作成的各类产品，也能取得很好的应用效果。

五、再生骨料混凝土在结构工程中的应用

建国初期，我国不少老式的混凝土结构随着时间的推移陷入老化的情况，不得已要进行拆除、重修、重建，而再次过程中需要耗费大量的成本。而在拆除过程中则面临着大量的粗骨料再生，这样不仅可以变废为宝，而且可以降低环境污染。比如在荷兰就已经颁布了相应的法律条文，禁止填埋各种没有经过回收的建筑废料，并设有相关的材料研究公司，对骨料回收展开研究。

回收的混凝土骨料在进行清洗之后，就可以用来代替混凝土当中的石子。假设混凝土中的所有石子都采用再生骨料来进行替代，那么新生的混凝土强度会是天然骨料混凝土的80%—100%，只是其变形性会相对较差一些，但也有解决的方法：

首先，可以将石子用作100%的再生骨料，将构件的尺寸增加10%；

其次，将20%的天然骨料替换为再生骨料，这样不仅不会降低混凝土的特性，其强度还会达到65Mpa。

再生骨料混凝土密度小、孔隙率较高，但是因为其密度较之石子作为骨料的混凝土密度还要低，所以其并不是十分符合建筑墙壁的厚度需求；此外较高的吸水率，也导致其并不适合用于室外的建筑模块。

六、碾压混凝土在结构工程中的应用

近年来，碾压混凝土在结构工程当中应用较广，诸如大体积混凝土结构、工业厂房们地面修建以及公路和机场场道等。使用碾压混凝土进行浇筑和普通混凝土有着显著的不同，其平整需要使用推土机、振实需要使用碾压机、层间处理需要使用刷毛机、切缝则需要使用切缝机。可以说整个施工过程中的施工效率较高、机械化程度较高，劳动条件也比较理想，较之普通的混凝土，可以大幅度缩短浇筑工期，连水泥的用量也会显著缩减。

在诸如工业厂房、公路等面积较大的混凝土工程当中，采用碾压混凝土，亦或者在碾压混凝土当中增加钢纤维，其耐久性还会得到更进一步的调整与改善。

七、纤维增强混凝土在结构工程中的应用

为了有效改善混凝土本身延展性、抗拉性差的缺点，混凝土当中可以适当添加纤维来求得改善，而且这种调整策略在如今的混凝土应用研究当中颇为常见。当前围绕纤维增强混凝土所展开的研究主要围绕在碳纤维、钢纤维、耐碱玻璃纤维、芳纶纤维等材料上；在承重结构当中，应用较为广泛的是钢纤维混凝土，其被细分为用于耐火材料工业中的不锈钢纤维以及用于土木建筑当中的碳素钢纤维。

总而言之，混凝土是由多种材料混合而成的综合性材料，其本身的性能与内部每一个细节的性能息息相关，同时也和应用环境、具体的施工技术有所关联。从结构工程的视角出发，我们自然希望在未来能够研究出更多的高性能材料，用于解决建筑工程在设计、结构方面所暴露出的问题和缺陷，推动相关行业持续、健康的发展。