绿色建筑材料在建筑行业的发展与应用

刘鸣

摘要：随着我国国民经济的快速健康发展，旧有建筑在经历地震与火灾作用及长时间使用中的诸多不利因素后，少数房屋损坏严重或倒塌，没有修缮价值，但大部分属于轻、中度损坏，属于“可修复”范畴。对于这种损伤程度小的建筑物，通常会经过专业检测之后，选择合理的加固方式进行修復处理，可恢复建筑物原有的状态和功能，既可以减少建筑物重建带来的经济损失，又可以通过减少拆除带来的环境造成污染。绿色发展建筑结构材料、新型复合材料、新型混凝土材料的广泛应用，既降低了企业工程项目施工对环境问题造成的伤害，又提升了中国建筑的整体教学质量，缩短了施工周期。对此，文章主要探究绿色建筑材料在建筑修复加固中的研究及应用，促进建筑业更好发展。

关键词：土木工程;建筑修复加固;绿色建筑材料

0.引言

中国社会人口多，人均资源管理相对贫乏。随着我国经济的快速发展和资源消耗的不断增加，对环境的不利影响也越来越明显。作为我国国民社会主义经济不断发展支柱产业之一的建筑业，在建筑施工和使用中，能源资源利用率很低。因此，促进建筑业节能、节水、节材、环保，对我国可持续不断发展具有非常重要作用，这是我国绿色建筑的重要内涵。为此，我国政府组织了相关研究，颁布了相关法规，大力推广“四节一环保”等作为绿色建筑的重要内容。

因此，国内外相关研究工作人员可以采用绿色高性能纤维增强水泥基复合材料对框架结构问题进行加固。

1.纤维增强水泥基复合材料

普通混凝土在使用过程中由于这些裂缝的存在，空气中的有害化学物质会进入混凝土，引起混凝土碳化及钢筋锈蚀等问题，进而会影响结构的安全性和耐久性。为了解决这些问题，上世纪90年代密歇根大学的学者们在水泥基ECC中添加了纤维，其极限拉伸应变是普通混凝土的数十倍甚至数百倍，大大提高了混凝土的抗拉强度，减少了结构的自重和内部裂缝，提高了混凝土的耐久性和安全性。

2.ECC在建筑行业的实际应用

纤维增强水泥基复合材料在土木工程中的应用研究主要有以下两个重要方面：一方面，纤维增强水泥基复合材料在新兴建筑、路桥和基础设施中的应用。另一重要方面是既有建筑与构筑物的加固与修复。为了解决伸缩缝引起的桥面频繁维修问题，用ECC连接板代替伸缩缝和部分混凝土板[1-2]。

在国外的很多项目上ECC材料得到了应用，如：2004年，日本北海道三原桥，通过在钢板上浇注ECC涂层，使桥梁重量减轻40%，造价降低50%，经过10年的使用，桥面仅有轻微磨损，桥梁耐久性明显提高。2005年，日本把预制ECC连梁应用到东京27层的光荣公司大厦，随之日本在成功经验的基础上又把预制ECC连梁应用到大阪60层的北滨大厦和横滨41层的拿布尔大厦。建筑物在每层设置两至四根ECC连梁，它不仅可以提高了建筑物的抗震性能，而且降低了系统安装企业成本。日本广岛的Mita ka水坝，在桥梁的表面采用一层20mm厚的ECC面层进行加固修复，施工简便且效果良好。美国密歇根州的一座公路ECC用于桥面板严重损坏情况下的加固和修复。道路桥梁经过ECC修补后，桥面路面上仅有小裂缝，桥梁道路的性能良好[3-4]。

国内企业对于ECC在加固技术工程中的应用也比较多。2014年，邓明科采用高延性混凝土对唐墓壁画的松砖进行加固，使砖形成一个整体，避免了壁画在运输过程中不断发生严重损坏。高延性混凝土还用于全国60多所砌体结构学校的加固改造，不仅施工简单，而且加固效果良好。相关学者在ECC的应用案例的基础上结合ECC使用过程中的缺陷，引入了GHPFRCC材料，并开展相关研究。

3.绿色高性能纤维增强水泥基复合材料

绿色高性能纤维钢筋水泥复合材料是符合“绿色建筑”理念的新型建筑材料，它以传统工程水泥为主的复合材料为基础，采用大量的煤灰代替水泥制备。它不仅提高了粉煤灰的利用率，减少了水泥水化产生的CO2，给环境带来的污染，还改善了ECC的高自收缩性。它与普通的混凝土相比缺少了粗骨料，掺入了纤维，为了弥补混凝土较差的抗拉性能，提高了建筑物的塑性变形能力。

4.GHPFRCC材料的发展现状

目前，相关学者在ECC的科学研究和实际应用的基础上开展了GHPFRCC材料的研究。山东建筑大学李秀领课题组通过研究GHPFRCC材料不同配合比的抗压强度、弹性模量、抗拉强度等力学性能，系统分析了高性能纤维混凝土的力学性能、耐火性能、抗震性能以及构件或结构的配筋。

李秀领、罗敏等[5-7]通过配合比研究确定了GHPFRCC材料的最优配合比，试验研究结果分析表明：水灰比是影响材料流动性的主要经济因素，水灰比越高，材料的流动性越高。同时适当的调整水灰比与减水剂的配比可以改善材料的保水性。

王娟[8-10]研究了GHPFRCC材料试样的轴向抗压强度和弹性模量。结果表明：水灰比为0.24时，GHPFRCC轴心进行抗压能力强度影响最大，粉煤灰的取代率对材料的早期强度有很大影响。通过对GHPFRCC加固震损钢筋进行混凝土柱进行了分析抗震设计试验，结果表明，当配筋高度大于1/3柱高时，GHPFRCC会降低其刚度。

5.展望与结束语

目前，新材料的研究是当前的热点问题，而GHPFRCC作为一种绿色、经济的新型混凝土材料必将成为新世纪的重要建筑工程材料。总之，随着我们中国社会科技的发展与时代的进步，越来越多的新型建材出现在人们的生活中。这也为建筑业的发展注入了新的力量。因此，施工单位在进行土木工程项目建设时可以通过根据中国建筑的需求来选择一个合适的新型建筑材料，打造高质量的土木工程建筑。

参考文献

[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，李秀领.粉煤灰掺量对绿色高性能纤维增强水泥基复合材料工作性能的影响[J].混凝土，2016（03）： 94-95.

[6] 李秀领，罗敏，王娟.绿色高性能纤维增强水泥基复合材料正交试验设计及工作性能研究[J].混凝土，2013（12）： 8-10.

[7] 李秀领，罗敏，王娟.绿色高性能纤维增强水泥基复合材料抗压性能及泊松比研究[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.二次受力下绿色高性能纤维增强水泥基复合材料加固震损钢筋混凝土柱的抗震性能试验研究[D].济南：山东建筑大学，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.