新型土木工程材料应用及趋势研究

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摘要：随着社会经济的飞速发展，社会各行业发展加快。土木工程建筑业也紧随时代的潮流，不断发展创新。工程材料作为其中重要的一环，也在不断更显换代，朝着高性能，施工便捷化，应用更广泛，更节能环保等方向提高改进。本文根据材料的类型，对新型混凝土、新型复合材料和土木工程智能材料的的应用现状及发展趋势进行了分析。

关键词：土木工程；新型材料；发展趋势

1前言

在一切建筑工程中，土木工程施工材料都是奠定基础的重要环节，整个工程的质量很大程度上取决于材料的质量。当代建筑业的新型建筑材料研发速度非常快,品类繁的新型材料不断被应用于土木工程中，因此,把握好新型材料的使用技术，对新型材料的研发和应用显得尤为重要。如果能合理有效利用新型材料于土木工程，必定能节约施工成本，提高工程效率。新型的绿色材料的使用还能降低损耗，保护生态环境，推动土木工程向可持续方向发展。

2土木工程行业新材料应用概况

土木工程的发展势头在近年来表现得十分强劲，速度惊人。其工程领域不断扩大，建设技术不断完善，越来越多的参与到高层大楼、公路铁路和桥梁，以及大型水利工程的建设。其中新材料的运用，提高了土木工程建设的质量和效率，更好的满足了时代的需求。

2.1新型混凝土材料

普通混凝土，或调整原材料比例，引入新型原料，或调整材料比例，或施以新工艺就可以形成新型混凝土，它有着节省成本、易于施工、提高强度等优点。轻质混凝土材料主要是由天然轻骨料，工业废料轻骨料,煤矸石，人造轻骨料这些原料组成的。轻质混凝土材料密度小,高施工强度高,保温效果较好,其抗冻性能表现也比较优异。其原材料使用了工业废料使得制作成本大幅降低。自密实混凝土材料不同于传统混凝土，，利用自重实现密实，不需要机械振捣。自密实混凝土材料虽然流动度很高,却能有效控制材料离析的现象。这种混凝土的现场施工无机械的振动噪音,夜间也能施工,对周围居民生活影响小，对人体无害。自密实混凝土质地均匀，耐久性更强，钢筋布置较密能应用在构件体型复杂的工程中。自密实混凝土的使用加快了施工速度,减小现场工人劳动量。低强混凝土可以在土木工程中基础铸成和桩基浇成过程中，用作填补材料、铺垫基底、隔离材料，也可用作公路的路基以及填充路面孔洞,也可用于地下构造施工。低强混凝的混合使用可以对混凝土的相对密度进行调整、对其抗压强度调整，还能调整工作度、改变弹性模量,调整后的材料不易收缩裂缝。合理使用低强混凝土可节约工程造价。活性微粉混凝土RPC是一种超高强混凝土。它的高强度表现其远远高于普通混凝土的抗拉强度和抗压强度。活粉混凝土经加工过程使用了一种特殊的工艺。这种工艺处理使材料的堆积密度达到最合适的值、材料的延展性得到改善提升，其质地更均匀,并通过加压加温提高强度。

2.2新型复合材料

新型复合材料FRP指的是纤维增强复合塑料。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材料。它的特性质轻而硬,绝缘,机械强度高,可重复利用和耐腐蚀性好。退化时间过早和结构功能不足是土木工程结构一直以来就存在两大问题，力学性能强大的FRP材料的使用，能有效解决这两大问题。FRP可代替钢筋或钢管直接应用于新建的土木结构，也可以在旧有结构基础上使用FRP进行加固。已有大量工程实践表明，FRP复合材料能承受恶劣条件的影响，能达到现代施工技术的要求。现代工程结构正向着大跨度、超高度、高重载、高强度和轻质化方向发展。FRP复合材料因其强大的属性，已逐渐被应用在桥梁建设，建筑物建设和各种地下工程结构中。

2.3智能材料

智能材料具有自诊断功能的特点，必定是土木工程材料未来的发展趋势。其中使用最广的是碳纤维机敏混凝土，它的基体是砂浆、水泥浆、或混凝土，填充相为连续的碳纤维或短切的碳纤维,将两者复合就形了纤维增强水泥。材料自身的电阻率变化与其应变和受损伤状况之间存在某方面的对应关系，对电阻率的变化进行监测，就能了解碳纤维混凝土的应变和损伤状况。碳纤维混凝土力学性能优秀，能很好的与混凝土结构兼容，施工简单易行，可用于监控道路交通车辆流和车辆的载重情况，亦可对大型土木工程基础设施和结构进行健康监测。碳纤维混凝土的电热效应特性被应用于混凝土结构的温度自适应工程。碳纤维混凝土电磁屏蔽特性常被用于抗电磁干扰的工程建设。智能材料能够对土木工程健康状况进行监测,防止安全事故的发生，且有利于工程养护工作的顺利开展。

3研究新型土木工程材料的意义

土木工程材料的质量和性能直接关乎到整个土木工程的水平，土木工程的材料是构成整个工程项目的基石。新材料的应用可以提高施工效率，降低施工难度，减轻人工施工强度。对于工程质量而言，新型材料可以克服传统建材的许多缺点，提高耐用度，强韧度。新材料的处理方法往往比较科学，紧随时代，对周边环境的影响大大降低。土木工程的建设过程,能较大的影响我们的生活环境，对资源额消耗也比较大。为了适应现代社会集约发展的需求，节约使用建筑材料，保护生活环境，“绿色建材”应运而生。绿色建筑材料的原材料使用的多半是人们生活与生产中的废弃物，将这些废弃物循环使用，减轻对环境及的污染。绿色材料使用最新的高科技与技术进行生产，新工艺环保度高。整个制作的过程，生产配方，不含有害物质。新型的绿色建筑材料的设计紧随生产生活需求，人居性契合度高，有助于提高生活质量。绿色建材满足经济、社会发展的需要的同时，又能环境保护、节约资源。传统的土木工程建筑检测方法，从外到内进行，在对内部构造检测时很难进行工作，评估结果误差的出现在所难免，这种方法很难全面检测内部构造存在的一些安全隐患，使用相关检测设备测量内部构造的准确率不高，工作效率总是提不上去。运用了智能材料后，管理者通过从安装在材料内部的传感器提取数据，了解工程内部构造的状况。智能材料能实时导出数据，实现对项目的实时检测评估。智能材料用于重大工程项目，诸如大型水利水电项目和桥梁等有很高的实用价值。

4新型土木工程材料的发展趋势

4.1新材料智能化发展

智能土木结构能有效解决评估土木工程结构的力度、完整安全性和结构持久性的问题。通过在土木结构工程里面安装一个个传感器，构成传感器网络，全面监控土木结构的性能。智能材料在土木结构工程方面的应用前景十分广阔，它现在主要应用在高层建筑、桥梁、大型水力发电工程等项目中。而一些大型体积的混凝土结构项目像采油平台、大水坝和船闸等，也已经尝试植入传感器并构建智能土木结构工程。智能材料在近年的应用发展大局来看，大规模分布式智能传感器也被应用于对公共建筑的检测，为智能结构提供数据基础。

4.2新材料高性能化发展

高性能化是通过研制新兴建筑材料来实现工程的智能结构和功能一体化的过程。一些特性各异的材料被研发以适应各种需求。如高耐久性材料、高保温性材料、高抗震性材料、优异装饰性材料、高吸声性材料、轻质材料、及优异防水性材料都有专门的适用领域。轻骨料混凝土、加气混凝土、高强混凝土、空心砖、石膏板等新兴建筑材料应用于土木工程，材料自重大大减轻，建筑建设发展空间更大，有利于向大跨度方向进一步发展，适应土木工程发展的大战略。

4.3新材料复合化发展

材料复合的过程，即将FRP材料通过各种方法附于构件表面承受外力，使得原构件的受力性能大大提升。目前，FRP已经在加固各类土木工程结构时发挥了很大作用。其涉及的领域从桥梁和建筑结构扩大到水工结构、地下结构以及隧道等。FRP筋重量较轻且强度大，具有的高耐腐蚀性可以避免钢筋锈蚀而损害，同时也减少了维护结构的费用和时间。它具有的非磁性能应用到一些有无铁磁性要求的特殊工程中。FRP筋在也被广泛用在桥梁建设和岩土采挖工程的加筋土中。我国目前已经能生产索产品及其配套锚夹具和多种FRP筋。重点研究FRP筋混凝土与FRP筋之间的界面粘结性能问题研究和FRP筋特殊弹脆性材料的力学性能研究。

4.4新材料环保化发展

土木工程新材料的发展中最重要的是绿色化、节能化。我国的建筑材料的更新在加快，建筑节能化力度也在逐步加大，建筑的防水保温能力也在不断提高。随着人们对于绿色环保生活更加关注，居住环境、装修材料等越来越倾向于健康方面，绿色建筑材料得到大力推广。水泥是因其耗能高污染大,应尽可能地少采用,。尽可能地多使用以工业废渣等为原材料的新型混凝土。我国人民生活水平在不断提高,环境与社会的效益也逐步被关注,充分开发利用好工业废渣必将是土木工程实现可持续化转变中的一个重要课题。

5结论

现代建筑的理念随着科技化和信息化社会的进步而发生翻天覆地的变化。将新型材料应用于现代土木工程，能够提升工程质量，提高工程检水平，实现作业现场环保化。我们要有完备的能力充分掌握新材料，使其得到更好的应用，这需要相关学者和科研工作者的不懈努力。我们相信，新型材料在土木工程中的应用必将越来越宽广，市场空间也越来越大。

参考文献：

[1]张正雄.土木工程材料[M].人民交通出版社,2008.

[2]周海波.土木工程材料研究[S].江西科学技术出版社,2015.

[3]黄小辉.土木工程材料混凝土工程性质机理研究[J].价值工程,2011(24)．

作者:吴俊垚 单位:贵州电子信息职业技术学院