新型土木工程材料研究进展

王林林

烟台高新技术产业开发区政务服务中心

新型土木工程材料研究进展

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随着我国土木建筑事业的发展，土木工程建筑材料也在不断发展创新。新型建筑材料主要从材料性能、施工应用、节能高效、环境保护等方面做出提高改进，为了解我国土木工程中新型材料的研究进展，本文根据材料类型介绍了新型混凝土、新型复合材料和土木工程智能材料的基本情况。

土木工程；材料研究

1 引言

随着我国土木工程的发展，新型建筑材料也不断出现，新型材料的研发和应用逐渐成为建筑工程发展的重要组成部分。土木工程施工材料是一切建筑工程的基础，优质的材料是保证工程安全和应用的必要条件[1]。现阶段，我国施工材料正在不断发展和创新，新型土木工程材料的发展围绕生产适应化、多功能化、绿色环保化、智能化为趋势，以保证土木工程的施工高效、应用耐久、生态环保、监测智能。

2 新型混凝土材料

混凝土是土木工程中最常见的建筑材料，普通混凝土由胶结材料及骨料组成。近年来，为满足不同工程要求，新型混凝土发展迅速，在性能、工艺、用途上都得到了创新发展。新型混凝土就是在普通混凝土的基础上进行升级，能够节省成本、易于施工、提高强度。

2.1 高性能混凝土

高性能混凝土简称HPC，目前国际上对HPC的研究与应用都非常重视，是当代混凝土研究的重点。HPC具有强度高、易于施工、和耐久性高的优点，能够满足不同结构及功能的各类建筑的耐久性及强度要求[2]。高性能混凝土由于其自身性能特点，可抵御恶劣环境的危害，降低维修管理费用；由于工作性强，可降低施工强度，节约工程造价。

2.2 活性微粉混凝土

活性微粉混凝土简称RPC，是一种超高强混凝土，抗拉和抗压强度远远高于普通混凝土。活性微粉混凝土是由普通混凝土发展而来，经特殊工艺使混凝土达到最优堆积密度、改善均匀性及延展性，并通过加压加温提高强度。

2.3 低强混凝土

低强混凝土用于土木工程中基础工程中，起到填充、垫层、隔离的作用。在软土地基条件下，低强混凝土的应用十分必要。同时，适当的应用低强混凝土可节约工程造价。

2.4 轻质混凝土

轻质混凝土与普通混凝土的区别在于由轻骨料代替砂石重骨料，其中轻骨料主要包括天然轻骨料：浮石、凝灰岩等；人造轻骨料：页岩陶粒、粘土陶粒、膨胀珍珠岩等；工业废料：炉渣、粉煤灰陶粒、自燃煤矸石等。轻质混凝土具有密度小、相对强度高以及保温性能优良等特点[3]。以工业废料为骨料原理制作的轻质混凝土，不仅降低了生产成本，还有利于环保、降低污染的优点。

2.5 加筋混凝土

普通混凝土抗拉性能的较差，在混凝土中掺加纤维可增强其抗拉延展性。纤维种类多样，目前应用较为广泛的是钢纤维、玻璃纤维、碳纤维等。其中，加入钢纤维的混凝土抗拉强度可提高40%～80%，抗弯度提高60%～120%，抗剪度提高50%～100%，抗压度提高0～25%。在钢纤维混凝土的抗压实验中，与普通混凝土相比具有较大的韧性。

3 新型复合材料

高级复合材料在土木工程应用中具有高强、轻质、耐久性强等一系列优良的工程性质，胜过传统的建筑材料，因此逐渐在土木行业中得到发展和广泛应用。

3.1 纤维复合材料

纤维复合材料简称FRP，作为工程材料具有一系列优良性质，如高强、耐腐蚀、抗疲劳性质，同时FRP还具有自传感特性[4]。FRP成本较低，特殊情况下可作为土木建设中钢筋的替代品。为满足不同需要，FRP复合材料可制成棒、板、网等多种形式，可满足大型结构的建筑要求，可广泛应用于桥梁、海洋和地下工程等特殊工程中。

3.2 碳纤维增强塑料

碳纤维增强塑料简称CFRP，工程上的应用形式主要有垃挤板材和预浸料片材等，可替代传统加固材料。CFRP板材成本较低，这种优势尤其体现在工程整个寿命上，从整个使用周期来看，经济性较好[5]。

3.3 FRP柱子封套

复合材料作为加固柱子封套有助于增加柱状结构的受剪和受压能力，同时还可提高结构抗冲击性、抗震能力。FRP柱子封套技术在英国和日本已经开始应用，在公路桥上应用FRP柱子封套可有效增加建筑物的抗弯、抗剪、抗冲击能力。

4 智能材料

智能材料是具有自诊断功能的材料，智能化是土木工程材料发展的趋势。智能材料在工程监测、监测和评估中起到重要作用。

4.1 自诊断机敏复合材料

自诊断机敏复合材料包括光纤埋置式自诊断机敏复合材料、压电式自诊断机敏复合材料和导电式自诊断机敏复合材料[6]。光纤埋置式自诊断机敏复合材料是将尺寸小、重量轻的光纤材料光导纤维埋入结构构件中，从而可得到构件中各种参数的变化情况，可用于监测梁等结构的松弛蠕变特性，判断构件是否会破坏失效[7]。压电式自诊断机敏复合材料的主要代表为碳纤维水泥基复合材料，它既是结构材料，又是功能材料，利用导电性能改变来预测保密结构的破坏。导电式自诊断机敏复合材料的基体材料主要是水泥、玻璃等无机材料，通过导电性能变化反应材料性能变化。

4.2 形状自适应材料

形状自适应材料以形状记忆合金（简称SMA）为代表，具有极强的恢复温度变形能力，可承受较大的弹性形变。SMA材料在土木工程结构上可作为智能抗震体系材料。目前，该材料在我国土木工程应用研究尚处于探索阶段。

5 发展趋势

新型材料的开发与应用，首先应提高强度、质量、安全、耐久性等基本性能，与此同时，工程材料是否易于施工也是重要的创新形式。在保证建筑材料易于施工、满足质量要求的同时，还应考虑经济造价等因素，迎合市场需要。目前，我国新型土木工程建筑材料正在向着多功能化、复合化、智能化、环保化发展，发展前景广阔。

[1]佘坤如,冯学军.土木工程施工过程中应用的新型材料分析[J].建材与装饰,2016(42).

[2]巴明辉.新型混凝土材料在土木工程领域中的应用探析[J].四川水泥,2016(10):12.

[3]陈平,林沐青.新型混凝土材料在土木工程领域中的应用分析[J].绿色环保建材,2016(8).

[4]颜录科,寇开昌,哈恩华,等.纤维增强复合材料在土木建筑工程中的应用研究与进展[J].中国塑料,2004(4):1～5.

[5]刁飞.复合材料在土木工程方面有进展[J].工程技术:引文版,2016(9):20.

[6]薛伟辰,谭园.土木工程自监测纤维复合材料[J].玻璃钢/复合材料,2007(5):53～56.

[7]王学良,张坤.智能材料在现代土木工程监控中的研究进展[J].硅谷,2012(14):78～79.

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.12.004