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1、结业报告土木工程材料与化学发展的密切联系作者：鞠骏 40土木建筑工程学院（Colleage of Civil Engineering）关键词：土木工程材料、化学发展摘要：本文主要探讨了土木工程材料与化学发展的密切联系，通过新材料在现代土木工程中的广泛应用来揭示这一命题。 经过这一阶段的学习，让我们对新材料的发展有了一个更加深入的了解，了解到新材料的发展之迅猛以及新材料的广泛运用，而作为与建筑材料打交道的我们土木工程专业的学生，学习这门课极大地开阔了我们的视野，为我们将来的学习与工作打下坚实的基础。 近年来，随着全球能源形势的日益紧张，世界各国对节能技术的研发及应用给予了充分的重视，而建筑行业作
2、为高耗能高污染的行业代表，节能任务迫在眉睫，于是各种新型的节能环保材料被广泛的应用在各种建筑中，既满足了绿色经济的要求，又使得建筑形式不断得到发展，出现了各种千奇百怪的建筑。 （一）土木工工程中的高性能混凝土一、高性能混凝土的特点我们知道，传统的混凝土材料由水泥、沙子、石灰、石子和水组成，一直以来，在建筑工程中发挥重要的作用。然而，近年来，高性能混凝土以其显著的特点和优越的性能，在土建工程中逐步取代传统混凝土材料，处于重要地位。新型混凝土材料的特点如下：在组成上，高性能混凝土增加了多种矿物掺合料和超塑化剂，且在配比方面也比普通混凝土复杂很多，流动性大及流动度经时损失小。高性能混凝土以其新型的外
3、加剂和胶凝材料的使用使其呈现出独特的力学性能和耐久性能。高性能混凝土具有高强的特性，使得其在应用中大大减小结构尺寸，从而减少材料的耗用量，降低工程总体造价。高性能混凝土的耐性特别强，从而能够抵挡外界恶劣环境的侵袭，使建筑物本身的寿命延长，从长远方面来说，具有极高的社会经济效益。鉴于高性能混凝土的以上特点，高性能混凝土可以说是在现代社会能源急剧消耗情况下适时产生的产品，它为土建工程的施工提供了有力的质量保障，而且还能节省资金与造价，提高施工单位的收益，具有很好的经济价值。（二）土木工程中的新型防水材料一、SBS改性沥青防水材料与普通沥青防水材料相比，SBS沥青防水材料低温柔韧性能、抗裂性能和粘结
4、性能更好，施工操作方便灵活，适于各种建筑物的屋面与地下防水，其防水性能好，而且对环境无污染，在价格方面也较容易为大众接受。因此，SBS改性防水材料已广泛应用于工程中。二、三元乙丙橡胶防水卷材三元乙丙橡胶防水卷材(简称EPDM)是以三元乙丙橡胶为主料，加入适量丁基橡胶、硫化促进剂、活化剂、增塑剂及填充料等，经密炼、挤出(或延化)、硫化等工序制成的防与其他高分子防水卷材相比，三元乙丙橡胶防水卷材的耐候性与耐臭氧性更好，表现出比其他橡胶高分子材料更好的抗老化能力。水卷材，是一种合成高分子防水卷材。三元乙丙橡胶防水卷材具有优良的防水性、较好的耐腐蚀性。它的使用温度范围也很宽，可在-40-80的范围内长
5、期使用。三元乙丙橡胶防水卷材的拉伸强度高(可达8MPa)，弹性与延伸性也很好，因此对基层的伸缩或开裂适应性很好。它主要采用冷施工，有胶粘型和自粘型等不同的产品，可适合于各种不同环境与要求的工程。三、聚氨酯防水涂料聚氨酯防水涂料是以聚氨基甲酸酯为主要成分的双组分反应固化型防水材料。其主料是含有端异氰酸酯基的聚氨酯预聚物，还含有多羟基的固化剂、增韧剂、增粘剂、填充剂、稀释剂等辅料。当主料与辅料按比例混合均匀后，可在常温下形成粘稠状物质，待涂布施工完毕后可常温固化形成柔软、耐水、抗裂和富有弹性的整体防水涂层。L型聚氨酯涂膜防水材料特别适合于要求较高弹性与延伸能力的工程防水，如各种建筑物的地面、地下防
6、水，水工构筑物防水，基层容易变形或开裂的结构物防水等。N型聚氨酯密封膏防水材料主要应用于各种结构的连接缝密封防水或结构物裂缝的防水修补。四、水乳型再生胶沥青防水涂料它是以表面活性物质为乳化剂，使加热液化沥青在水中乳化制成的乳液再加入再生橡胶粉改性后的水乳型防水涂料。该种涂料具有良好的弹性、粘结性、不透水性，较好的耐热、耐低温性和耐老化性；还具有冷作业，方便施工，操作安全的特点。该防水涂料与玻璃布、合成纤维薄毡、无纺布等复合使用还可使防水层具有一定的抗拉伸能力。为提高抗老化能力，常在其外露表面撒布细砂作为保护层。该防水涂料可用于各种建筑的屋面、地下室、冷库、墙面、刚性及柔性防水的翻修等方面。（三
7、）纳米技术在土木工程中的应用1纳米自洁抗菌涂料光的照射可以引起TiO2表面在纳米区域形成亲水性及亲油性两相共存奇妙的超双亲性。如将国内已经工业化生产的纳米抗菌粉用于涂料中，可制得纳米杀菌涂料，涂覆于建材产品，如卫生洁具、室内空间、用具、医院手术间和病房的墙面、地面等，起到杀菌、保洁作用12.纳米TiO2颗粒在波长小于400nm的光照下，能吸收高于其禁带宽度的短波光辐射，产生电子跃迁，使价带电子被激发到导带，并形成电子-空穴对，将能量传递到周围介质，诱导光化学反应，从而具有光催化性能。2、纳米技术在混凝土材料中的应用随着社会工业化的深入发展和我国基础建设的广泛开展，水泥混凝土作为一种传统的建材，
8、其产量和用量都在不断地增加，高性能混凝土已成为水泥基复合材料领域中的研究热点。同时，许多特殊领域要求水泥混凝土具有一定的功能性，如希望其具有吸声、防冻、高强且高韧性等功能。纳米材料由于具有小尺寸效应、量子效应、表面及界面效应等优异特性，因而能够在结构或功能上赋予其所添加体系许多不同于传统材料的性能。利用纳米技术开发新型的混凝土可大幅度提高混凝土的强度、施工性能和耐久性能。纳米矿粉在水泥混凝土中的应用纳米矿粉如纳米SiO2、纳米CaCO3和纳米硅粉等不但可以填充水泥的空隙，提高混凝土的流动度，更重要的是可改善混凝土中水泥石与骨料的界面结构，使混凝土的强度、抗渗性与耐久性均得以提高。有研究报道，当
9、纳米材料的添加量为水泥用量的1%3%，并在高速混合机中与其他混合料进行混合后，制备的纳米复合水泥结构材料在7d和28d龄期的水泥硬化强度，比未添加纳米材料提高约50%，而且韧性、耐久性等性能也得到较大的改善。研究人员研究了硅灰和纳米级SiO2对水泥浆体需水量的影响。研究表明，当纳米级SiO2掺量达到水泥用量的8%时，水泥浆体的需水量增大一倍。同时，研究发现，当将水泥用量8%和10%进行复合添加时，纳米级SiO2的小球体填充于硅灰颗粒之间，与硅灰形成很好的颗粒级配结构。当两者同时添加且纳米级SiO2为l%和硅灰为9%时，需水量并未双倍增加，可见两者的交互作用十分明显。纳米金属粉末在混凝土中的应用
10、由于纳米材料的表面效应，增加了纳米材料的活性，使得纳米金属粉末具有两个特殊性能，其一是纳米金属粉末的强度、硬度高，并随着晶粒尺寸的减小，其强度、硬度不断提高，同时还表现出非常好的塑韧性；其二是纳米金属粉末是一种良好的吸波材料。.利用上述纳米金属粉末的特殊性能，如果把它掺入到水泥混凝土中，可制成具有功能性的电磁屏蔽混凝土。纳米金属氧化物在混凝土中的应用锐钛型纳米TiO2是一种优良的光催化剂，它具有净化空气、杀菌、除臭、表面自洁等特殊功能。利用纳米TiO2具有净化空气的特性来制备光催化混凝土，它在净化机动车排出的尾气时发生了光催化反应，对机动车辆排放的二氧化硫、氮氧化物等对人体有害的污染气体进行分
11、解去除，起到净化空气的作用。利用纳米金属氧化物材料可以进行电磁屏蔽，还可以用来制备智能水泥混凝土，如自警水泥混凝土等。这种水泥混凝土具有较强的导电性能，同时还具有传感作用。这种智能型水泥混凝土可用于土木工程结构的实时和长期监测，便于监控混凝土结构的开裂与破坏情况及其损伤评价、检测车重与车速等，这对混凝土性能的检测是一场革命。聚合物/无机纳米复合材料在混凝土中的应用由于聚合物/无机纳米复合材料的优异性能，使得有关它的理论和应用研究成为当前复合材料的热点，它也有可能应用于水泥混凝土中。把聚合物/无机纳米复合材料用于水泥混凝土中，不仅可以提高混凝土的抗压、抗拉和弯曲强度，而且可提高其耐久性。在混凝土混合料中掺入一定量的聚合物/无机纳米复合材料，使之均匀分散在混凝土中，利用聚合物/无机纳米复合材料的导电性能，测试电阻的变化，建立电阻与荷载之间的模型，从而可以预测混凝土结构的破坏。参考文献：1.土木工程中新型材料的应用2.纳米材料和纳米技术在新型建筑材料中的应用
