新型土木工程材料

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1、新型土木工程材料摘要：土木工程材料是我国经济发展和社会进步的重要基础原材 料之一。人类进入 21 世纪以来，对生存空间以及环境的要求达到了 一个前所未有的高度。这对土木工程材料的生产研究使用和发展提出 了更新的要求和挑战。特别是小康社会的建设和城镇化的全面推进， 乃至整个现代化建设的实施，预示着我国未来几十年的经济发展和社 会进步对土木工程材料有着更大的市场需求，也意味着我国土木工程 材料领域有着巨大的发展空间。因此，了解土木工程材料的发展状况、 把握土木工程材料的发展趋势显得尤为重要。关键词：新型土木工程材料 发展 环保引言：随着人类文明及科学技术的发展，土木工程材料的不断进 步与改善。现代

2、土木工程中，尽管传统的土、石等材料的主导地位已 逐渐被新型材料所取代。目前，水泥混凝土、钢材、钢筋混凝土已是 不可替代的结构材料；新型合金、陶瓷、玻璃、有机材料及其他人工 合成材料各种复合材料等在土木工程折中占有愈来愈重要的位置。材料在土木工程建设中的作用：土木工程建筑物形成的过程，主 要是根据材料性能而设计成适当的结构形式，并按照设计要求将材料 进行构筑或组合的过程。在此过程中，材料的选择是否正确，材料的 使用是否科学，材料的构筑是否合理，不仅直接决定了建筑物的质量 或使用性能，也直接决定着工程的成本。因此，材料的性能直接决定 了工程的设计方法和准则，也决定着工程的建造技术于构筑方式，对 土

3、木工程建设各方面都具有重要的影响。1. 材料对土木工程质量的影响 质量是土木工程建设中追求的第 一目标，而工程质量的优劣与所采用材料的质量水平以及使用的合理 与否具有直接的关系。通常，材料的品种、组成、构造、规格及使用 方法等对土木工程的结构安全性、坚固耐久性及适用性等工程质量指 标都有直接的影响。以往工程实践表明，从材料的选择、生产、使用、 检验评定，到材料的贮运、保管等环节都必须做到科学合理；否则， 任何环节的失误都可能造成工程的质量缺陷，甚至是重大质量事故。 国内外土木工程的重大质量事故多与材料的质量不良或使用不当有 关。2. 材料对土木工程造价及资源消耗地影响 在一般土木工程的总 造价

4、中，与材料直接有关的费用占 50以上。在工程建设中，材料 的选择、使用和管理是否合理。对其工程成本的影响很大。在有些工 程或工程的某些不为，可选择的材料品种很多。虽然采用不同的材料 或不同的使用方法，但在土木工程中最终的体现效果相近，但是所学 要的成本以及所消耗的资源相差可能很大。为此，可以通过优化选择 和正确与充分使用材料，在满足工程各项使用要求的条件下，见地材 料的资源消耗或能源消耗，节约与材料有关的费用。因此，从工程技 术经济及可持续发展的角度来看，正确选择和使用材料，在土木工程 建设中有着十分重要的意义。3. 材料对土木工程技术的影响 土木工程建设过程中，工程的设 计方法、施工方法往往

5、都与材料密切有关，材料的性能直接决定了土 木工程所采用的结构形式、使用方法或操作技术工艺等。通常情况下， 结构设计形式或设计方法的变革都必须以适应与充分发挥材料的性 能为前提。在施工过程中，要最大程度地实现设计意图，就必须选择 最为适当的材料品种与规格，并结合所选材料的特性，确定最佳的方 法或工艺，以便最大程度地满足人们对工程性能的要求。从土木工程的发展历史来看，材料品种或性能地变迁，往往是土 木工程技术发展的动力和变革工程建造方法的基础。新的土木工程材 料的出现，也会使工程设计方法及施工技术产生显著的变革或进步。 在现代土木工程建设中，所用材料品种更是决定工程结构设计理论和 施工技术水平的最

6、主要因素之一。 土木工程材料现状及要求：与以往相比，当代土木工程材料的物理力 学性能也已获得明显改善，随着现代陶瓷与玻璃的性能改进，其应用 范围也有明显的变化。例如水泥和混凝土的强度、耐久性及其他功能 均有所改善。随着现代陶瓷与玻璃的性能改进，其应用范围与使用功 能已经大大拓宽。此外，随着技术的进步，传统的应用方式也发生了 较大变化现代施工技术与设备的应用也使得材料在工程中的性能表 现比以往好为现代土木工程的发展奠定了良好的物质基础。尽管目前 土木工程材料在品种与性能上已有很大的进步，但与人们对于其性能 要求的期望值还有较大差距。首先工程中的性能表现比以往好为现代 土木工程的发展奠定了良好的物

7、质基础。尽管目前土木工程材料在品 种与性能上已有很大的进步，但与人们对于其性能要求的期望值还有 较大差距。1. 从土木工程材料的来源来看：鉴于土木工程材料的用量巨大， 尤其在应用方面，经过长期使用的不断累积，单一品种或数个品种的 原材料来源已不能满足其持续不断的发展的需求。尤其是历史发展到 今天，以往大量采用的粘土砖瓦和木材等已经给社会的可持续发展带 来了沉重的负担。论文参考网。从另一方面来看，由于人们对于各种 建筑物性能的要求不断提高，传统建筑材料的性能也越来越不能满足 社会发展的需求。为此，以天然材料为主要材料的时代即将结束，取 而代之的将是各种人工材料，这些人工材料将会向着再生化、利废化

8、、 节能化和绿色化等方向发展。2. 从土木工程对材料技术性能要求的方面来看：技术性能的要求 也越来越多，各种物理性能指标的要求也越来越高，从而表现为未来 建筑材料的发展具有多功能和高性能的特点。具体来说就是材料向着 轻质高强、多功能、良好的工艺性和优良耐久性的方向发展。3. 从土木工程材料应用的发展趋势来看：为满足现代土木工程结 构性能和施工技术的要求，材料应用也向着工业化的方向发展。例如， 水泥混凝土等结构性能向着预制化和商品化的方向发展，材料向着半 成品或成品的方向延伸，材料的加工、贮存、使用、运输及其他施工 技术的机械化、自动化水平不断提高，劳动强度逐渐下降。这不仅改 变着材料在使用过程

9、中的性能表现，也逐渐改变着人们对于土木工程 使用的手段和观念。新型土木工程材料绿色建材：土木工程材料行业对资源的利 用和对环境的影响都占据着重要的位置，在产值、能耗、环保等方面 都是国民经济中的大户，为了保证源源不断地为工程建设提供质量可 靠的材料，避免新型材料的生产和发展对环境造成危害，因此“绿色 建材”应运而生。目前正在开发的和已经开发的绿色建材和准绿色建 材主要以下几种：1. 利用废渣类物质为原料生产的建材，这类建材以废渣为原料生 产砖、砌块、材板及胶凝材料，其优点是节能利废，但仍需依靠科技 进步，继续研究和开发更为成熟的生产技术，使这类产品无论是成本 上，还是性能方面真正能达到绿色建材

10、标准。2. 利用化学石膏生产的建材产品，用工业废石膏代替天然石膏， 利用先进的生产工艺和技术可生产各种土木建筑材料产品。这些产品 具有石膏的许多优良性能，开辟石膏建材的新来源，并且消除了化工 废石膏对环境的危害，符合可持续发展战略。3. 利用废弃的有机物生产的建材产品，以废塑料、废橡胶及废沥 青等可生产多种土木工程材料，如防水材料、保温材料、道路工程材 料及其他室外工程材料。这些材料消除了有机物对环境的污染，还节 约了石油等资源，符合在资源可持续发展方面的基本要求。4. 利用各种代木材料，用其他废料制造的代木材料在生产使用中 不会有害人的身体健康，利用高兴技术使其成本和能耗降低，将是未 来绿色

11、建材的主要发展方向。5. 利用来源广泛的地方材料为原料，利用高科技生产的低成本健 康建材，不同的地区都可能有来源丰富、不同种类的地方材料，根据 这些地方的性质和特点，利用现代技术，可生产各种性能的健康材料。 如某些人造石材、水性涂料、某些复合性材料也是绿色建材的发展方 向。土木工程材料的发展趋势：随着科学技术的进步和建筑工业发展的需 要，一大批新型土木工程材料应运而生，而社会的进步、环境保护 和节能降耗及建筑业的发展，又对土木工程材料提出了更高的要求。 因而，今后一段时间内，土木工程材料将向以下几个方向发展。1. 复合化。单一的材料往往难以满足要求，复合材料应运而生。 所谓复合技术是将有机和有

12、机、有机和无机、无机和无机材料在一定 的条件下，按适当的比例复合。然后经过一定的工艺条件有效地将几 种材料的优良性结合起来，从而得到性能优良的复合材料。2. 多功能化。随着人们生活水平的提高，对材料的功能的要求越 来越高，要求新型材料从单一功能向多功能方向发展。即要求材料不 仅要满足一般的使用要求，还要求兼具呼吸、电磁屏蔽、防菌、灭菌、 抗静电、防射线、防水、防霉、防火、自洁智能等功能。3. 节能化、绿色化。现代人们要求材料不但有良好的使用功能， 还要求材料无毒、对人体健康无害、对环境不会产生不良影响，即绿 色土木工程材料。所谓绿色土木工程材料主要是指这些材料资源能源 消耗低，大量利用地方资源

13、和废弃资源；对环境对人体友好，能维 持生态环境的平衡；同时，可以循环利用。4. 轻质高强化。轻质主要指材料多孔、体积密度小。高强主要指 材料强度不小于 60MPa。5. 工业化生产。工业化生产主要是指应用先进施工技术，采用工 业化生产方式，产品规范化、系列化。这样，材料才能具有巨大市场 潜力和良好发展前景。1高性能混凝土 （HPC）HPC 要求具有高耐久性和高强度、优良的工作性，首先体现在较高的 早期强度、高验收强度、高弹性模量;其次是高耐久性。可保护钢筋 不被锈蚀，在其他恶劣条件下使用，同样可保持混凝土坚固耐久；最 后是高的和易性、可泵性、易修整性。可配制大坍落度的流态混凝土， 而不发生离析

14、；可降低泵送压力，修整容易。冬天浇筑时，混凝土凝 结时间正常，强度增长快于普通混凝土，低温环境下不冰冻，高温环 境下浇筑混凝土保持正常的坍落度，并可控制水化热。1.1 低强混凝土这种材料可用于基础、桩基的填、垫、隔离及作路基或填充孔洞之用, 也可用于地下构造。在一些特定情况下,可用低强混凝土调整混凝土 的相对密度、工作度、抗压强度、弹性模量等性能指标,而且不易产 生收缩裂缝。1.2 轻质混凝土 利用天然轻骨料（如浮石、凝灰岩等）、工业废料轻骨料（如炉渣、粉 煤灰陶粒、自燃煤矸石等）、人造轻骨料（页岩陶粒、粘土陶粒、膨胀 珍珠岩等） 制成的轻质混凝土具有密度较小、相对强度高以及保温、 抗冻性能好

15、等优点。利用工业废渣,如废弃锅炉煤渣、煤矿的 煤矸石、火力发电站的粉煤灰等制备轻质混凝土,可降低混凝土的生 产成本,并变废为宝,减少城市或厂区的污染, 减少堆积废料占用的 土地,对环境保护也是有利的。1.3 自密实混凝土自密实混凝土不需机械振捣, 而是依靠自重使混凝土密实。该种混凝 土的流动度虽然高,但仍可以防止离析。配制这种混凝土的方法有:(1) 粗骨料的体积为固体混凝土体积的50%;(2) 细骨料的体积为砂浆体 积的40%;(3)水灰比为0.9-1.0;(4)进行流动性试验,确定超塑化剂用量及最终 的水灰比, 使材料获得最优的组成。这种混凝土的优点有: 现场施工 无振动噪音,可进行夜间施工

16、,不扰民;对工人健康无害;混凝土质量 均匀、耐久;钢筋布置较密或构件体型复杂时也易于浇筑;施工速度快, 现场劳动量小。2 高掺量粉煤灰混凝土 随着人们对粉煤灰的颗粒形态效应、火山灰活性效应和微集料效应等 内在潜能的认识日渐深入，以及混凝土外加剂技术的迅速发展，粉煤 灰成为继外加剂之后混凝土的又一必需组分的观点正在被越来越多 的人接受.粉煤灰的掺量也有不断增大的趋势。在混凝土技术方面较 先进的美、英、加等国，自20世纪80 年代中期就开始了高掺量粉煤 灰混凝土(粉煤灰掺量占总胶凝材料用量的55%以上)的研究与应用。 大量使用粉煤灰的重要意义并不仅在于节约有限的工程材料费，还在 于它的环境效益与社会效益. 水泥是一种高能耗与高环境污染产品， 尽可能地少用水泥，尽可能地多用各种工业废渣，是使混凝土成为一 种人类可持续发展材料的必然趋势。在环保要求特别严格的西方工业 国家，尤其重视各种工业废料的二次开发与充分利用。随着我国经济 的快速发展与人民生活水平的迅速