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论土木工程材料的发展与应用


对土木工程材料发展的初步认识

摘 要:现代土木工程的飞速发展与进步,对于土木工程的各种要求也是越来越高,其中 土木工程材料就是其中至关重要的! 任何一种建筑物或构筑物都是用土木工程材料按某种方 式组合而成的,没有土木工程材料,就没有土木工程,因此土木工程材料是一切土木工程的 物质基础[1]。随着社会的发展,人们的生活水平提高,对土木工程的要求也越高,土木工程 材料的发展也就成了土木工程的发展一个重要方向。 本文将从轻质高强多功能环保型耐火防 火等几个方面来谈土木工程材料的发展趋势。 关键词:土木工程材料 发展 研发 概述:从目前我国的材料现状来看,在土木工程行业中普通水泥、普通钢材、 普通混凝土 和普通防水材料是主要的土木工程材料。这是因为这一类材料已有比较成熟的生产工艺 和应用技术,使用尚能满足目前的消费需求。对其相对的便宜与方便的特点也是得到了 认可!也使得普通水泥、普通钢材、普通混泥土和普通防水材料的使用达到了以个前所 未有的高峰! 虽然近十年来土木工程材料工业有了较大的进步和发展,但是与发达国家相比,还存在 品种较少质量档次较低生产和使用能耗较大及消费严重等问题。 随着现代化建筑向高层、大跨度、节能、美观、舒适等方向的发展和人民生活水平与国 民经济实力的提高,特别是基于新型材料的自重轻、抗震性好、能耗低和大量利用工业废渣 等优点,研究开发和应用土木工程材料已成为必然[2]。 土木工程材料的发展,必须遵循可持续发展的方针,大力发展低能耗无污染环境友好型 的绿色材料产品,积极采用高技术成果,全面推进材料工业的现代化。材料的发展要求主要 为:轻质、高强、大尺寸和高性能等[3]。 轻质高强材料 随着城市化进程加快, 城市人口密度日趋增大, 城市功能日益集中和强化因此需要建造 高屋建筑,以解决众多人口的居住办公等空间。因此要求结构材料轻质高强方向发展。目前 的主要目标仍是开发高强度钢材和高强度混凝土,同时探讨将碳纤维及其他纤维与混凝土] 聚合物等复合制造的轻质高强度结构材料。 高耐久性材料 目前为止,普通建筑物和结构物的设计使用寿命一般为 50—100 年。而且现代的社会基 础设施日趋大型化综合化,例如大型水利工程、海底隧道、超高层建筑等大型工程,耗资巨 大,建设周期长,维修困难,因此人们对结构物的耐久性要求越来越高。此外,随着人类对 地下海洋等苛刻环境的开发,也要求高耐久性的材料。所以应注重开发高耐久性的材料。 环保型材料 环保型材料就是都考虑了地球资源与环境的因素, 在材料的生产与使用过程中, 尽量节省 资源和能耗, 对环境保护和生态平衡具有一定积极作用, 并能为人类构造舒适环境的土木工

程材料,所以环保型材料应具有下列特性: (1) 满足结构物的力学性能,使用功能以及耐久性的要求。 (2) 对自然环境具有调和性,符合和可持续发展的原则,即节省资源和能源,不产生或 不排放污染环境,破坏生态的有害物质,减轻对地球和生态系统的负荷,实现非再 生资源的可循环使用。 (3) 能够为人类构筑温馨、健康、便捷的生存环境。 现代社会经济发达,基础设施建设规模庞大,土木工程材料的大量生产和使用一方面 为人类平衡造成了不良的影响。 为了实现可持续发展的目标, 将土木工程材料对环境读环境 造成的负荷控制在最小的限度之内,需要开发研究环保型土木工程材料。例如,利用工业废 料(粉煤灰、矿渣、煤石)可生产、水泥块等材料;利用废弃的泡沫塑料生产保温墙体板材; 利用废弃的玻璃生产贴面材料等。即可以减少固体废渣的堆存量,减轻环境污染,有可以节 省自然中的原材料, 对环保和地球资源的保护具有积极作用。 免烧水泥可以节省水泥生产所 消耗的能量。 新型墙体材料 两千多年以来,我国的房屋建筑墙体材料一直沿用传统的粘土砖。烧制粘土砖会破坏大 面积的耕地。从施工的角度来看,以粘土砖为墙体的房屋建筑运输重量大,施工速度慢。由 于不设置保温层,北方地区外墙厚度一般为 37cm,降低了房屋的有效使用。同时房屋的保 温隔声效果、居住的热环境及舒适性差,用于建筑物取暖的能耗较大,能源利用率只有 30% 左右。基于以上原因,墙体材料的改革已成为国家保护土地资源、节省建筑能耗的一个重要 环节。国家已制定了在“九五” 、 “十五” 、 “十一五”期间墙体材料改革与建筑节能目标。为 了实现这个目标,新型墙体材料的开发是一项重要的任务。 城市景观材料 现代社会由于工业生产活跃,道路及住宅建设量,城市的绿地面积越来越少,一座城 市几乎成了钢筋混凝土的灰岛。而在郊外,由于修筑道路,水库大坝,公路,铁路等基础设 施, 破坏自然景观的情况也时有发生。 为了保护自然环境, 增加绿色植被面积, 绿化混凝土, 楼顶草坝,模拟自然石材或木材的混凝土材料,各种园林造型材料将受到人们的青睐。所以 应注重这方面材料的开发。 道路材料 目前社会交通事业空前发达,道投资路建设量庞大。而且近几年我国用于道路建设的 投资每年在 2500 亿左右。如此大规模的道路建设需要大量的路面材料。而路面材料的性能 直接影响道路的畅通性,快捷性,安全性和舒适性,许多建成的道路由于路面材料的性能不 良,2—3 年破坏严重 、路面开裂、塌陷、难以保证畅通,舒适的出行环境。目前路面材料 主要有水泥混凝土和沥青混凝土两大类,提高路面材料的抗冻性、抗裂性、开发耐久性高, 并且有可再利用性的路面材料是今后的发展方向。 随着城市道路,市政建设步伐的加快,住宅庭院、广场、停车场、人性路等的建设量 也在逐年增大, 城市的地面已被灰色的混凝土路面和建筑物所覆盖, 导致城市地面缺乏透性, 与社会不能及时回到地面,严重影响城市植被的生长和生态平衡。因此,应开发具有透性、 排水性, 、透气性的路面材料,将雨水导入地下,调节土壤湿度,有利于植被生长,同时雨 天不积水,夜间不反光,提高行车,行车舒适性和安全性。多孔的路面材料能够吸收交通噪 音,减轻交通噪音对环境的污染,是一种与环境协调的路面材料。除此之外,彩色,柔性路 面等各种多姿多彩的路面材料, 可增加道路环境的美观性, 为人们提供一个赏心悦目的出行 环境。这种材料今后也不容忽视。 防火耐火材料 随着建筑趋向高层化,居住形式趋于密集化,并且城市生活能源设施逐步电气化、燃

气化,使得火灾发生的概率增大,并且灾发生时避难的难度增大。对一些大型建筑物,应要 求使用建筑也应采用耐火材料, 所以要开发能防止火灾蔓延; 燃烧时不产生毒气的土木工程 材料。 随着如今的人们生活质量的提高, 这就要求我们在材料上要求既满足美观的需要也要 满足防火耐火的要求! 智能化新型材料 智能材料就是本身具有自我诊断和预告破坏、自我调节、自我修复的功能,以及可重复 利用性的材料。 这类材料当本身内部发生某种异常变化时, 能将材料的内部状况, 例如位移、 变形、开裂等情况反应出来,以便在破坏前采取有效措施;同时智能化材料能够根据内部的 承载能力及外部作用情况进行自我调整, 例如吸湿放湿材料, 可根据外部环境的湿度自动吸 收或放出水分,保持环境湿度平衡;自动调光玻璃,根据外部光线的强弱,调整进光量,满 足室内的采光和健康性要求。智能化材料还具有类似与生物的自我生长、新陈代谢功能,对 破坏或受到伤害的部位进行自我修复。当建筑屋解体的时候,材料本身还可以重复利用,减 少建筑垃圾[1]。 这类材料目前还是处于开发的起始阶段, 所以以后还应加大这类材料的研发。 结论 总之,在当今时代快速的发展,人们生活水平的提高和物质追求的也不断提高的环境 下,为了提高生活质量,改善居住环境,工作环境和出行环境,对土木工程材料的功能与性 质也将提出更高的要求, 在满足人们要求的同时也要保证安全可行的条件下, 这就要求人类 不断地研究开发具有更优良的性能, 同时与环境协调的各类土木工程材料, 在满足现代人物 质生活与精神生活增长需求的同时, 符合可持续发展的原则。 使得人们的生活更加的美好与 和谐! 参考文献 [1] 翟红侠.]土木工程材料.合肥工业大学出版社.2009.7 [2] 张粉芹.土木工程材料.北京.中国铁道出版社.2008.10 [3] 叶青,丁铸.土木工程材料.中国计量出版社.2010.8

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