土木工程新型材料对现代建筑的应用

所属栏目：建筑设计论文
发布时间：2020-09-24 11:07:55 更新时间：2020-09-24 11:07:55

　　现代建筑工程中由于材料的不同，导致其施工质量也会存在差别。随着人类对现代建筑的要求不断提升，传统的土木工程材料已经不能适应当前的发展需求，于是研发了土木工程新型材料，使得现代建筑能够持续发展[1]。与传统的材料相比，土木工程新型材料具备更好的节能环保作用，还具备较好的力学性能，能够在现代建筑的多方面进行使用，并且达到较好的应用效果[2-3]。于是文章将主要分析现代建筑中土木工程新型材料的应用。

土木工程新型材料对现代建筑的应用

　　1土木工程新型材料的意义

　　1.1降低环境破坏程度

　　随着我国经济的快速发展，越来越重视城市化建设和乡村改造工程，使得土木工程发展规模不断扩大。在建设过程，需要使用到大量的材料，其中包含对环境有破坏作用的材料，加之规模扩大，更加对环境造成严重污染。如今人类对环境保护愈发重视，并通过不同方面用实际行动实现保护环境的目的。为了降低土木工程材料对人类环境的破坏，人类研发了各种新型土木工程材料，在研发过程中始终秉持了环保理念，于是当前土木工程新型材料大多使用环保材料制成，能够降低对环境的污染作用，有利于土木工程实现可持续发展[4]。

　　1.2提高成本管理的科学性

　　以往，土木工程材料耗费大，占据总成本的50%以上，对于某些初创型企业，材料费用属于非常大的开销，如果没有非常多的资金作为支持，将会很难进行开展。或者为了购买材料，降低其他方面的资金使用，比如人工成本、技术成本或者设备成本等，这必然也会造成限制企业的发展。通过土木工程新型材料的研发，能够成本管理更加灵活，因为该材料能够提高性能、降低损耗，因此能够节约一部分的成本支出，能够提高成本管理的规范程度。而且，由于新型材料和技术之间相辅相成，新材料的出现也就促进了技术的发展，于是就会降低技术方面的成本，那么从整体上就会节约出一部分成本，更加有利于企业的发展。

　　1.3提高土木工程技术的实用性

　　土木工程在施工过程中，其中使用到的材料和技术之间存在必然联系，存在一个相辅相成的关系。在设计阶段，其中就涉及到技术能否具有可行性，于是设计人员就会同技术人员进行沟通交流，目的在于保证技术的可实施性。然而在以前，在土木工程施工过程中，会因为材料本身的限制，比如材料性能不够好，通过相关技术完成施工之后无法达到预期的效果，就会对工程的质量造成严重影响。而土木工程新型材料的出现，很大程度增加了材料性能，在应用过程中能够增加工程的质量，而且相比于以往的材料，土木工程新型材料具有更好的灵活性、可开发性和实用性等，正因为材料的性能和作用提高，使得土木工程技术也具有更好的实用性。

　　1.4提高土木工程质量

　　在整个土木施工过程中，影响其质量的因素比较所，比如材料、设备和技术等，在这些影响因素中材料作为最基础的影响因素，同时也是影响最大的因素。因为材料能够对技术的适用性造成限制，还能够限制各种成本，对土木工程整体质量也有非常大的影响。传统的材料由于性能跟不上，导致施工完成后容易出现各种问题，严重的还会造成建筑倒塌，造成重大安全事故。随着土木工程新型材料的出现，能够提高材料本身性质和性能，于是就能够保证技术的实用性，提高成本管理的科学性，使得土木工程的质量将会更加优异。

　　2土木工程新型材料的类型

　　2.1新型混凝土材料

　　在原始材料的基础之上，添加一些新材料，使得混凝土的性能能够提高，从而形成新型混凝土材料，所以与传统的混凝土材料的主要区别就是原料不同[5]。如今，经常被使用的新型混凝土材料有低强混凝土材料、轻质混凝土材料和自密实混凝土材料等。轻质混凝土材料具有广泛的应用，尤其在北方，因为改材料具有很好的抗冻性能和保温性能，而且强度高、成本低、密度小。轻质混凝土材料具有更好的性能，主要原因在于在原始的材料中加入了轻骨料或者其他工业废料。自密实混凝土材料具有更强的流动性，能够在构件体型非常复杂的土木工程中发挥重要作用。该材料在制作过程中的工艺比较特殊，不像其他混凝土需要进行振捣，自密实混凝土材料根据自重完成密实，所以会提高材料的灵活性和流动性，主要应用与构建体型复杂的工程中。低强混凝土材料在制作过程中会将其抗压强度设置在30MPa以下。而且根据不同的实际需求情况，施工单位能够自行控制该材料的弹性模量、抗压强度和相对密度，从而使得材料更加适合于本工程中。低强混凝土材料主要的是在公路公路中作为填充材料，如今该材料已经在道路中具有广泛的应用，应用到道路中的主要作用在于能够避免道路出现裂缝[6]。

　　2.2智能土木工程材料

　　智能土木工程材料在实际情况下具有更加广泛的应用。智能土木工程材料在能够适用不同工程中基础之上，并且具有很好的应用效果，而且还能够反映出工程的安全指标，有助于提高安全性，降低成本消耗。碳纤维机敏混凝土材料属于智能土木工程材料中应用最广泛的一种材料。因为该材料具有非常好的力学特性，在使用过程中，监督人员能够及时发现道路承重情况，于是可以避免道路出现严重损伤[7]。另外，碳纤维机密混凝土可以通过测量电阻率，从而反映出工程结构的真实情况，于是就可以对发生故障的工程进行及时补救，这样就可以降低损失。形状记忆合金也属于智能土木工程材料中使用较为广泛的一种材料，该材料的主要特点在于受到外力作用产生变形之后能够自动恢复原有形状，这种材料就非常适合于地震易发区，能够提高工程的抗震能力，降低人员伤亡情况[8]。

　　2.3新型复合材料

　　随着时代的更迭，土木工程结构发生了退化，使其不能满足力学要求，从而使得土木工程质量出现问题，极有可能存在安全事故。为了能够增强材料的性能，使用土木工程新型材料中的复合材料正好能够解决该问题。因为新型复合材料具有比较好的力学性能、耐腐蚀性能、机械强度等，而且还有比较好的硬度，在土木工程中进行使用能够提高结构强度[9]。新型复合材料主要是纤维增强符合材料，该材料的制作方式就是将纤维材料和基体材料按照一定的比例进行融合，使之成为一个复合材料，从而能够具有两种材料的优势，所以达到提高了材料的性能。新型复合材料还包含金属复合材料，因为金属具有很多优势，比如柔软度更强、硬度比较高等，于是将其应用到土木工程中能够大大提高工程质量，还能够避免工程出现裂缝等情况，于是金属复合材料在土木工程中应用广泛。文章主要介绍了3种类型的土木工程新型材料，每种材料都有其特性，应用范围也会存在差异。碳纤维复合材料在土木工程加固中具有非常广泛的作用，并且能够实现较好的加固效果。尤其当前土木工程面临加固的工程很多，使用碳纤维复合材料的频率也不断增多。于是接下来文章将对纤维增强复合材料在现代建筑工程加固中的具体应用行分析。

　　3纤维增强复合材料在现代建筑加固中的具体应用

　　3.1纤维增强复合材料在混凝土结构的中应用

　　混凝土结构会受到不同因素的影响，从而造成结构强度和耐久性不能满足规范要求，于是需要对其进行加固处理，从而增加结构的承载能力。文章将碳纤维增强复合材料应用于两种把不同情况中进行使用。3.1.1构件承载力不足情况下1)应用范围：①纤维增强复合材料具有较好的性能，能够具备很高的抗拉强度和耐久性能，当建筑出现承载力不满足设计规范时，将纤维增强复合材料应用其中能够进行加固作用;②建筑工程在施工过程中，会存在施工管理问题，导致建筑质量存在安全隐患，于是使得该建筑工程项目不符合安全使用条件，然后将碳纤维增强复合材料应用其中，能够达到较好的加固效果。2)碳纤维增强复合材料应用过程中容易出现的问题和解决措施。一般情况下，纤维增强复合材料具有很好的加固效果，而且对其进行施工不需要使用到大型机械设备，所以施工空间具有很好的灵活性，而且其施工方式较为简单;但是在应用过程中也会存在一定的缺陷问题，如下所示：①复合材料在应用过程中，会存在不同强度的构件，需要所需使用的复合材料用量将会不同。如果为了增加加固效果，使用过量的复合材料，这种做法就会降低复合材料的加固效果，影响其抗拉强度。遇到这种情况时的解决方案为：首相需要将原有构件的荷载进行确定，然后按照抗拉强度要求，通过承载力计算方法，最后再对复合材料使用量进行确定，从而正好可以满足结构加固要求;②当使用复合材料加固混凝土构件时，会发生剥离现象。遇到这种情况时的解决方案为：该问题主要是胶粘剂做造成的，所以在选择胶粘剂之前，需要根据混凝土的等级，选择合适的胶粘剂，比如常用的聚酯树脂、环氧树脂等，完成粘接之后，还需要对其进行不断检查，以降低安全事故发生。3.1.2建筑使用功能发生变化情况下1)应用范围的分析：①纤维增强复合材料能够直接包裹在外形较为复杂的结构上面，从而提高结构的承载能力，使得结构具有更加长久的使用功能。纤维增强复合材料能够实现这种功能，主要是其具有很好的可塑性，而且强度大的援用;②纤维增强复合材料能够应用到那些使用功能发生改变的建筑中，比如某建筑物原本为办公楼，需要对其进行改造成为工业厂房建筑，此时通过使用纤维增强复合材料，直接覆盖在结构上，能够不增加结构的横截面积，使得结构具备原有的美观性，而且还能够增强新结构的强度，使其满足新结构的的设计要求;③由于纤维增强复合材料具有很好的加固效果，加固后能够保持构架的整体性，所以在抗震区如果构件发生破坏，能够使用该材料进行加固，能够增加构件的整体抗震性;④在某些发生老化的混凝土构件中，由于缺乏足够的强度，可以将纤维增强复合材料应用其中，能够有效控制混凝土老化程度。2)应用中存在的问题和解决方法：①纤维增强复合材料具有很好的受拉强度，但是其受压能力几乎没有。这种问题的主要解决方案：可以将板材构件和纤维增强复合材料进行结合使用，将其应用到构件的受拉区，于是就可以承受住一定的要求;②纤维增强复合材料的另外一个缺陷在于价格比较高，而且具有很差的耐火性[10]。所以对于耐火等级比较高的构件不能进行使用。这种问题的主要解决方案为：对纤维增强复合材料的生产工艺进行分析，推广其生产工艺，从而降低其成产成本。为了能够将纤维增强复合材料应用到耐火等价较高的构件中，首先需要对复合材料进行防火处理，增强其耐火性能，然后再对其进行使用。一般情况下，是不建议将其应用到耐火等级较高的构件中进行使用。

　　3.2纤维增强复合材料在加固方面的具体应用

　　纤维增强复合材料的性能较好，通过使用特点可以将其应用到桥梁加固方面。将板的下面贴上纤维增强复合材料，能够增加板的抗剪能力和抗弯能力，从而增加板的使用寿命。比如桥面板经过长时间使用后，其上面有较为严重的磨损情况，能够通过粘贴纤维增强复合材料进行维修。3.2.1加固桥梁构件的具体应用方法为了说明纤维增强复合材料的应用方法，文章将其应用到一个实际的桥墩中进行修补，达到加固的目的。图1即为使用复合材料加固混凝土桥墩示意图，其中1表示的是环向纤维箍，2表示的是压结角，3表示的是纵向纤维片，4表示的是纵向纤维9°弯折。具体的施工方式如下所示：①首相将桥墩表面进行整平处理，即使用喷射混凝土的方式进行;②平整处理之后需要对其进行养护，养护完成之后使用喷砂法进行表面处理;③然后选择合适的胶粘剂涂抹到需要加固的区域上，然后再将复合材料覆盖在胶粘剂上面进行粘接。上述方式即为使用纤维增强复合材料的主要步骤，操作方式看似简单，但是其中值得注意的问题还是有很多。虽然纤维增强复合材料具有较好的性能，但是在应用过程中还是会存在某些问题，比如纤维复合材料的延伸率比较小，混凝土会发生横向膨胀，应用于混凝土柱中可能会出现脆性破坏，所以为了降低该事故的发生频率，需要将复合材料完全的粘贴在整个构件上。所以在应用过程中，需要尽可能的发挥出复合材料的优势，避免其缺陷带来的严重影响。AB-BBh132A4bbhA-AB图1纤维增强复合材料加固混凝土桥墩Fig.1Fiberreinforcedcompositematerialreinforcedconcretebridgepier3.2.2应用效果1)将纤维复合材料包裹在混凝土构件上，能够增强结构的抗弯、抗剪等作用，能够起到较好的加固作用，从而增加构件的寿命。2)在建筑工程中使用纤维增强复合材料进行加固时，其操作简单，相比与传统的加固方式，将有助于提高施工工期，从而降低施工成本。3)由于纤维增强复合材料的质地非常的轻，而且设计性比较强，被应用于桥梁结构加固中，不仅能够实现良好的加固效果，而且不会造成结构外观变形，所以使用该复合材料有利于结构的美观程度。4)在某些抗震地区，由于纤维增强复合材料粘接到构件上能够起到加固作用，提高构件的力学性能，从而能够起到一定的抗震作用。

　　4结语

　　土木工程新型材料具有重要的意义，能够起到节能环保的作用，使得成本管理变得更加的科学性，还提高了土木工程技术的实用性。由于不同类型的新型材料具有不同的优势和性能，能够在现代建筑中发挥重要作用。文章还对纤维增加复合材料进行具体应用分析，能够在建筑工程加固中起到良好的作用。随着时代的发展，越来越多的新型材料将会被研发，从而提高我国现代建筑行业的发展。

　　参考文献

　　[1]黄斌.土木工程可持续发展战略研究[D].郑州：郑州大学，2006.

　　[2]郑必杰，杨丹，宋萌.新型混凝土材料在土木工程领域中的应用[J].硅谷，2009，25(16)：46-49.

　　[3]陈航，唐孟雄.纳米材料应用于土木工程中的机遇与挑战[J].广州建筑，2017(2)：2-8.

　　[4]白召军，胡俊波，鲁然英，等.浅谈新型节能环保材料在建筑工程中的应用与展望[J].河南建材，2013(1)：7-9.

　　[5]金少春.新型混凝土道面裂缝修补材料改性及其性能研究[D].南京：南京航空航天大学，2009.

　　《土木工程新型材料对现代建筑的应用》来源：《粘接》，作者：孔秋艳