劉黎

摘要：隨著社會科學(xué)技術(shù)的進步， 土木工程結(jié)構(gòu)學(xué)科的發(fā)展， 在很大程度上得益于性質(zhì)優(yōu)異的新材料、新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。目前，國內(nèi)外正大力開展對土木工程結(jié)構(gòu)中新型材料的研究及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：超高性能混凝土;海綿城市;纖維增強復(fù)合材料;透水混凝土

超高性能混凝土，簡稱UHPC（Ultra-High Performance Concrete），也稱作活性粉末混凝土（RPC，Reactive Powder Concrete）。超高性能混凝土的設(shè)計理論是最大堆積密度理論（densified particle packing），其組成材料不同粒徑顆粒以最佳比例形成最緊密堆積，即毫米級顆粒（骨料）堆積的間隙由微米級顆粒（水泥、粉煤灰、礦粉）填充，微米級顆粒堆積的間隙由亞微米級顆粒（硅灰）填充;早在1931年，Andressen就建立了最大堆積密度理論的數(shù)學(xué)模型。然而，直到上世紀七十年代末，在高效減水劑技術(shù)與產(chǎn)品性能大幅度提高的基礎(chǔ)上，采用該模型設(shè)計配制的第一代超高性能混凝土才在丹麥奧爾堡Cement og Beton Laboratiet（水泥與混凝土試驗室）誕生，稱作CRC（Compact Reinforced Composite，密實增強復(fù)合材料，是過去三十年中最具創(chuàng)新性的水泥基工程材料，實現(xiàn)工程材料性能的大跨越。

我國第一座超高性能混凝土橋梁——長沙北辰三角洲橫四路跨街天橋，在湖南長沙順利通過了湖南省住建廳組織的專家驗收。該橋也是國際上首座采用全預(yù)制拼裝工藝建成的超高性能混凝土（活性粉末混凝土，簡稱RPC）車行箱梁橋。

纖維增強復(fù)合材料（Fiber Reinforced Polymer/Plastic，簡稱FRP），現(xiàn)有CFRP、GFRP、AFRP、BFRP等。FRP復(fù)合材料是由纖維材料與基體材料（樹脂）按一定的比例混合后形成的高性能型材料。質(zhì)輕而硬，不導(dǎo)電，機械強度高，回收利用少，耐腐蝕。

FRP復(fù)合材料的抗拉強度均明顯高于鋼筋， 與高強鋼絲抗拉強度差不多， 一般是鋼筋的2倍甚至達10倍;熱膨脹系數(shù)與混凝土相近， 這樣當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時， FRP與混凝土協(xié)調(diào)工作，兩者間不會產(chǎn)生大的溫度應(yīng)力;彈性模量與鋼材相比， 大部分FRP產(chǎn)品彈性模量小。約為普通鋼筋的25%～ 75%。因此， FRP結(jié)構(gòu)的設(shè)計通常由變形控制;抗剪強度---因為FRP是纖維通過基體聚合而成，纖維間強度由基體決定（強度一般弱于纖維），所以垂直于纖維方向強度較弱。FRP的抗剪強度低， 其強度僅為抗拉強度的5%～20%， 這使得FRP構(gòu)件在連接過程中需要研制專門的錨具、夾具。這也使得FRP構(gòu)件的適度成為研究突出的問題;FRP材料抗腐蝕、抗疲勞性能好， 可以在酸、堿、氯鹽和潮濕的環(huán)境中長期使用， 因而可提高結(jié)構(gòu)的使用壽命， 這是結(jié)構(gòu)材料難以比擬的。但同時， 與一般混凝土相比較， FRP復(fù)合材料的防火性能偏差， 這也制約了該類結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的推廣應(yīng)用， 成為今后要解決的問題之一。FRP復(fù)合材料在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用快速增長，可用于包括柱、墻、梁、板及面板的抗震及補強加固，新的增強構(gòu)件、結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)體系也正在研究、開發(fā)和應(yīng)用。

1、建筑工程

結(jié)構(gòu)設(shè)計正轉(zhuǎn)向基于性能的設(shè)計，對結(jié)構(gòu)及材料性能的要求也提高了。FRP材料已用于新建結(jié)構(gòu)的框架以提高其結(jié)構(gòu)性能，還被大量應(yīng)用于舊有民用建筑的維修加固。

巖土工程

FRP纖維復(fù)合材料在長期惡劣的地質(zhì)條件下具有良好的耐腐蝕性能，已廣泛用于加筋土中;FRP復(fù)合材料易被掘進機具切斷，故可用于盾構(gòu)法掘進豎井的混凝土墻、土釘及臨時支護用的復(fù)合材料地錨，如用鋼錨則會導(dǎo)致挖掘機機頭的斷裂。因GFRP復(fù)合材料價格低廉，安裝方便，耐久性強，已用于潮汐變化的干濕交替的擋土墻、地基錨桿及噴射混凝土筋等。

橋梁工程

FRP復(fù)合材料應(yīng)用于橋梁工程起始于70年代末和80年代初期?？捎米鲬宜鳂蚣靶崩瓨虻睦|索、預(yù)應(yīng)力混凝土橋中的預(yù)應(yīng)力筋，甚至可以用于整個橋梁體系;另外在橋梁補強加固方面也有應(yīng)用。FRP復(fù)合材料的研究開發(fā)和應(yīng)用在歐美發(fā)達國家以及日本， 已成為十分活躍的領(lǐng)域。

海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對雨水帶來的自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時能吸水、蓄水，需要時將蓄存的雨水釋放并加以利用，也可稱為“水彈性城市”。提升城市生態(tài)系統(tǒng)功能和減少城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生面對著全球能源的日益緊張，世界各國特別是歐美發(fā)達國家對節(jié)能技術(shù)給予了充分的重視。目前，國內(nèi)外正大力開展對近30年來，各國在建筑設(shè)計和施工、新型建筑材料的開發(fā)和應(yīng)用、建筑節(jié)能法規(guī)的制定和實施、建筑節(jié)能產(chǎn)品的認證和管理等方面做了很多的工作，不但節(jié)省了大量的能源，取得了可觀的經(jīng)濟效益，同時改善了環(huán)境，降低了對大氣臭氧層的破壞。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，我國城市化進程得到顯著提高，但是很多城市化問題也伴隨著撲面而來。在以追求城市經(jīng)濟效益發(fā)展的時候，造成了經(jīng)濟效益與生態(tài)效益嚴重失衡。我國快速的城鎮(zhèn)化發(fā)展引發(fā)了一系列的生態(tài)環(huán)境問題，其中水生態(tài)問題尤為突出。比如：城市內(nèi)澇、水污染、熱島效應(yīng)等，每一件都讓人觸目驚心。因此，在我國新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的大背景下，海綿城市因運而生，作為人與自然和諧共存的“紐帶”。

透水混凝土又稱為環(huán)保地坪、生態(tài)地坪是由粗骨料、高標(biāo)號水泥、摻合料，水性樹脂、彩色強化劑、穩(wěn)定劑及水等拌制而成的一種多孔輕質(zhì)混凝土，由粗骨料表面包覆一薄層漿料相互粘結(jié)而成孔穴均勻分部的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，故具有透氣、透水和重量輕的特點。采用透水混凝土路面解決雨水和地下水之間的回補和釋放是海綿城市道路建設(shè)的一個重要途徑。在城市汛期時，雨水排泄不暢，造成一般路面積水，導(dǎo)致交通堵塞及事故等等城市問題。生態(tài)透水混凝土擁有20%空隙，下大雨時，雨水快速滲入地下，補給城市地下水資源，屬優(yōu)質(zhì)環(huán)保材料，美觀、高強度的新型地面整體鋪裝材料。如今，透水混凝土已被廣泛運用在各種場合。比如：人行道及自行車道、社區(qū)、園林景觀道路及城市廣場、游泳池旁邊及體育場、社區(qū)消防通道及輕量級道路、高爾夫球場電車道、戶外停車場等。透水混凝土在海綿城市建設(shè)中已經(jīng)占了很重的比例。所以，我們有理由相信，海綿城市的建設(shè)已離不開生態(tài)透水混凝土。

透水地坪材料特點：（1）高透水性：透水地坪擁有15%-25%的孔隙，能夠使透水速度達到31-52升/米/小時，遠遠高于最有效的降雨在最優(yōu)秀的排水配置下的排出速率。（2）高承載力：經(jīng)相關(guān)國家檢測機關(guān)鑒定，透水地坪的承載力完全能夠達到C20-C25混凝土的承載標(biāo)準(zhǔn)，高于一般透水磚的承載力。（3）裝飾效果：透水地坪擁有色彩優(yōu)化配比方案，能夠配合設(shè)計師獨特創(chuàng)意，實現(xiàn)不同環(huán)境和個性所要求的裝飾風(fēng)格，這是一般透水磚很難實現(xiàn)的。（4）易維護性：人們所擔(dān)心的孔隙堵塞問題是沒有必要的，特有的透水性鋪裝系統(tǒng)使其只需通過高壓水洗的方式就可以輕而易舉的解決。（5）抗凍融性：透水性鋪裝比一般混凝土路面擁有更強的抗凍融能力，不會受凍融影響面斷裂，因為它的結(jié)構(gòu)本身有較大的孔隙。（6）耐用性：透水性地坪的耐用耐磨性能優(yōu)于瀝青，接近于普通的地坪，避免了一般透水磚存在的使用年限短，不經(jīng)濟等缺點。

建筑新型材料 已成為十分活躍的領(lǐng)域，在今后一個時期將給我國的建筑經(jīng)濟領(lǐng)域帶來不可忽視的綜合效益

成都萬圖石油儲運工程設(shè)計事務(wù)所 四川省 成都市 610000