凌競遠

[摘? ? ? ? ? ?要]? 在我國整體社會環(huán)境愈發(fā)完善，各項建設(shè)技術(shù)與條件逐漸升級優(yōu)化的形勢下，土木工程材料的應用成為各項目在施工建設(shè)中踐行可持續(xù)發(fā)展理念或綠色建筑設(shè)計理念的重要內(nèi)容，并且在環(huán)保意識逐漸普及的情況下，社會各界對其愈發(fā)關(guān)注。以此為背景探究土木工程材料進展與應用途徑，為相關(guān)工作者完善相關(guān)設(shè)計提供一定參考依據(jù)。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 土木工程;新型材料;工程設(shè)計

[中圖分類號]? TU50? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）28-0164-02

在時代發(fā)展影響下，新型材料應用工作在土木工程建設(shè)中的地位日漸提升，利用新型材料突破以往土木工程建設(shè)中的種種局限，成為土木工程建設(shè)解決自身瓶頸的重要途徑。同時，在可持續(xù)發(fā)展理念與綠色建筑設(shè)計理念影響下，實現(xiàn)項目建筑的可持續(xù)發(fā)展，降低其對周邊環(huán)境的不利影響，成為新型材料應用的重點方向。

一、土木工程新材料的發(fā)展淺析

材料是土木工程建設(shè)的基本元素，材料自身特性往往直接影響到建筑自身的質(zhì)量安全與綜合性能。因此，在時代發(fā)展影響下，傳統(tǒng)建筑材料中的土石材料在土木工程中的應用比重逐漸降低，而以新型合金、有機材料、玻璃以及陶瓷等為代表的新型材料，成為當下土木工程材料應用創(chuàng)新中的主力軍，是土木工程整體邁向新階段的重要元素。同時，基于土木工程自身建設(shè)機制，材料與各項施工建設(shè)工藝之間是彼此制約而又相互促進的關(guān)系，因此，新材料的應用可促使相關(guān)土木工程設(shè)計或施工工藝的創(chuàng)新發(fā)展，進而推動整體土木工程施工建設(shè)發(fā)展。因此，新型材料的合理應用不僅是各建筑項目提升質(zhì)量的關(guān)鍵，還是土木工程整體建設(shè)發(fā)展邁向新階段的重要內(nèi)容，以此在整體社會水平不斷提升的形勢下，新材料研發(fā)會逐步向低耗環(huán)保的方向發(fā)展，并且在日益增長的需求下將擁有充足發(fā)展動力與良好發(fā)展條件。

二、新材料在我國土木工程中的應用途徑

（一）FRP材料應用發(fā)展

基于土木工程建設(shè)發(fā)展趨勢，材料壽命限制與材料自身功能性不足是制約材料應用發(fā)展的主要瓶頸之一，基于該需求，F(xiàn)RP材料逐步進入土木工程建設(shè)領(lǐng)域當中，其易于施工操作、質(zhì)地較輕、抗腐蝕等特性使其成為土木工程建設(shè)解決相關(guān)問題的重要新材料，F(xiàn)RP材料主要由碳纖維、玻璃纖維、阿拉米德纖維等材料作為主要使用材料，借由聚乙烯樹脂等材料進行膠合，在擠壓等物理操作下制成[1]。該材料在土木工程中主要用于修復加固與新建結(jié)構(gòu)中。例如，針對修復加固，該材料在應用至受彎件正截面加固時，為確保其能夠有效提升構(gòu)件承載力，降低延性，應采用構(gòu)造措施以及結(jié)構(gòu)膠物理力學質(zhì)量檢測，規(guī)避FRP材料與混凝土截面剝離，或膠層破壞，并且針對該材料用量，應利用受壓區(qū)高度的上下限值加以把控。而針對新建結(jié)構(gòu)，以橋梁工程為例，該材料在其施工建設(shè)中的作用主要體現(xiàn)在以下幾方面。其一，被用于強化筋。在該工程建設(shè)施工中，其施工環(huán)境預備一定的侵蝕性，對普通鋼筋材料壽命影響較大。為此，可應用該材料筋取代鋼筋，以此提升該工程項目自身的耐久性，也能有效解決鋼筋腐蝕問題，具體可利用FRP筋作為橋梁鋼筋混凝土或橋面的受力筋。在施工中應注意對FRP筋進行壓痕或粘砂處理，以此確保其與混凝土能夠有效結(jié)合在一起，在工程中發(fā)揮自身應有的作用。其二，F(xiàn)RP筋還可用于預應力筋。土木建筑工程可有效利用FRP筋材料自身的高強特性，通過對其施加預應力，完善新建結(jié)構(gòu)的體外預應力技術(shù)。在應用時應注意FRP筋自身特性，例如其抗壓強度與橫向抗剪強度較低，應采用特制的夾具。同時，相較于傳統(tǒng)建設(shè)中應用的高強鋼絲，F(xiàn)RP筋自身在溫度膨脹系數(shù)、彈性模型、應力松弛率等系數(shù)方面均有所差異，因此在施工準備中進行預應力損失值計算時，應將其考慮在內(nèi)。其三，F(xiàn)RP材料也可用于受力構(gòu)件，在橋梁工程中，以該材料為基礎(chǔ)的受力構(gòu)件，可有效提升纜索的耐久性，但基于錨固等方面的實際工藝問題，其在實際應用中仍有問題需要克服。

（二）智能材料應用

在土木工程新型材料中，智能材料是現(xiàn)代土木工程建設(shè)中的重要應用材料。在時代發(fā)展與科學研究研發(fā)應用下，智能材料已逐漸成為建筑現(xiàn)代建筑施工建設(shè)中的必要材料，并且呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢。明確的智能材料定義在當下尚無精確定論，但通常是按材料功能進行劃分。這是繼天然材料、合成聚合物材料和人造材料之后的第四代材料。智能材料的特性是其獨特的優(yōu)勢，使其得以成為土木工程材料應用領(lǐng)域的重大創(chuàng)新。一般來說，智能材料具有以下幾項功能：其一，感應，智能材料可為相關(guān)工作者實現(xiàn)實時監(jiān)視，以此對建筑內(nèi)部和外部影響進行全面檢測;其二，傳感反饋，即借助特定的裝備設(shè)施，完成相關(guān)信息的即時傳輸和反饋，以此提供相應結(jié)構(gòu)變化;其三，信息鑒識與積累，即對反饋信息進行識別和記憶;其四，響應與診斷，對建筑內(nèi)部和外部結(jié)構(gòu)的變化做出及時、有效的應對，而自我診斷則是通過信息技術(shù)對反饋信息進行全面分析和評估，得出相應結(jié)論;其五，自診斷校正，根據(jù)具體方法對系統(tǒng)故障進行校正;其六，適應性。當外部效果消失時，可以恢復到其原始狀態(tài)。在一個土木工程項目施工建設(shè)中同時實現(xiàn)上述功能，僅僅應用一種材料是難以實現(xiàn)的。因此，多種智能材料的組合應用是現(xiàn)代建筑工程通常使用的方案。

1.光導纖維

二氧化硅是光纖的主要成分，其是廣泛應用于信息傳輸?shù)牧己媒橘|(zhì)，相較于其他材料，傳遞能力是其獨有優(yōu)勢。該材料主要由外部圓形透明介質(zhì)和內(nèi)部圓柱形透明介質(zhì)組成，其內(nèi)外層間的折射率差異，使光能量損耗較小，在光纖中順利傳導信息，并且其傳輸距離較長。例如，可在建筑混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)置光纖，以此完成光纖混凝土結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建，該結(jié)構(gòu)可在當相應建筑位置發(fā)生變化時，通過結(jié)構(gòu)變形引發(fā)的光纖變化，產(chǎn)生相應物理變化，其相關(guān)傳感器可以借此變化完成感應，從而對各種結(jié)構(gòu)變更進行檢測，為項目建筑自身維護保養(yǎng)以及檢查工作提供一定指導，提升其可持續(xù)性[2]。此外，基于該材料應用的監(jiān)視模式，可發(fā)揮信息技術(shù)優(yōu)勢，完成對混凝土結(jié)構(gòu)全方位變化的監(jiān)視，構(gòu)筑覆蓋范圍較廣且角度無死角的監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)。因此，基于該用途的光纖混凝土結(jié)構(gòu)，是智能材料實現(xiàn)建筑自我調(diào)節(jié)能力，便于遠程監(jiān)測維護的創(chuàng)新嘗試。目前土木工程中該智能結(jié)構(gòu)主要應用于建筑混凝土溫度監(jiān)測、結(jié)構(gòu)開裂監(jiān)測、混凝土結(jié)構(gòu)強度和變形監(jiān)測以及相關(guān)診斷工作。