土木工程材料新进展及其应用

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摘要：[摘 要] 在我国整体社会环境愈发完善，各项建设技术与条件逐渐升级优化的形势下，土木工程材料的应用成为各项目在施工建设中践行可持续发展理念或绿色建筑设计理念的重要内容，并且在环保意识逐渐普及的情况下，社会各界对其愈发关注。以此为背景探究土木工

　　[摘 要] 在我国整体社会环境愈发完善，各项建设技术与条件逐渐升级优化的形势下，土木工程材料的应用成为各项目在施工建设中践行可持续发展理念或绿色建筑设计理念的重要内容，并且在环保意识逐渐普及的情况下，社会各界对其愈发关注。以此为背景探究土木工程材料进展与应用途径，为相关工作者完善相关设计提供一定参考依据。

　　[关 键 词] 土木工程;新型材料;工程設计

　　在时代发展影响下，新型材料应用工作在土木工程建设中的地位日渐提升，利用新型材料突破以往土木工程建设中的种种局限，成为土木工程建设解决自身瓶颈的重要途径。同时，在可持续发展理念与绿色建筑设计理念影响下，实现项目建筑的可持续发展，降低其对周边环境的不利影响，成为新型材料应用的重点方向。

　　一、土木工程新材料的发展浅析

　　材料是土木工程建设的基本元素，材料自身特性往往直接影响到建筑自身的质量安全与综合性能。因此，在时代发展影响下，传统建筑材料中的土石材料在土木工程中的应用比重逐渐降低，而以新型合金、有机材料、玻璃以及陶瓷等为代表的新型材料，成为当下土木工程材料应用创新中的主力军，是土木工程整体迈向新阶段的重要元素。同时，基于土木工程自身建设机制，材料与各项施工建设工艺之间是彼此制约而又相互促进的关系，因此，新材料的应用可促使相关土木工程设计或施工工艺的创新发展，进而推动整体土木工程施工建设发展。因此，新型材料的合理应用不仅是各建筑项目提升质量的关键，还是土木工程整体建设发展迈向新阶段的重要内容，以此在整体社会水平不断提升的形势下，新材料研发会逐步向低耗环保的方向发展，并且在日益增长的需求下将拥有充足发展动力与良好发展条件。

　　二、新材料在我国土木工程中的应用途径

　　(一)FRP材料应用发展

　　基于土木工程建设发展趋势，材料寿命限制与材料自身功能性不足是制约材料应用发展的主要瓶颈之一，基于该需求，FRP材料逐步进入土木工程建设领域当中，其易于施工操作、质地较轻、抗腐蚀等特性使其成为土木工程建设解决相关问题的重要新材料，FRP材料主要由碳纤维、玻璃纤维、阿拉米德纤维等材料作为主要使用材料，借由聚乙烯树脂等材料进行胶合，在挤压等物理操作下制成[1]。该材料在土木工程中主要用于修复加固与新建结构中。例如，针对修复加固，该材料在应用至受弯件正截面加固时，为确保其能够有效提升构件承载力，降低延性，应采用构造措施以及结构胶物理力学质量检测，规避FRP材料与混凝土截面剥离，或胶层破坏，并且针对该材料用量，应利用受压区高度的上下限值加以把控。而针对新建结构，以桥梁工程为例，该材料在其施工建设中的作用主要体现在以下几方面。其一，被用于强化筋。在该工程建设施工中，其施工环境预备一定的侵蚀性，对普通钢筋材料寿命影响较大。为此，可应用该材料筋取代钢筋，以此提升该工程项目自身的耐久性，也能有效解决钢筋腐蚀问题，具体可利用FRP筋作为桥梁钢筋混凝土或桥面的受力筋。在施工中应注意对FRP筋进行压痕或粘砂处理，以此确保其与混凝土能够有效结合在一起，在工程中发挥自身应有的作用。其二，FRP筋还可用于预应力筋。土木建筑工程可有效利用FRP筋材料自身的高强特性，通过对其施加预应力，完善新建结构的体外预应力技术。在应用时应注意FRP筋自身特性，例如其抗压强度与横向抗剪强度较低，应采用特制的夹具。同时，相较于传统建设中应用的高强钢丝，FRP筋自身在温度膨胀系数、弹性模型、应力松弛率等系数方面均有所差异，因此在施工准备中进行预应力损失值计算时，应将其考虑在内。其三，FRP材料也可用于受力构件，在桥梁工程中，以该材料为基础的受力构件，可有效提升缆索的耐久性，但基于锚固等方面的实际工艺问题，其在实际应用中仍有问题需要克服。

　　(二)智能材料应用

　　在土木工程新型材料中，智能材料是现代土木工程建设中的重要应用材料。在时代发展与科学研究研发应用下，智能材料已逐渐成为建筑现代建筑施工建设中的必要材料，并且呈现高速发展态势。明确的智能材料定义在当下尚无精确定论，但通常是按材料功能进行划分。这是继天然材料、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独特的优势，使其得以成为土木工程材料应用领域的重大创新。一般来说，智能材料具有以下几项功能：其一，感应，智能材料可为相关工作者实现实时监视，以此对建筑内部和外部影响进行全面检测;其二，传感反馈，即借助特定的装备设施，完成相关信息的即时传输和反馈，以此提供相应结构变化;其三，信息鉴识与积累，即对反馈信息进行识别和记忆;其四，响应与诊断，对建筑内部和外部结构的变化做出及时、有效的应对，而自我诊断则是通过信息技术对反馈信息进行全面分析和评估，得出相应结论;其五，自诊断校正，根据具体方法对系统故障进行校正;其六，适应性。当外部效果消失时，可以恢复到其原始状态。在一个土木工程项目施工建设中同时实现上述功能，仅仅应用一种材料是难以实现的。因此，多种智能材料的组合应用是现代建筑工程通常使用的方案。

　　1.光导纤维

　　二氧化硅是光纤的主要成分，其是广泛应用于信息传输的良好介质，相较于其他材料，传递能力是其独有优势。该材料主要由外部圆形透明介质和内部圆柱形透明介质组成，其内外层间的折射率差异，使光能量损耗较小，在光纤中顺利传导信息，并且其传输距离较长。例如，可在建筑混凝土结构中设置光纤，以此完成光纤混凝土结构的创建，该结构可在当相应建筑位置发生变化时，通过结构变形引发的光纤变化，产生相应物理变化，其相关传感器可以借此变化完成感应，从而对各种结构变更进行检测，为项目建筑自身维护保养以及检查工作提供一定指导，提升其可持续性[2]。此外，基于该材料应用的监视模式，可发挥信息技术优势，完成对混凝土结构全方位变化的监视，构筑覆盖范围较广且角度无死角的监视网络。因此，基于该用途的光纤混凝土结构，是智能材料实现建筑自我调节能力，便于远程监测维护的创新尝试。目前土木工程中该智能结构主要应用于建筑混凝土温度监测、结构开裂监测、混凝土结构强度和变形监测以及相关诊断工作。

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