建筑工程新型材料的應(yīng)用與發(fā)展

姚元燊

（貴州中建偉業(yè)建設(shè)工程有限責任公司 貴州省凱里 556000）

引言

隨著我國城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，城市內(nèi)的建筑數(shù)量也明顯呈上升。在各種建筑物中，新型建筑材料的應(yīng)用占據(jù)著主導地位，其在節(jié)能降耗、保護環(huán)境等方面均具有顯著優(yōu)勢，有利于進一步提高人們的生活質(zhì)量。在建筑行業(yè)發(fā)展中，新型建筑材料的研發(fā)與推廣是一項長期工作，必須得到各方的支持，提供良好的應(yīng)用平臺。

1 建筑材料發(fā)展狀況分析

傳統(tǒng)的建筑材料包括水泥、木材、玻璃等等，在科學技術(shù)如此發(fā)達的今天，傳統(tǒng)的建筑材料已經(jīng)不能滿足時代發(fā)展的需要，不能被人們所認可。因此，經(jīng)過科研人員的不斷努力，新型材料并廣泛運用到建筑中。新型建筑材料是在傳統(tǒng)的建筑材料基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其大大減少資源的浪費、減少環(huán)境的壓力，具有廣闊的發(fā)展空間。

2 建筑工程中的新型材料應(yīng)用分析

2.1 高強度材料

近年來，高強度的建筑結(jié)構(gòu)材料不斷涌現(xiàn)，在經(jīng)濟、社會效益方面均具有顯著優(yōu)勢，其可直接減少材料的使用量，也可減少原料對生產(chǎn)加工、交通運輸以及電力的要求，迎合了我國節(jié)約資源能源的基本國策。

2.1.1 高強高性能混凝土

高強高性能混凝土特性可歸納為以下幾點：①高強度；②高工作度（流態(tài)、可泵）；③高體積穩(wěn)定性（硬化時不開裂、收縮徐變?。?；④高抗?jié)B（耐久）性。由此，高強高性能混凝土在超高層建筑底層柱、梁以及大跨度空間、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中應(yīng)用效果較好，可有效減小截面尺寸、增大建筑使用面積，也有利于減輕結(jié)構(gòu)自重，減少施工量，獲得更佳的經(jīng)濟效益。

由高強高性能混凝土的特性分析可知，其在強度、耐久性等諸多方面優(yōu)勢顯著，但是其脆性特性也是缺陷所在，特別是C80以上的混凝土，考慮脆性折減系數(shù)后，承載力方面優(yōu)勢不顯?；诖耍刹捎娩摬挠行Ц纳蒲有?，如：鋼管混凝土、鋼骨混凝土、鋼纖維混凝土等。

2.1.2 高強度鋼筋

在混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋是關(guān)鍵材料，其強度等級直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)安全性，由此混凝土鋼筋的高強度化發(fā)展是一大必然趨勢。

高強度鋼筋的屈服強度搞（400MPa），延性指標強屈比（>1.15）、伸長率（>7%）均可滿足一般抗震要求。若是建筑抗震要求較嚴，可選用專門抗震鋼筋HRBE系列。在實際應(yīng)用中，高強度鋼筋往往由于裂縫、變形控制方面的要求，導致強度無法得到充分的利用，但是結(jié)構(gòu)承載力的儲備大幅增加，此外高強度鋼筋應(yīng)用于混凝土柱，可有效避免構(gòu)成柱鉸屈服破壞結(jié)構(gòu)?？傊邚姸蠕摻羁稍诜强拐?、抗震設(shè)防地區(qū)工民建與一般構(gòu)筑物得到廣泛應(yīng)用，也可用作鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件縱向受力鋼筋、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件非預(yù)應(yīng)力鋼筋，還可用作箍筋、構(gòu)造鋼筋等。

根據(jù)市場情況來看，鋼筋強度價格比隨著強度的增加而提高，由此顯示高強度鋼筋經(jīng)濟效益較好，若是可將我國混凝土結(jié)構(gòu)主導受力鋼筋強度提至400～500MPa（HRB400、HRB500級），可節(jié)約鋼筋用量達到30%左右。

2.2 高耐久性材料

建筑結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計應(yīng)該引起足夠的重視，不但能大幅度提高結(jié)構(gòu)的耐久性，延長其使用壽命，而且大大地減少了工程的維修和重建費用。此外，耐久性的提高還可節(jié)省各種原材料及開采、加工等能源消耗，對建筑實現(xiàn)綠色生態(tài)化做出巨大的貢獻。

2.2.1 耐久性混凝土

混凝土材料的脆性較大，極易受到各種因素的影響出現(xiàn)裂縫、局部損傷以及腐蝕情況，直接威脅到建（構(gòu)）筑物的使用安全，縮短使用壽命，嚴重者甚至是引發(fā)重大事故。基于此，混凝土的耐久性得到了更為廣泛的關(guān)注，“混凝土結(jié)構(gòu)壽命周期評價”逐漸成為行業(yè)內(nèi)研究的一大熱點。

生產(chǎn)高耐久性混凝土是建筑行業(yè)發(fā)展的必然要求，其質(zhì)量要求可歸納為以下幾點：①密實度；②抵抗介質(zhì)作用的鈍化性能；③有害介質(zhì)含量?；诖耍赏ㄟ^控制原材料質(zhì)量、優(yōu)化生產(chǎn)工藝，合理摻加外加劑，如：優(yōu)質(zhì)礦物微細粉、高效減水劑等，切實提高混凝土性能，抵抗外界有害介質(zhì)侵入，增強混凝土的耐久性，延長使用壽命。

2.2.2 耐火耐候鋼材

耐火耐候鋼主要具有耐高溫、耐惡劣氣候以及耐腐蝕強度的優(yōu)良性能。耐火鋼屬于是一種特殊鋼材，與普通的鋼材相比，最為突出的特點是高溫下強度彈性模量均較好，高溫性能優(yōu)勢顯著；耐候鋼主要是通過在碳素鋼中摻加微量合金元素所得，表明腐蝕率顯著減小。

在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，耐火耐候鋼可不用或減少涂裝，有利于減少相應(yīng)的維護成本；鋼材的厚度可適當減薄，節(jié)約綜合成本超過30%；有利于減少污染，縮短施工周期，減輕建筑物重量，增強建筑安全性；有利于增加建筑有效空間，經(jīng)濟、社會效益均較為顯著。

2.3 輕質(zhì)材料

對于建筑工程而言，輕質(zhì)材料的使用有利于減輕建筑物的自重，在節(jié)約材料、提高運輸與吊裝效率方面也具有一定的優(yōu)勢。以混凝土材料為例，隨著高層建筑、大跨建筑的發(fā)展，普通混凝土自重大的缺點日益凸顯，解決途徑有兩個：①提高混凝土強度；②發(fā)展輕骨料混凝土。

輕骨料混凝土，也稱為是輕集料混凝土，主要是采用輕骨料（輕粗骨料、輕細骨料或普通砂）、水泥和水配制所得，其中輕骨料的表觀密度低于普通骨料，如：陶粒。輕骨料混凝土的成本比之普通混凝土增加不多，其不僅具有輕質(zhì)的特點，在保溫隔熱、耐火、隔聲、抗震方面也具有優(yōu)勢，具有極大的推廣應(yīng)用價值。

2.4 復(fù)合建筑材料

長期以來，高層/超高層建筑、大跨建筑結(jié)構(gòu)材料主要是混凝土、鋼材，如：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)等等，材料的組成形式較單一，如此復(fù)合材料的出現(xiàn)（如：鋼纖維混凝土、纖維增強復(fù)合材料等），為混凝土、鋼材組合提供了新思路。

2.4.1 纖維混凝土（FRC）

纖維混凝土指的是摻入了短鋼纖維或是合成纖維的混凝土，其中，鋼纖維的摻入，將混凝土的抗彎強度、抗拉強度、抗疲勞性以及耐久性顯著地提高；合成纖維的摻入則能夠提高混凝土韌性，阻斷混凝土內(nèi)部的毛細管通道，從而大大降低混凝土暴露面水分的蒸發(fā)，減少混凝土塑性裂縫、干縮裂縫的出現(xiàn)。

普通鋼纖維混凝土纖維體積率處于1～2%，與普通混凝土相比，其抗拉強度、抗彎強度以及抗剪強度分別可提高40～80%、60～120%、50～100%，相對而言抗壓強度的提高幅度偏小，一般處于0～5%，但韌性得到了大幅度提高。

2.4.2 纖維增強復(fù)合材料（FRP）

纖維增強復(fù)合材料是一種高性能的新型材料，其主要是以纖維材料、基體材料按一定比例混合而制成，以碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維增強的樹脂基體，分別簡稱為CFRP、GFRP（俗稱為玻璃鋼）和AFRP。

與傳統(tǒng)的材料相比，纖維增強復(fù)合材料輕質(zhì)、高強，具有較好的耐腐蝕性能、隔熱性能，其可設(shè)計性好、工藝性優(yōu)良，但是此種材料的長期耐溫性較差，易老化，層間剪切強度較低，由此在實際工程實踐中需根據(jù)實際情況合理選用。

2.5 綠色環(huán)保建筑材料

2.5.1 綠色高性能混凝土（GHPC）

混凝土材料不但要向高性能方向發(fā)展，而且更需要與建筑工程材料可持續(xù)發(fā)展相結(jié)合。GHPC具有以下特征：①更多地節(jié)約熟料水泥，減小了混凝土生產(chǎn)對環(huán)境的影響；②更多地摻入了以工業(yè)廢渣為主的細摻料；③充分發(fā)揮了高性能的優(yōu)勢，減少了水泥、混凝土用量；④應(yīng)用范圍更廣，如：需抗?jié)B、抗凍融的環(huán)境均可使用。

2.5.2 再生骨料混凝土（RAC）

再生骨料混凝土，主要是把廢棄的混凝土塊破碎、清洗和分級，然后按照一定比例和級配混合形成再生混凝土骨料，最后部分或是全部代替砂石等天然骨料（主要是粗骨料）配制成新的混凝土，再生骨料的生產(chǎn)工藝如圖1所示。當前，國內(nèi)的再生混凝土主要集中應(yīng)用于非承重構(gòu)件、混凝土樓面以及道路路面等。

2.5.3 綠色墻體材料

綠色墻體材料主要指的是無毒或是低毒的健康型墻材、防火或是阻燃的安全型墻材、耗能低的節(jié)能型墻材與各類的新型多功能墻材。

根據(jù)構(gòu)造要求，可以將綠色墻體材料分為三類：

（1）建筑塊材，其主要指的是建筑砌塊、混凝土空心磚，其中建筑砌塊的品種眾多，在生產(chǎn)中應(yīng)積極開發(fā)使用各種的工業(yè)廢渣，發(fā)展集“承重、保溫、裝飾”于一體的復(fù)合砌塊，如：在混凝土空心磚中，可摻入保溫隔熱性能較好的輕質(zhì)材料，提高墻體的保溫性能；

圖1 再生骨料的生產(chǎn)工藝

（2）輕質(zhì)板材，包括石膏板、纖維水泥板、硅酸鈣板等；

（3）復(fù)合墻體，這是我國近年來發(fā)展較為迅猛的一種新型墻體結(jié)構(gòu)體系，其主要是以混凝土砌塊空腔墻與其他的非承重材料復(fù)合所得，非承重材料包括：巖棉板、膨脹珍珠巖、石膏板、聚苯乙烯泡沫板、纖維板等，此種墻體在承重、保溫方面均具有顯著的優(yōu)勢，在北方寒冷地區(qū)得到了推廣，應(yīng)用前景十分廣闊。

3 結(jié)語

綜上所述，新型建筑材料是社會進步和提高經(jīng)濟效益的必然選擇，當今愈來愈多的建筑與資源總量和環(huán)境保護存在矛盾，而新型建筑材料能夠有效解決這一問題，其有利于降低建筑對于能源、資源的需求，減少對生態(tài)環(huán)境的影響，實現(xiàn)建筑行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

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