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　　土木工程材料論文免費范文篇1

　　淺析現(xiàn)代土木工程中新材料的應用

　　【摘要】FRP材料、 CFRP材料、玄武巖纖維材料、智能材料是現(xiàn)代土木工程中應用的新型材料，這些材料性能優(yōu)異，易于使用。本文就上述材料的優(yōu)異性能進行闡述，并分析其在土木工程中的應用空間。

　　【關(guān)鍵詞】土木工程;FRP材料;CFRP材料

　　隨著社會科學技術(shù)的進步， 土木工程結(jié)構(gòu)學科也獲得了很大的發(fā)展， 其發(fā)展在很大程度上得益于新材料的應用，如FRP材料、 CFRP材料、玄武巖纖維材料、智能材料等等，這些材料憑借優(yōu)異的性能正被越來越廣泛地應用于橋梁工程、民用建筑、海洋工程、地下工程等土木工程建筑。

　　1 FRP材料

　　FRP材料即纖維增強復合塑料，F(xiàn)RP由增強纖維和基體組成，一般用玻璃纖維增強不飽和聚脂、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂做基體，以玻璃纖維或其制品作增強材料的增強塑料。該材料具有抗拉強度、彈性模量小、抗剪強度低、抗腐蝕、抗疲勞性能好等特點。FRP的抗拉強度均明顯高于鋼筋， 與高強鋼絲抗拉強度差不多，是一般鋼筋的2倍至10倍。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。FRP的抗剪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[1]。FRP材料可以在酸、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。

　　FRP復合材料在土木工程領(lǐng)域的應用快速增長，可用于包括柱、墻、梁、板及面板的抗震及補強加固。FRP纖維復合材料憑借耐腐蝕性能已廣泛用于加筋土中，由于該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合材料地錨，而且由于價格低廉，安裝方便，干濕交替的擋土墻、地基錨桿及噴射混凝土筋中用的也很多。此外。因為良好的拉伸性，F(xiàn)RP材料在懸索橋及斜拉橋的纜索、預應力混凝土橋中的預應力筋中也光放應用。FRP屬于人工材料，可根據(jù)工程需要采用不同纖維材料纖維含量和鋪陳方式等不同工藝設(shè)計出不同強度指標、彈性模量及特殊性能要求的FRP產(chǎn)品，且FRP鏟平形狀可靈活設(shè)計。

　　2 CFRP材料

　　CFRP材料即碳纖維增強復合材料，CFRP材料是一種力學性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7～9倍，抗拉彈性模量為23000～43000Mpa亦高于鋼。因此CFRP的比強度即材料的強度與其密度之比可達到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。碳纖維復合材料的優(yōu)點是高強度，是鋼鐵的5倍;出色的耐熱性，可以耐受2000℃以上的高溫;出色的抗熱沖擊性;低熱膨脹系數(shù)，不宜變形量;熱容量小，較為節(jié)能;比重小，僅僅對鋼材料的1/5;優(yōu)秀的抗腐蝕與輻射性能。

　　碳纖維復合材料在土木工程中的用途主要表現(xiàn)在碳纖維筋、碳纖維增強水泥和碳纖維增強木材。碳纖維筋的強度比低碳鋼高約90%，而重量僅為后者的1/5左右;碳纖維與混凝土的附著強度高達713MPa，高于鋼絞線與混凝土2197MPa的附著強度;碳纖維筋具有良好的拉伸疲勞性能及耐腐蝕、抗沖擊、柔性高和易于操作的性能，因此在橋梁、碼頭等易受腐蝕的結(jié)構(gòu)中應用較多。碳纖維增強水泥在水泥及其制品中摻和一定量高性能碳纖維和高效外加劑，以有效控制水泥及其制品塑性收縮及早期裂紋，提高水泥及其制品的密實性，增加水泥及其制品后期強度[2]。碳纖維增強木材是用碳纖維包裹木材或?qū)⑻祭w維片材鋪設(shè)于木材的某個側(cè)面或中間而形成的一種新型結(jié)構(gòu)材料。碳纖維的加入使木材的抗拉強度、防腐防火等性能大為提高，使其應用領(lǐng)域更為廣泛。

　　3 玄武巖纖維材料

　　玄武巖纖維是玄武巖石料在1450℃～1500℃熔融后，通過鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的連續(xù)纖維。類似于玻璃纖維，其性能介于高強度玻璃纖維和無堿玻璃纖維之間。玄武巖連續(xù)纖維不僅穩(wěn)定性好，而且還具有電絕緣性、抗腐蝕、抗燃燒、耐高溫等多種優(yōu)異性能[3]。此外，玄武巖纖維的生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的廢棄物少，對環(huán)境污染小，產(chǎn)品廢棄后可直接轉(zhuǎn)入生態(tài)環(huán)境中，無任何危害，因而是一種名副其實的綠色、環(huán)保材料。

　　碳纖維和是目前世界上所采用的主要的加固補強用的新型材料之一，在橋梁、隧道、房屋等結(jié)構(gòu)抗震加固補強方面具有極為廣闊的應用前景。利用玄武巖纖維高模量、耐沖擊和低成本等優(yōu)勢，可以開發(fā)其在降噪、抗振和抗震等耗能領(lǐng)域的應用。玄武巖纖維還可以用在具有高火災危然的工業(yè)建設(shè)項目，核電站，化學工業(yè)與石化工業(yè)，高層建筑群，造船工業(yè)，汽車制造業(yè)等領(lǐng)域。玄武巖纖維及其土工材料具有較高的強度、彈性模量和耐高低溫、耐侵蝕等性能，也適用于路面土工格柵中的基礎(chǔ)材料[4]。

　　4 智能材料

　　智能材料實際上是一種仿真生命系統(tǒng)，一方面能夠感知外界環(huán)境或內(nèi)部狀態(tài)所發(fā)生的變化，另一方面能提供針對材料自身的或外界的某種反饋機制，適時地將材料的一種或多種性質(zhì)加以改變，做出所期望的某種響應。智能材料的功能表現(xiàn)為：反饋功能、傳感功能、響應功能、信息識別與積累功能自診斷能力、響應功能、自修復能力和自適應能力、自診斷能力。

　　近幾年我國通過不同的方法支持智能材料與結(jié)構(gòu)的研究.目前許多項智能材料及其在土木工程中的應用研究正在我國進行著。目前，智能材料與結(jié)構(gòu)在土木工程中的應用主要是將智能材料，比如上文提到的碳纖維等，混入到混凝土中，使混凝土構(gòu)件具有自我增強、自我診斷、自我愈合以及自我調(diào)節(jié)的功能[5]。智能材料在土木工程中重要的應用，是自動化控制技術(shù)發(fā)展、計算機科學、材料科學的重要階段的產(chǎn)物。因此，土木工程的未來深受高科技材料發(fā)展的影響，對此我們國家需要長久的對其研究下去。

　　FRP材料、 CFRP材料、玄武巖纖維材料、智能材料已經(jīng)開始應用于現(xiàn)代土木工程建筑，但由于價格、應用技術(shù)、觀念等因素這些新型材料的應用還不夠廣泛。革新技術(shù)、降低成本、加大推廣，這些新型材料能在現(xiàn)代土木工程中發(fā)揮巨大作用。

　　【參考文獻】

　　[1]劉冬梅，周劍霞;纖維增強塑料筋在土木工程中的應用探討[J];科技與企業(yè)，2014，7：206

　　[2]暴慶祥;試分析基礎(chǔ)設(shè)施和土木建筑中碳纖維復合材料的實際應用研究[J];中國科技博覽，2013，34：305.

　　[3]倪晶;紡織材料在建筑及土木工程領(lǐng)域的應用[J];江蘇商報(建筑界)，2013，21：100.

　　[4]李毛毛;無機纖維狀絕熱材料在土木工程中的應用[J];山西建筑，2013，35：133.

　　[5]涂遠;智能材料在土木工程中的應用[J];福建建筑，2014，2：26-28.

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