土工合成材料特点范文第1篇

1、组成不同

钢铁、水泥为Fe、C、Ca、Mg、Si、O等元素经金属键或离子键结合的无机物，而土工合成材料为C、H、O、N等经共价键结合的有机物。因而其有耐热、热光性差、易燃等特点。

2、力学性能不同

与钢铁、水泥相比，除特殊品种外，土工合成材料强度低、模量也低。伸长变形大、韧性大，柔软性好，抗冲击性能好，所以特别适用于较大变形的土建场合，如软土地区，沼泽地带，冻土地区等。

3、质量轻

土工合成材料比重为0．88～1.6吨／立方厘米之间，比钢铁7．8g／立方厘米，水泥2．7g／立方厘米小得多。

4、加工方法不同

钢铁加工采用高温冶炼，水泥则要高温煅烧，而土工合成材料中，有纺土工织物采用化纤（如PA、PP、PET）织造，针刺土工布以化纤短纤维（PP、PET等）为原料针刺加工，其基本化纤原料则大多由熔融纺丝制备。纺丝成网土工布以PP、PET等切片为原料，直接纺丝成网。从广义角度认识，土工织物已远远超越于传统服饰纺织品，而是一种建筑用材料。从原料《应用领域市场与传统纺织品具有决然不同的知识经济概念。土工合成材料不仅涉及到粘性土。无粘性土以及各种特殊土类，而且已经超越了一般的质土范围，伸向尾矿料、粉煤灰、海洋土、污染土、星际上、改性上的研究，由于学科的交叉，土工织物将延伸成更大的材料空间。二、土工合成材料在应用上是简便的，但却提供多项功能，而且有重要经济效益。在整个建筑、水利等工程中，没有一种现成材料能象土工合成材料那样发挥如此众多的可能解决工程问题的功效，不论是混凝土。钢材或木材或它们的任何组合材料，概括来说土工合成材料能解决地基加固，防冲蚀，排水稳定边坡，衬砌保护，沥青面层及封闭等问题。（土工合成材料在正确应用条件下，使用寿命可达120年。实验证明埋置10年强度均保持在80％以上，20年保持在75％以上，强度在45％认为有效，目标寿命可达200年）土工合成材料在我国大规模应用将随着法律化、规范化、标准化而成必然性。

三、土工合成材料主要原料在“九五”期间将从年产290万吨增加到400万吨，特别是差别化、功能化纤维比重从目前16％提高到2O－25%，化纤工业将为土工织物开发与推广应用建立了稳固基础。

土工合成材料特点范文第2篇

关键词：土木工程；建筑；混凝土结构；施工技术

1引言

在我国建筑行业发展中，混凝土材料作为土木工程建筑中较为常见的材料，其结构的设计在整个项目中具有十分重要的作用。由于混凝土结构的特殊性，在生产、施工以及设计中，都需要考虑到整体性的结构特点，也就是说，在土木工程建筑中的混凝土结构施工中，经常遇到材料配比不合理、温度差异以及混凝土自缩性等问题，如果在实际施工中工程单位缺少对这些问题的关注，会降低土木工程建筑的整体效果。因此，在行业发展中，土木工程建筑部门应该提高对混凝土结构施工的认识，按照明确性的施工依据，通过施工方案的调整以及施工技术的完善等，提高土木工程项目施工的稳定性，从而满足行业的可持续发展需求。

2土木工程及混凝土结构

2.1土木工程

对于土木工程而言，其不仅包括建筑施工中的机械设备、施工材料，而且也包含施工对象，所以，在具体的土木工程中，工程单位需要结合工程项目的特点，创新工程项目的施工工艺形式，以增强土木工程的结构性、实用性，展现土木工程的施工效果。而且，在当前建筑行业发展中国，其存在着工艺复杂性以及多形态化的工艺特点，这种现象意味着工艺难度增加，若土木工程具体施工中，缺少对各个工艺的细化处理，会增加建筑施工的难度，无法满足土木工程的合理需求。因此，在当前土木工程的项目整合中，土木工程人员需要合理进行项目规划，通过工程需求以及工程质量的强调，提高土木工程的整体质量。

2.2混凝土结构

混凝土结构主要通过砂石、水泥、水等辅助材料混合而成，在材料不同的情况下，会出现混凝土结构差异性的问题。而且，由于混凝土是由多种材料组合而成的人工复合型材料，如果在使用的过程中受到外界因素的干扰，会降低混凝土材料的承载能力。混凝土结构的特点如下：第一，混凝土结构的制作工艺相对简单，而且对技术要求较低，在具体的土木工程施工中的操作流程相对简单；第二，制作混凝土结构的原材料相对多样，具有性价比高的优势；第三，混凝土的耐火性相对较强；第四，混凝土的抗拉能力、抗震能力较强，而且，通过煤泥、矿渣等工业废料的使用，可以达到施工环保目的[1]。

3影响混凝土结构的因素及原因

3.1影响混凝土结构的因素

（1）混凝土裂缝。结合土木工程建筑项目的施工特点，在混凝土结构施工中，经常出现混凝土裂缝的问题，这种现象会降低混凝土结构的整体性能，无法提高土木工程的建筑质量。首先，在混凝土结构施工中，由于其作为混合型的材料，在实际工程中，混凝土材料会受到自缩因素的影响，当施工结构的应力发生转变不能得到及时处理，会引发较为严重的裂缝问题，无法提高混凝土结构施工的效果。其次，在土木工程的建筑中，大体积的混凝土结构掺杂着较多的添加剂以及矿渣，这些材料会对混凝土结构造成一定约束，长期使用中会引发工程裂缝，降低土木工程的施工效果。（2）温度因素。土木工程建筑中的混凝土结构施工中，经常受到温度因素的影响：第一，混凝土内外部温度差较大。具体的混凝土浇筑时，初期会发生水化反应，这种情况下会产生大量的水热化状态，导致混凝土内部热量无法挥发，使温度不断上升，从而影响混凝土结构的稳定性。第二，混凝土结构施工中，其所配置的钢筋往往没有深入到内部，导致结构内外温差大，严重的会引发结构裂缝。第三，根据土木工程建筑项目特点，在混凝土结构施工技术使用中，当浇筑完混凝土的主梁之后，整个结构经过太阳暴晒，会出现主梁拉应力增加的问题，降低混凝土结构的稳定性[2]。（3）材料配比。根据混凝土结构的施工特点，在土木工程建筑中，材料的质量会直接影响结构的稳定性。在具体的土木工程施工中，受到监督管理人员安全意识薄弱以及注重自身经济效益的问题，导致混凝土结构施工中出现偷工减料的问题，这种现象不仅会影响土木工程的整体质量，也会增加工程隐患。而且，对于混凝土结构的施工人员，在具体的工程施工中，会根据自己的习惯添加硅粉，一定程度上会降低混凝土的整体性能。因此，在土木工程建筑中，为了提升混凝土结构的施工效果，应该将材料的合理选择及科学配比作为重点，以更好地提高混凝土结构的稳定性，为建筑行业的持续发展提供支持[3]。

3.2造成混凝土施工结构不合理的问题

（1）混凝土配比不合理。通过对混凝土工程项目的分析，在具体的施工中，存在着混凝土配比不合理的问题，若这些现象不能得到及时处理，会降低工程的施工难度，长期施工中缺少规范性的配比，导致施工强度降低，无法提高土木工程混凝土施工的整体质量。同时，在土木工程的混凝土结构中，存在着施工人员安全意识薄弱的问题，如，施工中没有按照工程标准进行，导致混凝土结构不稳定，降低混凝土的伸缩性，为后续施工造成隐患。（2）季节温度的变化。根据混凝土结构的工程特点，土木结构受到季节以及温度的变化，首先，实际施工中，当出现温差过大的问题，会使混凝土发生形变，所以，施工人员需要控制混凝土浇筑温度，通过温度的合理控制以及材料的科学配比，提高工程结构的整体质量。其次，在混凝土结构浇筑中，若出现温度过高的问题，会出现施工结构开裂的问题，长期施工中不利于结构的形成，同时也为工程项目的稳步进行带来限制。

4土木工程建筑中混凝土结构的施工技术

4.1细化混凝土浇筑程序

在土木工程的项目建筑中，为了更好地提高混凝土结构的施工质量，工程项目人员应该认识到混凝土浇筑的重要性，细化以下浇筑工序：第一，在混凝土结构的浇筑中，施工人员需要按照具体的工程标准，确定混凝土教育结构，并保证浇筑工序的规范性，避免浇筑遗漏问题的出现，有效提高混凝土浇筑工程的整体质量，为土木工程建筑的工程质量提升提供支持。第二，在混凝土浇筑工作结束之后，施工人员需要利用反复抹压的方法，并在施工完成之后利用保鲜膜进行保护，以增强土木工程建筑的整体质量，为工程产业的运行及行业的发展提供参考。第三，结合土木工程的项目特点，在混凝土浇筑程序确定中，应该定期进行洒水，有效避免混凝土水分蒸发而造成的裂缝问题，提高混凝土结构施工的稳定性。第四，对于专业的土木工程混凝土施工人员，在具体的施工中，需要不断提高自身的综合素养，通过专业施工知识的学习以及专业人才的培训等，提高施工人员的综合素养，以充分满足建筑行业的运行及创新发展需求。

4.2控制混凝土温度应力

在土木工程建筑中，为了提高混凝土结构的稳定性，施工人员应该根据混凝土结构的施工特点，科学控制混凝土温度应力，以更好地提高混凝土结构的施工质量，为行业的可持续发展提供参考。一般情况下，在土木工程建筑中的混凝土结构施工中，应该做到以下内容：第一，合理控制水泥的使用量，并根据工程项目的需求，进行水泥用量的测量及控制，以充分发挥混凝土结构的设计效果，从而增加混凝土的稳定性。第二，在土木工程建筑项目的实际施工中，当出现水泥与空气接触的问题，会使混凝土结构的热量降低，当这些热量进入到整个混凝土结构之中时，会出现热量传递的问题。第三，根据混凝土结构浇筑工程，在温度控制中需要充分考虑不同影响因素，根据工程需求设定土木工程施工方案，以提高混凝土结构的整体质量。所以，在混凝土结构施工中，施工人员可以结合以往经验以及施工项目的特点，控制混凝土结构的施工温度，以更好地提高工程项目的整体质量[4]。

4.3混凝土材料的控制

在混凝土结构施工中，土木工程建筑人员需要根据工程项目的特点，科学选择混凝土材料，并按照建筑工程的需求，设定材料的选择方案，以保证土木工程建筑的稳定性。首先，在选择混凝土结构的施工材料时，应该合理进行材料配比控制。实际施工中，工程人员应该反复测量混凝土配比，之后确定最优化的配比方案，以更好的保证混凝土施工质量，增强混凝土结构的稳定性。而且，在材料配比的过程中，工程人员需要严格按照既定温度控制混凝土比例，如，将材料的含碱量控制在0.6%以下的状态，并根据工程项目的需求，合理设定矿粉掺合料以及低碱外加剂，以更好地提升混凝土材料配合度，保证各项施工工序的稳步进行。其次，控制混凝土约束力。根据土木工程的项目特点，在混凝土结构施工中，项目人员需要结合混凝土约束力的特点，完善具体的施工方案。第一，对于混凝土结构施工人员，在具体的混凝土结构施工中，应该降低混凝土结构的约束力，避免土木工程地基对混凝土结构造成的影响。如，在土木工程建筑的具体施工中，应该利用滑动技术增加混凝土的约束力，以更好地提高混凝土结构的施工质量。第二，土木工程建筑中，通过蓄水池的设计，可以进行混凝土结构温度的科学控制，并合理选择滑动层的设计方案，以增强混凝土结构的约束力，提高土木工程建筑中混凝土结构施工的整体质量。最后，在混凝土材料配比控制中，项目施工单位需要注重对材料质量的控制，掌握混凝土浇筑材料控制及配比的重要性，并通过科学化浇筑方案的落实，提高混凝土结构的抗压能力以及承载能力，全面提升混凝土结构的浇筑质量，以保证各项施工工序的稳步进行。而且，在混凝土结构浇筑完成之后，工程人员需要对其进行洒水保护，避免混凝土结构施工隐患的出现，提高土木工程建筑施工的整体质量[5]。

4.4控制混凝土抗裂性能

土木工程建筑项目的混凝土结构施工中，混凝土抗裂性能的控制是较为重要的。对于项目施工部门，在具体的结构施工中，应该认识到温度应力、自缩等现象对混凝土结构施工造成的影响，并通过抗裂技术的运用，增强裂缝控制的整体效果。一般情况下，在混凝土抗裂性能控制中需要做到：第一，根据建筑工程的项目需求，合理加入抗拉性能的材料，保证混凝土结构材料配置的科学性。如，在混凝土结构的材料选择中，将无机纤维材料、金属纤维材料等加入混凝土之中，可以增加材料的抗裂性能，提高土木建筑工程的稳定性。第二，根据土木工程的项目特点，在混凝土结构施工中，适当地加入混凝土添加剂，可以调整混凝土材料的自锁性能，以更好地控制混凝土添加剂。第三，在混凝土结构的材料配比中，工程人员需要根据材料的配比状态，确定混凝土施工标准，以提高土木工程的质量，实现混凝土结构抗裂性能提升的目的[6]。

4.5细化混凝土施工工艺

在土木工程施工中，为了提高混凝土结构的施工质量，施工单位在具体的工程中需要细化施工工艺，第一，在浇筑环节中，混凝土浇筑之前，需要仔细检查模板的高度、尺寸以及刚度等，只有在这些施工标准符合要求之后，才可以进行后续施工，以保证各项施工工序的稳步进行，为混凝土施工工艺的效果提升以及后续工序的完善提供参考。结合混凝土结构的施工特点，在钢筋、模板的杂质处理中，需要全面进行清洁，教师清除淤泥、杂质，以实现混凝土结构浇筑的整体效果。第二，在施工缝处理中，工程部门需要根据混凝土的项目施工特点，确定连续浇筑施工方案，一定要避免浇筑时间过长而引发的工程隐患。对于施工人员，在施工缝处理中，需要按照详细的施工工序以及工艺，增强混凝土的结合力，全面提高混凝土的承载能力，为施工工艺的效果提升以及施工方案的完善提供参考。第三，混凝土结构的捣实施中，通过混凝土强度以及混凝土性能指标的确定，提高模板施工的指廊，并及时进行排气处理，以增强混凝土结构施工的稳定性。因此，对于混凝土结构施工单位，需要将土木工程施工作为重点，通过机械振捣以及人工振捣方式的整合，提高混凝土的整体强度，充分满足土木工程的施工需求。

土工合成材料特点范文第3篇

关键词：水利施工；新型混凝土材料；材料优势；施工要点

混凝土是水利工程建设中最核心的施工材料。新型混凝土的应用，给水利施工企业带来了新的发展。

1新型混凝土的优异性能

与传统混凝土相比，新型混凝土不仅包括了其良好的特性，而且更胜一筹，拥有更多更优的性能。新型混凝土与时俱进，满足当前水利项目发展的新标准、高要求，与水利工程的创新前行步调一致。为了与时代同步，也为了满足施工企业的需求，新型混凝土以高强、轻质为发展宗旨，它的抗压能力更强，强度等级范围更广，耐久性更好，有较强的抗冻融能力，并且更加耐磨损、抗腐蚀，大幅度提高了防渗、防暴、防灾的性能。材质轻盈的新型混凝土有更好更佳的实用性能，它的出现受到了众多水利施工企业的欢迎，被有前瞻意识的水利人快速选择、接纳，成为施工现场最受欢迎的宠儿。

2新型混凝土的种类

2.1经济实惠的高性能混凝土

高性能混凝土材料适应性强，具备较高的强度，有利于体积的稳定。利用科学技术，大大提高了混凝土的力学性能和耐久性。制作时，采用低水胶比、优质原材料、足量的添加剂科学配置而成。值得一说的是，将耐久性比较强的高性能混凝土材料应用到工程建设中，可以适当延长水工建筑物的使用年限。与旧有的混凝土相比，高性能混凝土中加入了多种矿物掺和料和超塑化剂，配比和组成更为复杂，标准更高，要求更多。

2.2常被用于特殊结构中的高强混凝土

高强度混凝土的抗压轻度是普通混凝土的5倍左右。基于此，将其应用于水利施工中最合适，因为能够减小构件的截面。因为高强度混凝土具有密度大、抗变形能力强、抗压强度高3大优势，使得其被广泛应用于某些特殊结构中。作为高强度的新型人工建筑材料，高强度混凝土由原材料砂、石、水泥、硅粉、矿渣、减水剂等多种物质制作而成。

2.3耐久性不俗的轻集料混凝土

抗震性能佳且保温、隔热是轻集料混凝土的优势。它是由轻砂、轻粗集料（或普通砂与水泥和水）精心配制而成的。

2.4性能优良的自密实混凝土

较强的保水性、流动性、黏聚性是自密实混凝土的出色性能。正是源于自密实混凝土本身所具备的优势，大大降低了施工噪声，有效改善了周边的施工环境。自密实混凝土是指混凝土搅拌物主要依靠自重填充模型的。

3新型混凝土施工要点和关键因素

多个现实案例表明，选用合理的新型混凝土材料，并科学运用与之相匹配的新型混凝土施工技术，是为水利工程施工质量添石加瓦的不错选择。

3.1新型混凝土的施工要点

3.1.1施工前做好准备工作运用新型混凝土施工前，要做好充分、周详的技术和知识准备工作。具体工作有以下几点：①观察施工场地的特征，选择适宜的原材料。②遵循混凝土配置方案，保证选择的合理性。科学、合理的选择能够有效缩短混凝土的水化时间。③与普通混凝土相比，新型混凝土的性能和材料具有一定的特殊性。所以，在配置新型混凝土时，要认真权衡，选用正确的配置环境和配置条件。秉承“经济适用”的配置原则，借用最新的科技成果，经过合力配置测试之后，即可配比出最科学的混凝土配置方案。如此配置的优点是，既能保证材料质量，又能降低配置成本。在此需要善意提醒的是，完成方案配比之后，要开始搅拌它。在搅拌期间，及时添加适量的外加剂和活性掺和料，以增强混凝土的特性。3.1.2施工技术的重要环节新型混凝土的浇筑作业较为复杂，所以，在施工过程中，要借助先进现代技术，制订科学的浇筑步骤。在浇筑前，务必依据施工要求和标准，正确操作，从严视之。3.1.3专人监管，严把浇筑质量在浇筑期间，交付专人监管，保证混凝土中无气泡产生，把好混凝土的浇筑质量关。

3.2新型混凝土施工关键因素

3.2.1水泥的水热化搅拌混凝土时，水泥出现水热化现象。这是因为水泥本身的特殊性质。水泥水热化现象的产生，会带来较大的温差，导致裂缝线性度出现，进而影响建筑工程的稳定性和耐久性。3.2.2材料质量这是直接影响建筑质量的另一个重要因素。良好的施工工艺外加优质的施工材料，才能打造出优质工程。在配置混凝土时，除了要保证材料的配比，还要选择合理的生产材料，以确保工程的整体质量。3.3注重新型混凝土的养护工作板和梁的质量是水利施工钢筋、模板作业中需要重点考虑的问题。在作业过程中，混凝土是用来保护钢筋的，防止钢筋暴露在外而被腐蚀。正因如此，使用新型混凝土时，务必提前明晰其使用条件和特性。只有这样，才能用性能优异的新型混凝土呈现出最佳的施工效果。

4新型混凝土的具体运用

4.1微坍落度混凝土

灰浆量少、超干硬性是微坍落度混凝土的2大特性。这种混凝土之所以具备这2大特性，原因是在施工过程中，微坍落度混凝土会骨料分离，继而形成微小的渗漏通道，减小层间的结合力。凝胶材料碾压混凝土防渗是现在常用的防渗手段之一。在混凝土坝体的同一仓面和上下游坝面接近模板以及其他不易碾压的部位，借力微坍落度混凝土，用振捣棒振捣密实。这样做，不仅不会影响施工进度，还会加快施工精度，促使工程高质高效完成。

4.2聚丙烯纤维混凝土

为了防止混凝土表面形成收缩性裂缝，在一般的水利工程建筑设计中，都会设计一个间距为15～20mm的钢筋网。对于水利工程来说，使用聚丙烯纤维混凝土，能达到防收缩性裂缝的目的，并且效果喜人。干缩量小，且在初凝时足以抗衡塑性收缩裂纹，是聚丙烯纤维混凝土的显著特性。的确，工程建设运用聚丙烯纤维混凝土之后，施工难度减小，施工时间缩短。另外，与添加钢筋网相比，使用聚丙烯纤维混凝土能节约成本，减少经济支出。

4.3钢纤维混凝土

防腐蚀、抗磨损、抗水流冲刷是钢纤维混凝土优于其他类型混凝土的地方。但是，这种混凝土的缺点是造价高，施工不易，难度很大。可是，钢纤维混凝土的实用性很强，本身也很牢固。正是基于这种特质，钢纤维混凝土的使用十分受限。

5结束语

土工合成材料特点范文第4篇

关键词：智能材料；土木工程；混凝土；应用前景

0引言

随着材料技术的快速发展，越来越多的高新技术被运用到工程材料的研发中，各种新型材料层出不穷，以复合材料为基础发展而来的智能材料，为解决相应材料的力学问题提供了科学牢靠的途径。作为有着多学科交叉背景的综合学科，智能材料为土木工程中日益复杂的结构提供了实现的可能性，因此这一学科的研究也日益受到重视。诸如大跨度桥梁、高层建筑、水利枢纽、海洋钻井平台以及油气管网系统之类的基建设施，在其较长的使用期中，外界各种不利作用会使得组成这些结构的材料发生不可逆的变化，从而导致结构出现不同程度地性能衰减、功能弱化，甚至会诱发重大工程事故。若是能将智能材料运用到对这些超规模的工程结构物中，能够时刻评定相应的安全性能、监控损伤，并智能修复，则将为未来工程建设提供新的发展思路。所谓智能材料，是指随时能够对环境条件及内部状态的变化做出精准、高效、合适的响应，同时还具备自主分析、自我调整、自动修复等功能的新材料。受仿生学科的启发，其目标是要开发出能运用到具体工程中、将无机材料变得有生命活力。二十世纪90年代初逐渐兴起的智能材料结构系统，吸引了包括物理、化学、电子、航空航天、土木工程等领域的研究者涉足其中，取得了丰硕的成果。

1智能材料的概念及特点

智能材料发源于“自适应材料”（AdaptiveMate-rial），在Rogers和Claus等人的努力下，智能材料系统逐渐受到全世界各国官方机构的认可与重视，发展迅速。智能材料（IntelligentMaterial，IM）当前没有一个明确的定义，不过大体上都是根据功能做出相应的定义，是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，具有不可限量的前景。智能材料产生的背景决定了其所具有的独特优势，决定了其终将会带来材料科学的重大革新。通常而言，智能材料主要以下七大功能：（1）传感：能够对内外部的作用进行监控与鉴别；（2）反馈：将监控获取的信息进行传输以及反馈；（3）信息识别与积累：识别并记忆反馈来的信息；（4）响应：对内外部的变化做出灵活有效的反应；（5）自诊断：对内外部信息实施自行诊断、分析、评判等；（6）自修复：依特定的方法修复系统的故障；（7）自适应：待外部作用消失后可恢复原状。在具体的工程中，若要实现这么多的功能，仅仅依靠单一材料是无法实现的，因此通常情况下都是通过多种智能材料的组合才能达到目的。

2智能材料在土木工程结构中的应用

2.1光导纤维

光纤维的主要化学成分为二氧化硅，作为信息传递的绝佳介质，有着其他任何材料无法比拟的传导能力。材料主要由内层圆柱形透明介质和外层圆环形透明介质组成，内层为纤芯，外层为包层。内外层折射率的差异能够保证携带信息的光在纤维里面能量损失少，传输距离大。将光纤维植入到混凝土结构中，制成光纤维混凝土结构。当混凝土结构因外部因素的变化而产生变形时，植入砼结构中的纤维也随之发生变化，进而导致纤维中的光发生改变，相应的传感器能够直接获取变化，从而间接确定混凝土结构的各种性能变化，实现对结构的全方位监测，为工程的可持续性提供技术指导。并且，分布监控的模式可保证混凝土结构任何部位的改变均能被监测到，相当于在混凝土结构中创造了一个全覆盖、光角度、无死角的监测网络，两者组合而成的光纤维混凝土可以认为是一种具有强大自我调节的智能材料。当前，光纤维混凝土结构主要的工程应用包括：混凝土的温度及温度应力监测、混凝土结构裂缝的监测与诊断、混凝土结构强度与变形监测、混凝土结构配合的钢索应力和变形监测等。

2.2形状记忆合金

何谓记忆合金，即材料具有形状记忆能力。当材料的形状被改变后，其内在的记忆效应可被激发出来，进而自动产生回复应力与应变，驱使材料恢复原状。同时，合金材料能够传输能量并实现能量储存。鉴于此，工程中可将记忆材料安置在结构中，当结构出现变形、裂缝、损伤以及外界动荷载影响时，大部分的能量可被记忆合金材料消耗掉，可极大提高结构的稳定性，若将材料运用到多震地区的建筑结构中，则会实现对地震能力的吸收与耗散，极大地提高建筑物的抗震性能，此举属于材料的智能被动控制。形状记忆合金材料所具有的相变超弹性，使其可用来制作耗能阻尼器，这种阻尼器实现了智能被动控制。同时，由于其相变会引起超弹性滞回环的产生，使得材料具有极高的抗疲劳性，以此为基础制作的阻尼器使用周期远胜于普通的阻尼器，可实现结构品质的大幅度提高。

2.3压磁材料

土木工程领域中常规的压磁材料主要包括磁流变材料和磁致伸缩智能材料等。在外部磁场作用下，磁流变液悬浮体系的黏弹塑性会发生明显的变化，并且这种变化是可逆的。当外部磁场超过一定强度后，磁流变也会在极短的时间内变成固态，微观上表现为材料的分散相颗粒沿着磁场方向结成了链状结构。磁流变液介于液体与固体之间的这种独特的可变属性，以及对这种特性实施控制时耗能低、变化范围广、成本低等特性，使得磁流变液成为工程结构中作动器件的重要材料。当前，磁流变液主要被应用到元器件的控制桥路以及电源的高速开关等多个领域。且磁流变液在土木工程领域的应用主要集中在高层建筑、塔形建筑物、大跨框架和大跨度结构等。同时，有着高磁致伸缩效应的磁致伸缩智能材料，可以保证材料在机械与电磁直接进行可逆转换，因此具有广阔的应用前景。

2.4碳纤维混凝土材料

工程中混凝土的作用范围很广泛，因此对混凝土材料的改善也日益得到科研人员和工程从业者的支持，碳纤维混凝土的产生正是这一领域发展的重要产物，在混凝土中掺加一定比例的碳纤维，可赋予混凝土材料以驱动功能和本征自感应。作为一种高强度、高弹性、大导电性的材料，碳纤维的加入能极大改善混凝土的强度与韧性，并且碳纤维之间会形成具有电阻的导电网络，在材料中起到阻隔导电的势垒，大大降低混凝土材料的电阻率，从而使得材料的导电能力得到数量级上的显著变化。不可忽视的是，这种混凝土的电导率与温度及应力的变化而表现出规律性的响应。同时，碳纤维混凝土在温度上表现为温度变化造成电阻的变化，并且材料内部的温差也会衍生出热电效应，在电场的作用下碳纤维混凝土会产生热变效应（热效应与变形）。碳纤维的含量和混凝土材料的结构共同影响材料的温敏性，当碳纤维的含量超过一定比例时，材料才有可能形成较为稳定的电动势。而碳纤维的掺入方式主要有两种：短切乱向分布和连续碳纤维束单向增强。采取不同的掺入方式能使得碳纤维混凝土的力学性能得到不同程度的强化与提高，工程实践表明：第一种方式更具有实用性。

2.5压电材料

具有压电效应的压电材料，经常被用作驱动元件和传感元件。当压电材料受到外部因素作用时会因为其自身发生变形而产生电势，而对材料再施加一定电压时又会改变材料的尺寸，压电效应由此而来。利用这一特点，压电材料可用作传感元件，通过压电元件的变化来判断元件所在位置处结构的变形量。与此同时，若能在压电元件外部形成电场，进而对压电元件内部的正负电子施加定向电场力，从而迫使元件发生变形，制成驱动元件。利用驱动元件，可改变材料的应力状态，甚至会影响材料的结构变形。压电材料的变化均在极短时间内完成，因此压电效应主要适用于对结构振动的控制上。

3智能材料的未来发展

3.1智能材料性能的发展

智能材料有着独特的优越性能、广阔的发展前景，但是由于这一领域处于多学科交叉的研究前沿，所存在问题也亟待深究：（1）形状记忆合金的发现，改变了很多传统理念，胡克定律在合金材料这里基本上不再适用了，其所具有的智能功能使得传统的力学研究方法难以合理地解释其内在的机理，因此需要研究者另辟蹊径，从宏观与微观的角度重新去探究这种新材料的原理，建立一些实用性较强的理论和模型，以对具体的工程实际进行规范化的指导。同时，当前形状记忆合金还不完善，耗能高、功能单一等缺点使得其实用性不强，能够开发出低能耗、出力大、多功能的控制器则是未来研究的重要方向。（2）可以预见，压电材料将会成为工程结构中力学测量的首选感测元件，但是其存在的主要问题就是驱动力小，虽然已经有一些技术来弥补这一缺陷，但是对于大规模的土木工程结构而言，压电材料并不能直接应用，复杂的理论分析、高难度的集成技术研发，以及压电驱动器的开发技术和设计方法难度较大，都是制约压电材料未来发展的瓶颈，是研究的难点、热点和重点。（3）压磁材料所面临的问题是在长期的放置之后，会产生固体颗粒沉降，这种沉降对材料的稳定性有着怎样的影响效应也需要更深入的研究。并且，其温度适应范围较小，若能够拓宽温度作用范围，将使得压磁材料有着更广的发展前景。

3.2智能材料研究难题

针对材料本身所面临的主要问题，未来在土木工程领域的应用研究主要有下列一些难题：（1）结构的健康监测与保养；（2）形状自适应材料与结构；（3）结构减振抗震抗风降噪的自适应控制。这些问题的进一步研究将有助于工程质量的提高，有助于降低工程灾害性事故的概率，有助于强化工程的安全可靠性，有助于推动土木工程领域的高技术发展，有助于为土木工程领域注入新的发展动力与机遇。

参考文献

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土工合成材料特点范文第5篇

关键词：钢桥；沥青铺装；环氧沥青混凝土；树脂沥青组合体系

1. 概述

桥面铺装层直接承受行车荷载、梁体变形及环境因素的作用,其变形和应力特征与主梁及桥面板结构形式密切相关。近10年来，我国加快了大跨径钢桥的建设步伐，黄河上建造的大跨径桥梁越来越多，这些桥梁几乎都采用正交异性钢桥面板和沥青铺装体系作为桥面系。但是，很多正交异性钢桥面板上的沥青铺装层在通车运行一到两年后，出现横向或纵向裂缝。到目前为止，我国正交异性钢桥面铺装设计与施工还未完全取得成功，仍是大跨径钢桥亟待解决的关键技术之一。

2. 钢桥面铺装方案技术原理

钢桥面铺装一直是桥梁工程中的一项技术难题，与混凝土桥面铺装相比，其难点正是因为钢桥面板存在对铺装材料不利的恶劣环境造成钢桥面铺装的易损性。

1) 钢桥面板与铺装界面处较为光滑，普通铺装材料无法满足铺装界面的抗滑移要求；

2) 钢板容易产生锈蚀，对铺装材料的防水性能提出极为苛刻的要求；

3) 钢桥在使用过程中，桥面板的应力状态较为复杂，钢桥面板一般较薄，同时钢与普通铺装材料的温度膨胀系数存在一定差异，导致钢桥面铺装界面处会产生比混凝土桥面更大的材料应变；

4) 钢结构由于较强的导热性，在与铺装界面处，在使用情况下容易出现极高温或极低温情况，尤其是钢箱梁结构，其夏季温度可高达70度以上，对铺装材料的破坏严重。

因此钢桥面铺装一方面要解决铺装材料的防水问题，另一方面要处理在钢板界面处高应变，高温及光滑表面情况下，铺装材料的界面稳定问题。围绕上述核心问题的处理，产生了环氧沥青混凝土和ERS这两种不同理念的钢桥面铺装技术。

(1) 环氧沥青混凝土钢桥面铺装

环氧沥青混凝土是一种匀质铺装体系，即整个铺装结构是由一种材料组成，这种铺装体系认为传统用于混凝土桥面的铺装材料不适用于钢桥面，因而寻求一种完全替代的铺装材料，这种材料就是环氧沥青混凝土。环氧沥青混凝土以其优异的材料性能，完全满足了钢桥面板对铺装材料性能的所有要求，即与钢板具有良好的粘结性，温度适应性以及和钢板变形的追随性。环氧铺装体系源于美国，实际施工时将环氧混凝土分为两层施工，第一层20mm，第二层25mm，总厚度为55mm。钢板表面要求进行防腐涂装，钢板与第一层沥青混凝土之间刷涂沥青粘结层，第一、二层沥青混凝土之间刷涂沥青结合层。

图1 双层环氧沥青混凝土实景照片

(2) 树脂沥青组合体系(ERS)钢桥面铺装

树脂沥青组合体系（ERS）采用一种完全不同于环氧沥青混凝土体系的理念，ERS认为钢桥面铺装的核心问题是钢板与铺装材料界面的处理，它首先把钢板表面“改造”成类似混凝土桥面的界面，“改造”成功后，传统改性沥青混凝土（SMA）仍可适用于钢桥面铺装。ERS一种非匀质铺装材料铺装体系。

ERS改造钢板的过程分为两步，第一步在钢板表面涂刷EBCL材料，并在上面撒布碎石，利用EBCL与钢板的强粘结性能，将碎石粘附在钢板表面，形成一个极为粗糙且牢固的表面，提高了整个钢桥面铺装界面的抗剪强度，同时也达到了防水防腐的目的；第二步在EBCL层上铺设20mm厚的树脂沥青（RA05），树脂沥青具有较高的弹性模量，能适应较大的材料应变，从而起到将钢板刚度进行过渡的作用，同时树脂沥青具有较好的高温适应性和耐疲劳性能，RA05层与EBCL层共同将钢板改造成类似混凝土桥面的铺装材料工作界面。RA05施工完成后，就可以按照传统混凝土桥面的做法采用普通铺装材料，即首先施工一层防水层，之后上层采用改性沥青混凝土SMA。SMA分两层施工，总厚度为40~50mm，即ERS总铺装厚度通常为60~70mm。为提高SMA层的抗滑移能力，可在RA05层上先撒布一层碎石，并碾压嵌入RA05层。

图2 树脂沥青组合体系（ERS）铺装方案

与环氧沥青混凝土体系不同，ERS铺装体系是一项完全中国自主知识产权钢桥面铺装技术。

3. 钢桥面铺装方案施工特点

不同钢桥面铺装体系具有迥异的施工要求和特点，这种施工特点主要与其所采用的铺装材料息息相关。因此要了解不同钢桥面铺装方案的施工特点，就必须了解其所采用的材料的特点。

(1) 环氧沥青混凝土方案

环氧沥青混凝土从原材料加工成混合料，到最终形成铺装层，需经历一个化学反应过程。这个过程中，首先要把环氧沥青混合料加热至120℃左右，然后在混合料趁热处于流动未硬化状态，具备摊铺条件前，将铺装材料碾压成形。通常要求初压终了温度≥82℃；终压终了温度≥65℃。沥青混合料拌合时温度过高和过低都是不允许的，过高则沥青化学反应时间越短，过低则由于温度损耗造成施工时间减少，可以说沥青混凝土出料的温度已经决定了其可施工的时间，理想的出料温度是112℃~118℃，可保证其作业时间在50~90分钟左右。沥青混凝土铺设完毕后，还需继续自然养生30~40天，期间禁止一切车辆通行，使其最终完成化学反应过程。环氧沥青混凝土摊铺过程中一旦有水或气泡进入，则会在环氧铺装层中出现空洞鼓包，成为后期环氧沥青质量缺陷的根源，因此施工过程要严格控制人员以及施工车辆的产生水和粉尘对铺装的污染。

通过前面对环氧沥青混凝土材料的分析，就容易理解环氧沥青混凝土施工的主要特点：

1) 环氧沥青混凝土是热拌施工，混合料拌合时需严格控制出料温度，因此对设备的要求较高，需要专门的拌合站设备，专用的进口摊铺车辆；

2) 环氧沥青混凝土从出料、运输到摊铺全过程要求控制温度损失，因此对环境的温度、风速有着苛刻的要求，通常要求环境温度不低于20℃（冬季禁止施工），风速不大情况下施工，同时在运输环节要求将时间控制在最低限度；

3) 由于要求摊铺碾压时间控制在最短，同时对新铺路面不得有任何触碰污染，因此环氧沥青混凝土施工时通常根据摊铺机的宽度，一次摊铺宽度为4~5m。由于一般桥面宽度较宽，如嘉绍大桥单幅桥面宽度达20m，这要求施工单位施工前要制定周密的摊铺路线计划。另外这种施工特点也带来了一个特殊施工环节，即施工缝的处理；

4) 施工过程中任何水或空气进入环氧铺装层都会造成严重的质量缺陷，因此对施工人员的饮水、流汗以及施工车辆产生的水都要严格控制。

从上面几点可以看出环氧沥青混凝土在设备、施工组织、现场管理等方面都有较高的要求，只有将各个施工环节严格控制到位，才能发挥环氧沥青混凝土优异的材料性能。现阶段环氧沥青混凝土铺装的施工技术在国内已经发展较为成熟，目前有众多施工单位可供选择。

(2) 树脂沥青组合体系(ERS)方案

通过前面分析我们已经知道，ERS方案主要特殊在于EBCL层和RA05层，RA05层上的铺装结构和普通混凝土桥面铺装相同。研究人员充分考虑了ERS钢桥面铺装施工便捷性，通过采取特殊的材料工艺措施，使得EBCL层和RA05层均可在常温下进行冷拌施工。

1) EBCL层可以在常温下施工，由于EBCL层不占铺装层厚度，仅需将EBCL材料刷涂在钢板表面，并在EBCL层的指干时间内撒布碎石即可，因此EBCL层的施工十分简单，甚至不用任何机械设备，人工即可完成。

2) 树脂沥青RA05是一种冷拌沥青材料，没有加热环节，可在常温下采用普通拌合设备拌合，摊铺和碾压施工也采用普通车辆机具设备。

整个ERS施工过程没有特殊的环境条件，也没有特殊的机械设备要求，可在全幅桥面进行施工，对施工组织的要求也较低。

4. 价格成本分析

钢桥面铺装的价格成本可以从材料成本和施工过程成本两方面进行判断。环氧沥青混凝土为匀质材料，其材料费用最高的环氧沥青层厚度为55mm。ERS方案材料费用较高的结构层为EBCL层和RA05层，EBCL层不占厚度，RA05层为20mm，RA05层以上的SMA层为常规铺装材料。从材料来源来看，环氧沥青混凝土方案通常采用美国或者日本进口的环氧沥青材料。骨料碎石也有苛刻的要求，国内一般要求采用江苏茅迪出产的高品质碎石，由于产地限制，价格也水涨船高。ERS所采用的全部材料均为国产，骨料碎石甚至可以采用上虞本地出产的材料。此外环氧沥青混凝土需要在钢板表面进行防腐涂装，而ERS不需对钢板表面进行防腐涂装，这方面ERS也节约了成本。因此宏观上ERS铺装的材料费用会低于环氧沥青混凝土。

从施工过程成本上看，前面对两种铺装方案的施工特点已经给出了明确的答案：环氧沥青混凝土从施工机械设备、施工组织、人员投入要求上都要远高于ERS铺装方案。

环氧沥青混凝土施工市场发展已经较为成熟，而ERS在行业内才刚刚起步，核心技术（主要是材料方面）还只掌握在个别施工单位手中，同时ERS的研发人员还存在借助工程完成技术提升的诉求，这些方面也会影响到两种方案的综合价格成本。

初步调研表明，环氧沥青混凝土铺装方案的综合单价在1200~1500元/m2左右，ERS铺装方案综合单价在850元/m2以下。

5. 总结