建筑工程新型材料的應用與發展

姚元燊

（貴州中建偉業建設工程有限責任公司 貴州省凱里 556000）

引言

隨著我國城市建設規模的不斷擴大，城市內的建筑數量也明顯呈上升。在各種建筑物中，新型建筑材料的應用占據著主導地位，其在節能降耗、保護環境等方面均具有顯著優勢，有利于進一步提高人們的生活質量。在建筑行業發展中，新型建筑材料的研發與推廣是一項長期工作，必須得到各方的支持，提供良好的應用平臺。

1 建筑材料發展狀況分析

傳統的建筑材料包括水泥、木材、玻璃等等，在科學技術如此發達的今天，傳統的建筑材料已經不能滿足時代發展的需要，不能被人們所認可。因此，經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的建筑材料基礎上發展起來的，其大大減少資源的浪費、減少環境的壓力，具有廣闊的發展空間。

2 建筑工程中的新型材料應用分析

2.1 高強度材料

近年來，高強度的建筑結構材料不斷涌現，在經濟、社會效益方面均具有顯著優勢，其可直接減少材料的使用量，也可減少原料對生產加工、交通運輸以及電力的要求，迎合了我國節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、可泵）；③高體積穩定性（硬化時不開裂、收縮徐變小）；④高抗滲（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、預應力結構中應用效果較好，可有效減小截面尺寸、增大建筑使用面積，也有利于減輕結構自重，減少施工量，獲得更佳的經濟效益。

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，考慮脆性折減系數后，承載力方面優勢不顯。基于此，可采用鋼材有效改善延性，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

在混凝土結構中，鋼筋是關鍵材料，其強度等級直接關系到結構安全性，由此混凝土鋼筋的高強度化發展是一大必然趨勢。

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，但是結構承載力的儲備大幅增加，此外高強度鋼筋應用于混凝土柱，可有效避免構成柱鉸屈服破壞結構。總之，高強度鋼筋可在非抗震、抗震設防地區工民建與一般構筑物得到廣泛應用，也可用作鋼筋混凝土結構構件縱向受力鋼筋、預應力混凝土構件非預應力鋼筋，還可用作箍筋、構造鋼筋等。

根據市場情況來看，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濟效益較好，若是可將我國混凝土結構主導受力鋼筋強度提至400～500MPa（HRB400、HRB500級），可節約鋼筋用量達到30%左右。

2.2 高耐久性材料

建筑結構耐久性設計應該引起足夠的重視，不但能大幅度提高結構的耐久性，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省各種原材料及開采、加工等能源消耗，對建筑實現綠色生態化做出巨大的貢獻。

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裂縫、局部損傷以及腐蝕情況，直接威脅到建（構）筑物的使用安全，縮短使用壽命，嚴重者甚至是引發重大事故。基于此，混凝土的耐久性得到了更為廣泛的關注，“混凝土結構壽命周期評價”逐漸成為行業內研究的一大熱點。

生產高耐久性混凝土是建筑行業發展的必然要求，其質量要求可歸納為以下幾點：①密實度；②抵抗介質作用的鈍化性能；③有害介質含量。基于此，可通過控制原材料質量、優化生產工藝，合理摻加外加劑，如：優質礦物微細粉、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。

在建筑鋼結構中，耐火耐候鋼可不用或減少涂裝，有利于減少相應的維護成本；鋼材的厚度可適當減薄，節約綜合成本超過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，經濟、社會效益均較為顯著。

2.3 輕質材料

對于建筑工程而言，輕質材料的使用有利于減輕建筑物的自重，在節約材料、提高運輸與吊裝效率方面也具有一定的優勢。以混凝土材料為例，隨著高層建筑、大跨建筑的發展，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，其不僅具有輕質的特點，在保溫隔熱、耐火、隔聲、抗震方面也具有優勢，具有極大的推廣應用價值。

2.4 復合建筑材料

長期以來，高層/超高層建筑、大跨建筑結構材料主要是混凝土、鋼材，如：鋼筋混凝土結構、鋼結構、鋼管混凝土結構等等，材料的組成形式較單一，如此復合材料的出現（如：鋼纖維混凝土、纖維增強復合材料等），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，阻斷混凝土內部的毛細管通道，從而大大降低混凝土暴露面水分的蒸發，減少混凝土塑性裂縫、干縮裂縫的出現。

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 纖維增強復合材料（FRP）

纖維增強復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。

與傳統的材料相比，纖維增強復合材料輕質、高強，具有較好的耐腐蝕性能、隔熱性能，其可設計性好、工藝性優良，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實際情況合理選用。

2.5 綠色環保建筑材料

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展，而且更需要與建筑工程材料可持續發展相結合。GHPC具有以下特征：①更多地節約熟料水泥，減小了混凝土生產對環境的影響；②更多地摻入了以工業廢渣為主的細摻料；③充分發揮了高性能的優勢，減少了水泥、混凝土用量；④應用范圍更廣，如：需抗滲、抗凍融的環境均可使用。

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，再生骨料的生產工藝如圖1所示。當前，國內的再生混凝土主要集中應用于非承重構件、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、耗能低的節能型墻材與各類的新型多功能墻材。

根據構造要求，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，在生產中應積極開發使用各種的工業廢渣，發展集“承重、保溫、裝飾”于一體的復合砌塊，如：在混凝土空心磚中，可摻入保溫隔熱性能較好的輕質材料，提高墻體的保溫性能；

圖1 再生骨料的生產工藝

（2）輕質板材，包括石膏板、纖維水泥板、硅酸鈣板等；

（3）復合墻體，這是我國近年來發展較為迅猛的一種新型墻體結構體系，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勢，在北方寒冷地區得到了推廣，應用前景十分廣闊。

3 結語

綜上所述，新型建筑材料是社會進步和提高經濟效益的必然選擇，當今愈來愈多的建筑與資源總量和環境保護存在矛盾，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，減少對生態環境的影響，實現建筑行業的健康可持續發展。

[1]張文輝.淺議新型建筑材料的發展及應用[J].技術與市場，2010（11）：16～17.

[2]關銀平.節能新材料在建筑工程中的應用[J].中國新技術新產品，2012（14）：39～40.

[3]俞力彥，趙芳.淺談新型建筑材料應用中的幾個問題[J].江西建材，2009（01）：22～23.

[4]慎保平.建筑節能新型材料、新技術的推廣應用研究[J].中國城市經濟，2011（12）：26～27.