高性能材料在結構工程中的應用

范家鑫

（大連西成房地產開發有限公司，遼寧 大連 116000）

混凝土是結構工程中非常重要的材料，而伴隨我國近年來建筑行業的蓬勃發展，相關領域內對混凝土的用量與日俱增，甚至一度躍居世界前列。而可以預見的是，在未來相當長一段時間內，鋼筋混凝土依然會作為結構工程的重要材料，促進結構工程在設計方法、施工技術以及試驗技術等方面的跨越和進步。

一、纖維筋在結構工程中的應用

鋼筋是鋼筋混凝土結構的主要配筋材料，而近年來國際上應用較多、研究較多的主要包括樹脂粘結的纖維筋、玻璃纖維筋及芳綸纖維筋。有關國際研究指出，這幾種纖維筋都擁有很高的強度，只是相對而言，玻璃纖維筋的抗堿化的性能相對較低。就其優劣性而言，纖維筋強度高、抗腐蝕，而且具有很好的抗疲勞性、高電阻、彈性變形能力以及較低的磁導性，但也具備松弛值大、斷裂應變性能差、熱膨脹系數大的缺陷。

二、環氧樹脂涂敷鋼筋在結構工程中的應用

在氣候潮濕或者存在腐蝕性介質的環境當中，鋼筋銹蝕很容易影響到結構的耐久性。而為了防止鋼筋銹蝕，采用不銹鋼來進行制造倒不失為一種有效的嘗試，只是其價格略微昂貴一些。

另外一種方法是采用環氧樹脂涂在鋼筋的表面，進而形成防銹涂層。這種方法目前在日本和歐美等國家較為常見，不過我國目前已經擁有相應的生產能力，并基于此制定了嚴格的生產要求和流程。鋼筋會現在工廠當中獲得校直、加熱以及噴涂樹脂粉末方面的操作，并同步形成一種保護膜，待冷卻以后進行校驗，校驗合格以后投入使用。

三、預應力混凝土用鋼棒、螺旋肋鋼絲在結構工程中的應用

在傳統用于預應力混凝土的各種熱處理鋼筋、鋼絲和鋼絞線的基礎上，國內部分材料生產部門通過引入國外先進的生產線，生產出直徑為12.0mm、抗拉強度達到1570 MPa的帶螺旋肋鋼絲和直徑為12.6 mm、抗拉強度達1570 MPa的預應力混凝土用帶螺栓肋的鋼棒。這兩種新生產出來的材料主要特點在于高強度、低松弛，能夠和混凝土產生很好的粘結性，同時可盤卷、可點焊、易墩粗。

四、纖維布、纖維條、纖維板在結構工程中的應用

目前國內大部分項目在對鋼筋混凝土的結構進行加固時，習慣性采用鋼板粘結加固技術，只是因為鋼板本身質量大、不方便運輸、剪切成型存在困難，因此在應用趨勢上，已經呈頹勢。而近年來流行于國內外的，則是以質量輕便、易于加工，且單項抗拉強度高為特征的纖維布、條及板等來代替鋼板所實施的加固技術，并且取得了不錯的效果。從特點來說，這些碳纖維布具有很高的單向抗拉強度，很適合用于鋼筋混凝土的結構加固，但加固厚度一般不超過1毫米，質量輕、密度低，相對來說施工比較方便，既抗腐蝕，也不需要進行定期的維護。

另外，國外在使用纖維布等相關材料時，還會使用不同類型的彈摸來對碳纖維進行優化組合，以求降低成本、控制造價。除卻碳纖維外，和其它纖維筋類似的還有使用玻璃纖維和芳綸纖維制作成的各類產品，也能取得很好的應用效果。

五、再生骨料混凝土在結構工程中的應用

建國初期，我國不少老式的混凝土結構隨著時間的推移陷入老化的情況，不得已要進行拆除、重修、重建，而再次過程中需要耗費大量的成本。而在拆除過程中則面臨著大量的粗骨料再生，這樣不僅可以變廢為寶，而且可以降低環境污染。比如在荷蘭就已經頒布了相應的法律條文，禁止填埋各種沒有經過回收的建筑廢料，并設有相關的材料研究公司，對骨料回收展開研究。

回收的混凝土骨料在進行清洗之后，就可以用來代替混凝土當中的石子。假設混凝土中的所有石子都采用再生骨料來進行替代，那么新生的混凝土強度會是天然骨料混凝土的80%—100%，只是其變形性會相對較差一些，但也有解決的方法：

首先，可以將石子用作100%的再生骨料，將構件的尺寸增加10%；

其次，將20%的天然骨料替換為再生骨料，這樣不僅不會降低混凝土的特性，其強度還會達到65Mpa。

再生骨料混凝土密度小、孔隙率較高，但是因為其密度較之石子作為骨料的混凝土密度還要低，所以其并不是十分符合建筑墻壁的厚度需求；此外較高的吸水率，也導致其并不適合用于室外的建筑模塊。

六、碾壓混凝土在結構工程中的應用

近年來，碾壓混凝土在結構工程當中應用較廣，諸如大體積混凝土結構、工業廠房們地面修建以及公路和機場場道等。使用碾壓混凝土進行澆筑和普通混凝土有著顯著的不同，其平整需要使用推土機、振實需要使用碾壓機、層間處理需要使用刷毛機、切縫則需要使用切縫機。可以說整個施工過程中的施工效率較高、機械化程度較高，勞動條件也比較理想，較之普通的混凝土，可以大幅度縮短澆筑工期，連水泥的用量也會顯著縮減。

在諸如工業廠房、公路等面積較大的混凝土工程當中，采用碾壓混凝土，亦或者在碾壓混凝土當中增加鋼纖維，其耐久性還會得到更進一步的調整與改善。

七、纖維增強混凝土在結構工程中的應用

為了有效改善混凝土本身延展性、抗拉性差的缺點，混凝土當中可以適當添加纖維來求得改善，而且這種調整策略在如今的混凝土應用研究當中頗為常見。當前圍繞纖維增強混凝土所展開的研究主要圍繞在碳纖維、鋼纖維、耐堿玻璃纖維、芳綸纖維等材料上；在承重結構當中，應用較為廣泛的是鋼纖維混凝土，其被細分為用于耐火材料工業中的不銹鋼纖維以及用于土木建筑當中的碳素鋼纖維。

總而言之，混凝土是由多種材料混合而成的綜合性材料，其本身的性能與內部每一個細節的性能息息相關，同時也和應用環境、具體的施工技術有所關聯。從結構工程的視角出發，我們自然希望在未來能夠研究出更多的高性能材料，用于解決建筑工程在設計、結構方面所暴露出的問題和缺陷，推動相關行業持續、健康的發展。