新型材料在建筑工程中的應(yīng)用
摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的提高，新型建材及制品有了良好的發(fā)展機(jī)遇和廣闊的市場空間。經(jīng)過發(fā)展，我國新型建材及制品工業(yè)基本上經(jīng)歷了一個從無到有、從小到大的發(fā)展過程，在全國范圍內(nèi)形成了一個新興的產(chǎn)業(yè)。發(fā)展新型建筑材料是發(fā)展壯大建筑建材支柱產(chǎn)業(yè)，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，培育新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要舉措。本文首先概述新型建筑材料在基礎(chǔ)中種類及特征，其次分析了新型建筑材料行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r,進(jìn)而闡述了發(fā)展新型建材發(fā)展新型節(jié)能建材的意義，最后對新型建筑材料的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望，以及提出發(fā)展對策。
關(guān)鍵詞： 新型建筑材料；基礎(chǔ)工程；高性能；混凝土；
1 緒論
1.1 概述
建筑材料是建筑工程的基礎(chǔ)，建筑材料工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)工業(yè)之一，它用量大，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，直接影響工程的總造價。一般住宅類建筑工程的材料費(fèi)用約占到總造價的50%以上，具有相當(dāng)大的比例；而且建筑材料的品種和質(zhì)量水平制約著建筑與結(jié)構(gòu)形式和施工方法。此外，建筑材料直接影響土木和建筑工程的安全可靠性、耐久性及適用性（經(jīng)濟(jì)適用、美觀、節(jié)能）等各種性能。因此，新型建筑材料的開發(fā)、生產(chǎn)和使用，對于促進(jìn)社會進(jìn)步、發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)具有重要意義。
我國新型建材工業(yè)是伴隨著改革開放的不斷深入而發(fā)展起來的，從l979-2012年是我國新型建材發(fā)展的重要?dú)v史時期。經(jīng)過30多年的發(fā)展，我國新型建材工業(yè)基本完成了從無到有、從小到大的發(fā)展過程，在全國范圍內(nèi)形成了一個新興的行業(yè)，成為建材工業(yè)中重要產(chǎn)品門類和新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。目前, 全國新型建材企業(yè)星羅棋布在市場需求的帶動下, 已經(jīng)形成了全國范圍的新型建材流通網(wǎng)；大部分國外產(chǎn)品我國已能生產(chǎn), 星級賓館所需的新型建筑材料國內(nèi)已能自給；不同檔次、不同花色品種裝飾裝修材料的發(fā)展, 為改善我國城鄉(xiāng)人民居住條件、改變城市面貌提供了材料保證。我國已經(jīng)形成了新型建材科研、設(shè)計、教育、生產(chǎn)、施工、流通的專業(yè)隊伍。
1.2 發(fā)展新型建筑材料的意義
發(fā)展新型建材、推廣節(jié)能建筑是保護(hù)耕地資源的需要。中國房屋建筑材料中70%是墻改材料，其中粘土磚仍占據(jù)主導(dǎo)地位，而生產(chǎn)粘土磚的粘土資源則又是相對較優(yōu)質(zhì)的粘土。從中國耕地資源條件看，全國耕地只占土地面積的13%，目前人均耕地1.43畝，為世界平均值的約1/3。耕地資源緊張，且優(yōu)質(zhì)耕地少，后備資源嚴(yán)重不足已是不爭事實。開發(fā)建材新產(chǎn)品，為推廣節(jié)能建筑開辟了一條可行之路。
發(fā)展新型建材、推廣節(jié)能建筑是緩解能源緊張的需要。建材工業(yè)是和建筑業(yè)密不可分、相互依存的行業(yè)，兩者已一并列入國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。從市場角度看，建筑業(yè)是建材業(yè)的最終用戶，建材行業(yè)產(chǎn)品的77.3%用于建筑業(yè)。目前，中國每年建成的房屋面積高達(dá)16億－20億平方米，但新建筑中95%以上仍屬于高耗能建筑，單位建筑面積采暖能耗為氣候相近發(fā)達(dá)國家的3倍左右，中國建筑能耗已占全國能源消耗的近30%。如果建筑節(jié)能工作仍維持目前狀況，到2020年建筑能耗將達(dá)到10.89億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，僅空調(diào)高峰負(fù)荷將相當(dāng)于10個三峽電站滿負(fù)荷發(fā)電。因此，大力發(fā)展建筑節(jié)能刻不容緩。
發(fā)展新型建材、推廣節(jié)能建筑是改造傳統(tǒng)建材和建筑的重要前提。以礦業(yè)加窯業(yè)為產(chǎn)業(yè)特征的傳統(tǒng)建材業(yè)，目前尚屬資源、能源消耗型產(chǎn)業(yè)。中國建材行業(yè)萬元產(chǎn)值耗煤2.7噸、消耗礦山資源逾100噸，是發(fā)達(dá)國家平均水平的1.5倍－2倍；年能源消耗總量為2.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，礦產(chǎn)資源消耗近40億噸，居全國各行業(yè)前列。就總量平均而言，主要建材產(chǎn)品單位能耗高于世界先進(jìn)水平150%。目前，煤、電、油以及原材料的緊張已成為制約行業(yè)發(fā)展的突出問題。如何減少能源和資源的消耗，最大限度地提高能源和資源利用效率，同時減排降污，保護(hù)環(huán)境，使建材產(chǎn)業(yè)和建筑業(yè)成為節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地的可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)，已成為各級政府需要認(rèn)真研究和解決的一個重要課題。
2 在基礎(chǔ)工程中新型建筑材料應(yīng)用
2.1 幾類混凝土在基礎(chǔ)建筑工程中的應(yīng)用
（1）高強(qiáng)混凝土。在混凝土高強(qiáng)度化的應(yīng)用中，高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（簡稱phc 管樁即高強(qiáng)混凝土）就是在基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用的建筑材料之一。phc 管樁生產(chǎn)采用摻高效減水劑、強(qiáng)制攪拌、高速離心和“蒸養(yǎng)-壓蒸”二次養(yǎng)護(hù)方式，樁身混凝土強(qiáng)度等級超過c80,具有強(qiáng)度高，單樁承載力大，耐打性好，設(shè)計選用靈活方便，成樁質(zhì)量可靠，對樁端持力層起伏變化較大的地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)， 施工速度快，檢測時間短，監(jiān)理方便，現(xiàn)場管理簡單，綜合經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)好等優(yōu)點(diǎn)，在許多工程中得到了成功應(yīng)用。
（2）纖維混凝土。纖維混凝土是一種新型的多相復(fù)合建筑材料，它通常根據(jù)工程結(jié)構(gòu)不同及使用環(huán)境和條件在水泥基體中摻入鋼纖維、玻璃纖維、石棉纖維、碳纖維、聚丙烯纖維、高密度聚乙烯纖維、尼龍纖維等材料，以改善并提高混凝土的抗裂、抗拉、抗彎強(qiáng)度和抗?jié)B防水性能，增強(qiáng)其抗沖擊及抗震能力，已受到工程界的極大關(guān)注并在不斷的工程實踐過程中得到越來越多的肯定。
（3）混凝土膨脹劑?；炷僚蛎泟ê喎Quea）是由硫鋁酸鈣熟料或硫酸鋁熟料、天然明礬石和石膏共同磨細(xì)而成的一種特殊外加劑。它內(nèi)摻（替換水泥率）6%-12%于混凝土中拌制成的補(bǔ)償收縮混凝土，具補(bǔ)償收縮、強(qiáng)度、抗?jié)B和抗凍性能良好的優(yōu)點(diǎn)。灌注樁膨脹劑（簡稱pea），是由鋁酸鹽、硫酸鋁鹽、石膏和有機(jī)外加劑磨制而成的粉狀物。pea 摻入水泥后，由于水化作用形成大量的膨脹性結(jié)晶水化物-鈣礬石，使混凝土產(chǎn)生體積膨脹。通過混凝土樁徑向膨脹作用， 提高了樁與土層的摩擦阻力。而pea 樁的豎向膨脹作用，也提高了樁尖的極限強(qiáng)度。這一徑向和豎向膨脹綜合效應(yīng)，使pea 樁垂直和水平承載能力都得到提高。水泥中摻入20-25%的pea, 單樁承載力提高25%-35%.基礎(chǔ)工程的實踐證明采用pea 樁能節(jié)省投資，大大縮短樁基工工期，同時可節(jié)省工程用電、用水，具有顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益。
（4）噴射混凝土。噴射混凝土是將水泥、砂、石和外加劑（速凝劑、粘稠劑）按一定比例拌合后裝入噴射機(jī)中，借助壓縮空氣吹至噴嘴處與水混合，然后噴向巖壁并在短時間內(nèi)與巖壁粘結(jié)的一種混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)。采用噴射混凝土護(hù)壁由于不需支設(shè)模板，工藝簡單，施工方便，工期短，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
（5）高性能混凝土。高性能混凝土是指采用普通原材料、常規(guī)施工工藝，通過摻加外加劑和摻合料配制而成的具有高工作性、高強(qiáng)度、高耐久性的綜合性能優(yōu)良的混凝土混凝土而成的具有高工作性、高強(qiáng)度、高耐久性的綜合性能優(yōu)良的混凝土。高性能混凝土的拌合料呈高塑或流態(tài)、可泵送、不離析，便于澆筑密實； 在凝結(jié)硬化過程中和硬化后體積穩(wěn)定，水化熱低，不產(chǎn)生微細(xì)裂縫，徐變小，并同時具備低成本經(jīng)濟(jì)合理性。
2.2 化學(xué)灌漿材料
在基礎(chǔ)建筑工程中的應(yīng)用化學(xué)灌漿是巖石工程補(bǔ)強(qiáng)加固手段之一。常用的化學(xué)灌漿材料除傳統(tǒng)類型外出現(xiàn)了諸如甲凝、甲氰凝和環(huán)氧-聚氨酯、丙烯酸酯-聚氨酯等互穿網(wǎng)絡(luò)灌漿材料，其中甲基丙烯酸酯系列是我國獨(dú)創(chuàng)。目前研制的中化-798 漿材，沖破國際上認(rèn)k<10-6cm/s 地層不能進(jìn)行滲透灌漿的灌漿禁區(qū)，而且注入k =10-8cm/s 的地層，為國內(nèi)外處理低滲透性軟弱巖土地層的化學(xué)灌漿技術(shù)開創(chuàng)了新局面。
2.3 粉煤灰磚及粉煤灰拌合物
在基礎(chǔ)建筑工程中的應(yīng)用該產(chǎn)品以粉煤灰、膠凝材料（石灰、石膏、水泥等）為主要原料，摻加適量的外加劑、集料等，經(jīng)坯料制備、振動壓制成型，常壓或高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)而制成的實心磚，是替代實心粘土磚較為理想的一種新型墻體材料。粉煤灰是由燃煤熱電站煙囪收集的灰塵，其顆粒一般比水泥還細(xì)，含有大量的球狀玻璃珠，同石灰、水泥、砂石、土等親合性好，它們的拌合物是優(yōu)良的地基與基礎(chǔ)工程材料，已在水利、道路、建筑工程中得到廣泛應(yīng)用。
（1）粉煤灰中的sio2、al2o3酸性氧化物與石灰消解后生成的ca（oh）2發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等膠凝物質(zhì)，并逐漸硬化產(chǎn)生強(qiáng)度，用以加固地基和作基礎(chǔ)墊層， 在多個工程實踐中得到成功應(yīng)用。
（2）二灰砂樁。用粉煤灰、石灰、砂和多種外加劑制成的灰土樁，處理新填土地基，提高了地基承載力，減少變形量，具有明顯效果。
（3）二灰瀝青混凝土。美國摩爾頓郡修建海布郎公路時， 在拌制瀝青混凝土?xí)r摻入3.5%的消石灰和8%的c 級粉煤灰（高鈣灰）， 使混凝土的強(qiáng)度提高60%-80%,若先拌合石灰，陳化24 小時后再摻入粉煤灰，混凝土的強(qiáng)度可提高1 倍以上。
（4）粉煤灰混凝土。研究表明摻有 高效減水劑的混凝土， 當(dāng)拌合物的水灰比為0.3 或者更低時，使用粉煤灰取代60%的水泥拌制的混凝土，不僅具有強(qiáng)度與耐久性優(yōu)異的特性，同時混凝土的彈性模量、徐變、干縮和凍融性能亦均與普通混凝土相當(dāng)。另外，這種高摻量粉煤灰混凝土抵抗氯離子滲透的能力較強(qiáng)。
（5）cfg 樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，這種樁的骨料仍為碎石，用摻入石屑來改善其顆粒級配，摻入粉煤灰來改善混合料的和易性，并利用其活性減少水泥用量。由于它與周圍被擠壓的土壤共同承受上部傳來的荷載，故又稱為cfg 樁復(fù)合地基。與碎石樁相比，cfg 樁承載力提高幅度較大（與素混凝土樁相近），且具有可調(diào)性，并可有效減少變形。cfg 樁處理費(fèi)用比素混凝土樁節(jié)約20%-30%,且利用了“二廢”（即粉煤灰和石屑），具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
（6）水泥粉煤灰鋼渣樁（簡稱cfs 樁）在濕陷性黃土地區(qū)已被積極應(yīng)用與推廣，并在武漢某熱軋廠板坯庫車間人工填土地基中得到了成功應(yīng)用。cfs 樁的作用機(jī)理主要是通過擠密、樁體分擔(dān)荷載作用來提高地基承載力及減小變形。此外，粉煤灰、石灰和水泥摻合在一起的“三灰”基礎(chǔ)，粉煤灰、石灰混合料中摻入土的“二灰土”墊層和“二灰土”樁，粉煤灰、石灰、碎石或硬質(zhì)礦渣等拌合在一起的“二灰渣”等粉煤灰拌合物在地基基礎(chǔ)中均得到了成功的應(yīng)用。
3 在基礎(chǔ)工程中新型建筑材料發(fā)展的趨勢
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的提高，城鄉(xiāng)建筑迅速增加，因而建筑材料問題已
越來越被社會各界所重視，已成為當(dāng)今社會廣泛關(guān)注的一個重要主題。
3.1 綠色建材應(yīng)成為基礎(chǔ)工程材料
一是節(jié)約資源型，如粉煤灰拌合物是盡量降低天然資源消耗，充分利用工業(yè)廢料作為原材料的綠色建材。二是低能耗型， 如用粉煤灰等工業(yè)廢渣代替粘土磚， 生產(chǎn)相當(dāng)于1000 億塊實心粘土磚的新型墻體材料， 可消耗工業(yè)廢渣7000 萬噸，節(jié)約耕地3 萬畝，節(jié)約生產(chǎn)能耗100 萬噸標(biāo)煤，達(dá)到節(jié)能利廢、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的目的。三是無公害型，如國內(nèi)研制成功了t31,810,x89,cd 等毒副作用較低的一批環(huán)氧漿材改性胺類固化劑， 無溶劑型環(huán)氧漿材、lw、hw 等 水溶性聚氨酯漿材等低污染或無污染的新型建材。四是可回收利用型， 環(huán)保泥漿是一種高分子聚合物所組成的高濃縮性乳液穩(wěn)定液， 用于地下連續(xù)墻或樁基施工，具有穩(wěn)定溝槽的功能，可取代傳統(tǒng)的膨潤土。
3.2 復(fù)合建材是基礎(chǔ)工程材料發(fā)展的必然趨勢
復(fù)合建材是由兩種或兩種以上不同材料，通過一定的加工工藝合成一體的功能材料?，F(xiàn)代建材大多數(shù)是復(fù)合建材，如phc 管樁、粉煤灰拌合物、纖維混凝土等都是復(fù)合建材。復(fù)合建材吸取了單一質(zhì)建材的材性優(yōu)勢和組合建材優(yōu)勢互補(bǔ)的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)使用功能的要求，選擇合適的材料，通過物理或化學(xué)的手段，使不同材料復(fù)合成一種新的整體材料，既能使材料的特性得到充分發(fā)揮，又能合理地做到優(yōu)勢互補(bǔ)。如纖維混凝土中纖維的摻入可以提高混凝土的抗拉及抗沖擊性能，并能有效改善混凝土的脆性，使材料更能適應(yīng)時代的要求。以水泥、粉煤灰、石屑等材料構(gòu)成的低強(qiáng)度樁為“復(fù)合地基”技術(shù)的開發(fā)，為我國地基處理技術(shù)開辟了新領(lǐng)域，填補(bǔ)了天然地基與樁基之間的空白。
3.3 新型建材品種的增加促進(jìn)基礎(chǔ)工程技術(shù)的發(fā)展
目前，新型建材的品種和產(chǎn)量正在以前所未有的速度發(fā)展，基礎(chǔ)工程若能有效地利用性能優(yōu)良的新型建材必將推動基礎(chǔ)工程新技術(shù)、新工藝的發(fā)展。水泥工業(yè)在我國建材行業(yè)中能耗最大，因此要大力發(fā)展生態(tài)水泥。所謂生態(tài)水泥就是廣泛利用各種廢棄物，包括各種工業(yè)廢料、廢渣及城市垃圾為原料制造的一種生態(tài)建材。這種水泥能夠降低廢棄物處理的負(fù)荷，既解決了廢棄物造成的污染，又把生活垃圾和工業(yè)廢棄物作為原材料，變成了有用的建設(shè)資源，從而降低了生產(chǎn)成本。生態(tài)水泥的主要品種有：環(huán)保型高性能貝利特水泥，低鈣型新型水硬性膠凝材料，堿礦渣水泥等。粉煤灰是燃煤發(fā)電場的廢棄物，由于其具有輕質(zhì)多孔的特點(diǎn)和潛在的水硬性，可以作為多種建材的生產(chǎn)原料。開發(fā)粉煤灰建材不僅可以解決能源和資源問題，同時解決了這種工業(yè)廢棄物造成的污染問題。今后在粉煤灰綜合利用方面，需要重點(diǎn)開發(fā)研究的前沿技術(shù)課題有：大摻量粉煤灰制品；各種免燒結(jié)、免蒸養(yǎng)自然養(yǎng)護(hù)工藝的粉煤灰磚制品和粉煤灰陶粒等。
4 結(jié)論
新型建筑材料代表了建筑材料的未來發(fā)展方向,符合世界發(fā)展趨勢和人類發(fā)展的需要?；仡欉^去，我國新型建材及制品工業(yè)有了較大的發(fā)展；展望未來，我國新型建材及制品既面臨機(jī)遇，也面臨挑戰(zhàn)。未來新型建筑材料將全面普及到建筑業(yè)的方方面面，成為時代的需求，是未來建筑行業(yè)發(fā)展的新的技術(shù)風(fēng)向標(biāo)。其光輝的前景已經(jīng)展現(xiàn)在我們的面前。只要加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)，堅定信心，增添措施，我國新型建材及制品工業(yè)一定會快速發(fā)展，真正成為我省新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，為我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高作出更大貢獻(xiàn)。
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