土木工程材料論文免費範文

　　土木工程材料是土木工程專業一門重要的專業基礎課,在專業知識學習中起著承上啟下的作用。下文是小編為大家蒐集整理的關於的內容，歡迎大家閱讀參考!

　　篇1

　　淺析現代土木工程中新材料的應用

　　【摘要】FRP材料、 CFRP材料、玄武岩纖維材料、智慧材料是現代土木工程中應用的新型材料，這些材料效能優異，易於使用。本文就上述材料的優異效能進行闡述，並分析其在土木工程中的應用空間。

　　【關鍵詞】土木工程;FRP材料;CFRP材料

　　隨著社會科學技術的進步， 土木工程結構學科也獲得了很大的發展， 其發展在很大程度上得益於新材料的應用，如FRP材料、 CFRP材料、玄武岩纖維材料、智慧材料等等，這些材料憑藉優異的效能正被越來越廣泛地應用於橋樑工程、民用建築、海洋工程、地下工程等土木工程建築。

　　1 FRP材料

　　FRP材料即纖維增強複合塑料，FRP由增強纖維和基體組成，一般用玻璃纖維增強不飽和聚脂、環氧樹脂與酚醛樹脂做基體，以玻璃纖維或其製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、抗疲勞效能好等特點。FRP的抗拉強度均明顯高於鋼筋， 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產品彈性模量小，約為普通鋼筋的25%～ 75%，因此， FRP結構的設計通常由變形控制。FRP的抗剪強度僅為抗拉強度的5%～20%， 這使得FRP構件在連線過程中需要研製專門的錨具、夾具[1]。FRP材料可以在酸、鹼、氯鹽和潮溼的環境中長期使用， 因而可提高結構的使用壽命， 這是結構材料難以比擬的。

　　FRP複合材料在土木工程領域的應用快速增長，可用於包括柱、牆、樑、板及面板的抗震及補強加固。FRP纖維複合材料憑藉耐腐蝕效能已廣泛用於加筋土中，由於該材料易被掘進機具切斷，故可用於盾構法掘進豎井的混凝土牆、土釘及臨時支護用的複合材料地錨，而且由於價格低廉，安裝方便，乾溼交替的擋土牆、地基錨杆及噴射混凝土筋中用的也很多。此外。因為良好的拉伸性，FRP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屬於人工材料，可根據工程需要採用不同纖維材料纖維含量和鋪陳方式等不同工藝設計出不同強度指標、彈性模量及特殊效能要求的FRP產品，且FRP剷平形狀可靈活設計。

　　2 CFRP材料

　　CFRP材料即碳纖維增強複合材料，CFRP材料是一種力學效能優異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂複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亦高於鋼。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。碳纖維複合材料的優點是高強度，是鋼鐵的5倍;出色的耐熱性，可以耐受2000℃以上的高溫;出色的抗熱衝擊性;低熱膨脹係數，不宜變形量;熱容量小，較為節能;比重小，僅僅對鋼材料的1/5;優秀的抗腐蝕與輻射效能。

　　碳纖維複合材料在土木工程中的用途主要表現在碳纖維筋、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%，而重量僅為後者的1/5左右;碳纖維與混凝土的附著強度高達713MPa，高於鋼絞線與混凝土2197MPa的附著強度;碳纖維筋具有良好的拉伸疲勞效能及耐腐蝕、抗衝擊、柔性高和易於操作的效能，因此在橋樑、碼頭等易受腐蝕的結構中應用較多。碳纖維增強水泥在水泥及其製品中摻和一定量高效能碳纖維和高效外加劑，以有效控制水泥及其製品塑性收縮及早期裂紋，提高水泥及其製品的密實性，增加水泥及其製品後期強度[2]。碳纖維增強木材是用碳纖維包裹木材或將碳纖維片材鋪設於木材的某個側面或中間而形成的一種新型結構材料。碳纖維的加入使木材的抗拉強度、防腐防火等效能大為提高，使其應用領域更為廣泛。

　　3 玄武岩纖維材料

　　玄武岩纖維是玄武岩石料在1450℃～1500℃熔融後，通過鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的連續纖維。類似於玻璃纖維，其效能介於高強度玻璃纖維和無鹼玻璃纖維之間。玄武岩連續纖維不僅穩定性好，而且還具有電絕緣性、抗腐蝕、抗燃燒、耐高溫等多種優異效能[3]。此外，玄武岩纖維的生產工藝產生的廢棄物少，對環境汙染小，產品廢棄後可直接轉入生態環境中，無任何危害，因而是一種名副其實的綠色、環保材料。

　　碳纖維和是目前世界上所採用的主要的加固補強用的新型材料之一，在橋樑、隧道、房屋等結構抗震加固補強方面具有極為廣闊的應用前景。利用玄武岩纖維高模量、耐衝擊和低成本等優勢，可以開發其在降噪、抗振和抗震等耗能領域的應用。玄武岩纖維還可以用在具有高火災危然的工業建設專案，核電站，化學工業與石化工業，高層建築群，造船工業，汽車製造業等領域。玄武岩纖維及其土工材料具有較高的強度、彈性模量和耐高低溫、耐侵蝕等效能，也適用於路面土工格柵中的基礎材料[4]。

　　4 智慧材料

　　智慧材料實際上是一種模擬生命系統，一方面能夠感知外界環境或內部狀態所發生的變化，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加以改變，做出所期望的某種響應。智慧材料的功能表現為：反饋功能、感測功能、響應功能、資訊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援智慧材料與結構的研究.目前許多項智慧材料及其在土木工程中的應用研究正在我國進行著。目前，智慧材料與結構在土木工程中的應用主要是將智慧材料，比如上文提到的碳纖維等，混入到混凝土中，使混凝土構件具有自我增強、自我診斷、自我癒合以及自我調節的功能[5]。智慧材料在土木工程中重要的應用，是自動化控制技術發展、電腦科學、材料科學的重要階段的產物。因此，土木工程的未來深受高科技材料發展的影響，對此我們國家需要長久的對其研究下去。

　　FRP材料、 CFRP材料、玄武岩纖維材料、智慧材料已經開始應用於現代土木工程建築，但由於價格、應用技術、觀念等因素這些新型材料的應用還不夠廣泛。革新技術、降低成本、加大推廣，這些新型材料能在現代土木工程中發揮巨大作用。

　　【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，2014，7：206

　　[2]暴慶祥;試分析基礎設施和土木建築中碳纖維複合材料的實際應用研究[J];中國科技博覽，2013，34：305.

　　[3]倪晶;紡織材料在建築及土木工程領域的應用[J];江蘇商報***建築界***，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];山西建築，2013，35：133.

　　[5]塗遠;智慧材料在土木工程中的應用[J];福建建築，2014，2：26-28.

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