土木工程前沿

土木工程前沿城乡建设学院2011级土木工程 孙永刚土木工程作为一门古老的学科，有着悠久的历史。随着近现代科学技术的飞速发展，新的建筑材料不断出现。为了使建筑材料能更好地得到应用，在牛顿力学的基础上，材料力学、结构力学、工程结构设计理论等就应运而生，施工机械、施工技术和施工组织设计的理论也随之发展，这些都为土木工程的发展提供了前提条件。水泥，钢材在建筑中的应用使得建筑结构有了新的发展，框架结构、剪力墙结构、筒体结构的出现，促进了高层、超高层建筑的发展，土木工程已经成为一门越来越成熟，越来越系统的学科。那么以后土木工程还会有什么样的发展呢？通过对土木工程前沿的学习，我对土木工程未来的发展有了更近一步的认识。在学习中，我了解到了再生骨料混凝土对节约资源、保护环境、实现可持续发展具有重要意义；也了解到了新型材料活性粉末混凝土良好的力学性能和使用性能，下面我将进行详细介绍。一、再生骨料混凝土随着我国城镇化进程的发展，建筑垃圾排放量逐年增长，可再生组分比例也不断提高。然而，大部分建筑垃圾未经任何处理，被运往郊外或城市周边进行简单填埋或露天堆存，这不仅浪费了土地和资源，还污染了环境；另一方面，随着人口的日益增多，建筑业对砂石骨料的需求量不断增长。长期以来，由于砂石骨料来源广泛易得，价格低廉，被认为是取之不尽、用之不竭的原材料而被随意开采，从而导致资源枯竭、山体滑坡、河床改道，严重破坏了自然环境。生产和利用建筑垃圾再生骨料对于节约资源、保护环境和实现建筑业的可持续发展具有重要意义。1、再生骨料的加工生产将混凝土块等废料经破碎、分级和按一定比例相互配合后得到“再生骨料”作为部分或全部骨料配制的混凝土。在配合比相同条件下，再生骨料混凝土的粘聚性和保水性良好，但流动性差，如果使用减水剂就可以使其流动性大大提高，达到施工要求。目前再生骨料的加工方法大同小异，即将不同的切割破碎设备，传送机械，筛分设备和清除杂质的设备有机地组合在一起，共同完成破碎，筛分和除去杂质等工序，最后得到符合质量要求的再生细骨料和再生粗骨料。再生骨料生产过程包括三个阶段：预处理阶段：除去废弃混凝土中的其他杂质，用颚式破碎机将混凝土块破碎成40mm直径的颗粒；碾磨阶段：混凝土块在偏心转筒内旋转，使其相互碰撞，摩擦，碾磨，除去附着于骨料表面的水泥浆和砂浆。筛分阶段：最终的材料经过过筛，除去水泥和砂浆等细小颗粒，最后得到的再生骨科。2、再生骨料混凝土的基本性能用废弃混凝土块制造再生骨料的过程中，由于破碎机械使混凝土受到挤压、冲撞、研磨等外力的影响，造成损伤积累使再生骨料内部存在大量微裂纹，导致再生骨料自身的孔隙率大、吸水率大、堆积密度小、空隙率大、压碎指标高。这种再生骨料制备的再生骨料混凝土用水量较大、硬化后的强度低、弹性模量低，而且抗渗性、抗冻性、抗碳化能力、收缩、徐变和抗氯离子渗透性等耐久性能均低于普通混凝土。国内外对再生骨料混凝土基本特性的研究成果已表明再生骨料混凝土基本能满足普通混凝土的性能要求，其应用于工程结构是可行的，但目前再生骨料主要用来配制中低强度的混凝土，用在道路面层和垫层，而在建筑物承重结构中一般用的很少。因此必须提高再生骨料混凝土的性能，才能加快再生骨料混凝土的发展和应用。为了提高再生骨料混凝土的性能，须对简单破碎获得的低品质再生骨料进行强化处理，即通过改善骨料粒形和除去再生骨料表面所附着的硬化水泥石，提高骨料的性能：强化后的再生骨料不仅性能显著提高，而且不同强度等级废混凝土制备的再生骨料性能差异也较小，有利于再生骨料的质量控制，便于再生骨料混凝土的推广应用。我相信随着科学技术的飞速发展，对再生骨料混凝土的研究会更加深入，再生骨料混凝土的性能也会越来越好，在实际工程中的应用也会更加广泛！二、活性粉末混凝土混凝土作为土木工程领域应用最广泛的建筑材料，种类繁多，但是这种材料仍存在很多问题，如脆性大，抗火性能差，水灰比较低等，制约建筑结构的发展。针对这些问题，法国BOUYGUES建筑公司于20世纪90年代研究成功一种新型水泥基复合材料，由于增加了组分的细度和反应活性，因此称之为活性粉末混凝土(ReactivePowderConcrete，简称RPC)。活性粉末混凝土由水泥，硅粉，石英砂、钢纤维、高效减水剂和水拌合而成。1、活性粉末混凝土的配置原理、细石英砂在活性粉末混凝土中替代粗骨料，解决了普通混凝土中过渡区薄弱的问题。细石英砂比原来的粗骨料更容易拌合，使得活性粉末混凝土密实均匀，从整体上提高体系的匀质性，从而改善各项性能。、活性粉末混凝土中水泥和硅灰的粒径很小，约0.1pm--1mm，使得活性粉末混凝土内部密实度几乎达到最大值，尽可能的减少材料的初始缺陷。通过提高组分的细度来改善孔隙尺寸的分布，使结构的强度提高，渗透率降低。、高效减水剂的作用是降低水灰比，从而提高水泥浆的强度，提高水泥拌合物的流动性和塌落度，同时大幅度降低活性粉末混凝土拌合时的用水量，减小了空隙率。另一方面，随着用水量的降低，活性粉末混凝土结构中氯离子含量相应的减少，这就增强了抗冻融和耐腐蚀性，提高结构整体的耐久性。、为了提高活性粉末混凝土结构的抗弯折能力，研究人员将抗拉强度高、极限延伸率大、抗剪性能好的钢纤维作为增强材料掺人混凝土中。钢纤维短而细，起到一定的“架桥”作用，获得更高的抗拉强度和抗弯强度，并且提高结构的韧性和延性、在活性粉末混凝土材料凝结前和采用加压成型工艺，快速排除浇注过程中引入的气体和多余的水，消除由凝结期间化学收缩引起的部分空隙，使材料内部结构更加密实，提高材料强度和耐久性。在活性粉末混凝土材料凝固后采用加热养护［12］方式，通过90r的热养护或250°C〜400°C的蒸汽养护来加速活性组分的水化反应，显著地加速了混凝土的火山灰效应。同时可以促进骨料与活性粉末的反应，从而改善孔结构和骨料与水泥石接口的过渡区结构，提高材料的抗渗性能，抗冻融性，耐腐蚀性。可以看出，活性粉末混凝土通过提高组分的细度和加强反应活性来改善内部结构，降低孔隙率，增强过渡区接口的结合程度，从微观结构上提高混凝土的各项性能。通过混凝土凝85结前和凝结期间的制备工艺，如加压成型和加热养护，在外界因素上促进混凝土性能的发挥。2、活性粉末混凝性能：、活性粉末混凝土可以有效地减轻结构物的自重。活性粉末混凝土具有很高的抗压强度和抗剪强度，在结构设计中可以采用更薄的截面或具有创新性的截面形状，从而使结构自重比普通混凝土结构轻得多。、可以大幅度提高结构物的耐久性。活性粉末混凝土材料减小了界面过渡区的厚度与范围。骨料粒径的减小，其自身存在缺陷的机率减小，整个基体的缺陷也减少。活性粉末混凝土十分密实，孔隙率极低，它不但能够阻止放射性物质从内部泄漏，而且能够抵御外部侵蚀性介质的腐蚀，从整体上提高了体系均匀性、强度和耐久性。、采用活性粉末混凝土设计的构件可以极大地减少箍筋和受力筋的用量，甚至可以不设置箍筋。、活性粉末混凝土结构的高耐久性可以极大地减少或免除了维护费用，延长了使用寿命，因而具有很高的性能价格比。、活性粉末混凝土材料的高韧性和结构自重的减轻，有利于提高结构的