土木工程新技术与新材料.docx

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土木工程新技术与新材料

浅谈土木工程中的材料与施工技术

Materialsandconstructiontechniquesincivilengineering

某同学

（某大学,某专业，某地）

摘要：

随着土木工程设计和施工的改进及发展，新材料的不断涌现，施工技术的不断发明，将影响整个土木建筑的未来。

结构设计规和经验，有利于设计人员提高设计水平和质量，促进设计和施工朝着安全、经济、环保等方向前进！

Abstract:

withtheimprovementanddevelopmentofthedesignandconstructionofcivilengineering,emergenceofnewmaterialsandconstructiontechniquesofcontinuousinvention,willaffectthefutureoftheentirecivilengineeringandarchitecture.Codeforstructuraldesignandexperience,helpdesignersimprovelevelofdesignandquality,promotingthedesignandconstructionofsafe,economicalandenvironmentallyfriendlyway!

关键词：

土木工程材料施工技术

Keywords:

constructiontechnologyofcivilengineeringmaterials

引言：

如今，土木工程建筑深深地影响着人们的日常生活和生产。

土木工程材料的发展、使用，以及土木工程施工技术的改进、运用，都成为了衡量土木工程建筑质量和价值的决定性因素。

1土木工程材料（CivilEngineeringMaterial）

土木工程材料是土木工程建设中最基本、最主要的元素之一，材料的性能也决定了土木工程的质量。

土木工程新材料主要包括土木合成材料（syntheticmaterial）和建筑新型防水材料（Constructionofnewwaterproofmaterial）.

土木合成材料（syntheticmaterial）

在现代土木建设中占据着举足轻重的地位。

土木合成材料是指通过与土体、岩石或其他岩土工程材料相接触，应用于土木建筑工程领域的各种人工合成的或天然的聚合物材料制品。

目前主要包括土工织物（civilfabric）、土工复合材料（civilcompoundmaterial）、土工膜（civilfilm）和土工特种材料（civilspecialmaterial）等。

[3]

土工织物（civilfabric）

使用于20世纪50年代起，采用编制技术生产的透水性土工合成材料，成布状，俗称土工布[6]。

主要原料是聚丙烯、聚酯、聚酰胺等。

具有抗拉强度高、渗透性好、透气性能、耐高温、抗冷冻、耐老化、耐腐蚀、不虫蛀的性能。

在港口与航道工程用时，隔离（使两种或多种材料间不流失，不混杂，保持材料的整体结构和功能，使构筑物载承能力加强）、过滤（或反滤）（利用涤纶短纤针刺土工布良好的透气性和透水，保持水土工程的稳定）、排水（良好的导水性能，将土体结构多余液体和气体外排）、加筋（增强土体的抗拉强度和抗变形能力，增强建筑结构的稳定性，以改善土体质量）、防护（将集中应力扩散，传递或分解，防止土体受外力作用而破坏，其保护土壤）、防穿刺（与土工膜结合成为复合防水防渗材料，起到防穿刺的作用）。

土工织物主要用于路基加固施工技术、均质土坝反滤体施工技术、袋充填砂筑堤施工技术等施工技术。

土工复合材料（civilcompoundmaterial）

复合材料是由两种或两种以上的不同物理性质和化学性质的物质组合而成的,即复合材料是由微观形式或宏观形式组合而成的。

具有多种材料性能、良好的力学性能、材料的可设计性强、材料的可塑性强、良好的透光性、隔音性。

复合材料可制作成各种波纹板、夹层结构板等维护结构制品，还有一些既能作承重结构的，又能作围护结构的壳体结构板材，碳纤维（CFRP）增强塑料，，CFRP（carbonfiberreinforcedpolymer）[13]的力学性能良好，材质轻，施工简便，又具有耐腐蚀性和耐久性，在大型土木工程中作拉索使用，用于提升建筑材料，经久耐用。

因其质量轻并且耐腐蚀性强，可以将其制成混凝土板或大跨梁、架等复合材料可用作承载结构，在建筑材料中可以制成柱子、承重折板、屋面板、楼板等，在化工厂的腐蚀厂房中的承重结构。

[5]土工复合材料在各种工程建设中皆有广泛用途，主要用于堤防工程施工技术、铁路路基工程施工技术等。

土工膜（civilfilm）

由一种或几种合成材料制成的连续的柔性膜状材料，具有极低的渗透性，渗透系数为（1×10-11）~（1×10-13）cm/s，实际上几乎不透水。

[6]土工膜广泛应用于水利、公路、铁路、港口、建筑等工程的各个领域，主要有堤坝防渗工程施工技术、混凝土坝或碾压式土坝修补工程施工技术、土坝建设和堤防加固施工技术等。

土工膜的物理力学性能

品种

　　指标

项目

LDPE土工膜

HDPE土工膜

EVA

普通型

环保型

拉伸强度（纵横）（MPa）

≥14

≥17

≥25

≥18

断裂伸长率（纵横）（%）

≥400

≥400

≥550

≥600

直角撕裂强度（纵横）（N/mm）

≥50

≥80

≥110

≥90

水蒸气渗透系数（g·cm/cm·s·pa）

≤1.0x10-16

≤1.0x10-16

≤1.0x10-16

≤1.0x10-16

使用温度围

+70℃～-70℃

+70℃～-70℃

+70℃～-70℃

+70℃～-70℃

耐环境应力开裂（F20·h）

-

-

≥1500

-

200℃时氧化诱导时间（min）

-

-

≥20

-

土工特种材料（civilspecialmaterial）

主要有土工网垫（由长丝缠绕结合而成的三维透水网垫，又称三维土工垫）；土木膜袋（一种由双层聚合织物制成的连续的管袋状土工合成材料）；土工合成材料黏土衬垫（简称GCL，属于土木复合材料的一种，通常是在上下两层土织物之间夹一层膨润土，或将一层膨润土黏结在土工膜或单层土工织物上而制成的一种土工复合材料）[13]等。

土工特种材料主要应用于砂堤护坡工程施工技术、铁路高填方路基工程施工技术、高陡边坡处治工程施工技术等。

建筑防水材料（简称防水材料）（Constructionofnewwaterproofmaterial）

是一类能使建筑物和构筑物具有防渗、防漏功能的材料，是建筑物的一个重要组成部分。

[1]目前主要包括高聚物改性沥青类防水卷材、合成高分子防水卷材和防水涂料等。

[2]

防水卷材（waterproofcoil）

是一种可卷曲的片状防水材料。

根据防水卷材的主要原料可分为两大类:

高聚物改性沥青类防水卷材（Highpolymermodifiedbitumenwaterproofmembrane）、合成高分子防水卷材（Syntheticpolymerwaterproofingroll-roofing）。

高聚物改性沥青类防水卷材，是以高聚物改性沥青为涂盖物以聚酯胎、玻纤胎等为胎体，表面覆以聚乙烯膜、铝箔膜、砂粒或页岩片的防水卷材。

合成树脂类防水片（卷）材包括:

以聚烯烃类为主的片材、TPO片材（聚丙烯-乙丙橡胶共聚物）、PVC（聚氯乙烯）防水卷材等。

合成树脂类防水片材具有强度高、耐穿刺能力强，主要采用空铺法施工，接缝处理一般采用热焊接法，整体性好、安全系数高。

沥青混凝土，也被称为热沥青混合料（人道主义排雷），包括沥青水泥和集料，在高温下混合在一起放在路上趁热碾压。

[12]广泛应用于工业与民用建筑的屋面与地下防水工程施工技术等。

防水涂料（waterproofcoatingmaterial）

主要包括：

聚合物一水泥防水涂料、丙烯酸酯类防水涂料、聚氨酯系列涂料、无机型防水涂料包括水泥基渗透结晶型防水涂料、界面渗透型防渗剂等。

防水涂料具有防水性能好，操作方便，可适应各种形状复杂的防水基面；与基层粘结强度高；有良好的温度适应性；施工速度快，易于维修等特点。

建筑防水涂料适用于屋面、地下、厕浴间以及外墙防水工程施工技术，年用量约6000万m2。

[6]

2土木工程施工技术（Constructiontechnologyofcivilengineering）

土木工程新技术是现代发明、应用于设计施工的新技术，为设计和施工提供便捷，并加快施工速度。

目前主要包括地下工程与深基础施工技术（Undergroundanddeepfoundationconstructiontechnology）、高层建筑成套施工技术（Constructiontechniqueofhigh-risebuildingset）、小型混凝土砌块建筑和框架轻墙建筑体系技术（Smallconcreteblockbuildingandtheframelightwallbuildingsystemtechnology）、建筑节能、环保与生态建设技术（Technologyofbuildingenergy-saving,environmentalprotectionandecologicalconstruction）、高效钢筋与预应力混凝土技术（Highefficiencytechnologyofreinforcedandprestressedconcrete）、盾构工程施工技术（Constructiontechniqueofshieldconstruction）、土坝坝体黏土浆灌注加固新技术（ForEarthDambodyofclayslurryGroutingstrengtheningtechnology）。

[4]

地下工程与深基础施工技术（Undergroundanddeepfoundationconstructiontechnology）

深基坑施工技术的关键环节主要包括深基坑支护施工技术、深基坑防渗加固技术、深基坑降排水施工技术、深基坑围护结构施工技术以及拉力分散型预应力锚索、预应力土层锚杆等技术。

深基坑工程及其容：

岩土工程勘察与工程调查、支护结构设计、基坑开挖与支护的施工、地层位移预测与周边工程保护、施工现场量测与监控。

[7]降低地下水引起的环境效应、支护结构发生变形和位移引起的环境效应、基坑工程中的环境保护、基坑降水（井点降水与回灌相结合技术）。

[8]

高层建筑成套施工技术（Constructiontechniqueofhigh-risebuildingset）

高层建筑的施工特点：

工程量大、工序多、配合复杂；施工准备工作量大；施工周期长，工期紧；基础深、基坑支护和地基处理复杂；高处作业多，垂直运；层数多、高度大、安全防护要求严层数多；结构装修、防水质量要求高，技术复杂；平行流水、立体交叉作业多，机械化程度高。

因此，要对高层建筑的强度进行严格的控制:

首先是配比的选定:

（1）根据地区市场原材料情况进行不同配比的试验，以确保在施工过程中配比的及时调整；

（2）对实验室配比结合原材料的含水量、含泥量进行施工配合比调整，以确保实验室配比的实际通用性。

然后，制定严格养护制度；加强高层建筑“三线”控制（垂直度的控制、轴线的控制、标高线的控制）[9]。

 小型混凝土砌块建筑和框架轻墙建筑体系技术（Smallconcreteblockbuildingandtheframelightwallbuildingsystemtechnology）

混凝土小型空心砌块（简称混凝土小砌块）是以水泥、砂、石等普通混凝土材料制成的。

优点：

自重轻，热工性能好，抗震性能好，砌筑方便，墙面平整度好，施工效率高等。

弱点：

块体相对较重、易产生收缩变形、易破损、不便砍削加工等，处理不当，砌体易出现开裂、漏水、人工性能降低等质量问题。

混凝土小型空心砌块，适用于建筑地震设计烈度为8度及8度以下地区的各种建筑墙体，包括高层与大跨度的建筑，也可以用于围墙、挡土墙、桥梁和花坛等市政设施，应用围十分广泛。

框架建筑的基本特征是由柱、梁和楼板承重，墙板仅作为围护和分隔空间的构件。

框架之间的墙叫填充墙，不承重。

由轻型墙板作为围护与分隔构件的叫框架轻板建筑，主要优点是空间分隔灵活，自重轻，有利于抗震，节省材料；其缺点是钢材和水泥用量较大，构件的总数量多，吊装次数多，接头工作量大，工序多。

框架建筑适合于要求具有较大空间的多层、高层民用建筑，多层工业厂房，地基较软弱的建筑和地震区的建筑。

建筑节能、环保与生态建设技术（Technologyofbuildingenergy-saving,environmentalprotectionandecologicalconstruction）:

建筑节能的含义是提高建筑使用过程中的能源效率。

节能建材是一种用于降低建筑物能耗的材料，主要包括：

安装了中空镀膜玻璃的塑钢节能窗，可防紫外线、隔绝室外噪音、保持冬季室热量；外墙保温系统材料，用于减少建筑物能源消耗和杜绝热岛效应；室墙砖贴面环保材料，用于避免污染，减少室制冷、取暖能量流失。

技术：

（1）热泵技术：

“热泵”是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，提供可被人们所用的高品位热能的装置，包括:

空气源热泵、水源热泵、地源热泵；

（2）遮阳与自然通风：

自然通风（naturalventilation）依靠室外风力造成的风压和室外空气温度差造成的热压，促使空气流动，使得建筑室外空气交换。

自然通风可以保证建筑室获得新鲜空气，带走多余的热量，又不需要消耗动力，节省能源，节省设备投资和运行费用，因而是一种经济有效的通风方法；（3）照明节能;自然采光人工照明；（4）建筑水综合利用（对建筑中水和雨水的有效利用）；（5）自动化与节能由现代建筑技术、现代电脑技术现代通讯技术和现代控制技术所组成；（6）节能建筑形态:

通过合理的建筑形式和技术设计体现人类与自然和谐共存的关系，以使节能建筑并不局限在一个纯技术的领域之中；（7）既有建筑节能改造;包括居住建筑节能改造和公共建筑节能改造。

高效钢筋与预应力混凝土技术（Highefficiencytechnologyofreinforcedandprestressedconcrete）

高性能混凝土是一种新型的高技术混凝土是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。

它以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求保证混凝土的适用性和强度，并达到高耐久性、高工作性、高体积稳定性、和经济性，为此高性能混凝土在配制上的特点，是低水胶比选用优质原料，并除水泥水集料外，必须掺和足够数量的磨细矿物掺和料外加剂。

其用途十分广泛，如：

Joigny城的三跨后法预应力钢筋混凝土桥，日本明石大桥。

高效钢筋强度变化图

盾构工程施工技术（Constructiontechniqueofshieldconstruction）

盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

工程实例最近有我国典型地质条件特点的以为代表的砂卵石地层盾构施工、以为代表的软土地层盾构沲工、以为代表的复合地层盾构施工。

[11]

盾构机工作原理图

土坝坝体黏土浆灌注加固新技术（ForEarthDambodyofclayslurryGroutingstrengtheningtechnology）

渗透与裂缝是尾矿坝坝体的常见病害，用灌注浆方法处理尾矿坝坝体渗透与裂缝。

目前，坝体灌浆的方法可分为充填式和劈裂式两种，前者是指自重灌浆（孔口压力为零），后者是指利用灌浆压力劈开坝体，形成一道近于垂直并连续的浆体帷幕。

　浆液作用原理：

浆液互压理论、湿陷作用、能量的调整和转换。

灌浆方法只适用于坝体出现异常渗流的均质坝、心墙坝。

灌浆压力一般分三级控制:

①起始劈裂压力；;②单孔最大压力;③屈服压力。

灌浆工艺：

（1）钻孔；

（2）灌浆；（3）终灌标准和封孔。

灌浆结束后,在泥浆排水初凝后再进行封孔,因此时缝泥浆不致回流孔。

灌浆技术能有效解决尾矿坝坝体（均质坝、心墙坝）出现的渗透、裂缝等病害,灌浆能充填裂缝或洞穴、恢复坝体完整性及发挥防渗作用,改善坝体的应力条件,消除拉应力,增强坝体稳定性。

[10]

结语：

土木建筑工程的发展，是一条漫长又曲折的道路。

土木工程材料的发现与土木工程施工技术的发明，将会是提高建筑工程质量水平的一大契机。

材料和技术的合理使用，将会更高效的促进土木工程建筑的环保经济发展。

这需要我们每一个人共同的努力！

参考文献：

[1]程鹏工.新型建筑防水材料[C].大学.2014.1；

[2]启豪.新型建筑防水材料种类和施工工艺浅析[C].华南理工大学土木工程系.510000；

[3]钱巍.土木工程新材料及新技术的应用[M].黄河水利ISBN2009.7.1；

[4]钱春.土木工程新技术[J].2010.11.9；

[5]王贵丽等.论土木建筑基础结构中复合材料的运用[J].科技与企业.2012；

[6]王作文等.土木建筑工程概论[M].化学工业.2012.9；

[7]深基坑工程论文论深基坑施工技术的应用[J].中国月期刊网.2013.11.22；

[8]飞等.地下工程深基坑开挖技术分析[J].交通科技.2010.2；

[9]景海鹏.高层建筑施工特点[C].建筑/土木.2014.2.26；

[10]曾霄祥.尾矿坝坝体灌注粘土浆加固技术[J].矿业快报.2007.11；

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[13]PedroM.G.Femands.EngineeringStructures[M].2015.2；

[14]（印度）MS帕拉理查米（MSPalanichamy）.BasicCivilEngineering[M].机械工业.2005.1.