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除了砂子、石子,混凝土新骨料材料有哪些?效果如何?

混凝土 百度百家号 2020-02-25

摘要:

查阅现有建筑工程的使用年限,坚固程度及污染情况等方面,了解采用土木工程中混凝土的新材料后能否有效解决以上问题。通过查阅各专家学者的相关实验资料结论来论证此观点。用混凝土新的骨料材料的更新换代完善发展建筑工程,为提升建筑物的基础性能和质量性能等,同时也为成本的减低,可持续发展的进程。

关键词:混凝土新材料建筑工程环境

引言:

现在建筑物从勘探设计到施工再到维护最终修建下来会使用浪费大量的资源,消耗大量的人力财力物力同时对环境产生极大的污染。例如:现代社会的城市化进程越来越快,现代化建筑也越来越多,在这背后对材料的要求也逐年增加,而现在的建筑材料的成本及性能根本无法满足持久的矗立。尤其是混凝土采用的砖石、石料、木材、等混凝土骨料材现在不仅原料成本上升了,而且所修建的建筑物的质量也无法长久保证,无法保障人们的基本需求。这样的建筑物是不符合可持续发展的,为此我们需要解决这个问题才能为可持续做出贡献。但是如果采用混凝土骨料新材料,那么会不会对以上问题有所改善呢,本文将为此进行论证。

正文:

土木工程是一个历经千年的学科。从人类文明发展开始,土木工程伴随着人类文明一同发展,与经济政治军事科学相关联。古今中外,只要有建筑物的出现,基本上就相当于土木工程的出现。那么什么是土木工程呢?仅仅就是修一座建筑物或者造一栋房子?可以是也可以不是。简单说土木工程是一个集大成的复合载体。如果说文明是人类进步的体现,那么土木工程就是人类文明的见证者。埃及金字塔的矗立,中国长城的蜿蜒,土耳其的圣菲亚大教堂,德国的勃兰堡门以及奥地利的维也纳金色大厅等等。无一不让我们感叹着土木工程的雄壮。就是这样的巧夺天工不断吸引着我。也让我对它的建筑材料发生了兴趣。

而追溯其建筑的本质是对建筑材料的不同应用。例如:金字塔取材于石,埃菲尔铁塔取材于刚等等。这些建筑有的令人赏心悦目,有的令人舒适欢畅。这是土木工程所带来的巨大作用。世界正在发展,现代化的建筑离不开土木工程,而建筑物则成为许多新技术新材料的复合载体,甚至大型复杂结构核心的现代建筑则成为代表一个国家建筑科学技术的重要标志。而这一事物都足以说明土木工程起着重要支柱作用。而建筑材料其中混凝土材料是对整个建筑物最为核心的材料之一。而混凝土骨料材料的使用是对建筑物的性能使用年限等其关键作用的。

混凝土骨料材料对于建筑物非常重要,没有这个建筑物也无法建成。比如采用轻质骨料材料对地震的承载及延展性。大部分建筑物在设计之初对于承载力的复核要求为0.9倍极限值,而延展性要求一般不能低于6度,也就是说一栋建筑物要做到小震不损大震不倒,离不开对混凝土材料的选取使用。通常所用的钢筋混凝土其抗拉性冷弯性冲击韧性都强于一般砂石混凝土。但是在中震及以上的地震仍不能保护主体建筑的安全,也会直接破坏掉建筑本身,且对建造的成本较高。而如果在建筑物中利用结构消能减震与振动控制技术来保护建筑物,这确实可以保护主体建筑免遭破坏。但是考虑把其中的成本问题,这个技术一直需要实时工作试用期间要浪费极大的能源作为动力。先不说能源的成本,地震时电力系统有几个能安全平稳工作,没有基础电力,其保护作用也就如竹篮打水。并且其造价和维护费用极高对施工单位投资单位消费者来说都是不合理的。那么怎样处理解决问题呢?在成本性能实用性等方面的需求下,混凝土新骨料材料的新型构造以其低成本高性能的优势出现了。

但是在我国大部分地区土木工程发展缓慢,尤其体现在建筑混凝土材料的取用上。其中对砂浆混凝土水泥等基础材料的创新升级不够。不少用传统材料所建造的建筑物在几年间就会出现裂缝老化等问题。不仅对人的生命财产安全构成威胁,在制造这些材料的同时对环境也造成污染。比如一般的房屋建筑用的是C30混凝土。而C30混凝土的最大承受力约为63吨,抗压强度为30MPA。但是其使用年限远远低于法律所要求的年限。C30混凝土需要水泥、砂、石子等骨料和水按相应比例混合。而现在采集原料的成本日益上升,且对土壤河流等造成破坏。修建的建筑物在质量上安全上的保障远远不够,让消费者受损。最终下来从成本安全舒适度上远远不能满足现代人的需求。混凝土骨料材料在供求压力下迫切需要改善升级或使用新材料。

新的骨料材料采用废弃玻璃,普通纤维,橡胶按不同比例混合而成。纤维对于混凝土将带来不一样的特性。在混凝土发生开裂时,纤维可以帮助改善混凝土的拉伸应变,增强其荷载力,从而延长混凝土的使用年限,减少再次复修的成本。比如在地震时混凝土发生断裂时,在普通情况下,会直接断开,但是加入不同比例的纤维之后,会在混凝土之间增加应变力,甚至在大地震中可以保护建筑物。对之后的继续使用维修也不会造成巨大损伤。

而今有的专家利用废弃玻璃取代天然骨料来建造玻璃骨料的混凝土。下面我引用Craig对选取废弃玻璃进行的粒径和碱硅反应。他的研究表明不同类型的玻璃骨料能在不同程度上减轻ASR,通过减轻ASR改善混凝土的耐久性在一定程度上增加其使用寿命。从而增强混凝土对大小自然灾害的抵御能力和自身的使用年限及质量安全性。而废弃玻璃原料易找,取材方便,成本低,可靠性较好,是作为混凝土材料的好材料。此外对抗冻性弹性峰值应变等方面。梁炯丰和刘光焰等学者进行了试验。最后发现玻璃骨料的抗冻性等多种性能明显高于自然骨料的混凝土。只是实验数据的实验,但是并不能代表不能用在实际中。由此可见,采用玻璃骨料代替传统砂石材料是可行的,更符合现代社会绿色发展,而成本和安全性也能被大众所接受。

此外了解到混凝土材料在处于带裂缝的工作状态,具有抗拉强度低,脆性大易断裂破坏等弊端。而这样的建筑物显然不适合长期居住的。比如修建一座大型的商场楼,地基在加固地桩后,对其基础的承载力的要求也是巨大的。采用大型的钢筋混凝土浇灌后的基础和楼层在强度上有一定的提升,但是无论是热轧钢还是冷加工钢在达到一定的极限后,它会迅速断裂,直接对人身安全构成威胁,考虑修建成本及购房者的预算力往往不会采用达到此水准的施工材料。在完工后几年可能很少出现安全隐患,但是越往后它的建筑性能及使用年限不是逐渐减低,而是突然大幅度降低。到最后会弃楼而走。造成极大的资源浪费。也就是说在混凝土材料中的钢筋等增拉性的材料已经不适合现在的可持续发展。

加入橡胶材料的混凝土后。在韧性上会有大幅度提升,减少混凝土的断裂性。通过TAHA等学者利用的中粗细橡胶来取代部分砂石骨料进行的断裂韧度实验。在采用OIC方法进行技术手段后表明加入10%-14%范围内橡胶后的混凝土,断裂能随橡胶量增加而增加。在19%范围内效果最为明显。那么对比砂石的混凝土,显然橡胶的加入更胜一筹。且橡胶在取材过程中,不会对环境造成破坏。其成本及实用性也优于砂石。这样的材料对施工方来说更会合适。

在混凝土骨料中加入纤维、废弃骨料、橡胶按一定比例进行配合,让混凝土在抗拉性,抗冻性,延展性,韧性,硬度,使用年限等等多种性能得到提升。这样的混凝土材料却在制作上相比较传统骨料更为方便好找且成本更合适。

结论:

各种比例骨料的混凝土在其本来性能上有了很大的提升,在成本及污染程度上也是符合可持续发展的,建筑物本身就是文明的象征,而文明的长久来自于对它的修建维护。城市化进程要的不是速度而是质量,扛得住大风大雨,挡得住地震洪水,使用年限长久才是建筑物修建的意义。新型的混凝土骨料可以实现以上的目标,我们为什么不推广和使用呢。


责任编辑:俞垚伊

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