时间：2023-11-09 10:44:24
关键词：土工合成材料公路工程应用
中图分类号：X734文献标识码： A
1．概述
土工合成材料作为一种相对新型的施工材料， 已经在欧美等发达国家得到了很成功的应用，目前在铁路、公路、建筑工程中也都得到了很广泛的应用。在公路工程中，土工合成材料通常会被应用于填挖交界处、排水、地基处理、防护以及加筋等重要的隐蔽工程上，而且取得了非常显著的效果。它具有造价低、适用性强、耐久性强，强度高以及耐腐蚀性强等优点。不仅在公路工程行业，而且在水利、铁道、岩土等工程等行业都到了广泛应用。
2．土工合成材料的种类
土工合成材料根据材质和特征的不同，目前可分为以下几中类型：
3 土工合成材料的功能
3.1隔离功能 土工合成材料将两种不同的建筑材料隔开来，也可把相同材料的不同粒径的材料隔开，避免两种材料相互混杂，或者受到外部作用力的时候不至于流失，能够保证所使用建筑材料的整体结构和功能。
3.2防护功能 当外部有比较集中的应力作用到土体上的时候，土工合成材料可以将应力从一种材料传递到另一种材料，从而起到减轻和分解的作用。防护功能主要有两种情况，一种是冲刷防护，另一种是坡面防护。
3.3 滤层功能 土工材料能够使土壤中的液体排出的同时，还可以防止在渗透力作用下的土或者其他颗粒流失，从而引起路基的不稳定性。
3.4排水功能 较厚的土工合成材料能够将土壤中的水分凝聚起来，通过材料的空隙沿着材料流出。
3.5加筋功能 主要是利用土工合成材料的抗拉性来改善土层的力学性能，将材料埋置在土体中，可增强地基的承载力，土基的整体受力，提高路基的整体强度和稳定性，从而能够起到加固路基，稳定土基的作用，土工格栅，由于土粒嵌入格橱孔口之内，产生较大的摩擦力，从而提高土体的强度。
3.6防渗功能 在公路工程施工过程中，土工合成材料由于它具有特殊的结构性能，可以按照工程的需要制成各种层厚，防渗性能也相当明显，在碎石层和路基之间加铺一层防渗土工合成材料，可以有效的起到隔离水份的作用。
4 土工合成材料在公路工程的应用
4.1用于道路面层与基层之间的柔性路面结构层 高等级公路要求“强基薄面”，将高模量的土工合成材料置于路面结构层中，可增大路面结构层的抗拉强度，减薄路面结构层的厚度，保持路面的结构完整性。
4.2用于临时道路 许多林区、海港、油田及一些军用的临时道路要通过水文地质条件不良的地区，采用避绕的方法需延长线路增大投资。将土工合成材料铺设在软弱的地基上，利用其良好的抗拉强度和变形特性，避免其上部的填料在荷载作用下与地基土相混淆，同时约束填料的侧向移动，保证填料层的相对刚度，将上覆荷载扩散到较大面积的地基上，减少地基所需承受的压力。临时道路完成使命后，由于软弱地基土工合成材料的隔离作用其上的填料可回收再用。
4.3用于排水 用软式透水管水平打人路堑边坡中，排除边坡内积水，将其铺设于道路中央分隔带中，进行分隔带排水。
4.4用于植被防护 用三维土工网垫进行路堤(堑)边坡的植被防护，也可将其铺在河岸、水库、池塘岸坡上防止边坡被冲刷，或利用土工织物袋装砂石及土工膜袋作护坡。
4.5用于护坡 用土工格栅和复合加筋带构筑加筋土挡墙和桥台或加陡路堤边坡，增强稳定性，也用于路堤边坡加强层。
4.6调节刚度 用土工格栅和土工网铺设于桥头、填挖交界处、新老路基结合部位，以谓节桥梁到路基的刚度，减小冲击力，防止桥头跳车及错台。
4.7用于软土路基加固处理 用塑料排水板代替砂井以加速软土地基的固结，提高地基承载力。或用土工织物、土工格栅、土工网结合碎石或砂砾垫层铺设于软土地基和路堤之间，利用其抗拉强度加筋软基路堤，保证路堤的稳定性。
4.8用于处理膨胀土和湿陷性路基 用不透水的土工膜作封闭层，使路基土含水量不发生大的变化。
4.9用土工膜铺设于冻融翻浆路段，保持温度稳定减小路基冻害，治理道路翻浆。
4.10用纤维土(土工材料聚酯丝和无粘性土混合)建造陡坡路基和挡墙，法国及英国道路中于70年代末就有先例。
4.11用超轻质填料(聚苯乙烯块EPS)筑路堤，铺在桥台和引堤交接处，以减小地基荷载，防止堤身出现过度沉降和沉降差，以及桥台和引堤交接处错台。
5 结束语
土工合成材料在我国公路工程中的应用时间虽然很短，但由于其施工方便、造价低廉、效果明显、技术可行等优点，因而得到了迅速的发展，已大量应用于路桥工程的各种场合。材料也从单一的土工织物发展到采用具有较高强度和模量的土工格栅、土工网和复合土工织物、玻纤网及土工垫的应用数量也在逐年增加。
参考文献：
[1]王银河， 江志超. 公路施工中土工合成材料应用的探讨[J].中国新技术新产品， 2012，（3）： 45.
[2] 尚福涛. 土工合成材料在公路软基中的应用技术探讨[J].道路工程， 2012， （6）： 47-48.
【关键词】智能材料；土木工程；特点；发展趋势
引言
目前，随着光钎、压磁、压电和形状记忆合金等材料的发展，智能材料已经被广泛应用于土木工程的各个领域。最基本的智能材料一般被称为感知材料，其可以感知内外部刺激的材料。通过感知内外部条件变化，并做出适应环境调整的材料被称作驱动材料。现在的智能材料，一般需要多种材料复合组装来实现环境变化情况下材料结构的诊断、修复、调整。
一、智能材料类型及特点
智能材料概念在20世纪80年代初被系统地提出，并于80年代末得到前所未有发展空间。随着光纤、压磁、形状记忆合金等智能材料的发展，使其在土木工程领域得到较为广泛地应用。智能材料以其具有的不同功能特点通常可分为两大类，一类为可感知外界或内部刺激强度作用的材料，称为感知材料。另一类为可响应或驱动因外界环境条件或内部状态发生变化的材料，也称为智能驱动材料。智能材料结构具有控制、传感与驱动三个要素，可利用自身感知处理信息，发出指令并执行动作，进而实现结构自我监控、诊断、检测、修复、校正与适应等各种功能。一般情况下，单一功能材料难以具有上述多种功能，这需要组元复合或组装多种材料而构成新的智能材料才能实现。
二、土木工程中智能材料的应用
1.形状记忆合金的应用
形状记忆合金是具有形状记忆效应的一种智能合金材料，作为新型功能性材料，最主要的优点就是在激发材料的形状记忆效应过程中，材料可以产生高于700兆帕的回复应力及8%左右的回复应变，同时具有较强的能量传输储存能力。该特性的应用能够将材料置于各种结构中，实现结构的自我诊断、增韧、增强与适应控制的应用研究，而且还可以将材料研制为智能型驱动器，在结构变形、损伤、裂缝及振动等方面开展应用研究工作。相变伪弹性与相变滞后性能是形状记忆合金的另一个优点，在加卸载过程中其应力-应变曲线构成环状，表明材料在此过程中能够吸收耗散较多的能量。形状记忆合金具有高达400兆帕的相变回复力，结合该特性能够研制开展形状记忆合金被动耗能控制系统，该系统可实现相变伪弹性性能，可在土木工程结构中用于耗能抗震的被动控制。通常在结构层间或底部安置形状记忆合金被动耗能控制系统，用于实现耗能系统对结构的层间变形的感知，进而起到消耗地震能量的作用。有关研究结果显示，耗能器安装形状记忆合金结构后，耗能器可吸收约为三分之二的地震能量，并显著抑制结构的位移。
2.压电材料的应用
压电材料一般是指在收到压力后，材料两端会出现电压的晶体材料。压电材料在土木工程中的应用主要包括对于结构的静变形控制、噪声控制和抗震抗风等领域。传统的压电材料使用方法是通过压电传感元件对结构的震动进行感知，利用传感器输出结果，从而实现对于震动的感知和预警。在此基础上，采取合适的控制算法对压电体的输入进行控制和定量，从而实现对于结构震动的控制，这是目前压电类智能材料的研究前沿。随着研究的深入和技术的进步，压电类的智能结构土木工程中的应该越来越广泛。
3.光导纤维的应用
光导纤维由外包层与内芯构成，是一种纤维状光通信介质材料，该材料采用先进的信息传输技术起初用于通信传输系统，由于作为信息载体的光子在速度与容量上高于电子，因此得到较为迅速的发展。光子所具有的高并行处理能力与高信息率，潜力在信息容量与处理速度得到充分发挥。光纤材料在监测、传感及信息远距离传输等方面得到应用，将光纤作为传感元件埋入传统混凝土结构中针对结构方面各项指标实现自动监测、诊断、控制、预报及评价等功能，而且将形状记忆合金等驱动元件埋入，有机结合信息处理系统与控制元件，使混凝土结构具有智能功能，进而实现混凝土结构自我诊断与修复。在土木工程结构诊断及主动控制地震响应中，光纤材料一直作为设计传感器的一种比较理想的材料，我国目前也已将其用于检测评定三峡大坝。
4.压磁材料的应用
压磁材料在土木工程中的应用主要包括磁流变材料和磁致伸缩材料。基于磁流变材料的原理，当磁场的强度高于临界强度时，磁流变在极短时间内从液态向固态转化。在介于固液体之间可根据磁流变液特点具有的快速、可控及可逆性质，控制流体特性实施时需要较低的能量，因此在智能结构中通常将磁流变液作为动器件的主要材料。基于这点，磁流变材料可用于高层建筑的结构中，实现对地震的半主动控制。因为潜在应用前景的广阔，使得磁致伸缩材料近年来得到很大关注。磁致伸缩材料具有强烈的磁致伸缩效应，这种材料可以在电磁和机械之间进行可逆转换，这种特性使其可以用于大功率超声器件、声纳系统、精密定位控制等很多领域。
三、智能材料的发展趋势
在土木工程领域，智能材料的发展趋势集中体现在以下三方面。一是实时监控检测结构状态，在土木结构中集成传感与驱动元件，利用其网络实时监控结构状态，以保证土木工程结构与基础设施的安全，有效降低维修成本。二是形状自适应材料与结构，该结构不仅可承载传递运动，还能检测并改变结构特性，具有较为广阔的应用前景。三是自适应控制减振抗震抗风降噪的结构，在土木工程设计中结构动力响应一直是比较重要的一个问题，尤其是针对桥梁与高层建筑等土木工程结构的抗震抗风问题，研发应用智能材料能够为其提供重要的途径，实现结构的自适应控制。尽管当前的智能材料还存在不同程度的不足之处，但随着有关研究的不断深入，智能材料的性能将得到明显改善。在众多领域中，智能材料都将发挥其潜力，体现出广阔的应用前景，开展的研究包括力学、计算机控制、材料、微电子、人工智能等多个学科技术。
四、结语
综上所述，随着智能材料的广泛应用，同时元件逐渐向小型化、多功能化及高功率化方向发展，在建筑结构中复合控制、传感、驱动系统及耦合/连接元件，建筑结构将发展成为主动式智能建筑结构，对于有效利用太阳能、抵御地震、风振等严重自然灾害影响具有重要作用， 为人们工作生活提供更为舒适安全的环境，对于提高土木工程结构建设质量具有十分重要的意义。
参考文献：
[1]张亚东.智能材料在土木工程中的应用研究[J].科技资讯，2011（30）：49.
[2]黄浦时.关于智能材料在土木工程建设中的研究[J].数字化用户，2013（11）：27.
关键词：土工织物；防汛；抢护
我国在利用天然纤维材料和织物进行防汛护堤、抢险、堵口方面已有很久的历史，但利用土工合成材料来防汛抢险还是一项新技术。土工合成材料是一种新型的岩土工程材料。它以人工合成的聚合物，如塑料、化纤、合成橡胶等为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各层土体之间，发挥加强或保护土体的作用。土工合成材料可分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料等类型。土工合成材料不仅具有较高的强度。而且具有抗冲、耐磨、耐腐蚀和重量轻等特点。
一、概论
土工合成材料是土木工程应用的合成材料的总称。作为一种土木工程材料，它是以人工合成的聚合物（如塑料、化纤、合成橡胶等）为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各种土体之间，发挥加强或保护土体的作用。《土工合成材料应用技术规范》将土工合成材料分为土工织物、土工膜、土工特种材料和土工复合材料等类型。
土工特种材料包括土工膜袋、土工网、土工网垫、土工格室、土工织物膨润土垫、聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）等。土工复合材料是由上述各种材料复合而成，如复合土工膜、复合土工织物、复合土工布、复合防排水材料（排水带、排水管）等。
二、防汛、抢险的传统材料和土工合成材料的特点
堤防、涵闸等各类建筑物的安全渡汛主要采取两个层次的措施：第一是防护，就是避免险情发生；第二是抢险，即一旦险情出现，要迅速采取有效措施消除险情。防汛、抢险最常用的传统材料主要为土料、砂料、石料以及草袋、麻包等，它们作为防汛用材已历史悠久，效果良好，仍然是当前防洪、抢险的主要材料。这些材料虽然有来源广、数量多能就地取材等许多优点，但也存在重量重、体积大、运输困难、施工劳动强度大、施工速度慢、工程质量不易保证等不足。
土工合成材料中的土工织物一般都具有较高的强度，单位质量轻、透水性强、防腐及耐磨性好的特点，同量它还具有以下几方面的功能和作用：
（一）排水功能：土工织物能截断与汇集土体中的渗水，并能将渗水沿垂直织物平面或平行织物平面排出土体；
（二）反滤功能：由于土工织物构造上的水力学特性，在它排出渗水的同时，能拦阻土体颗粒不被带出；
（三）隔离作用：土工织物可能把不同性质或不同级配的土石料隔开，以免互相掺杂，从而可以保证施工质量；
（四）对土体的加筋作用：土工织物有较高的抗拉强度，在土体中可以约束土体的应变，提高土体的综合变形模量，减小土体变形，改善土体的受力状况。
土工织物这些功能和特性，可以克服或改善传统材料的缺点或不足。此外，土工织物施工工艺简单，易保证工程质量，施工速度快，工程造价低（与传统反滤材料相比，可节约投资三分之一到二分之一）。因此对于防汛抢险这种时间性非常紧迫的工程，土工织物将成为一种十分理想的新材料，特别对一些缺土缺砂石料的地区更具有特殊的价值。
三、土工织物在防汛抢险中的应用
汛期江河水位高涨，常居高不下，有时还受到大风大浪侵袭，对于堤防薄弱环节，常容易酿成险情。堤坝工程的主要险情有：迎水坡发生大面积塌落，堤坝内出现贯通水流通道和裂缝，下游出现管涌、流土及成片泡泉，下游坡出现大面积散浸，洪水漫顶等。现针对最常见的险情提出抢护方案。
（一）堤坝坍塌险工的抢护
当堤坝上游有大面积塌落险情时，可采用覆盖软体排防护，这种险情大多要分秒必争地进行抢护。沉排抢险施工方法如下：
1.展排体。将排体运到险工段，放在对应的堤顶上，并展开。
2.横枕装载。指抢险队要把装满土的编织袋放在横枕中心线上，折转枕布将对于尼龙绳头捆在一起，就成装土横枕。
3.滚排成捆。抢险队站在横枕一侧，滚排成捆，后将捆搭到迎水坡堤肩处。
4.打桩挂排。在纵枕对应的堤顶上打桩4-6根，将纵向拉筋绳拴在桩上，松紧要适度，使排体沉好后，上端超出水面为准。
5.沉排护险。抢险队面向迎水坡，往下推滚排体，使排体沉到预定位置，并在上游侧拉紧横向拉筋绳，固定排置，避免移位和翻转。
6.纵向压载。抢险队分成四组，同时向指定竖袋内投入装土的编织袋，直到装出水面为止。
（二）管涌险情的抢护
由于渗流的作用，汛期堤坝及地基基础薄弱处往往发生渗透变形，产生管涌、流土、滑坡等险情，如不及时处理，就将危及堤坝安全。采用土工织物作为滤层，应对可能出现渗透破坏的堤段取土，进行试验计算，确定土工织物型号，然后选购所需土工织物。但在防汛抢险时，有时来不及试验，只能凭经验处理。
使用土工织物对管涌险情的抢护，其施工方法是：
1.将泉眼周围或严重散浸的地面整理平整，清除草皮杂物以及尖角石块。
2.如泉眼较小，可以用整块的土工织物盖住泉眼，如泉眼较大或连片泉眼，则应将土工织物互相搭接并用线缝起来，或采用化学粘合。搭接宽度一般为15-20cm。在松软的土基或水下施工时，搭接宽度应取40-60cm。
3.将土工织物盖在泉眼上面，即以重物将其固定，再由周围向中央压易透水的2-4cm粒径的小卵石或小石子，厚度30-50cm。石子上面再压块石或混凝土块，最后形成中心高，四周低的压重体。
4.铺放土工织物的面积取决于泉眼的大小和严重渗水段的范围，其面积应大于需要保护的渗水范围0.5m以上。施工时应注意以下两点：
对新材料的政策倾斜并非我国特有。近年来各国竞相发展新材料占领制高点，多个国家制定了推动本国、本地区的新材料技术和产业发展计划，在资金上给予大力支持。
资料显示，世界材料产业的产值以每年约30%的速度增长，微电子、光电子、新能源等是研究最活跃、发展最快、应用前景最为投资者所看好的新材料领域。
目前，在我国产业结构升级、促进战略性新兴产业发展和国防军工飞跃的背景下，各行业对新材料的突破和应用致使我国对新材料有着旺盛且急切的需求，国家对发展新材料的扶持政策加码是必然选择。
未来，新材料产业或将被定性为“国民经济的先导产业”，国家也将在经费投入、规划制定、产业政策和成果转化等方面给予支持，新材料投资也必将迎来新的机遇。
在此背景下，我们特别选出新材料领域近年来最热门的特种金属功能材料，对其发展现状和未来趋势进行研究，以飨读者。
新兴产业的必备材料
特种金属功能材料是指具有独特的声、光、电、热、磁等性能的金属材料。《新材料产业“十二五”发展规划》将我国新材料分成6大领域，其种金属功能材料就是新材料产业体系的重要组成部分。
近年来被各国争相发展的新能源汽车、风力发电机、LED照明、核电等领域的生产或者使用过程中，特种金属材料也被屡屡提及。从用途上看，特种金属功能新材料可以被广泛应用于机械装备、汽车、航空航天、海洋工程、家电、船舶、电子、化工、医学等多个领域，其发展水平直接影响整个国家经济的发展。
不仅如此，特种金属功能新材料也是军用飞机、坦克、军用电子等众多军工产品生产所需的关键材料，与国家安全密不可分。因此，无论是从国民经济的发展方面还是国家安全的保障方面考虑，特种金属功能材料的发展都具有重要的战略意义。
根据《新材料产业“十二五”发展规划》，特种金属功能新材料又被细分为稀土功能材料、稀有金属材料、半导体材料及其他功能合金材料四大类。
先说特种金属功能新材料的第一大类――稀土功能材料。稀土功能材料包括磁性材料、发光材料、催化材料、储氢材料等。基于稀土资源的优势地位，我国稀土功能材料发展迅速，稀土永磁材料、发光材料、储氢材料、抛光材料等均占世界产量的70%以上。
其中，稀土磁体材料产量增长最为迅速，2012年我国稀土永磁材料产量达8.96万吨，较2008年增长81.7%。稀土发光材料目前已形成节能灯用稀土发光材料、显示器用稀土发光材料和特种光源用稀土发光材料三大主流产品，随着全球节能照明和消费电子的快速发展，发光材料新技术、新产品不断涌现。
稀土催化材料则随着汽车尾气排放标准的不断提升，尾气净化器产量不断增长而快速增长。2012年用于尾气净化器的稀土催化材料比2008年增长了62.6%。
此外，由于中国储氢合金生产技术尚未成熟，稀土储氢材料的发展相对缓慢，近年来产量并未有明显增长，反而在稀土价格上涨后呈现明显的下滑。
总体来看，尽管近几年我国稀土功能材料取得了较大发展，但产品质量相对低下，技术水平仍待提高。如稀土磁体材料领域，我国高性能稀土磁体材料全球市场份额不足10%；高端荧光粉领域，中国白光LED荧光粉占全球比重不足10%，CCFL荧光粉仅有小批量生产，PDP荧光粉市场尚属空白。
特种金属功能材料的第二大类是稀有金属功能材料，它主要包括钨钼材料、钽铌材料、稀贵金属材料及核级稀有金属材料。
其中，近年来发展最快的是钨钼材料，但与世界先进水平相比，我国钨钼加工产业还存在着相当大的差距，大部分企业装备仍较为粗糙、落后。
钽铌材料也是近年发展较快的稀有金属功能材料。我国已具备了钽金属及合金制品、铌金属及合金制品的生产能力，并成为钽铌材料生产大国，拥有宁夏东方钽业股份有限公司、九江有色金属冶炼有限公司、肇庆多罗山蓝宝石稀有金属有限公司等世界著名企业。2012年，我国电容器用钽粉占世界总产量的比重为25%，电容器用钽丝产量占世界总产量60%以上。但总体来看，目前我国钽铌冶炼加工企业工业产品高端品种偏少、技术含量不高，与国际先进水平相比，企业规模、生产技术以及科技研发水平均存在一定差距。
加快推进核级稀有金属材料国产化是当前的主要任务。锆合金是重要的核电机组堆芯结构材料，但我国现役核电机组堆芯结构使用的绝大部分锆合金材料仍然需要进口。同样，核工业中银铟镉材料受限于我国熔炼、热处理、精整和成型技术和设备制约，目前也大多采用进口。
特种金属功能新材料的第三大类是半导体材料，它主要包括半导体硅材料、新型半导体材料及薄膜光伏材料。
近几年我国硅材料产业发展迅速，但半导体硅材料发展十分缓慢。2009-2012年我国半导体用多晶硅的产量年均增速不足10%。虽然目前我国半导体硅材料拥有一定的生产能力，但仍与国际先进水平存在较大差距。如我国半导体硅材料只能满足国内对4-6英寸硅外延片和4-6英寸重掺硅外延衬底片的需求，满足国内企业对高阻抛光硅片的部分需求，但国内所需的8英寸及12英寸硅抛光片仍有大部分需要进口。
虽然我国十分重视新型半导体材料产业发展，但由于我国研发基础较为薄弱，具有自主知识产权的创新成果较少，产业发展缓慢。我国已经具备了蓝宝石、砷化镓等新型半导体材料的生产能力，但大多数企业自主研发能力较差，低端产品较多，产品的性能指标与国外存在较大差距。目前，国内所需的高端新型半导体材料仍需进口。
除上述三类外的高性能靶材、先进储能材料、新型铜合金、硬质合金材料等都被划分为特种金属功能新材料的第四大类――其他功能合金材料，在产业发展方面也存在迫切需求。
存在的问题
近几年我国特种金属功能新材料的发展取得了一定成绩，如稀土永磁材料生产规模不断增大，硬质合金产业空间布局不断优化，难冶钨资源深度开发应用关键技术获得突破，科力远、中科三环等骨干企业迅速成长。但是，我国特种金属功能材料发展与国外先进发达国家相比还存在较大差距，产业发展也存在一些问题。主要表现在：
第一，部分关键材料依赖进口。
有些材料仍然停留在实验室技术研发阶段，国内尚未实现产业化，完全依赖进口，如超高纯度金属的溅射靶材、高纯度多晶硅等；而有些则是国内拥有生产能力，但产量、性能和质量不能满足要求，如平板显示器所需要的基板玻璃、液晶材料、光学元件等关键材料大部分仍依赖进口。
第二，自主创新能力不强。
长期以来，以跟踪模仿为主、自主创新能力薄弱成为制约当前新材料发展的重要问题。以“硅材料提纯-硅晶片生产-电池片生产-组件封装”的光伏产业链为例，其产业链上游的高纯度硅料生产技术含量高，附加值高，但由于我国多晶硅提纯技术缺失，我国光伏企业的主要业务集中于低附加值的“电池片生产”和“组件封装”，我国光伏产业处于有规模无技术的局面。
第三 ，研发投入不足是制约我国新材料产业发展的现实问题，主要表现在三个方面：一是研发人才的投入不足。新材料产业缺乏高层次的工程技术人员和管理人才，尤其是缺乏创新型领军人物以及复合型、外向型人才。而且，吸引高层次人才的机制环境仍需改善。
二是研发资金投入不足。以我国硬质合金领域为例，其技术研发费用占销售收入的比重不足3%，比高新技术型企业5%的比例低两个百分点。
三是技术创新所用的试验设备、仪器等物品特别是专用设备的投入力度仍待加强，如高温测试仪、超声检测仪、氧氮分析仪、扫描电子显微镜等专用设备价格昂贵，投入严重不足。
第四，产学研用体系仍待完善。虽然目前我国政府积极组织搭建服务平台，推动产学研用紧密结合，也取得了一些成绩，但产学研用严重脱节的问题并没有实质性改变，特别是特种功能金属新材料涉及范围广泛，更需要产学研用密切结合，才能促进其快速发展。
第五，特种金属功能新材料平台建设有待加强。我国已经建成一批特种功能金属材料国家和省部级重点实验室、工程技术中心等研发平台，建立了一批创新和创业服务平台，但公共服务平台仍需进一步完善。如研发平台所需的研发设备、人员队伍等配套能力仍待加强；创新服务平台的数量还远远不能满足需要；公共服务平台的服务能力有待进一步提高；部级的共性技术研发平台和信息共享平台缺乏等。
针对上述情况，我们对我国特种功能金属新材料行业的发展提出如下建议。
第一，未来还应加强特种金属功能新材料的重大科研攻关，提高我国特种金属功能新材料的自身保障能力。对于完全进口的特种功能金属新材料品种，设立重大攻关项目，对关键新材料的生产技术、工艺设备等制约瓶颈进行科研攻关；致力于高品质、高性能产品的研发和技术改进，并积极推进产业规模化发展。
第二，夯实创新基础，提升自主创新水平。打造一批产业人才高地，形成一批国内一流的创新团队；积极落实国家鼓励企业自主创新的财税优惠政策，创造良好的创新环境。
关 键 字:智能-混凝土
随着现代材料科学的不断进步，作为最主要的建筑材料之一的混凝土已逐渐向高强、高性能、多功能和智能化发展。用它建造的混凝土结构也趋于大型化和复杂化。然而混凝土结构在使用过程中由于受环境荷载作用。疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不利因素的影响，结构将不可避免地产生损伤积累、抗力衰减，甚至导致突发事故。为了有效地避免突发事故的发生，延长结构的使用寿命，必须对此类结构进行实时的“健康”监测，并及时进行修复。现有的无损检测方法，如声波检测X射线及C扫描等，只能定性检测，而不能定量、数据化处理，更主要的是不能实现实时监测。因而对结构内部状态的监测和损伤估计还比较困难，甚至是不可能的。传统的混凝土结构的维修方式主要是在损伤部位进行外部的加固，而对损伤的原结构进行维修比较困难，尤其是对结构内部的损伤修复更是非常困难。随着现代社会向智能化的发展，这种停留在被动和计划模式的检测与修复方式已不能适应现代多功能和智能建筑对混凝土材料提出的要求。因此，研究和开发具有主动、自动地对结构进行自诊断、自调节、自修复、恢复的智能混凝土已成为结构一功能（智能）一体化的发展趋势[1]
1 智能混凝土的定义和发展历史
智能材料，指的是“能感知环境条件，做出相应行动”的材料。它能模仿生命系统，同时具有感知和激励双重功能，能对外界环境变化因素产生感知，自动作出适时。灵敏和恰当的响应，并具有自我诊断、自我调节、自我修复和预报寿命等功能。智能混凝土是在混凝土原有组分基础上复合智能型组分，使混凝土具有自感知和记忆，自适应，自修复特性的多功能材料。根据这些特性可以有效地预报混凝土材料内部的损伤，满足结构自我安全检测需要，防止混凝土结构潜在脆性破坏，并能根据检测结果自动进行修复，显著提高混凝土结构的安全性和耐久性。正如上面所述，智能混凝士是自感知和记忆、自适应。自修复等多种功能的综合，缺一不可，以目前的科技水平制备完善的智能混凝土材料还相当困难。但近年来损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土。仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相继出现；为智能混凝土的研究打下了坚实的基础。
1.1 损伤自诊断混凝土
自诊断混凝土具有压敏性和温敏性等自感应功能。普通的混凝土材料本身不具有自感应功能，但在混凝土基材中复合部分其它材料组分使混凝土本身具备本征自感应功能。目前常用的材料组分有：聚合类、碳类、金属类和光纤。其中最常用的是碳类、金属类和光纤。下面主要介绍2种当前研究比较热门的损伤自诊断混凝土。
1.1.1 碳纤维智能混凝土
碳纤维是一种高强度、高弹性且导电性能良好的材料。在水泥基材料中掺入适量碳纤维不仅可以显著提高强度和韧性，而且其物理性能，尤其是电学性能也有明显的改善，可以作为传感器并以电信号输出的形式反映自身受力状况和内部的损伤程度。将一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维掺入到混凝土材料中，可以使混凝土具有自感知内部应力、应变和操作程度的功能。通过观测，发现水泥基复合材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。碳纤维水泥基材料在结构构件受力的弹性阶段，其电阻变化率随内部应力线性增加，当接近构件的极限荷载时，电阻逐渐增大，预示构件即将破坏。而基准水泥基材料的导电性几乎无变化，直到临近破坏时，电阻变化率剧烈增大，反映了混凝土内部的应力一应变关系。根据纤维混凝土的这一特性，通过测试碳纤维混凝土所处的工作状态，可以实现对结构工作状态的在线监测[2]。在入碳纤维的损伤自诊断混凝土中，碳纤维混凝土本身就是传感器，可对混凝土内部在拉、压、弯静荷载和动荷载等外因作用下的弹性变形和塑性变形以及损伤开裂进行监测。试验发现，在水泥浆中掺加适量的碳纤维作为应变传感器，它的灵敏度远远高于一般的电阻应变片。在疲劳试验中还发现，无论在拉伸或是压缩状态下，碳纤维混凝土材料的体积电导率会随疲劳次数发生不可逆的降低。因此，可以应用这一现象对混凝土材料的疲劳损伤进行监测。通过标定这种自感应混凝土，研究人员决定阻抗和载重之间的关系，由此可确定以自感应混凝土修筑的公路上的车辆方位、载重和速度等参数，为交通管理的智能化提供材料基础。
碳纤维混凝土除具有压敏性外，还具有温敏性，即温度变化引起电阻变化（温阻性）及碳纤维混凝土内部的温度差会产生电位差的热电性（Seebeck效应）。试验表明，在最高温度为70℃，最大温差为15℃的范围内，温差电动势（E）与温差t之间具有良好稳定的线性关系。当碳纤维掺量达到一临界值时，其温差电动势率有极大值，且敏感性较高，因此可以利用这种材料实现对建筑物内部和周围环境变化的实时监控；也可以实现对大体积混凝土的温度自监控以及用于热敏元件和火警报警器等可望用于有温控和火灾预警要求的智能混凝土结构中。
碳纤维混凝土除自感应功能外，还可应用于工业防静电构造。公路路面、机场跑道等处的化雪除冰。钢筋混凝土结构中的钢筋阴极保护。住宅及养殖场的电热结构等。
1.1.2 光纤传感智能混凝土
光纤传感智能混凝土[3]，即在混凝土结构的关键部位埋人入纤维传感器或其阵列，探测混凝土在碳化以及受载过程中内部应力、应变变化，并对由于外力、疲劳等产生的变形、裂纹及扩展等损伤进行实时监测。光在光纤的传输过程中易受到外界环境因素的影响，如温度、压力、电场、磁场等的变化而引起光波量如光强度、相位、频率、偏振态的变化。因此人们发现，如果能测量出光波量的变化，就可以知道导致光波量变化的温度、压力、磁场等物理量的大小。于是，出现了光纤传感技术。近年来，国内外进行了将光纤传感器用于钢筋混凝土结构和建筑检测这一领域的研究，开展了混凝土结构应力、应变及裂缝发生与发展等内部状态的光纤传感器技术的研究，这包括在混凝土的硬化过程中进行监测和结构的长期监测。光纤在传感器中的应用，提供了对土建结构智能及内部状态进行实时、在线无损检测手段，有利于结构的安全监测和整体评价和维护。到目前为止，光纤传感器已用于许多工程，典型的工程有加拿大Caleary建设的一座名为Beddington Tail的一双跨公路桥内部应变状态监测；美国Winooski的一座水电大坝的振动监测；国内工程有重庆渝长高速公路上的红槽房大桥监测和芜湖长江大桥长期监测与安全评估系统等。
1.2 自调节智能混凝土
自调节智能混凝土具有电力效应和电热效应等性能。混凝土结构除了正常负荷外，人们还希望它在受台风、地震等自然灾害期间，能够调整承载能力和减缓结构振动，但因混凝土本身是惰性材料，要达到自调节的目的，必须复合具有驱动功能的组件材料，如：形状记忆合金（SMA）和电流变体（ER）等。形状记忆合金具有形状记忆效应（SME），若在室温下给以超过弹性范围的拉伸塑性变形，当加热至少许超过相变温度，即可使原先出现的残余变形消失，并恢复到原来的尺寸。在混凝土中埋入形状记忆合金，利用形状记忆合金对温度的敏感性和不同温度下恢复相应形状的功能，在混凝土结构受到异常荷载于扰时，通过记忆合金形状的变化，使混凝土结构内部应力重分布并产生一定的预应力，从而提高混凝土结构的承载力。
电流变体（ER）是一种可通过外界电场作用来控制其粘性、弹性等流变性能双向变化的悬胶液。在外界电场的作用下，电流变体可于0.1ms级时间内组合成链状或网状结构的固凝胶，其初度随电场增加而变调到完全固化，当外界电场拆除时，仍可恢复其流变状态。在混凝土中复合电流变体，利用电流变体的这种流变作用，当混凝土结构受到台风，地震袭击时调整其内部的流变特性，改变结构的自振频率、阻尼特性以达到减缓结构振动的目的。
有些建筑物对其室内的湿度有严格的要求，如各类展览馆、博物馆及美术馆等，为实现稳定的湿度控制，往往需要许多湿度传感器、控制系统及复杂的布线等，其成本和使用维持的费用都较高。日本学者研制的自动调节环境温度的混凝土材料自身即可完成对室内环境湿度的探测，并根据需要对其进行调控。这种混凝土材料带来自动调节环境湿度功能的关键组分是沸石粉。其机理为：沸石中的硅酸钙含有（3－9）X10－10m的孔隙。这些孔隙可以对水分、N0x和 S0x气体选择性的吸附。通过对沸石种类进行选择，可以制备符合实际应用需要的自动调节环境湿度的混凝土复合材料。它具有如下特点：优先吸附水分；水蒸气压力低的地方，其吸湿容量大；吸、放湿与温度相关，温度上升时放湿，温度下降时吸湿。
1.3 自修复智能混凝土
混凝土结构在使用过程中，大多数结构是带缝工作的。混凝土产生裂缝，不仅强度降低，而且空气中的CO2、酸雨和氯化物等极易通过裂缝侵人混凝土内部，使混凝土发生碳化，并腐蚀混凝土内的钢筋，这对地下结构物或盛有危险品的处理设施尤为不利，一旦混凝土发生裂缝，要想检查和维修都很困难。自修复混凝土就是应这方面的需要而产生的。在人类现实生活中可以见到人的皮肤划破后，经一段时间皮肤会自然长好，而且修补得天衣无缝；骨头折断后，只要接好骨缝，断骨就会自动愈合。自愈合混凝土[4]就是模仿生物组织，对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土传统组分中复合特性组分（如含有粘结剂的液芯纤维或胶囊）在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统，模仿动物的这种骨组织结构和受创伤后的再生、恢复机理。采用粘结材料和基材相复合的方法，使材料损伤破坏后，具有自行愈合和再生功能，恢复甚至提高材料性能的新型复合材料。在日本，以东北大学三桥博三教授为首的日本学者将内含粘结剂的胶囊或空心玻璃纤维掺入混凝土材料中，一旦混凝土在外力作用下发生开裂，部分胶囊或空心玻璃纤维破裂，粘结液流出并深人裂缝。粘结液可使混凝土裂缝重新愈合。美国伊利诺伊斯大学的Carolyn Dry在1994年采用类似的方法，将在空心玻璃纤维中注人缩醛高分子溶液作为粘结剂埋人混凝土中使混凝土具有自愈合功能。在此基础上Carolyn Dry还根据动物骨骼的结构和形成机理，尝试制备仿生混凝土材料，其基本原理是采用磷酸钙水泥（含有单聚物）为基体材料，在其中加人多孔的编织纤维网。在水泥水化和硬化过程中，多孔纤维释放出聚合反应引发剂与单聚物聚合成高聚物，聚合反应留下的水分参与水泥水化。这样便在纤维网的表面形成大量有机与无机物，它们相互穿插粘结，最终形成的复合材料是与动物骨骼结构相似的无机与有机相结合的材料，具有优异的强度及延性等性能。而且在材料使用过程中，如果发生损伤，多孔有机纤维会释放高聚物，愈合损伤。
2 智能混凝规究现状和应注意的问题
前面所述的自诊断、自调节和自修复混凝土是智能混凝土研究的初级阶段，它们只具备了智能混凝土的某一基本特征，是一种智能混凝土的简化形式。因此有人也称之为机敏混凝土。然而这种功能单一的混凝土并不能发挥智能混凝土作用，目前人们正致力于将2种以上功能进行组装的所谓智能组装混凝土材料的研究。智能组装混凝土材料是将具有自感应、自凋节和自修复组件材料等与混凝土基材复合并按照结构的需要进行排列，以实现混凝土结构的内部损伤自诊断、自修复和抗震减振的智能化。
智能混凝土具有广阔的应用前景，但作为一种新型的功能材料，如果投入实际工程，还有很多问题需要进一步地研究：如碳纤维混凝土的电阻率稳定性、电极布置方式、耐久性等；光纤混凝土的光纤传感阵列的最优排布方式；自愈合混凝土的修复粘结剂的选择。封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。解决上述一系列问题将对智能混凝土今后的发展产生深远的影响。为促进智能混凝土研究工作的顺利开展有必要就以下几点形成共识：
（1）开发应有针对性。所谓针对性就是要针对混凝土性能发生恶化和结构发生破坏等现象，考虑不同的智能方法，如针对这些现象，设想开发出一种能应对所有这些情况的手段是很困难的，因此，缩小智能化范围，以某种功能为对象，从而开发出相对最适应的方法是必要的。
（2）实施中应具有可行性。浇注混凝土多在施工现场进行，因而作为智能混凝土的施工方法，对其技术与工艺要求不能过高。应以原有工艺为基础开发相应的较为简单的方法。选用的材料应具有化学稳定性，要有利于安全使用，不挥发任何有刺激的气味和其它有害物质，并能大量应用而且成本较低。
（3）设计应具有综合性。采用智能化，虽然可以提高材料的耐久性，但也会带来负面作用。如由于使用了某种材料虽然能对某种恶化现象进行控制和改善，但是否会对强度等其它性能有所影响，所有这些正反两方面的问题都必须在判断和设计时进行综合考虑和权衡。
【关键词】建筑工程;土建技术;探析
1.现代土木结构的概念
现代材料技术的发展进步促使了人类社会进入了信息时代，信息材料的生产业已实现设计制造一体化。各种具有信息采集及传输功能的材料及元器件正逐渐地进入土木工程师的视野。人们开始尝试将传感器、驱动材料紧密地融合于结构中，同时将各种控制电路、逻辑电路、信号放大器、功率放大器以及现代计算机集成于结构大系统中。通过力、热、光、化学、电磁等激励和控制，使结构不仅有承受建筑荷载的能力，还具有自感知、自分析计算、自推理及自我控制的能力。具体说来，结构将能进行参数（如应变、损伤、温度、压力、声音、化学反应）的检测及检测数据的传输，具有一定的数据实时计算处理能力，包括人工智能诊断推理，以及初步改变结构应力分布、强度、刚度、形状位置等能力，简言之，即使结构具有自诊断、自学习、自适应、自修复的能力。这就是现代土木结构概念的形成过程。
2.建筑工程土建技术常见的问题
土建工程施工项目的质量问题主要表现在引发质量问题的因素复杂，从而增加了对质量问题的性质、危害的分析、判断和处理的复杂性。比如盲目套用图纸，结构方案不正确，计算简图与实际受力不符;荷载取值过小，内力分析有误，结构的刚度、强度、稳定性差;施工偷工减料、不按图施工、施工质量低劣;或是建筑材料及制品不合格，擅自代用材料等原因所造成。由此可见，即使同一性质的质量问题，原因有时截然不同。所以，在处理质量问题时，必须深入地进行调查研究，针对其质量问题的特征作具体分析。例如建构筑物的不正常沉降，地基的容许承载力与持力层不符;也可能是未处理好不均匀地基，产生过大的不均匀沉降等;土建工程施工项目质量问题，轻者影响施工顺利进行，拖延工期，增加工程费用;重者，给工程留下隐患。同时同类型的质量问题，还有可能一再重复发生。
3.现代土木结构技术分析
3.1结构智能化
传统的土木结构是一种被动结构，一经设计、制造完成后，其性能及使用状态将很大程度上存在着不可预知性和不可控制性，这就给结构的使用和维护带来不便。为了解决这一问题，发展出了在线监测结构，它赋予传统土木结构以在线监测机制，从而为探知结构内部性能打开了窗口，使人员可以方便地了解结构内部物理、力学场的演变情况，这就是结构智能化的第一层次。在在线监测结构的基础上，进一步增加了监测数据的智能处理机制，使得结构具有自感知、自诊断、自推理的能力，从而使结构实现了第二层次的智能化。
3.2现代土木结构分类
现代土木结构按其材料可分为两种类型，分述如下。
3.2.1嵌入式现代土木结构
在基体材料如钢结构、钢筋混凝土结构中嵌入具有传感、动作和控制处理功能的材料或仪器，并集成进现代计算机硬件软件技术，由传感元件采集和检测结构内部信息，由计算机对这些信息进行加工处理，并将处理结果通知控制处理器，由控制处理器指挥、激励驱动元件执行相应动作。
属于这种类型的智能结构只需对传统土木结构加以改进即可，无须额外研究结构的传统力学性能，易于做到传统结构与智能结构的平稳过渡，故而成为研究的焦点。
3.2.2基体、智能材料耦合结构
某些结构材料本身就具有智能功能，它们能够随着自身力学、物理状态的改变而改变自身的一些其它性能。如碳纤维混凝土材料能随自身受力情况而改变其导电性能，只要探测到这一改变，便可以间接获得结构的内部力学信息。
按照结构智能化目的的不同，又可将其分为如下几类：①具有裂缝自诊断和自愈合功能的智能混凝土结构;②具有应力应变状态自诊断功能的智能混凝土结构;③具有变形、损伤自诊断功能的智能混凝土结构;④具有疲劳寿命预报能力的现代土木结构;⑤具有监测钢筋或钢构件锈蚀状态能力的现代土木结构;⑥具有感知和自我调节功能的智能减振（桥梁）结构。
3.3现代土木结构的研究内容
3.3.1智能化设计
现代土木结构的首要研究内容就是对传统结构智能化的概念设计策略性研究。需要针对结构类型及其重要性的不同，以及现有工艺技术水平和经济资金情况等多个方面因素，合理地确定智能化目标，在兼顾技术先进性、实用性和经济节省的前提下采用合理功能层次的现代土木结构。确定了智能化目标以后，就需要着手做一些准备工作，它们是：对结构在使用中可能发生的各种行为进行预测，对结构在力学物理环境下出现的各种反应进行预估，以确定结构中需要实现智能化监控的部位，确定整体监控方案。
3.3.2由传感元件实现智能控制
另外一项重要研究内容就是传感元件。感觉是现代土木结构的基础，它利用在传统建筑材料中埋入传感元件（或利用传感、结构耦合材料）来采集各种信息，经过处理分析，才可实现自诊断、自驱动等智能控制功能。有鉴于此，应对传感元件提出一些特殊要求如下：
①尺寸细微，不影响结构外形;②与基体结构耦合良好，对原结构材料强度影响很小;③性能稳定可靠，耐久性好，与基体结构有着相同的使用寿命;④传感的覆盖面要宽;⑤信号频率响应范围要宽;⑥能与结构上其它电气设备兼容;⑦抗外界干扰能力强;⑧能在结构的使用温度及湿度范围内正常工作。
可列入研究范围的元件有：光导纤维，压电陶瓷，电阻应变丝，疲劳寿命丝，锈蚀传感器，碳纤维等。
3.3.3作动材料分析
现代土木结构的最终目标是实现结构的智能控制，而控制是由作动材料实现的。利用某些存在物理耦合现象的材料，尤其是机械量与电、热、磁、光等非机械量的耦合材料，作为结构的作动件。可以通过控制非机械量的变化来获取结构特性（形状、刚度、位置、应力应变状态、频率、阻尼、摩阻等）的改变，从而达到作动目的。对它的要求主要有：①与基体结构耦合良好，结合强度高;②作动元件本身的静强度和疲劳强度高;③驱动方法简单安全，对基体结构无影响，激励能量小;④激励后能产生高效稳定的控制，反复激励下性能稳定;⑤频率响应范围宽，响应速度快，并可控制;常用的作动材料有记忆型合金、压电材料、记忆聚合物以及聚合胶体等。目前有关作动元件的研究正在一些领域展开，如董聪、Crawlay等人评述了几种常用作动/传感材料的性能。
4.结论
正如建筑业是国民经济各部门原动力一样，现代土木结构及智能建筑不仅对于未来土木界的发展意义重大，而且对于目前主要的高科技领域而言也具有重要的意义，它的研发及实现必将进一步带动其它高科技领域的进一步提高，是土木工程界的知识经济。
【参考文献】
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【关键词】水利工程；土石坝；枢纽设计；要点
前言
水利工程与我们生活密切相关，是人们正常用水的保障。在社会不断发展过程中，随着人们用水量不断增加，水利工程建设规模不断扩大。土石坝作为水利工程重要组成部分之一，其设计科学合理性直接影响水利工程建设。因此设计人员在进行土石坝设计前，必须对当地环境进行调查分析，进而实现理想化设计效果[1]。
1水利工程土石坝介绍
1.1土石坝概念
土石坝是指采用当地石料、混合料或土料，经过特殊工艺堆砌而成的挡水坝。在土石坝施工中采用的施工技能相较于其他技能，具有较好经济性能及应用性能，因此在水利工程中应用较为广泛。在实际施工中，由于对土石坝施工使用材料没有明确要求，部分施工队伍使用当地材料，进而有效降低施工成本，提高水利工程经济价值。就拿云南省文山地区来讲，目前已建成的土石坝较多，均采用当地材料进行筑坝，多数土石坝坝型为粘土心墙堆石坝，少部分为粘土心墙风化料坝和混凝土面板堆石坝。此外，土石坝施工步骤简单，只需借助简单的机械设备就能快速完成施工。在施工结束后，检查周围土壤密实度，出现松散情况应进行碾压，确保土壤紧密度，进而提高土石坝的稳定性。随着现代科技不断发展，施工技术、观念不断更新，进一步提升土石坝施工技术。
1.2土石坝优势及设计类型
土石坝是水利工程的一种坝体，在土石坝施工中具有优势众多：①施工使用材料简单，并且价格低廉，减少施工成本支出；②采用科学合理的设计理念，保障坝体性能良好，使用寿命较长；③水利工程施工技术不断创新，进一步提高土石坝施工水平。在土石坝设计前，首先根据施工使用材料、方法及坝高进行分类，高度低于30m的为低坝，30~70m的为中坝，超过70m的为高坝。其施工方式主要有两种：一种是碾压土石坝、另一种是水力冲填土石坝[2]，常用的是碾压土石坝。
2水利工程土石坝枢纽设计问题
2.1影响坝坡质量
在水利工程中，土石坝具有十分重要的作用。如果在土石坝施工过程中，未注意施工细节，导致土石坝框架出现问题，或坝坡稳定性不够，出现失衡现象，将会造成严重后果。在长时间环境作用下，甚至出现土石坝坍塌现象，不仅会破坏当地供水系统，还将威胁下游居民生命财产安全。此外，土石坝失去稳定性后，将影响其排水及渗水功能，进而影响地下水水位，严重破坏了水利工程结构。一旦土石坝出现问题，应及时解决，防止因土石坝结构问题影响水利工程结构。如果长时间不处理，造成的破坏十分严重，因此必须高度重视土石坝稳定性。
2.2影响土石坝稳定性因素
（1）人为因素。①在土石坝出现不稳定情况，施工人员未及时处理，导致土石坝稳定性一再遭到破坏；②在土石坝施工结束后，施工人员未定期做好维护工作，导致土石坝存在潜在安全隐患。如果土石坝出现问题，也不能得到较好解决。为维持土石坝稳定性，可在其周围建设相关工程提高坝坡稳定性，比如开设矿点、修建道路等；或是采用增加排水量，增加土石坝重量[3]。（2）自然因素。①土石坝周围环境因素，包括风力、水流速度、地质灾害及各种自然因素作用；②施工使用的材料稳定性较差，进而破坏土石坝内部结构，在时间使用过程中稳定性受到破坏。在自然环境影响因素下，进一步破坏土石坝内部结构，造成不同程度软化，进而引发坝坡滑坡。
3水利工程土石坝枢纽设计前工作要点
3.1环境调研
在水利工程土石坝设计中，需要考虑的因素较多，比如当地水文气象、地形地质、工程任务和规模等，所以在设计前首先做环境调研工作。由于水利工程与人们日常生活有紧密联系，必须确保土石坝设计与施工的质量，故调研人员必须具备较强专业能力。在调研过程中采用先进的调研技术，确保调研资料有助于后期设计与施工。管理人员根据调研人员资料及实地勘察结果设计施工方案，并绘制设计图纸。在绘制过程中通常采用比例是1：1000或1：500，具体绘制要求根据设计与施工情况而定。建设小型水利工程，绘制的土石坝绘制比例是1：2000或1：1000，中型水利工程，绘制比例是1：10000或1：5000。此外，还应根据实际施工环境，绘制周围地势、地层及石块分布等[4]。
3.2土石坝轴线是设计重点
土石坝轴线是设计重点，轴线是土石坝的垂直投影。在土石坝设计中首先明确轴线位置，才能有效开展接下来的设计工作。确定轴线不仅能确定设计方案及方式，还能有效保障坝体稳定性。因此确定轴线过程中需要考虑因素较多，其中包括地形地质条件、水文气象条件、水库供水条件、枢纽布置、施工条件、库区淹没及渗漏情况、工程占地、工程经济等。选取的土石坝轴线必须满足施工方案，避免选取不合适的轴线，破坏周围环境，造成严重安全事故发生。此外，由于施工地质条件存在较大差异，为确保土石坝稳定性，应选择透水性较小的地基。水利施工材料有限，为降低资源短缺现象出现，选取的轴线必须具有较好经济效益，确保施工材料充足。
4水利工程土石坝枢纽设计中的要点
4.1合理布置土石坝枢纽
在进行水利工程土石坝枢纽设计前，管理人员先对工程现场进行详细勘察，了解当地水文地质条件等，并收集相关参数，并将参数真实反映到报告及图纸上。在对当地情况进行深入研究形成完整设计方案后，应再对工程现场进行勘察，不断优化设计方案，提高设计质量，减小安全隐患发生。在土石坝建设过程中，施工人员严格按照施工图设计方案进行施工，管理人员做好现场监督管理，确保施工高效进行[5]。由于水利工程土石坝枢纽功能较多，枢纽建筑物组成结构也较为复杂，常见枢纽建筑物包括挡水建筑物、泄水建筑物及输水建筑物等，为实现土石坝枢纽全部功能，必须充分考虑影响施工因素，进行科学合理设计施工方案。确保施工项目之间互不干扰，在投入使用后各系统高效运转。在设计过程中还应充分考虑设计方案经济效益，在保障土石坝施工质量情况下，尽量降低资金投入量，进而有效提高经济效益。
4.2土石坝构造设计
不断优化土石坝构造，进一步提高稳定性。土石坝建造的位置不一样，所受水流冲击强度不一样，建造的土石坝构造也不一样。在方案设计过程中，根据当地水流实际情况，设计施工方案。此外还应结合施工参数，计算土石坝承载压力，进一步优化设计施工方案。防止建设的土石坝质量低下，进而影响水利工程建设进度。根据水利工程施工需求，进一步确定土石坝建设的尺寸、使用材料及坝高等。在建设土石坝边坡过程中应考虑实际排水量、建设稳定性及后期维护等。土石坝高度应根据日常水位高度及最高水位高度进行设置，避免数量过大冲击土石坝，破坏其稳定性。并且在施工过程中应充分考虑当地地质灾害，进而优化土石坝结构，降低地质灾害破坏土石坝功能。
4.3防漏排水设计
（1）在土石坝施工中，虽然使用的施工材料为当地石料、混合料或土料，但是在选择前应根据实际施工特点，选择合适的施工材料，选择的材料避免使用易液化的土质。（2）防渗设计是土石坝施工重点。如果在施工中土石坝之间存在较大空隙，不能实现防渗高性能。在设计前，应根据土石坝轴线设计防渗墙，进而有效提高防渗功能。（3）实现土石坝上堵下排功能。在土石坝设计过程中，必须采取相应措施，实现土石坝防渗排水功能。在施工中采用先进的方式进行铺设，有效避免水流渗透。大坝心墙是土石坝稳定关键，为进一步加固土石坝，需选择排水性良好的反滤材料填筑于大坝心墙两侧。同时，在下游坝脚位置设置棱体排水系统，进而有效降低土石坝水位。（4）充分结合排水渗水功能。为实现土石坝排水功能，必须充分结合渗水功能。只有排水功能和渗水功能相结合，才能最大限度发挥土石坡功能。排走土石坡内大量水流，降低渗水压力，进而降低浸润线。（5）合理设计。合理的设计方案，能进一步加强土石坝排水功能，确保水流冲刷不会造成土石坝大面积损害，进而确保水利工程正常运转。
4.4坝坡防滑和加固
（1）在进行设计前，首先了解当地河床及地质情况，其次对当地地质进行实地勘察，了解地基结构和施工使用材料质量，最后结合施工地质情况、当地筑坝材料情况等，计算施工成本支出，进而设计出较好经济效益的设计方案。（2）选择合适的坝型。由于施工情况不一样，施工的坝型种类不一样，其中土石坝常用的代表坝型种类有：混凝土（或沥青混凝土）面板堆石坝、粘土（或沥青）心墙堆石坝、粘土心墙（或斜墙）风化料坝、均质土坝等[6]。在选择坝型上应结合地形地质条件、当地筑坝材料、当地水文气象情况、枢纽布置、施工工艺、抗震性、温度、渗水性、自重等进行充分考虑。再根据当地特点，最终确定建设适合当地的坝型。
关键词：新型建筑材料；建筑功能；绿色建材
新型建筑材料包括新出现的原料和制品，也包括原有材料的新制品。新新型建筑材料是相对于传统建筑材料而言的，它主要包括新型墙体材料、保温隔热材料、防水密封材料和装饰装修材料，具有传统建筑材料无法比拟的功能。建筑材料费用在基本建设总费用中占50%以上，具有相当大的比例；而且建筑材料的品种和质量水平制约着建筑与结构形式和施工方法。此外，建筑材料直接影响土木和建筑工程的安全可靠性、耐久性及适用性（经济适用、美观、节能）等各种性能。因此，新型建筑材料的开发、生产和使用，对于促进社会进步、发展国民经济具有重要意义。
1 新型建筑材料概述
1.1 新型建筑材料的特点。新型建筑材料及其制品工业是建立在技术进步、保护环境和资源综合利用基础上的新兴产业。一般来说，新型建筑材料应具有以下特点：
复合化。所谓复合技术是将有机与有机、有机与无机、无机与无机材料，在一定条件下，按适当的比例复合。然后，经过一定的工艺条件有效地将集中材料的优良性能结合起来，从而得到性能优良的复合材料。
多功能。即要求新型材料从单一功能向多功能方向发展。即要求材料不仅要满足一般的使用要求，还要求兼具呼吸、电磁屏蔽、防菌、灭菌、抗静电、防射线、防水、防霉、防火、自洁、智能等功能。
节能化、绿色。即要求材料不但具有良好的使用功能，还要求材料无毒、对人体健康无害、对环境不会产生不良影响，即新型建筑材料应是所谓的“生态建筑材料”或“绿色建筑材料”。
轻质高强。轻质主要是指材料多孔、体积密度小。如空心砖、加气混凝土砌块轻质材料的使用，可大大减轻建筑物的自重，满足建筑向空间发展的要求。
工业化生产。工业化生产主要是指应用先进施工技术，采用工业化生产方式，产品规范化、系列化。
1.2 新型建筑材料的种类及发展现状。
1.2.1 新型墙体材料。我国新型墙体材料发展较快，新型墙体材料品种较多，主要包括砖、块、板，如粘土空心砖、掺废料的粘土砖、非粘土砖、建筑砌块、加气混凝土、轻质板材、复合板材等。
1.2.2 新型保温隔热材料。我国保温材料不少产品已从无到有，从单一到多样化，质量从低到高，形成以膨胀珍珠岩、矿物棉、玻璃棉、泡沫塑料、耐火纤维、硅酸钙绝热制品等为主的品种比较齐全的产业，技术、生产装备水平也有了较大提高。
1.2.3 新型防水密封材料。防水材料是建筑业及其它有关行业所需要的重要功能材料，是建筑材料工业的一个重要组成部分。在桥梁、隧道、国防军工、农业水利和交通运输等行业和领域中也都需要高质量的防水密封材料。目前拥有包括沥青油毡 （含改性沥青油毡）、合成高分子防水卷材、建筑防水涂料、密封材料、堵漏和刚性防水材料等类产品。
1.2.4 新型装饰装修材料。建筑装饰装修材料品种门类繁多，更新换代十分迅速。目前花色品种已达4000多种，已基本形成初具规模、产品门类较齐全的工业体系。胶印壁纸、全天然壁布及其他功能的壁纸将进一步发展，可基本满足高级宾馆、饭店的需要。
2 新型建筑材料的应用
2.1 新型墙体材料。墙体材料的生产工艺采用现代技术，并将钢铁的耐磨技术移植到墙材生产设备中；生产向大规模、集约型方向发展；生产方法自动化程度更高，普遍采用电脑控制生产全过程。要想新型墙体材料占墙材总量的比例上升，重点是建设上档次、上水平、上规模的主导产品生产线。空心砖重点发展利用废渣的掺加量、高空洞率、高保温性能、高弧度的承重多孔砖、外墙饰面的清水墙砖混凝土砌块，重点发展双排孔或多排孔的保温承重砌块、外墙饰面砌块。重点发展机械化挤压式生产的轻质多孔条板、外墙复合保温或带饰面的装配式板材，并配合建设部门推广应用轻钢结构体系，发展各种装配式条板。
2.2 防水密封材料。目前拥有包括沥青油毡（含改性沥青油毡）、合成高分子防水卷材、建筑防水涂料、密封材料、堵漏和刚性防水材料等五大类产品。1995年新型防水卷材产量4200万平方米，约占防水卷材产量的5%，我国防水材料基本上形成了品种门类齐全，产品规格、档次配套、工艺装备开发已初具规模的防水材料工业体系，国外有的品种我们基本都有。
2.3 高分子化学建材。目前，最活跃的领域是含氟树脂和有机硅改性树脂的研究。建筑防水密封材料在国外竞争激烈，产品更新快，向高分子树脂和高分子改性沥青为基料的方向发展；沥青油毡胎基向玻纤胎基、化纤胎基或树脂薄膜胎基方向发展；屋面防水构造由多层向单层、双层方向发展；施工技术由热熔粘结向常温、自粘、机械固定等方向发展。
2.4 保温隔热材料。泡沫塑料制品在建筑和工业保温领域应用以聚氨酯泡沫塑料和聚苯乙烯泡沫塑料为主。产品向轻质化、高强度、更长使用年限和更低的导热系数发展。新型节能复合墙板目前主要品种有：钢丝网岩棉夹芯复合板（简称GY板）；GRC夹芯复合板；钢板岩棉夹芯复合板；硅钙板、保温层、石膏板复合板材等等。
2.5 复合材料。此类材料在建筑和公共设施领域中广泛应用。如阴井盖、纤维增强树脂筋，混凝土结构修补材料、透明天棚、建筑模板等。复合材料将向着价廉、适用、耐久、成型方便、投资少、材料本身兼容性好、工艺合理，并能尽可能回收利用，以减少环境压力的方向发展。
2.6 新型建筑装饰材料。在不断地探索和研究中，一大批具有良好装饰性、高效保温性、节能性、健康性的装饰材料应运而生：如利用透明玻璃与塑料进行组合，能抑制对流传热的透明隔热材料，随温度改变颜色的新型涂料，自动调节室内湿度的新型墙体材料等。
3 新型建筑材料的发展趋势
适应海陆新型建筑材料。现代社会基础设施的建设日趋大型化、综合化，例如超高层建筑、大型水利设施、海底隧道等大型工程，对其耐久性的要求越来越高。目前，主要的开发目标有高耐久性混凝土、钢骨混凝土、防锈钢筋、陶瓷质外壁胎面材料、弗素树脂涂料、防虫蛀材料、耐低温材料，以及在地下、海洋、高温等苛刻环境下能长久保持性能的材料。
膜材料。在大空间建筑中“第五代建材”膜材料也是一种广泛应用的新型材料，它是由高分子聚合物涂层与基材按照所需的厚度、宽度通过特定的加工工艺粘合而成。例如具有保温、隔热、防风等特点，可以节省建筑能耗。
细微的发展趋势。建筑材料也有向细微发展的趋势，随着纳米技术和纳米材料的进一步发展和研究，国外和国内利用纳米材料研究开发和应用的建筑材料，目前主要是纳米 TiO2光催化生态建材。包括空气净化建材、抗菌灭菌建材、除臭和表面自洁建材等。
智能材料。随着人类智能化的发展，智能化材料也被人们重视和研发。所谓智能化材料，即材料本身具有自我诊断和预告破坏、自我调节和自我修复的功能，以及可重复利用性。
生态建筑材料。生态建筑材料也在研究之中，生态建筑材料的概念来自于生态环境材料。生态环境材料的主要特征是节约资源和能源；减少环境污染，避免温室效应与臭氧层的破坏；容易回收和循环利用。
［关键词］工业建筑新型材料 绿色建材
随着国民经济快速的增长，经济发展与资源环境矛盾日趋尖锐，我国政府进一步加强节能减排工作，大力发展绿色建筑。随之，各种绿色新型材料的不断涌现，施工工艺的不断创新，越来越多的建筑采用了大量的绿色新型建材。工业领域也十分重视绿色工业建筑的发展，对如何做好绿色工业建筑的规划设计、建设施工和运行管理提出了迫切要求。本文就从绿色新型建筑材料在工业建筑中的应用推广角度，浅谈打造绿色建筑行业的几点看法。
一、绿色建材的基本特征
现代科学技术发展迅猛，各种新型绿色建筑材料被研发出来，而这些材料对于我国工业建筑的实现与发展起到了极大的推动作用。 绿色建材不仅不会造成环境污染，而且能够节约资源和能源，更重要的是，绿色建材有益于人们的身心健康，也就是说，绿色建材满足可持续发展的需要，达到了发展与环境保护的统一，当前与长远的结合，因而，提高绿色建材在工业建筑中的使用率，是工业建筑可持续发展的必然归属。绿色建材是指采用清洁的生产技术，少用天然资源和能源，大量使用工农业或城市固体废弃物和农作物秸秆，生产无毒、无污染、无辐射性，有利于环境保护与人体健康的建材，具有以下几个基本特征
特征一：生产建材尽量少用天然资源，大量使用尾矿、废渣或废液、垃圾等废弃物。
特征二：采用低能耗、无环境污染的生产技术。
特征三：在生产中不得使用甲醛、芳香族、碳氢化合物等，不得使用铅、镉、铬及其化合物制成的颜料、添加剂和制品。
特征四：产品的设计宗旨是改善生产环境、提高生活质量，即产品不仅不损害人体健康，而且有益于人体健康。产品具有多功能，如抗菌、灭菌、防霉、除臭、阻燃、隔热保温、防火、调温、消磁、防射线、抗静电等功能。
特征五：产品可循环和回收利用，无环境污染废弃物，以免造成二次污染。
可见，"绿色建材"最基本的功能是维护人体、保护环境，成为保护和治理环境的有益材料，它从源头上就注意消除污染，并始终贯彻在生产、施工、使用及废弃物处理等的全过程。绿色建筑结构体系是从工业建筑可持续发展的高度出发的一种新型的结构体系，其基本概念为：建筑物的骨架即承重体系所用材料是基于绿色建材之上的。这是工业建筑可持续发展的核心部分。
二、绿色新型建筑材料的分类
由于一些传统建材工业，如水泥业、黏土砖瓦业等大量消耗能源，污染环境，而且产品性能上逐渐不能满足现代建筑业的要求，严重影响着社会可持续发展。因此，在国家建材和建筑业发展的产业政策中，发展新型建材一直是主导方向之一。绿色新型建筑材料是区别于传统的砖瓦、灰砂石等建材的建筑材料新品种，包括的品种和门类很多。从功能上分，有墙体材料、装饰材料、门窗材料、保温材料、防水材料、粘结和密封材料，以及与其配套的各种五金件、塑料件及各种辅助材料等。从材质上分，不但有天然材料，还有化学材料、金属材料、非金属材料等等。到上个世纪九十年代后期，新型建材的内涵发展为“用新的工艺技术生产的具有节能、节土、利废、保护环境特点和改善建筑功能的建筑材料”，例如：我国新型混凝土材料、防水材料、保温隔热材料、环保型装饰装修材料等新型建材得到很大发展.在这里重点介绍一下新型混凝土材料的应用。
“清水混凝土”一直是国内建筑领域少人涉足的一片神秘之地。20 世纪初时, 混凝土因其力学特性开始广泛应用于建筑施工领域,到20世纪中期, 建筑家们逐渐把目光从混凝土作为结构材料的具体利用转移到材料本身所拥有的柔软感、刚硬感、温暖感、冷漠感等材质对人的感官及精神的影响和刺激上,开始用混凝土作为结构材料与生俱来的装饰性特征来表达建筑传递出的情感。国内有的航站楼采用的就是清水混凝土技术。这种新混凝土没有色差、气泡和裂纹,也不用进行刷漆装修,完全是自然灰色调,非常质朴。 高性能混凝土高性能混凝土（>40MPa）首先用于30 层以上高层建筑物的钢筋混凝土结构，因为这种建筑物下部三分之一的柱子，在用普通混凝土时断面很大。除节省材料费用外，与钢结构相比，加快施工速度也是采用混凝土结构的重要特点。高性能混凝土是一种新型的高技术混凝土，是在大幅度提高常规混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术，选用优质原材料，在妥善的质量控制下制成的。除采用优质水泥、集料和水外，配制高性能混凝土还必须采用低水胶比和掺加足量的矿物细掺料与高效外加剂。
三、绿色新型建材在工业建筑中的推广应用
节约能源与开发新能源是解决日趋严峻的全球能源危机的唯一出路，而建筑能耗在整个能源消耗中约占30%-40%，故建筑节能的意义不言而喻。树立绿色建筑供能节能和绿色建筑装饰的设计与施工理念，是工业建筑可持续发展的必然归宿。面向新世纪运用生态学中的共生与再生原则,结合自然并具有良好的生态循环方面将是工业建筑的发展方向之一。
关键词：混凝土；掺合料；掺合料技术；生产和使用
Abstract: based on the concrete admixtures mechanism of action, the production and use of research, in order to make full use of concrete admixtures, also make the concrete admixtures quality guaranteed, think concrete admixtures production must be completed within the professional factory, and according to concrete performance requirements of the production, the only way to make scientific, reasonable and effective to make full use of concrete admixtures.
Keywords: concrete; Admixtures; Admixtures technology; Production and use
中图分类号：TU377 文献标识码：A 文章编号
前言
随着混凝土技术的发展，矿物掺合料的研究与应用技术也呈现出较好的势头，就矿物掺合料的使用历史而言不同时期掺入掺合料的目的是不同的，在20世纪50、60年代，人们在拌制混凝土时常常用一定量的掺合料来代替部分水泥，到20世纪70、80年代，由于对掺合料认识水平的提高，在水工、大型建筑物的基础等一些大体积混凝土中掺入矿物掺合料是为了降低混凝土的水化放热量，减少温度裂缝，90年代以后，人们对掺合料的认识有了很大的转变，不再把一些工业废渣看成是混凝土的掺合料，而把它看成是混凝土中必不可少的改性材料，也因此掺合料的品质有了很大的提高，掺合料的技术也有较大幅度的提高。特别是制备高性能混凝土矿物掺合料更是不可或缺的组分，它在改善混凝土的力学性能和耐久性能方面起着至关重要的作用。
混凝土掺合料按其活性大小可划分为活性材料和非活性材料两种，所谓的活性材料即指在常温常压下有水存在时可与激发剂水化形成水硬性胶凝产物的物质，而非活性材料仅能改善混凝土的和易性。但这两者又不能截然分开，在一定条件下是可以相互转化，例如石灰石粉一般不作活性材料使用，但若水泥熟料矿物铝酸三钙较多时，则可与铝酸三钙的水化产物形成水化碳铝酸钙对混凝土的早强有利，石英粉一般也不作为活性材料使用，但混凝土构件养护温度较高时活性则可大幅度增加，当然石英粉体颗粒足够细时也会具有一定活性，活性材料按水化机理又可分为火山灰活性和潜在水硬性活性两类。如粉煤灰、凝灰岩、烧粘土等是火山灰质活性材料，需要有激发剂存在时才能发生水化反应；而钢渣、水淬矿渣等是具有潜在水硬性活性材料即自身就具有一定的水化能力。
习惯上将水泥生产时加入的活性材料称混合材，在混凝土拌制时加入的活性材料称为混凝土掺合料。
混凝土掺合料的作用机理
混凝土掺合料是通过改善水泥胶凝材料的组成、数量、颗粒级配等，来提高混凝土强度、耐久性、改善混凝土和易性和体积稳定性的，这主要是借助以下几种理化效应取得。
活性效应
粉煤灰的活性效应是指它的活性成分所产生的化学效应。粉煤灰的活性取决于火山灰反应能力，即粉煤灰中具有化学活性的SiO2和Al2O3与Ca(OH)2反应，生成类似于水泥水化所产生的水化硅酸钙和水化铝酸钙等反应产物，这些水化物可作为胶凝材料的一部分起到增强作用。火山灰反应在水泥水化析出的氢氧化钙吸附到粉煤灰颗粒表面的时候开始（即二次水化反应），一直可延续到28天后的相当长时间内。
形态效应
粉煤灰的形态效应是指粉煤灰粉料由其颗粒的外观形貌、内部结构、表面性质和颗粒级配等物理性状所产生的效应。在高温燃烧过程中形成的粉煤灰颗粒，绝大多数为玻璃微珠，是外表比较光滑的类球形颗粒，由硅铝玻璃体组成。由于球形颗粒表面光滑，故掺入混凝土后能起滚珠作用，能不增加或减少混凝土的拌和用水量，起减水作用，但是粉煤灰在形貌上的另一特点是它的不均匀性，如果内含较粗的、多孔的、形状不规则的颗粒占优势，则不但丧失所有物理效应的优越性，而且还会损害混凝土原来的结构和性能，所得到的是负效应，粉煤灰的这种形态应还经常会影响其它效应的发挥。
微集料效应
粉煤灰的微集料效应是指粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充孔隙和毛细孔，改善混凝土孔结构和增大密实度的特性。粉煤灰微集料的优越性能体现在如下几点：
①玻璃微珠本身强度很高。
②微集料效应明显地增强了硬化浆体的结构强度。在粉煤灰和水泥浆体界面处形成的粉煤灰水化凝胶的显微硬度大于水泥凝胶的显微硬度。这就说明粉煤灰对混凝土中浆体与集料间界面这个最薄弱的连结部位有增强作用。
③粉煤灰微粒在水泥浆体中分散状良好，它有助于混凝土中孔隙和毛细孔的 填充和“细化”。
粉煤灰的这三个效应是共存于一体且是相互影响的，不应强调某一效应而忽视其它效应，对混凝土的某一性能，在某种条件下，可能某一效应起主导作用，在另外条件下，对混凝土的另外性能，则可能是另一效应起主导作用，应具体情况具体分析。
混凝土掺合料的应用技术效果
建筑工程技术人员都知道许多特殊性能的混凝土可以通过添加混凝土外加剂来获得，如能正确运用掺合料技术有时也能达到相应的效果，不仅能降低混凝土生产成本还能避免外加剂对混凝土性能产生的不良影响。
如与混凝土外加剂类比混凝土掺合料可以起到的作用有：
（1）减水功能：优质粉煤灰因有球形的外貌，具有一定减水效果是容易理解的，加了高效减水剂的混凝土再掺入矿物掺合料会具有更好的减水效果，尤其是在化学减水剂无能为力的超低水胶比时矿物掺合料还能具有一定的减水功能。
（2）早强功能：超细掺合料因其颗粒非常小，填充在大一点的颗粒之间使其相互尽早搭接，水化速度快早强效果好。
（3）缓凝功能：当混凝土掺入较多掺合料如粉煤灰、矿粉、煤矸石细粉等，使得混凝土拌合物单位空间内水泥熟料相应减少，早期形成的水化产物少，水化产物数量不足以将颗粒彼此进行有效连结使混凝土拌合物产生了缓凝，所以通过合理选择矿物掺合料的品种和数量可以取得一定的缓凝效果。
关键词：混凝土；建筑材料；可持续性发展
1 建筑材料的概念
建筑材料必须具备适用、耐久、量大和价廉这四大特点，建筑材料是指建筑中所应用的各种材料的总称。包括：（1）构成建筑物本省的材料，如钢材，木材，水泥，石灰，砂石等。（2） 施工过程中所用的材料，如钢，木模板，脚手架等。（3）各种建筑器材，如给排水设备，采暖通风设备，空调，电器等 。
2 混凝土的组成
2.1 混凝土的优势
混凝土是人类最早开发使用的复合型材料之一，其在建筑项目中占据着无法取代的重要性主要有以下几点优势：（1）原材料非常丰富，水泥的原材料以及砂、石、水等材料，在自然界极为普遍，极为丰富，均可以就地取材，而且价格低廉。（2）混凝土可以制成任何形状，混凝土在凝结前，可以按照模板的形状做成任何结构。（3）能适应各种用途，既可以按照需要配制成各种强度的混凝土，还可以按照其使用性能在配料上、工艺上采取措施制成特定用途的混凝土。具有耐火、耐酸、耐油、防辐射等特点，用途广泛。（4）经久耐用，维修费用少，混凝土对自然条件影响具有较好的适应性。对冷热、冻融、干湿等的变动，对风雨侵蚀、外力撞击、水流冲刷、使用磨损等都有一定的抵抗力。在正常使用情况下是一种寿命较长的工程材料。
2.2 混凝土的组成材料
普通混凝土（简称为混凝土）是由水泥、砂、石和水所组成。为改善混凝土的某些性能还常加入适量的外加剂和掺合料。
在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料；水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙。因此，为了保证混凝土的质量，方便我们合理的选择原材料，对混凝土原材料的性质、作用以及质量要求作了以下研究：（1）配制混凝土一般可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。水泥的性能指标必须符合现行国家有关标准的规定。（2）采用何种水泥，应根据混凝土工程特点和所处的环境条件选用。原则上是配制高强度等级的混凝土，选用高标号水泥；配制低强度等级的混凝宜用海砂。（3）在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，为达到节约水泥和提高强度的目的，应尽量减小砂粒之间的空隙，一般说用粗砂拌制混凝土比用细砂所需的水泥浆为省。
2.3 混凝土的分类
混凝土的种类很多：（1）按胶凝材料不同分：水泥混凝土、沥青混凝土、石膏混凝土及聚合物混凝土等；（2）表观密度不同分：重混凝土、普通混凝土、轻混凝土；（3）按使用功能不同分：结构用混凝土、道路混凝土、水工混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土及防辐射混凝土等；（4）按施工工艺不同又分：喷射混凝土、泵送混凝土、振动灌浆混凝土等。
3 建筑材料可持续发展中的难题
影响建筑材料可持续发展的因素非常多，要在建筑项目中达到高效、节能的目的就必须充分了解混凝土在项目中会出现的问题。
由于混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题，初始缺陷的存在使混凝土呈现出一些非均质的特性。微裂缝通常是一种在混凝土受到荷载、温差等作用之后，微裂缝就会不断的扩展和连通，最终形成我们肉眼可见的宏观裂缝，也就是混凝土工程中常说的裂缝。混凝土裂缝产生的原因很多，混凝土工程中常见裂缝及预防如下：
3.1 温度裂缝及预防：混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。主要预防措施：（1）尽量选用低热或中热水泥，如矿渣水泥、粉煤灰水泥等。（2）水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%。（3）提高水泥浆与骨料的粘结力，挺高混凝土抗裂性能。（4）在收缩时受到约束产生拉应力，当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会产生。减水防裂剂可有效的提高混凝土抗拉强度，大幅度提高混凝土的抗裂性能。（5）掺减水防裂剂后混凝土缓凝，时间适当，在有效防止水泥迅速水化放热基础上，避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。（6）混凝土的浇筑：大体混凝土浇筑主要有三种方式：其一，分层平行推进；其二，分层斜面推进；其三，分层交错推进方式。需要根据混凝土浇筑量、构件形式、混凝土浇筑方式等进行确认。分层浇筑可以增大散热面积，保证施工质量。
3.2 沉陷裂缝及预防：主要预防措施：一是对松软土、回填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固。二是保证模板有足够的强度和刚度。三是防止混凝土浇灌过程中地基被水浸泡。四是模板拆除的时间不能太早。五是在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。
3.3 化学反应引起的裂缝及预：这种裂缝一旦出现很难补救，主要的预防措施：一是选用碱活性小的砂石骨料。二是选用低碱水泥和低碱或无碱的外加剂。三是选用合适的掺和料抑制碱骨料反应。
4 建筑材料可持续发展的重要性
随着混凝土的发展和工程的需要，还出现了膨胀混凝土，加气混凝土，纤维混凝土等各种特殊功能的混凝土。泵送混凝土，商品混凝土以及新的施工工艺给混凝土施工带来方便。目前，混凝土仍向着轻质、高强、多功能、高效能的方向发展，发展复合材料，不断扩大资源，发展预制混凝土和使混凝土商品化也是今后建筑材料可持续发展的重要方向。
合理选用建筑节能材料也是全面建筑节能的一个重要方面。建筑材料的选择应遵循健康、高效、经济、节能的原则。一方面，随着科技的发展，大量的新型高效材料不断被研制并应用到建筑设计中去，更好地起到节能效果。全面推进建筑节能，有利于保证国民经济持续稳定快速发展，减少温室气体排放，减轻大气污染，改善人民生活和工作环境的重要依据。
参考文献
[1] 吴秋宜.建筑工程材料的选择与控制[J].现代装饰（理论），2012（05）.
一、智能材料的概念和类型
1.智能材料的概念
智能材料是科学家在以此偶然中融合了碳纤维和光导纤维所得到了一种新型材料，它具有感知应力和抗断性，随后，科学家们针对这一次的偶然事件进行了更深入的研究，使得更多具备生物学特性的新型智能材料得到了诞生。智能材料作为一种新型材料，它具有很多优势，例如传感功能，结合传感数据进行反馈，通过识别各类相关信息做出判断，并根据所产生的问题进行自动修复和适应。同时也可以感知外界的环境变化，进而判断可能出现的危险情况，随之做出对应避免危险情况出现的恰当相应，而且智能材料该剧由高灵敏性，反应时间短，当刺激消失后，智能材料能够迅速做出响应，及时还原到最初状态。它的应用可以让工作操作任务量得到有效降低，进而在一定程度上解放劳动力资源。
2.智能材料的类型
根据智能材料的特点和功能，可以将其分为感知材料和驱动材料两类，其中感知材料就是能够感知外界环境变化的材料，它所能感知的环境变化包括光、电、热、声、化学等方面，其功能实现主要是利用各类传感器来完成，这类材料包括压电陶瓷和光导纤维等。而驱动材料包括压电材料和形状记忆合金等。它主要是响应建筑内部结构的变化和环境变化。智能材料的不同，其具体功能和优势也会有所差异，因此其应用场合也会有所差异。例如将光导安装在纤维混凝土中所形成的感光智能材料主要适用于通讯等建筑，进行智能楼宇的建设，实现办公智能化。而一些新型传感器则可以安置在各类土木工程中，主要对温度进行自动控制，相应火灾应急，进一步提高工程建筑的安全性。
二、智能材料在土木工程中的应用
智能材料在土木工程中的应用主要是对工程建筑进行实时评估和监控，将智能材料应用在实际的土木工程中，可以有效防止一些事故的产生，进而确保工程建筑的安全性，同时也能确保人员的人身安全和财产安全，避免因事故而出现重新施工等情况，从而保证施工成本。而且智能材料和土木工程的融合所形成的智能土木结构是土木工程建设中的一大技术进步，为土木工程各项指标的监控提供了有效的手段和依据。就以对土木工程建筑检测来说，传统评估方法的检测判断需要从外到内，但是在进行内部构造检测的时候却很难顺利开展，这样就容易导致评估结果等出现误差，同时内部构造存在的一些安全隐患也容易被遗漏。即使利用其他检测设备，也会存在一定测量误差，使得测量精度不高、不精确，并且测量效率也不高。但是在智能材料的运用下，将传感器安装在材料内部就可以达到对工程由里到外的检测目的，还能实现对项目的实时检测评估，进而掌握项目在每一时段的状态。而且智能材料对于诸如水利水电设施、高层建筑以及大型桥梁等重大工程项目也具有很大现实意义的。在国外，通常会利用传感器来检测大型桥梁的安全性能评估，尤其是在完工后的运行阶段中，这样通过传感器就能对桥梁关键部位的受力和损坏状态加以全面掌握，进而采取有效修复措施，避免桥梁出现重大损坏而致使交通事故的产生。在我国，一些高性能的传感器也得到了研发和诞生，促进了我国建筑智能化的进一步发展，例如分布式传感器、碳纤维传感器等。但是智能材料的应用需要投入较高的成本，再加上其技术要求较高，一般土木工程建筑施工人员不满足其技术要求，因此当前智能材料主要应用在重要水利水电设施和重大工程中，而在普通民用建筑中还没有得到推广和普及。
三、结语
智能材料的应用对于土木工程的建设和发展有着重大的现实意义，而且它所具有的较高适应能力也让传统土木工程结构得到极大的变化，使其成为具有生物特征的仿生学建筑，同时通过自身功能的实现，自动进行判断和相应，进一步保证了工程的安全性和可靠性，为土木工程各标准和指标的提升做出很大贡献。
作者：王纯皓 单位：安徽新华学院
