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土木工程是一個(gè)歷經(jīng)千年的學(xué)科。從人類文明發(fā)展開始，土木工程伴隨著人類文明一同發(fā)展，與經(jīng)濟(jì)政治軍事科學(xué)相關(guān)聯(lián)。古今中外，只要有建筑物的出現(xiàn)，基本上就相當(dāng)于土木工程的出現(xiàn)。那么什么是土木工程呢？?jī)H僅就是修一座建筑物或者造一棟房子？可以是也可以不是。簡(jiǎn)單說土木工程是一個(gè)集大成的復(fù)合載體。如果說文明是人類進(jìn)步的體現(xiàn)，那么土木工程就是人類文明的見證者。埃及金字塔的矗立，中國(guó)長(zhǎng)城的蜿蜒，土耳其的圣菲亞大教堂，德國(guó)的勃蘭堡門以及奧地利的維也納金色大廳等等。無(wú)一不讓我們感嘆著土木工程的雄壯。就是這樣的巧奪天工不斷吸引著我。也讓我對(duì)它的建筑材料發(fā)生了興趣。
而追溯其建筑的本質(zhì)是對(duì)建筑材料的不同應(yīng)用。例如：金字塔取材于石，埃菲爾鐵塔取材于剛等等。這些建筑有的令人賞心悅目，有的令人舒適歡暢。這是土木工程所帶來(lái)的巨大作用。世界正在發(fā)展，現(xiàn)代化的建筑離不開土木工程，而建筑物則成為許多新技術(shù)新材料的復(fù)合載體，甚至大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)核心的現(xiàn)代建筑則成為代表一個(gè)國(guó)家建筑科學(xué)技術(shù)的重要標(biāo)志。而這一事物都足以說明土木工程起著重要支柱作用。而建筑材料其中混凝土材料是對(duì)整個(gè)建筑物最為核心的材料之一。而混凝土骨料材料的使用是對(duì)建筑物的性能使用年限等其關(guān)鍵作用的。
混凝土骨料材料對(duì)于建筑物非常重要，沒有這個(gè)建筑物也無(wú)法建成。比如采用輕質(zhì)骨料材料對(duì)地震的承載及延展性。大部分建筑物在設(shè)計(jì)之初對(duì)于承載力的復(fù)核要求為0.9倍極限值，而延展性要求一般不能低于6度，也就是說一棟建筑物要做到小震不損大震不倒，離不開對(duì)混凝土材料的選取使用。通常所用的鋼筋混凝土其抗拉性冷彎性沖擊韌性都強(qiáng)于一般砂石混凝土。但是在中震及以上的地震仍不能保護(hù)主體建筑的安全，也會(huì)直接破壞掉建筑本身，且對(duì)建造的成本較高。而如果在建筑物中利用結(jié)構(gòu)消能減震與振動(dòng)控制技術(shù)來(lái)保護(hù)建筑物，這確實(shí)可以保護(hù)主體建筑免遭破壞。但是考慮把其中的成本問題，這個(gè)技術(shù)一直需要實(shí)時(shí)工作試用期間要浪費(fèi)極大的能源作為動(dòng)力。先不說能源的成本，地震時(shí)電力系統(tǒng)有幾個(gè)能安全平穩(wěn)工作，沒有基礎(chǔ)電力，其保護(hù)作用也就如竹籃打水。并且其造價(jià)和維護(hù)費(fèi)用極高對(duì)施工單位投資單位消費(fèi)者來(lái)說都是不合理的。那么怎樣處理解決問題呢？在成本性能實(shí)用性等方面的需求下，混凝土新骨料材料的新型構(gòu)造以其低成本高性能的優(yōu)勢(shì)出現(xiàn)了。
但是在我國(guó)大部分地區(qū)土木工程發(fā)展緩慢，尤其體現(xiàn)在建筑混凝土材料的取用上。其中對(duì)砂漿混凝土水泥等基礎(chǔ)材料的創(chuàng)新升級(jí)不夠。不少用傳統(tǒng)材料所建造的建筑物在幾年間就會(huì)出現(xiàn)裂縫老化等問題。不僅對(duì)人的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅，在制造這些材料的同時(shí)對(duì)環(huán)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約為63噸，抗壓強(qiáng)度為30MPA。但是其使用年限遠(yuǎn)遠(yuǎn)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應(yīng)比例混合。而現(xiàn)在采集原料的成本日益上升，且對(duì)土壤河流等造成破壞。修建的建筑物在質(zhì)量上安全上的保障遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，讓消費(fèi)者受損。最終下來(lái)從成本安全舒適度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代人的需求。混凝土骨料材料在供求壓力下迫切需要改善升級(jí)或使用新材料。
新的骨料材料采用廢棄玻璃，普通纖維，橡膠按不同比例混合而成。纖維對(duì)于混凝土將帶來(lái)不一樣的特性。在混凝土發(fā)生開裂時(shí)，纖維可以幫助改善混凝土的拉伸應(yīng)變，增強(qiáng)其荷載力，從而延長(zhǎng)混凝土的使用年限，減少再次復(fù)修的成本。比如在地震時(shí)混凝土發(fā)生斷裂時(shí)，在普通情況下，會(huì)直接斷開，但是加入不同比例的纖維之后，會(huì)在混凝土之間增加應(yīng)變力，甚至在大地震中可以保護(hù)建筑物。對(duì)之后的繼續(xù)使用維修也不會(huì)造成巨大損傷。
而今有的專家利用廢棄玻璃取代天然骨料來(lái)建造玻璃骨料的混凝土。下面我引用Craig對(duì)選取廢棄玻璃進(jìn)行的粒徑和堿硅反應(yīng)。他的研究表明不同類型的玻璃骨料能在不同程度上減輕ASR，通過減輕ASR改善混凝土的耐久性在一定程度上增加其使用壽命。從而增強(qiáng)混凝土對(duì)大小自然災(zāi)害的抵御能力和自身的使用年限及質(zhì)量安全性。而廢棄玻璃原料易找，取材方便，成本低，可靠性較好，是作為混凝土材料的好材料。此外對(duì)抗凍性彈性峰值應(yīng)變等方面。梁炯豐和劉光焰等學(xué)者進(jìn)行了試驗(yàn)。最后發(fā)現(xiàn)玻璃骨料的抗凍性等多種性能明顯高于自然骨料的混凝土。只是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)，但是并不能代表不能用在實(shí)際中。由此可見，采用玻璃骨料代替?zhèn)鹘y(tǒng)砂石材料是可行的，更符合現(xiàn)代社會(huì)綠色發(fā)展，而成本和安全性也能被大眾所接受。
此外了解到混凝土材料在處于帶裂縫的工作狀態(tài)，具有抗拉強(qiáng)度低，脆性大易斷裂破壞等弊端。而這樣的建筑物顯然不適合長(zhǎng)期居住的。比如修建一座大型的商場(chǎng)樓，地基在加固地樁后，對(duì)其基礎(chǔ)的承載力的要求也是巨大的。采用大型的鋼筋混凝土澆灌后的基礎(chǔ)和樓層在強(qiáng)度上有一定的提升，但是無(wú)論是熱軋鋼還是冷加工鋼在達(dá)到一定的極限后，它會(huì)迅速斷裂，直接對(duì)人身安全構(gòu)成威脅，考慮修建成本及購(gòu)房者的預(yù)算力往往不會(huì)采用達(dá)到此水準(zhǔn)的施工材料。在完工后幾年可能很少出現(xiàn)安全隱患，但是越往后它的建筑性能及使用年限不是逐漸減低，而是突然大幅度降低。到最后會(huì)棄樓而走。造成極大的資源浪費(fèi)。也就是說在混凝土材料中的鋼筋等增拉性的材料已經(jīng)不適合現(xiàn)在的可持續(xù)發(fā)展。
加入橡膠材料的混凝土后。在韌性上會(huì)有大幅度提升，減少混凝土的斷裂性。通過TAHA等學(xué)者利用的中粗細(xì)橡膠來(lái)取代部分砂石骨料進(jìn)行的斷裂韌度實(shí)驗(yàn)。在采用OIC方法進(jìn)行技術(shù)手段后表明加入10%-14%范圍內(nèi)橡膠后的混凝土，斷裂能隨橡膠量增加而增加。在19%范圍內(nèi)效果最為明顯。那么對(duì)比砂石的混凝土，顯然橡膠的加入更勝一籌。且橡膠在取材過程中，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。其成本及實(shí)用性也優(yōu)于砂石。這樣的材料對(duì)施工方來(lái)說更會(huì)合適。
在混凝土骨料中加入纖維、廢棄骨料、橡膠按一定比例進(jìn)行配合，讓混凝土在抗拉性，抗凍性，延展性，韌性，硬度，使用年限等等多種性能得到提升。這樣的混凝土材料卻在制作上相比較傳統(tǒng)骨料更為方便好找且成本更合適。
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