土工合成材料的功能范文1
【关键词】土工合成材料；公路工程；作用
近几年来，随着我国公路里程的持续增加和改扩建工程的增多，越来越多的土工合成材料用于新旧路基填筑。土工合成材料（Geosynthetics）开始大量用于岩土工程是近三十年发展起来的一项新技术。土工合成材料是一种以塑料、化学纤维、合成橡胶等原材人工合成的聚合物，具有强度高、成本低、质量轻和实用性强的优点，主要有加筋、排水、防渗、过滤等功能。目前，具有代表性的土工合成材料有土工格栅（Geogrid）、土工网（Geonets）、土工膜（Geomembrane）和及其组合产品。土工合成材料在岩土工程的应用极大地推动了路基填筑技术的发展。
1 土工合成材料的种类
土工合成材料根据功能和工艺的不同，总体上可以分为4类，即土工织物、土工膜、土工复合材料和土工特种材料。土工织物可分为四种类型：有纺土工织物、无纺土工织物、针织土工织物和复合土工织物。土工膜主要由透水性低的材料制成，具有较强的防水性、耐久性和抗变形性，厚度一般在0.25～4mm之间。土工复合材料是将两种或两种以上的材料相互结合起来的一种材料，将不同性质的材料组合起来，可以更好的满足工程的实际需要。土工特种材料主要包括土工格栅、土工网、土工膜袋、土工垫、土工格室等。
2 土工合成材料的作用
土工合成材料一般具有多种功能，在实际应用中根据工程的具体情况往往只有一种功能起主导作用，其他作用则在一定程度上发挥作用。土工合成材料在工程中有多种作用，总体上可以分为以下六种。
2.1 排水作用
土工合成材料（如土工织物）具有多孔隙的性质，可以将土体中的水分汇集并排出。有的针织型无纺织物或复合型土工材料可以沿平面方向和垂直其平面方向排水。这种土工织物本身具有的排水通道可以把土体中的水分缓慢排出。在填筑路基时，可以铺设厚的无纺织物垫层，可起到固结排水的作用，防止翻浆。同时，在挡土墙、隧道灯构造物中，多采用土工织物作为排水设施。
2.2 过滤作用
由土工织物做成的过滤层可以起到代替砂石、砂砾的作用，具有造价低、施工简单，质量容易得到保证的优点。有纺织物和无纺织物都可以起到过滤的作用，防止土颗粒的流失，但在过滤要求不高时通常采用无纺织物作为过滤层。
2.3 隔离作用
在岩土工程中，为防止不同层之间的颗粒发生相互混杂，造成污染，通常将土工合成材料铺设在不用粒料层之间，起到隔离作用。如在软基路段，在铺设碎石层之前，在路基上铺设一层土工织物，可以有效的防止层间相互倾入和控制不均匀沉降。
2.4 加筋作用
土工合成材料（如有纺织物、土工格栅和土工网等）一般具有较强的抗拉强度，埋在土中形成土―土工合成材料复合体，可承受一部分拉应力，限制土体侧向位移，从而增强土体的稳定性。其中，土工格栅具有较强的抗拉强度和张拉模量，同时因土颗粒可以嵌入格栅的孔洞之中，产生较大的摩阻力，是一种比较理想的加筋材料。
2.5 防护作用
土工合成材料不仅可以扩散集中应力，还可以将应力由一种物体传递到另一物体，使应力分解，防止土体破坏，起到防护作用。如较厚的无纺织物和复合材料可以减缓和防止路面反射裂缝的发展。
2.6 防渗作用
土工材料中如土工膜，因具有良好的防渗功能，可以与无纺土工布形成复合材料，其中，土工膜可以起到防水，防渗的作用，而土工布可以起到导流的作用。
目前公路工程中使用较多的土工复合材料有以下几种，各类土工材料主要作用如表1所示。
表1 不同土工材料的主要功能
3 土工合成材料在公路中的应用范围
土工合成材料和以土工合成材料为基材制成的材料，因其优良的力学性能、耐腐蚀性、耐久性能和良好的抗变形性能，从而广泛的用于路基路面加固工程，软基处理和边坡防护工程。
（1）在道路改扩建工程中的应用；为了保持新老路基衔接处出现不均匀沉降，从而导致纵向裂缝的产生，采用土工格栅等作为加筋材料的应用可以有效的防止不均匀沉降的发生。
（2）在路面工程中的应用；在柔性路面中，采用土工合成材料，可以增强基层或底基层的整体强度。同时，在旧路路面进行罩面处理时，可以有效防止和减缓路面反射裂缝的发展。
（3）在软件处理中的应用；软基因其承载力低，如果在其上面直接修筑构造物或路基，容易导致沉降的发生。但如果在软基处理时，采用土工合成材料加固，则可以迅速提高地基承载力，减少沉降量，缩短工期。
4 结语
目前，土工合成材料在公路工程中的应用越来越广泛，具有广阔的应用前景。但土工合成材料还有很多性质和功能并没有完全得到应用，我们需要从实际工程中进行进一步的探讨。
【参考文献】
[1]叶飞.公路隧道工程建设质量管理研究[D].长安大学，2004.
[2]王永东.公路隧道运营安全技术研究[D].长安大学，2007.
土工合成材料的功能范文2
关键词：生土；建筑材料；有色金属；节能；环保
随着建筑行业的不断壮大，可持续发展和低碳经济成为建筑材料领域的主题，生土建筑材料是未经焙烧，仅简单加工的原状土质材料[1]，生土建筑材料是一种绿色材料，具有低能耗、低排放、低污染的特点[2]。
1生土建筑材料的生态性能
实用性强：利用生土建筑材料进行建筑构造时，可以根据不同的地形条件进行调整，例如：针对平坦的地形建设地上、地下建筑，针对斜坡地形开挖窑洞等。技术简单：依靠生土建筑材料进行建筑施工时，对技术的要求很低，但是生土建筑材料所建造的建筑可以依山而建，也可以就地开挖洞穴和地坑，还可以用土坯和夯筑的建造方式。节能环保：拆除生土建筑后，可以将生土建筑材料作为肥料进行回收，同时，生土建筑材料还能作为一种新型的燃料。降低成本：生土建筑材料所建造的建筑，其建筑造价仅为地面砖房的五分之一。热工性能好：生土建筑材料的导热系数小，并具有优良的热惰性，这两个性能决定了生土材料具有较好的隔热性。在炎热的夏季，生土建筑材料可以吸收热量，在寒冷的冬季，生土建筑外周也能有较好的保温效果。隔音防火：生土建筑材料优良的热工性能可以减轻外界气候对室内环境的影响，例如生土建筑材料可以隔音，同时还具有较强的防火性能。
2生土建筑材料多功能化的研究现状
2.1稳定型生土建筑材料
稳定型生土建筑材料是通过在生土材料中添加各种添加剂，以达到增加生土材料力学性和耐久性的目的。目前对于稳定型生土建筑材料的研究成果较多，根据添加剂的种类，可以分为传统胶凝材料、工业废料、天然纤维材料三大类。在利用传统胶凝材料作为添加剂方面：国外学者C．Jayasinghe等[3]通过掺入不少于6.0%的水泥改性当地红壤性土，结果表明可以显著的提高生土建筑材料的力学性能，尤其是抗压强度。国内学者尚建丽[4]采用水泥改性生土材料，试验证明改性后生土建筑材料的力学、耐候性和抗震性能都有大幅度提高。在利用工业废料作为添加剂方面：目前对于利用工业废料改良生土建筑材料的研究备受关注，如国外学者NurhayatDegirmenci[5]利用废料磷石膏和天然石膏改性生土砖，改性后生土砖的抗折强度、耐水性能以及干收缩性能都大幅提高。国内学者王琴[6]采用电厂废料脱硫石膏、粉煤灰、熟石灰等改性生土建筑材料，所研制的压制土坯砖抗压强度提高2～4倍，耐水性和耐候性能提升，体积收缩降低。在利用天然纤维材料作为添加剂方面：国外学者Acheza等[7]利用海藻、甜菜根和番茄根部的纤维开发的天然聚合剂对生土材料进行改性，可以显著提高生土建筑材料的强度和耐水性。国内学者[8]别利用麦秸、稻草和狗尾草作为加筋材料改性土坯，改性土坯抗压强度、抗剪强度和抗折强度等力学性能得到提高。
2.2温湿度响应型生土建筑材料
温湿度响应型生土建筑材料是通过在生土材料中添加与适宜建筑温湿度的相变材料和无机多孔材料，利用相变材料的吸放热性能和无机多孔材料的吸放湿性能，实现调整、控制室内环境温度和相对湿度，减小生土建筑墙体厚度，缓解房间潮湿，从而达到改善生土建筑室内舒适度，降低生土建筑能耗的目的。目前对于温湿度响应型生土建筑材料的研究正处于起步阶段，研究成果较少。在温度响应型生土建筑材料方面，国外研究机构Concordia大学建筑研究中心用49%的丁基硬脂酸盐和48%的丁基棕榈酸盐的混合物作相变材料，采用掺混法与灰泥砂浆混合，然后再按工艺要求制备出相变墙板[9]。在湿度响应型生土建筑材料方面，国内学者闫增峰通过对生土建筑材料物性参数测试，获得生土建筑材围护结构的等温平衡吸性能，揭示生土建筑材围护结构对室内湿环境的动态调节机制。建筑材料历经原始阶段，砖、石应用阶段和钢材、水泥应用阶段。砖、石应用阶段需要进行烧制以秦砖汉瓦为标志，其含一定数量的孔隙具有一定的吸放湿功能，但是覆盖的表面材料限制了功能的发挥。钢材、水泥应用阶段以钢筋混凝土为标志，其冰冷的表面使人们失去了可呼吸的生活空间。所以改性生土建筑材料，研究具有节能性能的温湿度响应型生土建筑材料不但是人们生活需要，也是建筑材料向生态性发展的必然要求。
2.3空气净化型生土建筑材料
空气净化型生土建筑材料是通过在生土材料中添加光催化材料（如TiO2），利用光催化材料自身具有的“低温深度氧化能力”净化生土建筑室内空气污染物，实现功能材料与生土材料相结合，提高建筑材料的热导率，增加建筑系统的热物性，去除室内空气污染物，从而达到改善室内空气品质，降低生土建筑能耗的目的。目前对于空气净化型生土建筑材料的研究尚未起步，主要是由于过去生土建筑材料多用于经济较为落后地区的农村住宅，其室内装饰装修极为简单不存在室内环境污染问题。近年来，在党的富民政策的指导下，我国农民生活水平日益得到改善，城市居民的住宅装饰装修热潮也逐步波及到了农村，“把房屋装饰一新过大年”成为农民消费的新时尚。但是，由于大多数农民文化水平偏低，建材消费经验缺乏，室内环境污染防护意识不强，发生在城市里的建筑、装饰装修和家具污染问题已经在农村蔓延，给刚刚富裕的农民造成了经济的损失和身心的伤害。近年来，国内外学者在降低建筑能耗和改善室内空气品质方面分别取得了一系列进展，并且提出了一系列改善措施，但是也出现了矛盾，具体表现为建筑节能设计往往以恶化室内空气品质为代价，导致建筑相关疾病和病态建筑综合症；而在提高室内空气品质的同时，往往造成室内能源的损失，所以迫切寻求具有节能、环保功能的建筑内表面材料。
3结语
基于对生土建筑材料的生态性能进行了综述，提出了生土建筑材料多功能化研究思路和方向。结果表明，随着建筑材料和农村住宅装饰装修热潮的发展，对于生土建筑材料多功能化不仅仅局限于提高生土建筑材料强度和耐久性能，而且拓展到降低生土建筑建筑能耗和改善生土建筑室内空气品质，使生土建筑/金属材料具有节能、环保性能，实现生土建筑材料的功能化、生态化和无害化发展。
作者:陈伟 单位:中冶宝钢技术服务有限公司
参考文献:
[1]王军,吕东军.走向生土建筑的未来[J].西安建筑科技大学学报:自然科学版,2001,33（2）:147-151.
[2]刘俊霞,张磊,杨久俊.生土材料国内外研究进展[J].材料导报,2012,26（12）:14-17.
[4]尚建丽,刘加平,赵西平.低能耗夯实粗粒土建筑特性的试验研究[J].西安建筑科技大学学报:自然科学版,2003,35(4):325-328．
土工合成材料的功能范文3
关键词：智能材料；土木工程；混凝土；应用前景
0引言
随着材料技术的快速发展，越来越多的高新技术被运用到工程材料的研发中，各种新型材料层出不穷，以复合材料为基础发展而来的智能材料，为解决相应材料的力学问题提供了科学牢靠的途径。作为有着多学科交叉背景的综合学科，智能材料为土木工程中日益复杂的结构提供了实现的可能性，因此这一学科的研究也日益受到重视。诸如大跨度桥梁、高层建筑、水利枢纽、海洋钻井平台以及油气管网系统之类的基建设施，在其较长的使用期中，外界各种不利作用会使得组成这些结构的材料发生不可逆的变化，从而导致结构出现不同程度地性能衰减、功能弱化，甚至会诱发重大工程事故。若是能将智能材料运用到对这些超规模的工程结构物中，能够时刻评定相应的安全性能、监控损伤，并智能修复，则将为未来工程建设提供新的发展思路。所谓智能材料，是指随时能够对环境条件及内部状态的变化做出精准、高效、合适的响应，同时还具备自主分析、自我调整、自动修复等功能的新材料。受仿生学科的启发，其目标是要开发出能运用到具体工程中、将无机材料变得有生命活力。二十世纪90年代初逐渐兴起的智能材料结构系统，吸引了包括物理、化学、电子、航空航天、土木工程等领域的研究者涉足其中，取得了丰硕的成果。
1智能材料的概念及特点
智能材料发源于“自适应材料”（AdaptiveMate-rial），在Rogers和Claus等人的努力下，智能材料系统逐渐受到全世界各国官方机构的认可与重视，发展迅速。智能材料（IntelligentMaterial，IM）当前没有一个明确的定义，不过大体上都是根据功能做出相应的定义，是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，具有不可限量的前景。智能材料产生的背景决定了其所具有的独特优势，决定了其终将会带来材料科学的重大革新。通常而言，智能材料主要以下七大功能：（1）传感：能够对内外部的作用进行监控与鉴别；（2）反馈：将监控获取的信息进行传输以及反馈；（3）信息识别与积累：识别并记忆反馈来的信息；（4）响应：对内外部的变化做出灵活有效的反应；（5）自诊断：对内外部信息实施自行诊断、分析、评判等；（6）自修复：依特定的方法修复系统的故障；（7）自适应：待外部作用消失后可恢复原状。在具体的工程中，若要实现这么多的功能，仅仅依靠单一材料是无法实现的，因此通常情况下都是通过多种智能材料的组合才能达到目的。
2智能材料在土木工程结构中的应用
2.1光导纤维
光纤维的主要化学成分为二氧化硅，作为信息传递的绝佳介质，有着其他任何材料无法比拟的传导能力。材料主要由内层圆柱形透明介质和外层圆环形透明介质组成，内层为纤芯，外层为包层。内外层折射率的差异能够保证携带信息的光在纤维里面能量损失少，传输距离大。将光纤维植入到混凝土结构中，制成光纤维混凝土结构。当混凝土结构因外部因素的变化而产生变形时，植入砼结构中的纤维也随之发生变化，进而导致纤维中的光发生改变，相应的传感器能够直接获取变化，从而间接确定混凝土结构的各种性能变化，实现对结构的全方位监测，为工程的可持续性提供技术指导。并且，分布监控的模式可保证混凝土结构任何部位的改变均能被监测到，相当于在混凝土结构中创造了一个全覆盖、光角度、无死角的监测网络，两者组合而成的光纤维混凝土可以认为是一种具有强大自我调节的智能材料。当前，光纤维混凝土结构主要的工程应用包括：混凝土的温度及温度应力监测、混凝土结构裂缝的监测与诊断、混凝土结构强度与变形监测、混凝土结构配合的钢索应力和变形监测等。
2.2形状记忆合金
何谓记忆合金，即材料具有形状记忆能力。当材料的形状被改变后，其内在的记忆效应可被激发出来，进而自动产生回复应力与应变，驱使材料恢复原状。同时，合金材料能够传输能量并实现能量储存。鉴于此，工程中可将记忆材料安置在结构中，当结构出现变形、裂缝、损伤以及外界动荷载影响时，大部分的能量可被记忆合金材料消耗掉，可极大提高结构的稳定性，若将材料运用到多震地区的建筑结构中，则会实现对地震能力的吸收与耗散，极大地提高建筑物的抗震性能，此举属于材料的智能被动控制。形状记忆合金材料所具有的相变超弹性，使其可用来制作耗能阻尼器，这种阻尼器实现了智能被动控制。同时，由于其相变会引起超弹性滞回环的产生，使得材料具有极高的抗疲劳性，以此为基础制作的阻尼器使用周期远胜于普通的阻尼器，可实现结构品质的大幅度提高。
2.3压磁材料
土木工程领域中常规的压磁材料主要包括磁流变材料和磁致伸缩智能材料等。在外部磁场作用下，磁流变液悬浮体系的黏弹塑性会发生明显的变化，并且这种变化是可逆的。当外部磁场超过一定强度后，磁流变也会在极短的时间内变成固态，微观上表现为材料的分散相颗粒沿着磁场方向结成了链状结构。磁流变液介于液体与固体之间的这种独特的可变属性，以及对这种特性实施控制时耗能低、变化范围广、成本低等特性，使得磁流变液成为工程结构中作动器件的重要材料。当前，磁流变液主要被应用到元器件的控制桥路以及电源的高速开关等多个领域。且磁流变液在土木工程领域的应用主要集中在高层建筑、塔形建筑物、大跨框架和大跨度结构等。同时，有着高磁致伸缩效应的磁致伸缩智能材料，可以保证材料在机械与电磁直接进行可逆转换，因此具有广阔的应用前景。
2.4碳纤维混凝土材料
工程中混凝土的作用范围很广泛，因此对混凝土材料的改善也日益得到科研人员和工程从业者的支持，碳纤维混凝土的产生正是这一领域发展的重要产物，在混凝土中掺加一定比例的碳纤维，可赋予混凝土材料以驱动功能和本征自感应。作为一种高强度、高弹性、大导电性的材料，碳纤维的加入能极大改善混凝土的强度与韧性，并且碳纤维之间会形成具有电阻的导电网络，在材料中起到阻隔导电的势垒，大大降低混凝土材料的电阻率，从而使得材料的导电能力得到数量级上的显著变化。不可忽视的是，这种混凝土的电导率与温度及应力的变化而表现出规律性的响应。同时，碳纤维混凝土在温度上表现为温度变化造成电阻的变化，并且材料内部的温差也会衍生出热电效应，在电场的作用下碳纤维混凝土会产生热变效应（热效应与变形）。碳纤维的含量和混凝土材料的结构共同影响材料的温敏性，当碳纤维的含量超过一定比例时，材料才有可能形成较为稳定的电动势。而碳纤维的掺入方式主要有两种：短切乱向分布和连续碳纤维束单向增强。采取不同的掺入方式能使得碳纤维混凝土的力学性能得到不同程度的强化与提高，工程实践表明：第一种方式更具有实用性。
2.5压电材料
具有压电效应的压电材料，经常被用作驱动元件和传感元件。当压电材料受到外部因素作用时会因为其自身发生变形而产生电势，而对材料再施加一定电压时又会改变材料的尺寸，压电效应由此而来。利用这一特点，压电材料可用作传感元件，通过压电元件的变化来判断元件所在位置处结构的变形量。与此同时，若能在压电元件外部形成电场，进而对压电元件内部的正负电子施加定向电场力，从而迫使元件发生变形，制成驱动元件。利用驱动元件，可改变材料的应力状态，甚至会影响材料的结构变形。压电材料的变化均在极短时间内完成，因此压电效应主要适用于对结构振动的控制上。
3智能材料的未来发展
3.1智能材料性能的发展
智能材料有着独特的优越性能、广阔的发展前景，但是由于这一领域处于多学科交叉的研究前沿，所存在问题也亟待深究：（1）形状记忆合金的发现，改变了很多传统理念，胡克定律在合金材料这里基本上不再适用了，其所具有的智能功能使得传统的力学研究方法难以合理地解释其内在的机理，因此需要研究者另辟蹊径，从宏观与微观的角度重新去探究这种新材料的原理，建立一些实用性较强的理论和模型，以对具体的工程实际进行规范化的指导。同时，当前形状记忆合金还不完善，耗能高、功能单一等缺点使得其实用性不强，能够开发出低能耗、出力大、多功能的控制器则是未来研究的重要方向。（2）可以预见，压电材料将会成为工程结构中力学测量的首选感测元件，但是其存在的主要问题就是驱动力小，虽然已经有一些技术来弥补这一缺陷，但是对于大规模的土木工程结构而言，压电材料并不能直接应用，复杂的理论分析、高难度的集成技术研发，以及压电驱动器的开发技术和设计方法难度较大，都是制约压电材料未来发展的瓶颈，是研究的难点、热点和重点。（3）压磁材料所面临的问题是在长期的放置之后，会产生固体颗粒沉降，这种沉降对材料的稳定性有着怎样的影响效应也需要更深入的研究。并且，其温度适应范围较小，若能够拓宽温度作用范围，将使得压磁材料有着更广的发展前景。
3.2智能材料研究难题
针对材料本身所面临的主要问题，未来在土木工程领域的应用研究主要有下列一些难题：（1）结构的健康监测与保养；（2）形状自适应材料与结构；（3）结构减振抗震抗风降噪的自适应控制。这些问题的进一步研究将有助于工程质量的提高，有助于降低工程灾害性事故的概率，有助于强化工程的安全可靠性，有助于推动土木工程领域的高技术发展，有助于为土木工程领域注入新的发展动力与机遇。
参考文献
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土工合成材料的功能范文4
关键词：土木工程材料；教学内容；试验能力；混凝土外加剂
中图分类号：G420文献标志码：A文章编号：10052909（2012）06007603一、土木工程材料内容体系的历史变革
随着社会经济、科技的发展，中国高校土木类专业土木工程材料课程内容体系经历了三个发展阶段。
第一阶段（1953—1978年），引进与消化阶段。由于建国之初，国内经济和科技水平较低，无先例可循，早期教材采用翻译版的苏联教材［1］。此后期出现自编教材，基本沿用苏联的内容体系，教学内容侧重于石材、矿物胶料、烧结材料、金属、沥青等材料的生产、性质与使用。
第二阶段（1979—1999年），自主编制与发展阶段。随着改革开放、高考恢复、科技水平提高、与欧美科技文化交流深入，以及现代材料学分析方法的引入，教材对建筑材料进行了明确分类［2］，阐明了材料组成、结构与性能的本构关系理论，具有重要意义。配合当时土木类人才培养方案，出现了建筑材料、道路建筑材料、水工建筑材料等课程名称，以适应不同的专业需要。
第三阶段（2000年至今），改革与调整阶段。为了培养适应社会发展需要的人才，国家在20世纪90年代末对专业设置方案进行了调整，把原来的建筑工程、道路桥隧、给水排水、水利水电、港口工程等专业合并为土木工程专业。2000年，出现了以土木工程材料命名的教材［3］。新的土木工程材料教材出现了较大变化。一是内容有较大的包容性，在原来建筑材料基础上增加了沥青混合料、高分子材料、纤维增强材料、高性能混凝土，建筑功能材料有较大扩展；二是内容出现了层次性，有高等学校教学版、有应用型普通高等学校版；三是内容体系出现了不同的组织方式，有按递进式组织顺序，如材料基础基体材料结构及结构增强材料复合材料材料的选择与评价［4］，也有按并列式顺序，如材料基础无机胶凝材料无机复合材料有机胶凝材料与复合材料金属材料功能材料材料试验；四是教材编写走向大众化，原来只有少数名校师资才有能力编写教材，到如今教材编写日益走向大众化、平民化。二、土木工程材料教学内容体系存在的问题
12高等建筑教育2012年第21卷第6期
张新胜，胡习兵，马远荣土木工程材料教学体系建设探讨
（一）土木工程材料教学内容的丰富性与教材篇幅的有限性
“大土木”概念的提出使土木工程材料的内容变得更加丰富。如：路面工程中的沥青混合料、路基与地基中水泥石灰稳定粒料材料、房屋建筑工程中的保温隔热及其他建筑功能材料、隧道工程中的速凝材料、水工建筑材料的防腐设计与控制等。由于需要学习的内容多，而课堂教学时间有限，造成了教材编写时要删除许多重要的教学内容，造成了内容体系的不完整，专业宽口径教育理念难以体现。
（二）土木材料的发展性与教学内容的滞后性
土木工程材料的新发展丰富了土木工程材料内容体系。如：传统混凝土，包括水泥、粗、细骨料、水四大组分。由于混凝土外加剂能使混凝土性能和功能得到显著改善和提高，因此，被称为混凝土的第五组分，是混凝土技术的重大突破。当今，外加剂技术日新月异，聚羧酸系高性能外加剂普遍应用，对此大部分教材都未提及。对于外加剂部分内容，目前教材只停留在一般性介绍这个层次，对外加剂对水泥的适应性机理、外加剂的合理掺量、外加剂与混凝土性能的联系、外加剂的检测等内容未作详细介绍。同时，对于一些外加剂对混凝土的负面影响有必要在教材中交代清楚，防止滥用和误用。
近年来，为了调节和改善水泥的性能，提高水泥产量，综合利用工业废渣，在磨制水泥时基本都加入了一定比例的天然或人工无机矿物质混合材料。在混凝土配制时，常直接用磨细的无机矿物质材料取代部分水泥，称为掺合料，使其成为混凝土的第六组分。20世纪90年代以来，中国对第六组分开展了广泛研究，有学者提出六组分设计法。双掺或多掺法在个别行业得到广泛应用，并经实践证明具有较好的效果和意义，这些内容值得引入教材加以阐述和学习。
对于土木工程中的功能材料，如合成高分子材料、装饰性材料、绝热保温材料、复合材料、绿色材料等内容，近年来发展较快，教材为缩短篇幅，对压缩精简内容在课堂中一般不作深入讲解，仅停留在概念介绍的层面，使得这部分内容的教学显得抽象空洞。
（三）教学中存在的问题
土木工程材料教学目的在于使学生掌握主要土木工程材料的性质与应用，明确工程材料性质与材料结构的关系，为实现和改善材料的功能进行一定的材料设计，在工程中能对材料进行检测和质量控制。材料的结构与构造、材料的参数与性质、材料的设计与配制、现场的检测与控制等环节具有很强的实际操作性。环境条件不同，材料选用不同，设计目标差异很大，这就要求该课程应偏重于材料及其在工程中的应用。目前，土木工程材料在应用教学方面存在以下问题。
一是，重理论轻应用。土木工程材料教材内容体系主要集中阐述各种材料的性能特点与技术性质，工程应用虽有介绍，但结合实际工程特别是典型工程的案例实践不多。如：混凝土的配合比与试配，即是同一配合比，在不同的地方材料或环境条件下，三参数相同，配出的混凝土性能会大不相同。或者说，实现同一目标的混凝土，在不同环境条件下，配合比会有较大区别。由此可以看出具体工程试配的重要性，同时也说明混凝土设计不是仅凭三参数就可以决定混凝土的多组分，配合比设计需与具体组成材料环境条件相结合。
二是，教材提供的部分参数不一定合理。如在混凝土坍落度的选择上，由于现代机械化施工的普及，从实际工程应用看，教材提供的数据较少，在实际工作中难以借鉴。如在混凝土试配过程中，强度对水灰比非常敏感，水灰比变化0.01，强度就会有一个等级的差别。对于确定的试验室配合比，由于试验室的试验小样与现场大样存在差异，在实施时需要结合现场情况作调整，建议引入砂率、水灰比的界限值概念。
三是，教材中试验与检测内容科学性、规范性有待提高。如水泥的细度试验，教材未讲清楚试验结果修正的问题，结果使得同一批次的水泥，不同的试验组，试验结果差别很大，与实际不符。又如混凝土试验，试验室养护条件不到位，学生试验结果缺少说服力。这些在一定程度上影响了学生科学工作态度和规范化操作习惯的养成。
要使教材内容对工程实际有科学的指导作用，需要对教材中的不合理概念、理论、经验数据进行修改和更正，加强材料的工程应用与试验方面的调整与教学［5］。
三、教学内容及其体系的分解、增减、深化和建设
土木工程材料是土木工程中建造各类工程设施所用材料的总称。材料种类繁多，涉及的学科领域广，形成了庞大的土木材料内容体系，以至于目前的教材只能对其作定性的定义。要建设完善土木工程材料教学内容体系，需要对内容体系进行适当分解、深化、组合和重构。笔者建议从以下几个方面着手。
（一）教学内容体系的扩展与组织
为满足国家建设形势发展对土木工程专业人才的要求，需拓宽学生知识面。土木工程材料课程的教学要在建筑工程专业、道路工程专业材料课程内容的基础上进行必要补充。如：增加高性能混凝土一章，内容包括高强度混凝土、大流动性混凝土、掺混合料混凝土、水泥净浆等设计、生产、检测；针对道路工程增加无机结合料、土工材料、速凝材料等内容；针对材料的耐久性，增设材料耐久性设计与控制章节。
内容组织方式上可分册设置教学内容，上册设置土木工程材料各专业方向的共性内容，下册安排高性能混凝土、新型土木材料（宜淡化“新型”二字）、沥青混合料、无机稳定材料、土木材料的防腐与控制等内容，根据专业方向的不同要求学生分阶段有选择地进行选修学习。
（二）教学内容的分解
由于水泥混凝土章节含有水泥的选择、集料的性能要求、混凝土的和易性、混凝土力学及变形性能、耐久性、外加剂、混凝土的配比和检测评定内容，内容篇幅长，课时量大，造成各章教学学时相差悬殊。笔者建议把集料部分与石材一起单独设章，充分体现集料在水泥混凝土、沥青混合料和水泥稳定粒料等复合材料中的地位，对集料材料性能与应用可充分阐述。同样，沥青和沥青基复合材料也可分为两章，以适应不同专业方向选修需要。
（三）教学内容体系的深化
对于高性能、高强混凝土而言，外加剂的性能与质量决定了混凝土的性能和质量，因此有必要深化混凝土外加剂的教学内容，增加外加剂与水泥的相溶性理论［6］、外加剂选择与检测方法等教学内容。此外，适当增加储能调温新材料原理、性能、设计与应用等建筑节能新技术、新材料的介绍。通过收集整理土木工程各条战线上资深专家学者的理论成果、应用经验，认真组织教材编写，使教学内容既有一定的深度和可操作性，又可分析和解决工程实际问题提供指导。
（四）加强应用与试验检测内容建设
结合工程实例和试验检测部分内容，突出土木工程材料基本性能与工程应用教学，重点培养学生的工程概念与工程材料应用能力。加大工程材料应用例题设置，通过讲述实际工程案例，帮助学生全面理解和掌握材料的基本性能与工程应用特性。对于试验部分教学内容，应规范试验程序、改善试验条件、增加部分新试验，培养学生科学、客观、规范、严谨的思维方法。
参考文献：
［1］ B.г.斯克拉姆塔耶夫.建筑材料［M］.1版.北京：建筑工业出版社，1953.
［2］ 黄伯瑜，皮心喜.建筑材料［M］.1版.北京：建筑工业出版社，1979.
［3］ 陈志源.土木工程材料［M］.1版.武汉：武汉理工大学出版社，2000.
［4］ 王立久.建筑材料学［M］.3版.北京：中国电力出版社，2008.
土工合成材料的功能范文5
从上面的绿色建材的定义可以这样来理解，绿色建材的核心内涵是生产和使用过程中节约资源和能源，减少环境污染以及废弃材料建材应用，建材可再生循环利用。所以，我们发展绿色建材就应该紧紧围绕上述内涵开展工作。为此，《绿色建筑评价标准》GB50378对建筑材料的要求也重点集中在鼓励采用可再循环材料、废弃物再生建材，鼓励节约天然资源。例如即将颁布的GB50378修订版规定了如下条款：
（1）采用可再利用和可再循环建筑材料。住宅建筑中用量达到6%即可得分，公共建筑中用量达到10%即可得分。
（2）使用以废弃物为原料生产的建筑材料，废弃物掺量不低于30%。采用以废弃物为原料生产的建筑材料，其占同类建材的用量比例不小于30%，即可得分。按照绿色建材的上述定义，我们应该对绿色建材有一个科学的理解方式，即绿色建材的概念是相对的，而不是绝对的，它是与当时所处的科技水平以及人类社会的需求水平相关联的。也就是说，现在认为是绿色建材，可能若干年后就算不上绿色了；过去认为不绿色的建筑材料，经过技术改进，也可以具备一定程度的或某一些方面的绿色性能。所以，我们可以认为，在满足建筑工程的安全性和使用功能等需求前提下，且符合现行标准规范和国家产业政策要求的各种建筑材料，都应该具有向绿色方向发展的潜能。所以，“绿色建材”这个术语换成“建筑材料绿色化技术”似乎更合理，即“绿色建材”不是一类产品，而是一类技术。这个技术是不断发展和进步的，我们的研发和产业力量在关注新型绿色建材的同时，还应该高度重视对传统建筑材料尤其是大宗传统建材的绿色化改性方面，至少在现阶段，这方面的贡献实际上更为现实、显著和重大。
2、我国绿色建材发展及其应用
2.1我国对绿色建材的关注
为了促进我国建材和建筑业的可持续发展，我国借鉴发达国家的成功经验，以节约资源和能源、减少环境污染和加大废弃材料的再生循环利用为目的，以绿色高性能混凝土、高效节能环保型墙体材料、绿色优质化学建材、工业和建筑废弃物的循环利用、改善室内空气质量、完善相应标准规范和评价体系等为重点，我国对绿色建材进行了大量的研究及推广应用，得了明显成效。
（1）2008年1月设立了“绿色建材国家重点实验室（Statekeylaboratoryofgreenbuildingmaterials）”。
（2）通过国家“十一五”科技支撑计划课题《绿色建材产品标准、评价与认证技术与体系研究》等项目研究，建立了具有一定可操作性的绿色建材综合评价数学模型和评价指标体系，并对2008年北京奥运会场馆使用的建材，如内墙亚光乳胶漆、石膏板、矿棉板等产品进行了示范评价。
（3）2009年成立了中国绿色建筑委员会绿色建材学组。
（4）2013年又成立了中国城科会绿色建材研究院。
（5）住建部正在策划成立“中国绿色建材产业化创新联盟”。
（6）2012年4月，财政部、住建部联合了《关于加快推动我国绿色建筑发展的实施意见》（财建[167]号），明确指出要“加大高强钢、高性能混凝土、防火与保温性能优良的建筑保温材料等绿色建材的推广力度”，“大力推进建筑垃圾资源化利用”。
（7）2013年1月，发改委、住建部联合了《绿色建筑行动方案》，其中明确提出重点任务之一就是“（七）大力发展绿色建材”，包括高性能混凝土、复合墙体材料等。
2.2我国绿色建材的应用概览
2.2.1再生建材
再生建材是指部分或全部利用固体废弃物为原料生产的建筑材料。我国固体废弃物排放极其巨大，仅粗略统计以下几种固体废弃物排放量就可见一斑。我国粉煤灰年排放量已经达到了3.75亿吨，相当于我国城市生活垃圾年总量的两倍多，其体积可达到4.24亿立方米，相当于每两分半钟就倒满一个标准游泳池，或每天一个奥运会水立方。我国钢渣年排放量约0.8亿吨，加上历年累计，总储量达4亿吨，占地6万亩。我国当前建筑垃圾年排放量保守估计超过3.5亿吨；随着城市建设从外延式开发到与内涵式大规模旧城改造并举，我国新建建筑施工垃圾和旧建筑改造或拆除产生的建筑垃圾产生量将逐渐增多，建筑垃圾排放的高峰期已经到来。目前，我国日处理污水量近七千万吨，年产污水处理污泥已高达3600万吨；随着国家节能减排政策的制定和实施，全国600多个大、中城市正在加速建设污水处理厂，城市污泥的排放量还将迅速增长。如此大量的固体废弃物，必须得到有效处置或消纳。再生建材是消纳固体废弃物的主力军之一。同时，为了降低建材业对天然资源的过度依赖，我国积极利用各种固体废物来取代传统原材料制备再生建材产品。目前，建材全行业年利用各种固体废物总量已超过6亿吨。再生建材由于大量利用废弃物，节约了资源，保护了环境，所以理所当然属于绿色建材范畴。
（1）建筑垃圾再生建材
我国城市旧城区改造及城镇化建设的快速发展，使得近年来我国建筑垃圾排放量飞速增长。本着“从建筑中来，回建筑中去”的理念，利用建筑垃圾可以生产再生砌块、再生砖、再生骨料混凝土等，实现建筑材料的循环利用。我国一直重视建筑垃圾再生利用方面的科研工作。例如，“十五”科技攻关课题“再生集料及其配制新混凝土的研究”；“十一五”国家科技支撑计划重点课题“建筑垃圾再生产品的研究开发”；国家抗震救灾“十一五”专项课题“地震灾区建筑垃圾资源化技术及其示范生产线”和“地震灾区建筑垃圾资源化与抗震节能房屋建设科技示范”；国家高技术研究发展计划“固体建筑废弃材料再生混凝土资源化综合利用关键技术研究与应用”；“十二五”国家科技支撑计划重点课题“固体废弃物本地化再生建材利用成套技术研究”，研究内容不仅涉及建筑垃圾再生建材，还涉及钢渣、城市污泥等固体废弃物再生利用。我国在建筑垃圾再生利用方面已有标准规范可循。例如，国标《混凝土用再生粗骨料》GB/T25177、《混凝土和砂浆用再生细骨料》GB/T25176，行标《再生骨料应用技术规程》JGJ/T240-2011已经颁布实施；各地方标准，例如上海地标《再生混凝土应用技术规程》DG/TJ08-2018、北京地标《再生混凝土结构设计规程》DB11/T803-2011、深圳地标《深圳市绿色再生骨料制品技术规范》都或已颁布实施，或即将出台；2008年，中国土木工程学会成立了再生混凝土专业委员会；2012年成立了中国建筑垃圾管理与资源化工作委员会。我国在建筑垃圾再生建材实际工程应用方面也已经积累了众多成功案例。例如，青岛海逸景园、宜昌馨园等工程中成功应用了再生混凝土，强度等级达到了C30；汶川地震都江堰灾区重建过程中，采用再生混凝土（C30）、再生砌块（MU10）建成了多栋示范建筑；上海市在世博会城市最佳实践区内的“沪上•生态家”案例中也采用了再生混凝土；北京建筑工程学院实验6号楼工程中使用了C30、C40全再生骨料混凝土（即粗细骨料均为建筑垃圾再生骨料）；邯郸市在大型公共建筑“邯郸市金世纪国际商务中心”建设中采用了130万块再生砌块，消纳建筑垃圾约8000t；北京崇文区草场5条20号院改建工程、北京中国古陶瓷研究中心等工程中采用了北京一家建筑垃圾再生建材企业生产的再生骨料砖和再生砂浆。建筑垃圾还可用作复合载体夯扩桩填料加固软土地基，该技术简称“复合载体桩技术”，即在桩基施工过程中，向桩孔内填入碎砖及废弃混凝土等建筑垃圾填充料，经反复夯实、挤密，使桩端下一定深度和范围的土体得到充分加固挤密，形成“复合载体”夯扩桩地基。该技术已经在北京市六环路某标段高架桥等工程中得以成功应用。所以，从目前的技术水平和工程应用经验来看，混凝土已经可以看作是可再循环材料了，从技术角度而言废弃混凝土等建筑垃圾完全可以用来制造再生建材。不过由于建筑垃圾再生建材利用技术水平在我国分布不均，尚未形成全国范围内的产业群体，尚处于局部推广阶段。但是预计近几年全国范围内将会有快速发展，尤其是在北京、上海、深圳等经济较发达且建筑垃圾排放量巨大的城市和地区发展会更快。
（2）其他固体废物再生建材
工业废渣例如粉煤灰、工业废石膏等，在建材产品中应用广泛。粉煤灰可以用来生产加气混凝土砌块，工业脱硫石膏可以用来生产高档纸面石膏板。农业废弃物也可以用来生产加工再生建材。例如麦秸定向结构板（OSSB板），上海世博会万科馆整体结构都是采用的秸秆板材；还有棉花秸秆纤维板、葵花秸秆均质板等。我国自行研制生产的具有世界水平的零甲醛秸秆生态板，可以用来制造高档装饰装修板材。还有一种近年来新兴的再生建材——再生木塑复合材料，是采用木材废料和回收塑料制造。采用再生木塑复合材料建造的整体房屋已经进入实用化阶段，几年前在北京房山区长阳镇建造了大量的新农村高品质住宅示范小区。深圳建科院建科大厦一楼大厅就是采用再生的木塑复合板作为地面材料。城市污水处理厂污泥再生利用也已经具有一定的成熟度。例如采用污泥烧制陶粒，可以配制轻骨料混凝土。污泥轻骨料中污泥含量可达30%，筒压强度≥4.0MPa，密度等级600~800kg/m3；污泥超轻骨料中污泥含量可达35%，筒压强度≥1.0MPa，密度等级300~500kg/m3。
2.2.2绿色混凝土
（1）高性能混凝土
相比于传统的混凝土，高性能混凝土中一般都要掺入较高掺量的粉煤灰等固体废弃物，且具有优异施工性、耐久性和使用寿命，在全生命周期中能够减少对环境影响，所以可以称其为“绿色混凝土”。例如崇明长江隧桥和东海大桥采用的高性能混凝土中矿渣粉-粉煤灰复合掺量均达到了65%；北京银泰中心采用大掺量粉煤灰的高性能自密实混凝土。
（2）清水混凝土
由于采用清水混凝土之后不需要再进行外装饰，节省了大量装修装饰材料。所以，清水混凝土技术也应该属于混凝土的绿色技术范畴。例如2008奥运会北京网球中心、大连软件园IBM办公楼等工程均成功采用清水混凝土作为外墙饰面；深圳建科院建科大厦则成功采用清水混凝土直接作为内墙饰面；获得澳大利亚最高的六星级绿色建筑标识的墨尔本CH2办公楼也采用清水混凝土直接作为内饰。
2.3.3预制装配式建筑构件
装配式建筑结构，是以预制构件为主要受力构件，经装配连接而成的建筑结构。与传统现浇施工工法相比，装配式结构无疑属于绿色化的建筑结构。因为装配式结构的施工更能符合节地、节能、节材、节水和环境保护等要求，降低对环境的负面影响，包括施工效率高，降低噪音，防止扬尘，减少环境污染，清洁运输，减少场地干扰，节约水、电、材料等资源和能源；且装配式建筑结构更能保证建筑物安全、品质和寿命，是绿色建筑发展的必然方向。用于装配式建筑结构的预制构件，就是预制装配式建筑构件。预制装配式建筑构件属于绿色建材，因为它具有一系列绿色性能。以预制装配式混凝土构件为例：
（1）制作精度高，产品质量好，使用寿命长；
（2）生产一般使用定型钢模板，平均使用次数200~300次，远远大于现场浇筑模板的使用次数；
（3）工厂化预制生产，配料精确，材料利用率高，大大减少现场浇筑的混凝土浪费损失；工业化预制生产改变了混凝土构件的养护方式，实现养护用水的循环使用，据测算，养护水可减少近80%；
（4）施工现场避免了混凝土振捣噪声污染；等等。万科工业化实验1号楼工程非常典型的应用了预制装配式建筑构件。该实验楼的结构形式为框架结构，但抛弃了传统的全部结构构件均为现场浇注的施工方式，其主要结构构件均采用工厂预制现场组装的方式进行。其中梁柱构件全部为工厂预制，运到施工现场后采用冷挤压套筒进行柱与柱之间的钢筋连接，然后用C40砼浇注柱梁接头以形成整体框架；楼板为两层结构，第一层为80mm厚预制砼楼板，第二层为70mm厚现浇砼楼板；内外墙、楼梯、阳台及卫生间、厨房等均为预制构件。外墙在工厂预制的时候已经内置了保温板，且表面贴好饰面砖才运到现场安装。
2.3.4高效自保温墙体材料
自保温墙体材料及制品，不仅具有良好的保温效果，而且可以实现与建筑物同寿命，属于绿色建筑材料技术，近年来得以较快发展。发达国家混凝土砌块技术已经相当成熟。例如法国研制生产的保温性能良好的空心砌块，300mm厚的砖墙传热系数可降低为0.75～1.0W/m2•K。我国自保温烧结空心砌块的生产是在消化吸收国外先进技术基础上，自行开发出有中国特色的大型化、自动化和成套化技术。大断面隧道窑和全内燃、超热焙烧控制技术，有力的推动了我国综合利用煤矸石、粉煤灰、河道淤泥、城市污泥等工业废弃物在烧结空心砌块制品的应用，很好的体现了高效保温砌块节能利废、绿色环保的特点。
2.3.5其他新型功能性绿色建材木丝水泥板
是由水泥作为粘接剂，木丝作为纤维增强材料，混合后经铺装成型养护而制成的板材。木丝原料来源于用于绿化的速生林，不加以利用则只能废弃，所以属于林业废物利用。木丝水泥板用途广泛，可以用作生产复合墙板，可以用作混凝土浇筑模板；彩色木丝水泥板可用作建筑内装饰，具有吸音、调湿、保温、防火等功能。木丝水泥板目前已经颁布了行业产品标准，工程标准正在编制之中。抗菌涂料、硅藻泥等调节湿度的建材、抗菌陶瓷砖、纳米空气净化涂膜等，都属于功能性绿色建材。例如纳米空气净化涂膜，其遇光后发生反应产生的物质能将甲醛分解成为水和二氧化碳，同时还能持久释放大量负离子，杀菌、消毒、除臭、降解异味，不产生二次污染，非常适合在商店建筑中使用。国外不仅在室内环境质量改善方面已有很多高技术绿色建材产品，而且已经具有相关标准规范，例如日本JISA1470-1-2008《调节湿度用建材吸/脱湿性试验方法——第1部分：湿度应答法——湿度变化测定吸放湿性的试验方法》、美国ASTM-D3273:2005《内墙涂料表面耐霉菌生长测试方法》等。目前，我国也已经颁布实施了一系列涉及功能性绿色建的相关标准规范，例如《室内空气净化功能涂覆材料净化性能》、《负离子功能涂料》、《负离子功能建筑室内装饰材料》、《建筑材料吸放湿性能测试方法》、《调湿功能室内建筑装饰材料》、《抗菌涂料抗细菌性能测试方法及评价效果》、《抗菌陶瓷制品抗菌性能》、《建筑用抗菌塑料管抗细菌性能》、《抗菌防霉功能木质装饰版》、《硅藻泥装饰壁材》等。这些标准规范为改善室内环境质量的功能性绿色建材提供了良好的技术依据和质量保证，将促使我国在这一领域加快发展步伐，满足用户对室内环境质量日益增长的客观需求。
3、结语
土工合成材料的功能范文6
关键词：智能材料；土木工程；应用；发展趋势
中图分类号：O434 文献标识码： A
一、土木工程建设项目智能材料的特征和概念
针对土木工程建设项目当中所应用到的智能材料的种类、特性和基本的概念进行分析，是加强技术操作水准的一个首要步骤。在上个世纪七十年代，美国率先的提出了关于在建筑项目之中使用智能材料的理念和想法，并且通过试验测试，得出材料的基本特性。而在今后的几十年发展当中，随着技术的不断改进以及各大部门对建筑项目研究的重视程度增加，先后的出现了机敏材料、建筑结构自适应材料以及智能材料等项目。
首先，当前针对建筑项目当中的智能材料并没有一个统一的、标准的定义。总体的来讲，在土木工程施工当中应用的智能材料指的是可以对外界的环境和内部环境进行感知的、可以以此来对建筑进行准确的处理分析和判定的、具有适度相应的智能材料。智能材料是高分子材料、人工合成材料、天然材料等之后出现的一种新型建筑施工材料，并且在今后的建筑行业当中将发挥出巨大的效应。另外还需要明确的是土木工程施工建设当中所使用到的智能材料的基本特征，一般的来讲，智能材料特性有以下几点：反馈功能、传感功能、自诊断功能、相应功能、信息的积累以及识别功能、建筑结构的自我修复功能、自适应功能等。
而当前所使用的智能材料还具有以下几个方面的特性：第一，在土木工程建设施工项目当中应用的智能材料可以对外界的环境进行准确的感知，可以精准的检测出环境当中的刺激和刺激所产生的强度，诸如应变量、应力、光、热能以及核辐射和化学能等；第二，智能建筑材料还具有一定的驱动能力，可以对外界的变化进行适当的相应；第三，智能材料可以按照事前设计好的方式，来对自身的相应进行控制，同时还可以选择相应的具体方式；第四，智能建筑材料对于外界刺激所产生的反应非常的快捷，并且非常恰当：最后，智能材料受到外界的刺激并且当刺激消除之时，可以迅速的、在短时间之内恢复至最初始的状态。
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
传统结构中集成压电体，采用压电传感元件对结构的振动模态进行感知，利用其输出结果，采取适宜控制算法对压电体的输入进行确定，以主动控制结构振动的实现，是开展压电类智能结构应用研究的一个较为前沿的领域。很多研究人员在任意复杂激励下，采用压电陶瓷作为加速度传感器与驱动体开展基于压电层合结构的主被动阻尼及主动振动控制等相关问题的研究工作，随着近年来不断发展的压电材料与堆技术，使研究应用压电类智能结构的领域更为广泛。主要应用在土木工程结构的噪声主动控制、静变形控制能、安全评定、健康监测等众多领域都获得良好的控制效果。
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
在外加磁场作用下，磁流变液悬浮体系的各项流变性能会产生明显的可逆变化。同时在外加场强高于临界值后，磁流变液将迅速从液态转变为固态，在显微镜下能够观察到磁流变液的分散相颗粒在磁场作用下结成沿磁场方向的链状结构。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。在土木工程领域，电视塔、高层建筑、大跨度桥梁等结构中都采用该材料用于实现对地震的半主动控制。此外，磁致伸缩智能材料也在相关研究中日益的得到重要关注。磁致伸缩智能材料具有强烈的磁致伸缩效应，电磁/机械能能够进行逆转换。在智能材料领域中应用前景较为广阔，该材料可用于大功率超声器件、声纳系统、精密定位控制等多个领域。
三、智能材料的前景
目前在土木工程领域内，智能材料的研究主要在以下三方面的应用研究最受重视：（1）结构健康的实时检测与监控。这主要是指将先进的传感元件和驱动元件集成在传统的土木结构中，利用它们构成的网络对结构的裂缝、损伤、疲劳、冲击、缺陷、腐蚀等状态进行实时监测和控制，以确保重大土木工程结构和基础设施的安全可靠，降低其维修费用。（2）形状自适应材料与结构。智能材料的研究与出现不仅可使土木工程设计人员所期盼的自适应结构的诞生成为可能，而且更重要的是它代表着先进的新型材料与传统的土木工程设计人员所期盼的自适应结构的诞生成为可能，而且更重要的是它代表着先进的新型材料与传统的土木工程结构相结合这一重大的学科研究发展方向。自适应结构既具有承受荷载和传递运动的能力，同时还兼有检测（应力、应变、裂缝、损伤、温度等）、动作（改变结构内部应力应变分布和结构外形及位置等）和改变结构特性（结构阻尼、固有频率、光学特性、周围电磁场分布）诸多智能功能，因此其应用前景非常广阔。（3）结构减振抗震抗风降噪的自适应控制。结构的动力响应一直是土木工程设计中的一个非常重要的问题，特别是对于高层建筑和桥梁等大型土木工程结构的抗震抗风问题更是如此，而智能材料的开发与应用就可为之提供一个更为有效的新途径，从而使结构的自适应控制成为可能。目前，虽然智能材料还有这样或那样的不足，但是，随着研究的深入，智能材料的性能将得到进一步的改善。智能材料在许多领域都具有巨大的潜在应用前景，其研究涉及材料科学、化学、力学、生物、微电子技术、分子电子学、计算机控制、人工智能等学科与技术。
结束语
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]阎平，智能材料在土木工程中的应用[J].现代物业.2013.
