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土木工程材料主要分为结构材料和功能材料两类

点击: 119 次  来源:http://www.freshstuff.cc 时间:2019-12-05

日期:20160307

土木工程材料主要分为结构材料和功能材料两类。

结构材料

钢材

性能:

  • 优点:强度、刚度、延性、耗能
  • 耐久性、耐高温性

研究方向:

  • 耐高温性,防火涂料;
  • 耐久性
    • 涂料
    • 石墨烯,吸收氯离子
    • 环氧树脂,用于跨海大桥拉索防护
    • 不锈钢,降低强度,增加截面,港珠澳大桥
  • 强度
    • 高强钢材,延性和耗能能力降低
    • 低屈服点钢材,作为耗能构件,屈服点(100,110,160,210),伸长率达到25-30%
  • 低温耐候钢

混凝土

混凝土构成有:水泥+水+砂+石,主要可控因素是水泥,水泥领域研究单位:

  • 武汉理工大学
  • 上海硅酸盐研究所

水泥的改进:

  • 减少水灰比,从C10-C40,研发减水剂,增强流动性;
  • 改变水泥粒径,C60-C80,高强混凝土,脆性增强,抗震、抗火能力差;
  • 活性粉末混凝土,C200-C400,湖南大学
  • 高性能混凝土,掺入活性硅灰,10%-15%,不能太多,以防水化热太大;

未来趋势:

  • 生态绿色混凝土,Berkeley,MIT在研究;
  • 粉煤灰、工业废料再利用,问题:活性低,水化慢;
  • 建筑垃圾再利用,同济大学;
  • 抗开裂混凝土,加入碳纳米纤维,解决原生裂纹;

其他热点:

  • 应变自感知混凝土,掺入碳纤维,受压感知电阻变化;
  • 掺纳米TiO2,强度、韧性、延性均大幅度提高;
    • 分子动力学;
    • 第一性原理;
  • 活性粉末混凝土,不用骨料,工厂生产,湖南大学邵旭东
  • 超高韧性混凝土;
  • 自愈合混凝土
    • 混凝土二次水化
    • 内置胶囊
    • 微生物膨胀法

工程问题只需要考虑好用就行,而科学研究必须解释为什么。原理的掌握可以降低试错成本。

FRP

Fiber Reinforeced Polymer

  • 优点
    • 抗拉强度极大
    • 抗腐蚀
  • 缺点
    • 尺寸效应显著(具体不清楚)
    • 抗剪性能差
    • 难以锚固(斜拉桥应用)

FRP在航天领域及结构健康监测领域大量应用。

功能材料

驱动材料

磁流变材料,材料力学特性随电流变化;

形状记忆合金

形状记忆效应,超弹性,苏醒之后回到原点。