基于新型建筑材料在基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用

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摘要：本文探討在地基基礎(chǔ)和基坑圍護(hù)方面幾種典型新型建材的應(yīng)用和發(fā)展趨勢。

　　關(guān)鍵詞： 新型建筑材料；基礎(chǔ)工程；基坑圍護(hù) 　　一、緒言 　　隨著我國基建的快速發(fā)展，建筑業(yè)也呈現(xiàn)的迅猛的勢頭，基礎(chǔ)工程中各種新型建筑材料不斷的開發(fā)使用，建筑工程場地和地基條件變的越來越復(fù)雜， 進(jìn)而促使新材料、新技術(shù)在基礎(chǔ)工程中得到廣泛應(yīng)用。建筑材料是建筑產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)， 新型建筑材料的發(fā)展對建筑技術(shù)產(chǎn)生著巨大的影響，并可能改變建筑物的形態(tài)或結(jié)構(gòu)。本文主要探討在地基基礎(chǔ)和基坑圍護(hù)方面幾種典型新型建筑材料的應(yīng)用和發(fā)展趨勢。 　　二、在基礎(chǔ)工程中新型建筑材料應(yīng)用 　　1、幾類混凝土在基礎(chǔ)建筑工程中的應(yīng)用 　?。?）高強(qiáng)混凝土。在混凝土高強(qiáng)度化的應(yīng)用中，高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（簡稱PHC 管樁即高強(qiáng)混凝土）就是在基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用的建筑材料之一。PHC 管樁生產(chǎn)采用摻高效減水劑、強(qiáng)制攪拌、高速離心和“蒸養(yǎng)-壓蒸”二次養(yǎng)護(hù)方式，樁身混凝土強(qiáng)度等級超過C80,具有強(qiáng)度高，單樁承載力大，耐打性好，設(shè)計(jì)選用靈活方便，成樁質(zhì)量可靠，對樁端持力層起伏變化較大的地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)， 施工速度快，檢測時(shí)間短，監(jiān)理方便，現(xiàn)場管理簡單，綜合經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)好等優(yōu)點(diǎn)，在許多工程中得到了成功應(yīng)用。 　　（2）纖維混凝土。纖維混凝土是一種新型的多相復(fù)合建筑材料，它通常根據(jù)工程結(jié)構(gòu)不同及使用環(huán)境和條件在水泥基體中摻入鋼纖維、玻璃纖維、石棉纖維、碳纖維、聚丙烯纖維、高密度聚乙烯纖維、尼龍纖維等材料，以改善并提高混凝土的抗裂、抗拉、抗彎強(qiáng)度和抗?jié)B防水性能，增強(qiáng)其抗沖擊及抗震能力，已受到工程界的極大關(guān)注并在不斷的工程實(shí)踐過程中得到越來越多的肯定。 　　（3）混凝土膨脹劑?；炷僚蛎泟ê喎QUEA）是由硫鋁酸鈣熟料或硫酸鋁熟料、天然明礬石和石膏共同磨細(xì)而成的一種特殊外加劑。它內(nèi)摻（替換水泥率）6~12%于混凝土中拌制成的補(bǔ)償收縮混凝土，具補(bǔ)償收縮、強(qiáng)度、抗?jié)B和抗凍性能良好的優(yōu)點(diǎn)。灌注樁膨脹劑（簡稱PEA），是由鋁酸鹽、硫酸鋁鹽、石膏和有機(jī)外加劑磨制而成的粉狀物。PEA 摻入水泥后，由于水化作用形成大量的膨脹性結(jié)晶水化物-鈣礬石，使混凝土產(chǎn)生體積膨脹。通過混凝土樁徑向膨脹作用， 提高了樁與土層的摩擦阻力。而PEA 樁的豎向膨脹作用，也提高了樁尖的極限強(qiáng)度。這一徑向和豎向膨脹綜合效應(yīng)，使PEA 樁垂直和水平承載能力都得到提高。水泥中摻入20~25%的PEA, 單樁承載力提高25%~35%.基礎(chǔ)工程的實(shí)踐證明采用PEA 樁能節(jié)省投資，大大縮短樁基工工期，同時(shí)可節(jié)省工程用電、用水，具有顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。 　?。?）噴射混凝土。噴射混凝土是將水泥、砂、石和外加劑（速凝劑、粘稠劑）按一定比例拌合后裝入噴射機(jī)中，借助壓縮空氣吹至噴嘴處與水混合，然后噴向巖壁并在短時(shí)間內(nèi)與巖壁粘結(jié)的一種混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)。 　　采用噴射混凝土護(hù)壁由于不需支設(shè)模板，工藝簡單，施工方便，工期短，經(jīng)濟(jì)效益顯著。 　　2、化學(xué)灌漿材料在基礎(chǔ)建筑工程中的應(yīng)用化學(xué)灌漿是巖石工程補(bǔ)強(qiáng)加固手段之一。常用的化學(xué)灌漿材料除傳統(tǒng)類型外出現(xiàn)了諸如甲凝、甲氰凝和環(huán)氧-聚氨酯、丙烯酸酯-聚氨酯等互穿網(wǎng)絡(luò)灌漿材料，其中甲基丙烯酸酯系列是我國獨(dú)創(chuàng)。目前研制的中化-798 漿材，沖破國際上認(rèn)為k <10-6cm/s 地層不能進(jìn)行滲透灌漿的灌漿禁區(qū)，而且注入k =10-8cm/s 的地層，為國內(nèi)外處理低滲透性軟弱巖土地層的化學(xué)灌漿技術(shù)開創(chuàng)了新局面。 　　3、粉煤灰磚及粉煤灰拌合物在基礎(chǔ)建筑工程中的應(yīng)用該產(chǎn)品以粉煤灰、膠凝材料（石灰、石膏、水泥等）為主要原料，摻加適量的外加劑、集料等，經(jīng)坯料制備、振動(dòng)壓制成型，常壓或高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)而制成的實(shí)心磚，是替代實(shí)心粘土磚較為理想的一種新型墻體材料。粉煤灰是由燃煤熱電站煙囪收集的灰塵，其顆粒一般比水泥還細(xì)，含有大量的球狀玻璃珠，同石灰、水泥、砂石、土等親合性好，它們的拌合物是優(yōu)良的地基與基礎(chǔ)工程材料，已在水利、道路、建筑工程中得到廣泛應(yīng)用。 　　（1）粉煤灰中的SiO2、Al2O3酸性氧化物與石灰消解后生成的Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等膠凝物質(zhì)，并逐漸硬化產(chǎn)生強(qiáng)度，用以加固地基和作基礎(chǔ)墊層， 在多個(gè)工程實(shí)踐中得到成功應(yīng)用。 　?。?）二灰砂樁。用粉煤灰、石灰、砂和多種外加劑制成的灰土樁，處理新填土地基，提高了地基承載力，減少變形量，具有明顯效果。 　?。?）二灰瀝青混凝土。美國摩爾頓郡修建海布郎公路時(shí)， 在拌制瀝青混凝土?xí)r摻入3.5%的消石灰和8%的C 級粉煤灰（高鈣灰）， 使混凝土的強(qiáng)度提高60%~80%,若先拌合石灰，陳化24 小時(shí)后再摻入粉煤灰，混凝土的強(qiáng)度可提高1 倍以上。 　　（4）粉煤灰混凝土。研究表明摻有 高效減水劑的混凝土， 當(dāng)拌合物的水灰比為0.3 或者更低時(shí)，使用粉煤灰取代60%的水泥拌制的混凝土，不僅具有強(qiáng)度與耐久性優(yōu)異的特性，同時(shí)混凝土的彈性模量、徐變、干縮和凍融性能亦均與普通混凝土相當(dāng)。另外，這種高摻量粉煤灰混凝土抵抗氯離子滲透的能力較強(qiáng)。 　?。?） CFG 樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，這種樁的骨料仍為碎石，用摻入石屑來改善其顆粒級配，摻入粉煤灰來改善混合料的和易性，并利用其活性減少水泥用量。由于它與周圍被擠壓的土壤共同承受上部傳來的荷載，故又稱為CFG 樁復(fù)合地基。與碎石樁相比，CFG 樁承載力提高幅度較大（與素混凝土樁相近），且具有可調(diào)性，并可有效減少變形。CFG 樁處理費(fèi)用比素混凝土樁節(jié)約20%~30%,且利用了“二廢”（即粉煤灰和石屑），具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。（6）水泥粉煤灰鋼渣樁（簡稱CFS 樁）在濕陷性黃土地區(qū)已被積極應(yīng)用與推廣，并在武漢某熱軋廠板坯庫車間人工填土地基中得到了成功應(yīng)用。CFS 樁的作用機(jī)理主要是通過擠密、樁體分擔(dān)荷載作用來提高地基承載力及減小變形。此外，粉煤灰、石灰和水泥摻合在一起的“三灰”基礎(chǔ)，粉煤灰、石灰混合料中摻入土的“二灰土”墊層和“二灰土”樁，粉煤灰、石灰、碎石或硬質(zhì)礦渣等拌合在一起的“二灰渣”等粉煤灰拌合物在地基基礎(chǔ)中均得到了成功的應(yīng)用。 　　三、在基礎(chǔ)工程中新型建筑材料發(fā)展的趨勢 　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的提高，城鄉(xiāng)建筑迅速增加，因而建筑材料問題已越來越被社會(huì)各界所重視，已成為當(dāng)今社會(huì)廣泛關(guān)注的一個(gè)重要主題。 　　1、綠色建材應(yīng)成為基礎(chǔ)工程材料 　　發(fā)展的主要目標(biāo)綠色建材在基礎(chǔ)工程中的開發(fā)利用有以下幾種類型： 　　一是節(jié)約資源型，如粉煤灰拌合物是盡量降低天然資源消耗，充分利用工業(yè)廢料作為原材料的綠色建材。二是低能耗型， 如用粉煤灰等工業(yè)廢渣代替粘土磚， 生產(chǎn)相當(dāng)于1000 億塊實(shí)心粘土磚的新型墻體材料， 可消耗工業(yè)廢渣7000 萬噸，節(jié)約耕地3 萬畝，節(jié)約生產(chǎn)能耗100 萬噸標(biāo)煤，達(dá)到節(jié)能利廢、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的目的。三是無公害型，如國內(nèi)研制成功了T31,810,X89,CD 等毒副作用較低的一批環(huán)氧漿材改性胺類固化劑， 無溶劑型環(huán)氧漿材、LW、HW 等 水溶性聚氨酯漿材等低污染或無污染的新型建材。四是可回收利用型， 環(huán)保泥漿是一種高分子聚合物所組成的高濃縮性乳液穩(wěn)定液， 用于地下連續(xù)墻或樁基施工，具有穩(wěn)定溝槽的功能，可取代傳統(tǒng)的膨潤土。新型墻體材料。 　　墻體材料在房屋建材中約占70%,是建筑材料的重要組成部分。綠色建材是建材發(fā)展的方向，因而發(fā)展墻體材料，一定要按照建材綠色化的要求，與資源綜合利用、保護(hù)土地和環(huán)境緊密結(jié)合起來，通過限制粘土磚，優(yōu)化墻體材料產(chǎn)業(yè)與資源、環(huán)境、社會(huì)發(fā)展的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)墻體材料的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)人與自然的和諧發(fā)展。新型墻體材料的發(fā)展應(yīng)有利于生態(tài)平衡、環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源，既要符合國家產(chǎn)業(yè)政策要求，又要能改善建筑物的使用功能，同時(shí)堅(jiān)持‘ 綜合利廢、因地制宜、市場引導(dǎo)' 的原則，要充分利用本地資源，綜合利用粉煤灰及其他工業(yè)廢渣生產(chǎn)墻體材料，加快輕質(zhì)、高強(qiáng)、利廢的新型墻體材料的發(fā)展步伐。如利用資源豐富的粉煤灰、煤矸石、礦渣等，取代粘土生產(chǎn)粉煤灰燒結(jié)磚，煤矸石燒結(jié)磚，礦渣磚。 　　2、復(fù)合建材是基礎(chǔ)工程材料發(fā)展的必然趨勢 　　復(fù)合建材是由兩種或兩種以上不同材料，通過一定的加工工藝合成一體的功能材料?，F(xiàn)代建材大多數(shù)是復(fù)合建材，如PHC 管樁、粉煤灰拌合物、纖維混凝土等都是復(fù)合建材。復(fù)合建材吸取了單一質(zhì)建材的材性優(yōu)勢和組合建材優(yōu)勢互補(bǔ)的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)使用功能的要求，選擇合適的材料，通過物理或化學(xué)的手段，使不同材料復(fù)合成一種新的整體材料，既能使材料的特性得到充分發(fā)揮，又能合理地做到優(yōu)勢互補(bǔ)。如纖維混凝土中纖維的摻入可以提高混凝土的抗拉及抗沖擊性能，并能有效改善混凝土的脆性，使材料更能適應(yīng)時(shí)代的要求。以水泥、粉煤灰、石屑等材料構(gòu)成的低強(qiáng)度樁為“復(fù)合地基”技術(shù)的開發(fā)，為我國地基處理技術(shù)開辟了新領(lǐng)域，填補(bǔ)了天然地基與樁基之間的空白。 　　3、新型建材品種的增加促進(jìn)基礎(chǔ)工程技術(shù)的發(fā)展 　　目前，新型建材的品種和產(chǎn)量正在以前所未有的速度發(fā)展，基礎(chǔ)工程若能有效地利用性能優(yōu)良的新型建材必將推動(dòng)基礎(chǔ)工程新技術(shù)、新工藝的發(fā)展。水泥工業(yè)在我國建材行業(yè)中能耗最大，因此要大力發(fā)展生態(tài)水泥。所謂生態(tài)水泥就是廣泛利用各種廢棄物，包括各種工業(yè)廢料、廢渣及城市垃圾為原料制造的一種生態(tài)建材。這種水泥能夠降低廢棄物處理的負(fù)荷，既解決了廢棄物造成的污染，又把生活垃圾和工業(yè)廢棄物作為原材料，變成了有用的建設(shè)資源，從而降低了生產(chǎn)成本。生態(tài)水泥的主要品種有：環(huán)保型高性能貝利特水泥，低鈣型新型水硬性膠凝材料，堿礦渣水泥等。粉煤灰是燃煤發(fā)電場的廢棄物，由于其具有輕質(zhì)多孔的特點(diǎn)和潛在的水硬性，可以作為多種建材的生產(chǎn)原料。開發(fā)粉煤灰建材不僅可以解決能源和資源問題，同時(shí)解決了這種工業(yè)廢棄物造成的污染問題。今后在粉煤灰綜合利用方面，需要重點(diǎn)開發(fā)研究的前沿技術(shù)課題有：大摻量粉煤灰制品；各種免燒結(jié)、免蒸養(yǎng)自然養(yǎng)護(hù)工藝的粉煤灰磚制品和粉煤灰陶粒等。 　　總之，新型建材品種的不斷涌現(xiàn)和產(chǎn)量的不斷增長是新世紀(jì)建筑業(yè)發(fā)展的客觀要求，它們正在推動(dòng)著基礎(chǔ)工程技術(shù)向前發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，新型建材不斷開發(fā)應(yīng)用必將對基礎(chǔ)工程技術(shù)的發(fā)展帶來巨大的影響。 　　參考文獻(xiàn)： 　　[1]劉粵湘等。綜合注漿法在人工挖孔樁施工中的應(yīng)用[J].土工基礎(chǔ)，2003,（09）。 　　[2]黃一丹。纖維混凝土在大面積混凝土底板中的應(yīng)用[J].廣東土木與建筑，2003,（05）。 　　[3]周曙春等。水泥粉煤灰鋼渣樁（CFS 樁）處理地基試驗(yàn)研究[J].土工基礎(chǔ)，2002,（03）。