关键词：相变材料；道路工程；沥青混凝土；水泥混凝土
中图分类号：TU528文献标识码：A
当前，做好能源的合理开发利用成槿世界所面临的一道难题。将所浪费的能源储存起来加以利用是解决这一难题的重要途径。相变技术是一种极为优良的技术。将所浪费的能源通过相变材料储存起来将会使相变材料获得良好的应用前景。相变材料是一种潜热储能材料，相关研究表明，单位体积的相变材料所具有的储热能力是同体积显热储能材料的5～14倍。相变材料已经在建筑领域中得到了较为良好的应用。但是在道路工程领域中的应用还处于初始阶段，鉴于相变材料在节约能源和改善工程结构内部温度分布所发挥出的良好效果，相变材料将会在道路工程领域中发挥出良好的应用效果。
1.相变材料在道路工程领域中应用所需要的性质
相变材料只有具有良好的热物理等性能才能在道路工程中发挥出良好的应用效果。一般来说，相变材料在道路工程的应用应当满足以下性能：
（1）热力性能。相变材料应当具有合适的相变温度。在道路工程中应用相变材料时，其相变温度应当满足相应的应用需求以使得相变材料能够通过相变作用从而有效的减少温度对于道路工程的损坏。比如说，通过在道路工程的路面材料中添加一定的相变调温剂，这些相变材料在道路工程路面温度高出相变温度时将会导致相变材料熔融相变，从而吸收周边的热量形成对于道路工程路面的保护。此外，在相变材料添加进沥青混凝土料或是水泥混凝土材料中时，将会在一定程度上改变沥青混合料或是水泥混凝土材料的组成，如加入的相变材料的量过大极易导致水泥混凝土或是沥青混凝土混合料物理性能的降低。合理地加入相变材料将会在确保水泥混凝土或是沥青混凝土获得良好的力学性能的同时使得其获得相应的吸收和释放热量的能力。从而降低所需相变材料的体积，降低相变材料对于原混合材料力学性能的影响。提高相变材料的比热容将会使得相变材料在以显热形式吸热放热的过程中对混合料温度获得较强的调节能力。此外，在将相变材料应用到道路工程中时应当确保相变材料具有较强的导热性能，使其能够及时的对混合料的温度进行调节，缓解温度对于道路工程的损害。
（2）相变材料还应在物理性方面满足相应的添加要求。相变材料应当具有较高的密度和较低的体积变化量，从而使得相变材料在相变的过程中保持一定的稳定，避免其对混合料造成影响。
（3）相变材料应用于道路工程施工中时还应当具有良好的化学稳定性及相容性，从而使得相变材料应用于道路工程时不易发生降解或是化学反应，确保道路工程的建设质量。
2.相变材料应用于道路工程施工所需的沥青混合料中
在道路工程的施工中，沥青混合料是其中极为重要的建筑材料，应用沥青混合料所铺筑的道路路面能够形成良好的高等级路面结构。但是，沥青混合料在应用的过程中容易因高温和车辆载荷而导致路面产生车辙等的永久变形，从而影响道路的正常使用。因此，通过将相变材料在沥青混合料中的应用将能够使得沥青混合料获得较强的温度抗性。提高沥青混凝土路面的使用质量和使用寿命。近些年来，相关研究机构加大了相变材料在相关建材中的应用研究，通过利用相变材料的温度调节特性，使其能够有效地减少因温升过快对沥青混凝土路面所造成的损害。通过研究发现，聚乙二醇作为一种相变材料通过添加入沥青混凝土中将能够发挥出良好的性能。通过研究聚乙二醇对基质沥青和AC-20沥青混凝土基本性能和温度敏感性的影响发现，聚乙二醇作为一种相变材料添加入沥青混凝土中时其掺杂量越大则将会使沥青的黏度产生较大的变化，同时降低沥青混凝土的延度和温敏性。尤其是随着聚乙二醇掺杂量的不断提高并超过30%时，加入其中的聚乙二醇相变材料会使得沥青混凝土获得良好的高温稳定性。能够有效地降低高温对于沥青混凝土路面的温度损害。在将聚乙二醇与其他同类相变材料进行应用对比后发现，将聚乙二醇4000这一相变材料加入沥青混凝土材料中能够发挥出良好的应用效果。聚乙二醇与沥青混合料的混合方式主要采用的是物理混合，完成添加后的聚乙二醇的沥青混合料能够与石灰质形成良好的粘附性，从而使得沥青混合料能够具有良好的储热性能。此外，根据相应的研究表明，在沥青混凝土材料中加入一定的聚乙二醇相变材料将能够确保其具有良好的调温效果。此外，聚乙二醇在相容性方面性能也较好，加入聚乙二醇后的沥青会使得沥青的质地变软。为做好聚乙二醇等相变材料在沥青混凝土中的应用还需要对其进行更多的研究，以确保相变材料在沥青混凝土路面的应用中发挥出良好的应用效果。
3.相变材料应用于道路工程施工所需的水泥混凝土中
水泥混凝土路面的强度高、稳定性强，因此这种建设方式在国内外道路路面中都有着广泛的应用。水泥混凝土是一种塑性材料，因温度升高而导致的水泥混凝土体积变化将会对水泥混凝土的应用产生极大的危害。因此，将水泥混凝土与相变材料相结合能够极大地增强水泥混凝土的储热能力，从而有效增强水泥混凝土的强度和耐久性。但是在相变材料的应用过程中需要注意的是，水泥混凝土中掺杂入相变材料将会对水泥混凝土的力学性能产生极大的影响。比如说，水泥混凝土的抗压和抗弯强度将会明显地降低。因此，在相变材料掺入水泥混凝土的过程中需要注意选用合适的相变材料和掺入方式，在最大限度地发挥相变材料特性的同时确保水泥混凝土的稳定性。根据相关研究表明，在水泥混凝土中掺杂入的相变材料占比达到2%±1%时，能够确保水泥混凝土具有良好的温度抗性，但是，会在一定程度上降低水泥混凝土的耐久性，而通过改变所添加相变材料的纯度能够在一定程度上改善水泥混凝土在50℃下的耐久性。以PEG600相变材料为例，当选用一定的浓度将其添加入水泥混凝土中时，将会使水泥混凝土的水化热放热峰滞后和降低，而降低PEG600的浓度将影响水泥混凝土的导热性。一些学者将硬脂酸丁酯作为相变材料，利用两部法所制成的相变储能水泥混凝土具有良好的相变储能能力。除了上述相变材料外，针对大体积的水泥混凝土封装填埋相变大胶囊的方式能够有效地保持水化热和水泥混凝土强度之间的平衡。
结语
新材料的发展应用将极大地推动道路工程的建设速率与建设质量。相变材料作为一种优质的材料能够在降低道路工程材料温升损害方面发挥出极为重要的作用。现今，相变材料在道路工程中的应用仍处于初始阶段，应当通过加大研发投入力度，使得相变材料能够在道路工程的应用中发挥出良好的应用效果。
参考文献
[1]冯哲，虎东霞，赵龙，等.相变材料在道路工程中的研究现状综述.材料导报，2015（s1）：144-147.
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
[1]曹照平,王社良.光纤传感器在土木工程中的应用[J].南京建筑工程学院学报:自然科学版,2000(4):47-50.
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【关键词】土工膜；防渗；贮灰场；应用
土工合成材料是以合成材料为原材料制成的应用于岩土工程的新型建筑材料，已广泛应用于水利、电力、公路、铁路等各个领域。目前土工合成材料基本形成系列产品：土工织物、土工膜、土工网、土工格栅、土工席垫、土工格室、土工复合材料及相关产品等。其中土工膜是土工合成材料中应用最早也是最广泛的一种产品，其最早在国外应用已有50多年的历史，最初应用在低水头的渠道防渗。我国在70年代初开始在水利工程中应用土工膜防渗，近些年其应用范围逐渐扩大到输水渠道、尾矿坝、贮灰场、蓄水池、地下工程等，而且取得了良好效果。
1土工膜的种类及性能
1.1土工膜的种类
土工膜可分为三大类：普通土工膜（单膜）、复合土工膜、加筋土工膜。
（1）普通土工膜：仅为单层膜材。使用聚合物、弹性材料及低分子材料通过滚压或挤压工艺制成，是一种没有任何织物加筋的均质薄膜。其典型厚度为0.25～4mm（挤压工艺）和0.25～2mm（滚压工艺）。
（2）复合土工膜：聚合物膜与土工织物加热压合或用胶粘剂粘合而成。可以是一层膜一层织物压合一起（俗称一布一膜），也可以是二层织物中间压合一层膜（二布一膜），根据工程需要还可以是三布二膜。这种膜的优点是土工织物能保护土工膜免被碎石刺破，免被人为损坏和机械压坏，而且土工织物具有排水作用，还可增加与接触面的摩擦系数。
（3）加筋土工膜：为了提高土工膜的抗拉、抗顶破、抗撕裂的强度，在聚合物内部加筋，加筋材料一般为锦纶丝布、锦纶帆布、丙纶针刺织物等。根据工程需要可选择加筋层数为一层、二层或三层等。
1.2土工膜的性能
土工膜的性能一般包括物理、力学、水力和耐久性能。
（1）物理性能指标：包括单位面积质量（g/mm2）、厚度（mm）、材料比重、孔径等。
（2）力学性能指标：包括抗拉强度、握持强度、撕裂强度、胀破强度、顶破强度、刺破强度等。
（3）水力性能指标：包括水平、垂直渗透系数、淤堵、防水性等。
（4）耐久性能指标：包括耐磨、抗紫外线能力、化学稳定性、生物稳定性及抗大气环境等。
（5）普通土工膜（PE膜）的性能指标为：
①密度不应低于900kg/m3；②破坏拉应力不应低于12MPa；③断裂伸长率不应低于300%；④弹性模量在5oC不应低于70MPa；⑤抗冻性（脆性温度）不应低于-60oC；⑥联接强度应大于母材强度；⑦撕裂强度应大于或等于40N/mm；⑧抗渗强度应在1.05MPa水压下48h不渗水；⑨渗透系数应小于10-11cm/s；⑩膜厚度不小于0.25mm。
（6）复合土工膜的性能指标根据复合的膜与布的层数确定。
2土工膜防渗技术特点
2.1土工膜防渗形式
土工膜的防渗形式一般有垂直防渗、水平防渗、及其他防渗形式。
（3）其他防渗形式：根据工程实际情况可采用水平与垂直组合形式，或其他可靠防渗形式。
2.3土工膜类型的选择
土工膜类型的选择涉及两个问题，一是选择何种材料的土工膜，二是选用何种形式的土工膜（单膜或复合土工膜）。
（1）国内外土工膜所用的材料主要是聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）两种。工程选料时，主要根据力学性、可连接性、经济性三方面来选定。PE膜和PVC膜的拉伸强度相差不大，PVC膜因添加有塑化剂，其拉伸率比PE膜大一些，柔性较好，并且与砂之间的摩擦系数大于PE膜；一般PE膜只能用加热熔合的方式连接，而PVC膜除此之外还可以采用特殊的粘合剂进行粘接；目前两种材料的价格基本相同，而PE膜的相对密度小于PVC膜，所以同样厚度情况下单位面积的价格PE膜要低一些。
（2）选用单膜还是复合膜主要从土工膜的作用和经济性综合考虑来确定。复合土工膜的第一个作用是可以增加膜与土料之间的摩擦系数，增加稳定性；第二个作用是保护土工膜不受运输和施工过程外力的损害。复合膜比单膜的力学性能有很大提高，有较强的各种情况适应能力；第三个作用是具有反滤排水功能，避免土工膜被水应力顶起的危险。我国目前堤坝建设心墙式垂直防渗大多采用单膜或多层单膜，斜墙式大多采用复合膜。单膜对低水头小型堤坝防渗效果良好，但在经济允许的情况下，复合膜具有更优越的工程特性。
3土工膜防渗的优缺点
土工膜是一种柔性材料，具有可靠的防渗功能。其优点如下：
（1）结构简单。堤坝断面形式便于布置，只要土工膜上下的保护层作好，就可保证防渗功能的正常使用效果。
（2）防渗效果好。土工膜的渗透系数一般小于10-11cm/s，其厚度在满足制造工艺要求条件下，一般不小于0.25mm（单膜），防渗效果相当于渗透系数为10-7cm/s（非常密实），厚度为2.5m的黏土。计算渗透量非常小。
（3）施工方便。由于采用土工膜防渗，使堤坝断面结构简单，因此施工过程不繁琐，同时施工质量也容易保证。
（4）工程造价低。采用土工膜防渗，在防渗效果同等条件下，其材料费用可节省约30%左右，而且施工费用也比采用粘性土心墙或斜墙的低。
（5）可提高堤坝的应力和减少沉降。土工膜是柔性材料，具有较高的抗拉强度，可以承担土体的部分拉应力，即提高堤坝应力，增强坝体稳定性。而且土工膜具有抑制堤坝发生位移的作用，减少堤坝的沉降量。
土工膜与粘性土、混凝土等防渗材料相比，有如下几个弱点：
（1）容易破裂。土工膜是一种高分子化合物的柔性材料，厚度较薄，因此容易破裂。如运输或施工过程中的受损破坏；被石块等尖锐物刺破；堤坝过大的变形或不均匀沉降而导致破裂等。
（2）容易脆裂。其在低温环境下，性能恶化，容易脆裂。这方面可通过选择耐低温的品种或增加保护层厚度来解决。
（3）易老化。土工膜在接触阳光、冷热气候、臭氧的条件下，将较快老化而失去性能。但长期处于水中或埋在土里，其老化还是相当慢的。目前在正常使用条件下，其寿命可达50～100年。
（4）化学腐蚀。土工膜遇上某些化学物质，如酸性或碱性液体，或矿物油，可能会被腐蚀破坏。在用于封闭具有腐蚀性的固体或液体时，应考虑此方面问题。
土工膜防渗具有几方面的优点，同时也有缺点，在实际工程设计中，是采用土工膜还是采用粘性土或其他防渗材料，应结合工程具体情况，通过技术、经济综合比选确定。
关键词：港口工程；加筋土；设计方法
Abstract:thispaperintroducedtheparticularityofportengineeringofportengineeringreinforcementmaterialmechanicsofperformancerequirements,andcomparedthereinforcementstructureandtraditionalstructuretypesofthedifferencebetweenthewharf,summarizesthereinforcedstructureusedinportengineeringofadvantages.Andanalyzesthereinforcedmaterialsusedinportengineering,therearestillproblems,thispaperintroducestheportengineeringstructuredesignofreinforcedterminalprocessmethod.
Keywords:portengineering;Reinforced;Designmethod
中图分类号：U655文献标识码：A文章编号：
引言
随着我国经济的快速发展，全国各地的各类工程项目建设如火如荼地进行着，施工工艺及设计研究水平也进入到了快速的发展期。自上世纪70年代以来，土工合成材料的加筋土技术被引入我国的工程设计中，并且在各类工程项目中被广泛应用，如铁路、公路、水利以及各工程的防灾减灾中都有土工合成材料的加筋土技术的踪影，更为引人注意的是目前我国正大力发展的高铁项目建设中，加筋土技术也被广泛地推广开来了。与广大工程人员所熟知的重力式挡土墙相比，将加筋土应用于挡土墙中，使之具有用地面积更小、工期缩短、造价低廉、施工便捷、以及就地取材方便等优点。目前我国将加筋土应用于港口码头的建设的报道还不多，但随着近年来我国海洋近岸工程的快速发展，国家对海洋经济开发的高度重视，工程设计人员着眼于将加筋土技术应用于港口码头工程中，但当前国内关于加筋土应用于港口工程的实例报道不多，而且设计方法也还处于广大工程人员的研究和经验积累。本文着力于介绍加筋土应用于港口码头结构的设计方法，以及对土工合成材料的性能的特殊性要求。
1与传统类型码头的区别
如前文所述，与以往传统港口码头结构形式相比，土工合成材料的加筋土港口码头具有用地面积更小、工期缩短、造价低廉、施工便捷、以及就地取材方便等优点。以下将其优点作一阐述。
与传统码头结构相比，土工合成材料的加筋土港口码头由于其加筋土结构承载力大，更容易满足稳定性的要求，所以在设计时其挡土墙截面积可以缩小，所以占地面积要小得多。此外该结构中的加筋材料承担主要荷载，结构的表面一般配以装饰性材料，还可以美化环境，更适合现代人们既满足承载力要求也要达到美观的要求。
加筋土结构的码头由于没有传统意义上的大型构件，施工时不需要重型的机械进入到施工现场，并且加筋土结构的加筋材料一般适合就地取材。这样既节约了人力物力也缩短了工期，更使得整个港口工程的预算得到了降低。据相关的资料显示，应用了土工合成材料的加筋土港口码头结构的造价平均值是传统施工工艺下的港口码头的造价平均值的60%左右，由此看来，其对于港口工程的设计人员来说是个很好的选择。
2港口工程中加筋土材料性能要求和需要解决的问题
2.1设计使用材料的性能要求
将土工合成材料的加筋土结构应用于港口的码头工程中，主要是由于加筋土材料具有较好的抗拉性能。由于加筋土结构具有柔性结构的特性，港口工程中对加筋土材料的性能要求较高。
首先是加筋土材料需具有足够抗拉强度和符合一定要求的延伸率。参照我国的铁路行业中的相关规定，要求加筋土材料在其发生一定延伸的情况下依然具有足够的抗拉强度。一般规定土工合成材料的最大延伸率小于10%，且其抗拉强度要达到35KN/m的要求。此外，加筋土材料在长期的荷载作用下，会发生蠕变而使得材料的应力失效，进而需在考虑加筋土材料的蠕变效应的情况下，要使其抗拉强度达到设计要求。
其次，土工合成材料的加筋土结构之所以能够发挥其承担上部荷载的作用，是随着施工完成后时间的推移，加筋材料与土之间协同作用的机理，相互调整至最佳状态。即加筋材料与土之间需产生足够的摩擦力以使得筋土协同作用。参照公路行业中对加筋土材料的规定，要求加筋材料与填土结构界面的抗剪强度不小于素土结构的界面的抗剪强度的90%。所以加筋材料的摩擦性能是考量其是否能满足港口码头结构设计稳定性要求的一重要指标。
其次是对于港口工程的设计使用寿命长的特点，且港口工程所处环境的复杂性，需考察加筋材料的耐久性能，使其满足港口码头工程的设计年限的要求。
2.2加筋土材料目前存在的问题
当前港口与航道工程行业尚没有对加筋结构的筋材选择作出相关的规定，港口工程由于其特异性，对于加筋结构应用于港口工程中还有诸多问题有待工程人员进一步研究，完善加筋材料的选取规范，也为研发部门提供方向。
国内关于加筋土挡墙结构的设计理论体系，更多在考虑公路或铁路工程的工程特性的基础上搭建而成的。而港口工程的加筋土结构具有其特有的性状。尚需工程研究设计人员结合现有理论基础，并考虑港口工程的特殊性的情况下，总结出适用于港口工程的设计理论。
如前文所述，加筋材料的蠕变效应是影响其材料的强度性能的重要因素，从而对于加筋土结构的稳定性及耐久性的相关研究无法绕过的一个问题。国内对于加筋材料的蠕变特性的处理方式主要是根据不同材料提出不同的蠕变折减系数，应用到工程设计中去。对于土工合成材料千变万化的特性，且新材料层出不穷，不同的土工合成材料的蠕变折减系数尚处于经验积累过程中。
加筋土结构的设计使用年限与土工合成材料的耐久性时息息相关的，港口工程结构由于其特殊性，对土工合成材料的抗冻融的能力、海水的侵蚀、阳光辐射以及长期荷载作用下的耐久性能要求较高。随着材料科学的快速发展，土工合成材料的在抵抗老化的性能上面取得了可喜的进步，但据相关资料统计，港口工程中的土工合成材料的老化速度较其他工程项目上同类型材料更快，即港口工程对土工合成材料的抗老化性能有更高的要求。目前国际上以荷兰对土工合成材料的使用寿命研究最为领先。
3港口工程加筋土码头结构设计流程
图1为笔者根据本人的工程经验总结的港口工程中加筋土码头结构的设计流程，总体上首先对结构所需的加筋土在工程中的长期荷载作用（包括筋材的蠕变特性、环境温度、水文、材料的老化特点）下抗拉强度设计值的确定，其次分别进行加筋土码头结构的内部稳定性验算和外部稳定性验算。其中内部稳定性验算中的其他验算，为根据工程的不同要求，进行其抗震设计验算、验算筋材与面板直接的链接强度等；外部稳定性验算中的其他计算包括加筋结构的深层滑动稳定性、加筋土结构的各位置的沉降预测计算并且对于有抗震要求还需进行地震稳定性验算等。
图1港口工程中加筋土码头结构设计流程图
4结论
随着我国海洋经济的大力发展，加筋土结构逐渐被广泛应用于海洋近岸工程中。将加筋土结构应用于港口工程的码头建设中，其结构设计计算理论体系有待研究人员加以完善。本文结合港口工程的特殊性介绍了港口工程对加筋材料的力学性能的要求，分析了相比与传统结构的港口码头，加筋结构具有造价低廉、施工便捷、工期短等优势。对于港口工程设计人员，还需考虑到应符合港口工程对加筋材料特殊性要求，对于加筋材料的应用于工程存在一些问题有待研究人员进一步研究。
参考文献
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[4]陈榕.土工格栅加筋特性及其加筋结构计算方法研究[D].大连理工大学,2011.
【关键词】土工网格；新型合成材料；加固作用；抗拉强度；岩土施工；应用
在岩土工程施工应用中，土工网格合成材料的应用与发展速度，在近几年来都比较迅速。通常情况下，由于土工网格材料本身具有比较突出的抗拉强度以及弹模性高等特征，在岩土工程施工应用中，与岩土土体的嵌固性比较好、耐久作用比较强等，因此岩土施工应用比较广泛普遍，并且应用发展速度十分迅速。本文将以某堤防工程施工为例，结合该工程中堤防加筋土挡墙以及斗破等结构部分的施工情况，从土工网格材料的作用特点出发，对于土工网格材料在岩土工程施工中的应用进行分析与论述，以提高岩土工程中土工网格材料的应用施工水平。
1、土工网格材料的性能特征与作用分析
1.1土工网格材料的性能特征分析
土工网格材料是一种新型合成材料，在实际应用中本身具有抗拉强度高、弹模性高以及工程施工应用中土体嵌固性好、耐久作用强等特征优势，它是在岩土工程施工中应用的土工织物材料后应用与发展起来的。土工网格材料在制作实现过程中，主要是使用高密度的聚乙烯物质或者是聚丙烯物质，在经过一些列的热焊以及挤塑作用下，最终形成网状，并使用粗股条进行编织或者是使用合成树脂进行压制制作成等边六角形以及菱形、方形的土工网格形式，就成为我们通常所说的土工网。这种土工网在具有高密度的聚乙烯或者是聚丙烯板材上进行冲孔制作，然后通过加热作用在单向或者是双向的拉伸作用后，是土工网中的聚合物分析在拉伸作用下沿着拉伸作用力的方向呈现定向排列实现，以进行聚合物分子链之间的联结作用力加强，最终形成具有条格形或者是长方形的格栅状材料，也就是通常所说的土工格栅，这种土工格栅具有非常突出的抗拉特征，是一种典型的抗拉材料，通常情况下，这种土工格栅抗拉材料在拉伸作用后，材料本身的强度性能可以提高到原有材料强度的5倍到10倍拉伸强度范围标准内，在岩土工程中的施工应用非常广泛，并且施工应用优势比较突出，多用于岩土土体加筋加固施工。
1.2土工网格材料加筋加固作用分析
通常情况下，在进行岩土工程施工中，岩土工程的土体虽然具有一定的抗压强度，但是由于土体结构的抗剪强度比较低，因此，工程土体在压力作用下，土体结构的破坏对于土体侧向变形情况大小有着很大的关系，一旦岩土土体的侧向变形情况越大，就会对于岩土工程的施工质量与安全都有很大的影响。因此，为了保障岩土工程施工的安全与质量，就需要进行岩土土体侧向变形扩展的控制，保证其侧向变形在允许变形范围内，而岩土工程土体加筋加固施工就是利用这一原理特征，进行岩土工程施工安全与质量保障的有效和重要措施。
应用土工网格材料进行岩土加筋加固施工，就是在进行岩土工程的土体中沿压力作用方向进行加筋材料的铺设，并且在将土体压实后，使土与加筋材料密切结合成为一种复合土体，也就是加筋土，从而提高岩层土体的抗拉强度以及抗剪作用等，提高土体结构性能，满足岩土施工中土体结构的承压需求，保证工程施工安全与质量。
2、土工网格材料在岩土工程中的应用分析
以某水利堤防工程施工为例，结合该水利堤防工程中堤身结构的加筋施工过程，对于土工网格材料的具体施工应用进行分析。
2.1土工网格材料在加筋土挡墙中的应用
根据上文所述内容可知，加筋土就是加筋材料与土体复合的一种结构。在进行该工程加筋土的挡墙的施工中，由于加筋土挡墙施工对于加筋材料的抗拉强度要求尤其高，因此在进行施工中，就选用了具有较大抗拉作用的土工格栅，通过与工程土体的压实复合成为条带面板式或者是包裹式的加筋土挡墙结构形式。如下图1所示，为条带面板式加筋土挡墙结构形式示意图。
在应用土工网格材料进行加筋土挡墙制作施工中，以SR55型的土工格栅作用加筋土挡墙的上部加筋制作应用，以及使用SR80和SR200类型的土工格栅作为加筋土挡墙的下部结构加筋制作与主筋部分最为合适。同时，在进行加筋土的挡墙制作施工过程中，水平加筋材料的长度最好在2.5米以上，并且应在加筋土挡墙墙高的0.7倍以上。应用土工格栅进行加筋土挡墙制作施工中，主要是将土工格栅平铺在加筋土挡墙的充填材料中，经过分层压实后，就能够对于加筋材料的的筋材具有固定作用和效果。需要注意的是，在应用土工格栅进行加筋土挡墙施工中，对于包裹式的加筋土挡墙外部应注意使用土工织物进行包裹，以防止加筋土挡墙填料漏失。
2.2土工网格材料在加筋陡坡中的应用
应用土工网格材料进行上述工程中边坡的加筋加固施工应用时，就是在进行工程土堤的填筑施工过程中，在填筑土堤的一侧或者是两侧边坡位置处，每隔一定的厚度进行土工网格的沿压力方向水平铺放设置，以形成一定坡陡面压力比例的加筋陡坡形式。需要注意的是，在应用土工网格进行上述堤防工程的加筋陡坡施工实现过程中，对于多层加筋施工中，各个加筋施工层之间的距离最好要控制在一层填土的最小压实厚度标准范围以上，但是也应注意最好不要大于0.8米，并且进行铺设的土工网格加筋材料层的铺设长度最小要在2米以上。
此外，在进行加筋陡坡施工中，对于陡坡坡面比例小于1：1标准的，在进行土工网格加筋材料的施工应用中，进行铺设施工应用的加筋材料的垂直间距在小于0.4米的范围标准时，需要将土工网格加筋材料铺设延伸到坡面处，不需要进行回折包裹实现，但同时为了保障加筋陡坡坡面结构的完整性与强度作用情况，最好在坡面进行植草或选用其他防护措施进行防护加强。大于上述坡面比例标准时，则需要使用土工织物对于加筋陡坡进行包裹防护。
3、结束语
总之，土工网格材料具有较高的抗拉强度与弹模性作用，并且在岩土施工应用中与土体结构嵌固性比较好，具有较高的耐久性作用，应用比较广泛和普遍，进行土工网格材料在岩土工程中的应用分析，具有积极作用意义。
参考文献
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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。
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