基于新型建筑材料在基础
工程中的应用
Prepared on 24 November 2020
基于新型建筑材料在基础工程中的应用
摘要：本文探讨在地基基础和基坑围护方面几种典型新型建材的应用和发展趋势。
关键词：新型建筑材料；基础工程；基坑围护
一、绪言
随着我国基建的快速发展，建筑业也呈现的迅猛的势头，基础工程中各种新型建筑材料不断的开发使用，建筑工程场地和地基条件变的越来越复杂，进而促使新材料、新技术在基础工程中得到广泛应用。建筑材料是建筑产业的基础，新型建筑材料的发展对建筑技术产生着巨大的影响，并可能改变建筑物的形态或结构。本文主要探讨在地基基础和基坑围护方面几种典型新型建筑材料的应用和发展趋势。
二、在基础工程中新型建筑材料应用
1、几类混凝土在基础建筑工程中的应用
（1）高强混凝土。在混凝土高强度化的应用中，高强预应力混凝土管桩（简称PHC 管桩即高强混凝土）就是在基础工程中的应用的建筑材料之一。PHC 管桩生产采用掺高效减水剂、强制搅拌、高速离心和“蒸养-压蒸”二次养护方式，桩身混凝土强度等级超过C80,具有强度高，单桩承载力大，耐打性好，设计选用灵活方便，成桩质量可靠，对桩端持力层起伏变化较大的地质条件适应性强，施工速度快，检测时间短，监理方便，现场管理简单，综合经济效益指标好等优点，在许多工程中得到了成功应用。
（2）纤维混凝土。纤维混凝土是一种新型的多相复合建筑材料，它通常根据工程结构不同及使用环境和条件在水泥基体中掺入钢纤维、玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维、聚丙烯纤维、高密度聚乙烯纤维、尼龙纤维等材料，以改善并提高混凝土的抗裂、抗拉、抗弯强度和抗渗防水性能，增强其抗冲击及抗震能力，已受到工程界的极大关注并在不断的工程实践过程中得到越来越多的肯定。
（3）混凝土膨胀剂。混凝土膨胀剂（简称UEA）是由硫铝酸钙熟料或硫酸铝熟料、天然明矾石和石膏共同磨细而成的一种特殊外加剂。它内掺（替换水泥率）6~12%于混凝土中拌制成的补偿收缩混凝土，具补偿收缩、强度、抗渗和抗冻性能良好的优点。灌注桩膨胀剂（简称PEA），是由铝酸盐、硫酸铝盐、石膏和有机外加剂磨制而成的粉状物。PEA 掺入水泥后，由于水化作用形成大量的膨胀性结晶水化物-钙矾石，使混凝土产生体积膨胀。通过混凝土桩径向膨胀作用，提高了桩与土层的摩擦阻力。而PEA 桩的竖向膨胀作用，也提高了桩尖的极限强度。这一径向和竖向膨胀综合效应，使PEA 桩垂直和水平承载能力都得到提高。水泥中掺入20~25%的PEA, 单桩承载力提高25%~35%.基础工程的实践证明采用PEA 桩能节省投资，大大缩短桩基工工期，同时可节省工程用电、用水，具有显着的社会和经济效益。
（4）喷射混凝土。喷射混凝土是将水泥、砂、石和外加剂（速凝剂、粘稠剂）按一定比例拌合后装入喷射机中，借助压缩空气吹至喷嘴处与水混合，然后喷向岩壁并在短时间内与岩壁粘结的一种混凝土支护结构。
采用喷射混凝土护壁由于不需支设模板，简单，施工方便，工期短，经济效益显着。
2、化学灌浆材料在基础建筑工程中的应用化学灌浆是岩石工程补强加固手段之一。常用的化学灌浆材料除传统类型外出现了诸如甲凝、甲氰凝和环氧-聚氨酯、丙烯酸酯-聚氨酯等互穿网络灌浆材料，其中甲基丙烯酸酯系列是我国独创。目前研制的中化-798 浆材，冲破国际上认为k <10-6cm/s 地层不能进行渗透灌浆的灌浆禁区，而且注入k =10-8cm/s 的地层，为国内外处理低渗透性软弱岩土地层的化学灌浆技术开创了新局面。
3、粉煤灰砖及粉煤灰拌合物在基础建筑工程中的应用该产品以粉煤灰、胶凝材料（石灰、石膏、水泥等）为主要原料，掺加适量的外加剂、集料等，经坯料制备、振动压制成型，常压或高压蒸汽养护而制成的实心砖，是替代实心粘土砖较为理想的一种新型墙体材料。粉煤灰是由燃煤热电站烟囱收集的灰尘，其颗粒一般比水泥还细，含有大量的球状玻璃珠，同石灰、水泥、砂石、土等亲合性好，它们的拌合物是优良的地基与基础工程材料，已在水利、道路、建筑工程中得到广泛应用。
（1）粉煤灰中的SiO2、Al2O3酸性氧化物与石灰消解后生成的Ca（OH）2发生反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝物质，并逐渐硬化产生强度，用以加固地基和作基础垫层，在多个工程实践中得到成功应用。
（2）二灰砂桩。用粉煤灰、石灰、砂和多种外加剂制成的灰土桩，处理新填土地基，提高了地基承载力，减少变形量，具有明显效果。
（3）二灰沥青混凝土。美国摩尔顿郡修建海布郎公路时，在拌制沥青混凝土时掺入%的消石灰和8%的C 级粉煤灰（高钙灰），使混凝土的强度提高60%~80%,若先拌合石灰，陈化24 小时后再掺入粉煤灰，混凝土的强度可提高1 倍以上。
（4）粉煤灰混凝土。研究表明掺有高效减水剂的混凝土，当拌合物的水灰比为或者更低时，使用粉煤灰取代60%的水泥拌制的混凝土，不仅具有强度与耐久性优异的特性，同时混凝土的弹性模量、徐变、干缩和冻融性能亦均与普通混凝土相当。另外，这种高掺量粉煤灰混凝土抵抗氯离子渗透的能力较强。
（5） CFG 桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，这种桩的骨料仍为碎石，用掺入石屑来改善其颗粒级配，掺入粉煤灰来改善混合料的和易性，并利用其活性减少水泥用量。由于它与周围被挤压的土壤共同承受上部传来的荷载，故又称为CFG 桩复合地基。与碎石桩相比，CFG 桩承载力提高幅度较大（与素混凝土桩相近），且具有可调性，并可有效减少变形。CFG 桩处理费用比素混凝土桩节约20%~30%,且利用了“二废”（即粉煤灰和石屑），具有较好的经济效益和社会效益。（6）水泥粉煤灰钢渣桩（简称CFS 桩）在湿陷性黄土地区已被积极应用与推广，并在武汉某热轧厂板坯库车间人工填土地基中得到了成功应用。CFS 桩的作用机理主要是通过挤密、桩体分担荷载作用来提高地基承载力及减小变形。此外，粉煤灰、石灰和水泥掺合在一起的“三灰”基础，粉煤灰、石灰混合料中掺入土的“二灰土”垫层和“二灰土”桩，粉煤灰、石灰、碎石或硬质矿渣等拌合在一起的“二灰渣”等粉煤灰拌合物在地基基础中均得到了成功的应用。
