摘要
随着人类社会的发展，现如今资源匮乏成为全社会的共同难题，然而传统土木工程材料对资源的消耗极大，迫切需要进行土木工程材料革命；同时，人类社会的发展伴随着越来越多建筑废渣产生，传统的堆埋方式对环境造成了极大危害，急需以废物再利用的方式科学的处理这些废渣。随着科学技术的发展，极大促进了土木工程材料技术的更替，各种新型高效的复合材料应用于土木工程，复合材料优良的性能解决了土木工程施工过程中的各种难题。废渣的再利用研究，废渣的再生产品广泛应用于土木工程中，减少了环境污染的同时也获得优异的经济效益。新型土木工程材料改变着土木工程的发展，新型土木工程材料有着节能环保的优势，利用范围日益广泛，使土木工程可持续发展。
新型环保绿色土木工程材料关键词：新型环保土木工程材料
一、新型绿色土木工程材料
目前发展现状在传统土木工程中常见的材料就是木材、水泥、沥青、砌筑材料、钢筋混凝土等，这些材料是整个土木工程和建筑的基础构成，土木工程是一项复杂的长期性工程，对于材料的用量也相当地大，随着对材料的不断研究和土木工程的不断发展，基本材料已经渐渐不能满足人们的要求，城市化和工业化的进程促进了建筑业的发展，也造成了资源的匮乏和短缺，建筑垃圾普遍存在很难处理，这就需要我们对土木工程材料有新的理解和研发，如何采用新型的土木工程材料，废旧物品的二次利用如何实现，建筑物的性能如何提高都是需要考虑的内容。
目前新型建筑材料的发展已经取得了很大的进步，但是其发展前景仍然很广阔，在对高强度钢材和高强度混凝土的研究开发上仍在努力，同时在把部分纤维材料和混凝土聚合物进行复合，以制造出轻质高强度结构材料这一方面仍需不断探索和研究。随着科学技术的不断进步，人类的探索领域也越来越广泛通畅，在对地底层和海洋的深层探索开发中，因其地理环境受限制因素大，这时也必须要求相关材料能足够具备高强度耐久耐热性、高强度抗冲击、抗腐蚀性、抗磨损性等功能。在大型商场建设中，不仅要求建筑材料具有高强度的性能，还需要有呈现出自然生态的美观形态。这些建设发展都对建筑材料提出了更高更严峻的要求，挑战性和难度都很大，因此在对土木工程的建设上，对新型建筑材料的探索和发展前景都具有深远意义。
从材料的制造、使用、废弃直到再生的整个生命周期中必须具备与生态环境的协调性及舒适性，它满足可持续发展的需要，做到了发展与环境的统一，生态材料生产所用原料尽可能少用天然资源，大量使用尾矿、废渣、垃圾、废液等废弃物；生态材料采用低能耗制造工艺和无污染环境的生产技术；材料生产中不得使用有损人体健康的添加剂和颜料，如甲醛、铅、镉、铬及其化合物等，同时要开发对人体有益的材料，如抗菌、灭菌、除臭、除霉、防火、调温、消磁、防辐射、抗静电等。产品不仅不损害人体健康，而应有益于人体健康，产品具有多功能化。产品可循环再生和回收利用，无污染废弃物，以防止二次污染。
二、绿色土木工程材料的主要特点及重要意义
1.废物利用，节能环保。如矿渣棉、再生骨料、再生混凝土、砖、砌块和水泥等的极广泛应用，极大减少了侵占土地、水源、大气的危害，降低了对市容和环境卫生的影响。同时，废物利用能获得可观的经济效益，废渣再生产品广泛应用于土木工程施工中，并且其产生的应用效果良好，得到业界的广泛认可。废物再利用的研究日趋发展，废物利用的利用率也逐步提高，获得的经济效益也获得提升。
2.极大提高了材料的优良性能，扩充了材料的种类，扩大了其使用范围。如复合材料的使用，使各种材料在性能上互相取长补短，产生协调效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，解决了土木工程施工中的各种难题。这极大满足了生产生活的需要，以需求促供求，人们的需求极大促进着新型土木工程材料的发展。
3.安全实用。传统的土木工程使用有损人体健康的添加剂和颜料，如甲醛、铅、镉、铬及其化合物等，使人居环境极差，影响人的健康。新型土木工程材料研究开发对人体有益的材料，如抗菌、灭菌、除臭、除霉、防火、调温、消磁、防辐射、抗静电等新型产品，降低了因土木工程材料缺陷造成的危害。
二、绿色土木工程材料的分类及应用、（一）FRP复合材料土木工程的施工过程，对于复合材料的应用尤为重要，在对其作用进行深入研究可知，复合材料的加固补强效果比较理想，特别是在土木工程中，使其成为土木工程受力性能重要加强措施。FRP混合使用以及FRP与混凝土、钢筋等融合，均可以达到取长补短的目的，在增加其性能同时，还能够形成全新结构体系，即FRP的组合结构。经过深入研究全复合材料力学性质发现，力学领域内此种材料具有较高强度，根据其力学特征发现，耐腐蚀性与可设计性属于其基本特征，结合土木工程的施工情况发现，在全复合材料结构中，将其应用于土木工程时主要表现于桥梁工程。例如：桥梁工程中复合材料可以保证各项技术有效运用。人们实际工作中，当出现地震和火灾等危害时，此项技术可以应用于灾害救援中，因复合材料具备轻量化特点，在复合材料进行应用时需要引起高度重视。结合该技术应用情况发现，将其应用在军事领域内，使其呈现较为理想的应用效果，值得对其进行推广和应用，以便于发挥全复合材料的最大价值，促进其长远发展。，土木工程实际施工中，强化FRP复合材料的应用，可以实现工程质量的全面提升，同时具有较为理想的应用前景，需要土木工程的施工人员予以高度重视。
目前工程中常见的FRP材料主要有：碳纤维（CFRP）、玻璃纤维（GFRP）、芳纶纤维（AFRP）玄武岩纤维（BFRP）、聚合物复合材料（MPC）和纤维尾矿砂水泥基复合材料（PVA）等。
在此列举几种重要的新型复合材料应用。
1.碳纤维复合材料（CFRP）
碳纤维复合材料（CFRP）是纤维增强复合材料的一种，在具有纤维增强复合材料特性的基础上还有自己带的特征，目前研究理论表明，碳纤维的外在特征随着含碳量随种类不同而存在一定差异，但是作为碳纤维复合材料，除了具有本身的特点之外，一般具有耐高温、导电、导热、耐腐蚀等，但碳纤维复合材料与一般碳素材料不同的是，碳纤维复合材料外形有显著的各向异性，可根据工程需要加工成各种织物材料，满足工程需要，而且织物表现出很高的强度。土木工程方面碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重轻，抗拉强度大，研究认为抗拉强度是钢的7~9倍，因此碳纤维复合材料（CFRP）是土木工程中能提供特殊帮助的高效建材之一。
碳纤维复合材料在民用建筑加固方面的应用。由于碳纤维增强聚合布的材料性能的特点，碳纤维增强聚合布大量应用在民用建筑中，如梁、板、柱、顶、梁腹裂缝发展过大的构件加固中。碳纤维增强聚合布加固可有效控制裂缝的发展。在使用碳纤维复合材料对不同部位进行加固时，操作手段、方法有一定差异。目前通常使用碳纤维布对钢筋混凝土裂缝等进行加固时首先选取合适粘合剂，以免造成粘合不紧密，加固效果差，在此基础上注意粘贴在混凝土裂缝处。在对钢筋混凝土抗弯构件进行加固时，通常采用特殊粘合剂将碳纤维布粘贴于混凝土构件强力受拉区，通过碳纤维布增加受拉区域强度，实现碳纤维布分担工程结构中混凝土钢筋的承受拉力，提高混凝土构件的抗弯承载力和受拉承载力。碳纤维复合材料加固损伤的受弯构件时，结果表明，通过碳纤维布的加固，检验结果显示，加固部位刚度恢复非常显著，加固部位强度和加固量、损伤程度具有一定关系，通过加固，两者都有不同程度的改善提高。在工程中使用碳纤维复合材料进行抗剪力加固时，一般要求将碳纤维复合材料粘贴于加固构件的受剪力区，力求形成整体的拉力，促使碳纤维复合材料的作用类似于箍筋，从而形成一定的加固力量，有效控制混凝土结构裂缝的进一步发展。由于碳纤维增强聚合布的可设计性的优势它与所加固构建之间粘贴比较紧密，可以在不改变现有建筑外观形状的基础上进行整体加固，因此在一些对整体构件加固质量要求比较高，碳纤维聚合布在得到大量应用，如对历史建筑的抢救、保护和维护和原有建筑，同时构件的整体抗震性能得到提高。
桥梁建设加固方面碳纤维复合材料的应用。
目前碳纤维复合材料在桥梁建设方面的用途主要有两类，现有桥梁的加固方面和新桥梁的建设使用。在桥梁加固方面碳纤维复合材料主要用于混凝土桥梁的基本构件、节点、裂缝受弯构件、抗弯构件等的加固，加固的目的主要是提高桥梁的面板、构件的抗弯、受弯、抗剪、轴向抗压承载力等，桥梁建设加固方面碳纤维复合材料的应用在国外应用广泛，我国在这方面的工程实践是在引进吸收国外先进经验的基础上，结合我国桥梁工程和新材料发展状况，年7月对年建成的“宝成桥”进行了加固维修。提高了大桥承载强度，同时对大桥基本构件提供了抗裂防腐的保护作用。
2、玻璃纤维增强复合材料筋
玻璃纤维增强复合材料(GlassFiberReinforcedPolymer，简称GFRP)是基于高分子材料、金属或陶瓷等作为基体，与玻璃纤维材料结合，通过挤压成形工芝制作而成的功能各异的实也棒体或空也管体，外壁通常为光滑或螺纹类型。GFRP材料具有轻质、高强、抗疲劳、耐腐蚀性、可设计、易加工等诸多优点，可以合理代替钢材。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(—)))t3{中“重点研究开发满足国民经济基础产业发展需求的高性能复合材料”列为优先主题之一，“材料服役寿命与环境的相互作用、性能演变、失效机制及寿命预巧原理”被确定为国家重大战略需求的基础研究之一。作为新型的绿色环保材料，GFRP筋代替钢筋，可节约工程造价、降低资源浪费并保护环境，符合国家发展战略，具有广阔应用前景。
随着我国地下工程的发展，GFRP筋在地下盾构施工中逐步应用，主要应用于盾构洞门处围护桩的应用中，原因在于盾构机可以直接切削围护桩掘进，避免了事前切断钢筋与凿除洞门的工作，简化施工工艺，加快施工进度，降低成本。在地铁基坑工程领域，主要有以下研究：宋旱云以北京地铁15号线一期工程大屯路东站为工程背景，对玻璃纤维筋和钢筋搭接进行承载力试验；王占海等根据能量法原理阐述GFRP筋与预应力钢绞线组合技术在减小基坑支护水平位移方面的可行性；赵升峰㈣等以南京某基坑工程为例，探讨了GFRP筋替代钢筋用于基坑支护结构时存在的设计与施工问题。在我国特殊土地区，也有GFRP筋研究应用的报道；杨果林等进行了GFRP桩在泥炭质土中静压挤土效应试验研究。随后杨果林又进行GFRP静压桩挤土效应模型试验研究，对表土隆起量和径向挤土压力进行分析。邓仑坤进行了泥炭质土条件下GFRP管桩静载荷模型试验研究，对桩侧摩阻力和端阻力分布进行分析。此外，在我国广泛分布的老黏土地区，郭杨提出一种新型复合配筋(GFRP)预应力混凝土管桩，并进行了抗弯和抗剪试验的研究。研究表明，GFRP筋可有效提高普通管桩的抗弯和抗剪承载力。
在过去的几十年的研究与应用表明，玻璃纤维筋作为一种可替代钢筋的新型筋材材料，在地下工程应用中是可行的，且逐步受到设计、施工和研究人员的青睐，但应用领域较为单一，使用量小。
3、MPC复合材料
MPC复合材料具有轻质、超强高韧性、施工工艺简便、施工周期短等优点，尤其适应于公路旧桥的快速加固。基于MPC复合材料进行空心板梁桥加固新方法不仅可以提高正常使用状态极限承载能力，还可以实现在不中断交通运营条件下的维修加固工程，具有一定的示范作用和广泛的应用前景。白溪大桥位于宁海县境内，是甬台温高速公路上的一座重要桥梁。桥梁总长m，跨径组合为16×20ITI预应力混凝土简支空心板梁桥，横断面半幅宽度为11．75m；桥台采用重力式桥台，基础为扩大基础；桥墩采用双柱式桥墩，基础为钻孔灌注桩，支座为橡胶支座。年1月28日，第2孔桥下毛竹着火燃烧，导致空心板底部混凝土炸裂、混凝土脱落、部分钢筋和钢绞线外露，存在严重的安全隐患[4]。鉴于此，通过与粘贴碳纤维、粘贴钢板等常规桥梁加固方案的经济技术进行比较，最终采用了在不中断交通的条件下利MPC超强高韧复合材料进行桥梁快速加固维修新方法，对该桥实施维修加固。
（二）、废渣的再利用
1、建筑废渣的再生加工在建筑工程的各项费用中，材料费所占的比例最大，约占工程总造价的70%左右。在实际施工中，据测算，材料实际耗用量比理论计划用量多出2%!5%，这表明，建筑材料的实际有效利用率仅达95%!98%，余下的部分大多成了建筑废渣。建筑废渣是一个比较笼统的概念，经我们多年来对施工现场的建筑废渣进行调查、取样、分析认为：砖混结构的建筑施工时形成的废渣主要由：落地灰、碎砖头、混凝土块（包括混凝土熟料散落物）、废钢筋、铁丝、木材及其它少量杂物等构成。而落地灰、碎砖头、混凝土块在废渣中占90%以上。通常，砖混结构的住宅，按建筑面积计算，每进行m2建筑物的施工，平均生成的废渣量在30m3左右，一万平方米建筑物的施工，平均生成的废渣量达m3。
建筑废渣的再生利用机理，利用建筑废渣中的主要物化成分：落地灰、碎砖块、混凝土块、水泥等非金属无机物其稳定性好，对构件强度无害，经加工处理，再生成砂样颗粒，根据这些颗粒的性状与特点，代砂分别用来配制不同的拌和物，使之达到用砂的类似效果。
建筑废渣的工程应用。年，我们在平顶山市某住宅工地对建筑废渣试行再生利用，取得了较好的工程应用效果和综合效益。下面予以介绍：该小区新建的两栋住宅楼均为砖混结构建筑，总建筑面积m2。工程开工后，就近留出一块空地，作废渣堆场加工用。工程进行到地面以上的结构施工时，购进一台pC一500型锤式破碎机，同时，对施工产生的废渣进行收集加工，工程从开工至完成，收集的废渣总量达m3，加工出再生砂m3，其中纯砖砂55m3，混合砂m3
经济效益分析，按《河南省建筑工程预算定额》（版）计算，每回收加工1m3建筑废渣产生的经济效益为45.42元，综合考虑回收成本为8元／m3，本工程共节约资金元，按此推算，年1月至11月我国房屋竣工面积为5.1亿m2，建房产生的废渣量达0.15亿m3，若将其加工利用，加工再生砂，将产生经济效益5.6亿元。
环境效益分析，建筑废渣的再生利用在带来经济效益的同时，也带来了巨大的环境效益和社会效益。平顶山市东扩西进的城市规划方案已经市人大批准并实施，在进行城市改造的同时会有大量的建筑被拆迁，从而造成大量的建筑废渣，清运、丢弃这些废渣，在增加了社会总运输量的同时，更污染了城市的道路和周围的环境。经查证，填埋过废渣的地方，地面承载力低，不能直接在上面建造楼房，且其上树木、花草难以生长，影响种植绿化，为此，政府部门须要花费大量的人力、物力进行整治，费用不菲。若各工程都能将各自施工的大部分废渣自行消化，或设立专门的建筑废渣加工场，对废渣处理后予以再生利用，那么，获取的经济效益、环境效益和社会效益都将非常巨大。
2、油漆废渣再利用
油漆废渣是涂料(俗称油漆)涂装过程中产生的固体废物，主要组成为树脂、颜料、助剂及捕集过程中混人的水分与絮凝剂，属于危险固体废物。据统计，我国每年至少产生万t油漆废渣。油漆废渣早期以填埋处理为主，占地面积大，二次污染风险严重。目前主要采用高温燃烧处理，温度在oC以上可将树脂燃烧生成CO：和H：0，其产生的烟尘经过二次燃烧处理，尽量避免二次污染，该方法技术可靠，但每吨处理成本约元人民币，成本较高阳。近几年，国内外对油漆废渣资源化利用做了进一步研究，既实现了油漆废渣的循环利用，又避免了污染环境，为油漆废渣有效处理提供了重要途径。
油漆废渣在保证收集、储存过程中不固化、不污染的前提下，去除其中水分和杂质，添加部分相应的树脂和颜料，再生为防腐漆，其力学性能、耐蚀性与原漆基本相当，可用于汽车底盘等对装饰性要求不高的产品，漆渣利用率在40％～55％H。
油漆废渣中含有高聚物、颜料等成分，作为填料可用于密封剂、橡胶、塑料制品、混凝土及轻型建材中，既可节省材料，又能改善其性能，是油漆废渣再生利用的重要途径。AvciH等将丙烯酸油漆废渣以不同含量分别加入水泥混凝土和石灰砂浆中，得到了高膨胀率、多气孔的建筑材料，具有隔音隔热特性，通过对抗压强度、弯曲强度、吸水率、膨胀特性等性能分析，可用于住宅、混凝土墙等民用建筑材料。RuffinoB等在油漆废渣改性沥青混凝土领域进行研究，并成功用于铺设人行道路。10％沥青含量的废渣加入到沥青混凝土中和纯沥青混凝土相比，黏度稍有提高，体积和自密实性能相近，20℃的刚性模量比纯沥青提高1．5倍，60℃的车辙试验深度基本相同；20％沥青含量的废渣加入到沥青混凝土中，在温度为，oC下搅拌50min，VOC含量和纯沥青相同，混合材料在℃有很好的稳定性，沥出液试验的重金属含量低于限定标准，延展性、弹性响应、抗疲劳强度等均符合高性能沥青路面等级要求。目前这项技术在意大利已经建成大型实验基地，并同时对热混合中有机物的排放进行在线监测。QuirozoI等研究了废乳胶漆在路面材料中的应用性能，不同性能的废乳胶漆代替目前通用的SBR胶乳加入到混凝土中，用于铺设桥梁、人行道、停车场等路面，整体性能优于SBR胶乳，其具有更高的抗压强度和耐久性、摩擦系数大、降低氯离子的渗透能，减缓了对地面的腐蚀。
三、新型绿色土木工程材料研究及发展趋势
目前新型建筑材料的发展已经取得了很大的进步，但是其发展前景仍然很广阔，在对高强度钢材和高强度混凝土的研究开发上仍在努力，同时在把部分纤维材料和混凝土聚合物进行复合，以制造出轻质高强度结构材料这一方面仍需不断探索和研究。随着科学技术的不断进步，人类的探索领域也越来越广泛通畅，在对地底层和海洋的深层探索开发中，因其地理环境受限制因素大，这时也必须要求相关材料能足够具备高强度耐久耐热性、高强度抗冲击、抗腐蚀性、抗磨损性等功能。在大型商场建设中，不仅要求建筑材料具有高强度的性能，还需要有呈现出自然生态的美观形态。这些建设发展都对建筑材料提出了更高更严峻的要求，挑战性和难度都很大，因此在对土木工程的建设上，对新型建筑材料的探索和发展前景都具有深远意义。
四、结束语
由此可见，新型土木工程建筑材料对整个建筑行业的发展具有重要影响。随着时代的不断发展进步，对新型建筑材料的需求和要求都会越来越高，其研究发展的前景必定十分广阔，具有探索意义。