新型材料在道路和桥梁工程中的应用研究

1 新型材料在道路和桥梁工程中的潜力和应用

1.1 绿色环保材料

创新型研究主要是研发环境友善的物质，即再生资源或者低碳产品来满足不断增长的需求。创新型新产品有以下特点和优点：一是再生资源，再生成分是运用可再生能量生产的资源，比如生物质产品，或者植物纤维。二是低碳产品，产品的生产和应用所产生的温室气体较少。这种方法能够控制温室效应，降低全球变暖。他们又因其高效和节流的生产和加工方式，能够极大地减少能源的消耗、CO2 的排放，从而降低整个生命周期的环境影响。三是都遵循可持续发展的发展原则和发展目标，不断地重复使用减少对不可再生资源的需求，为未来增长的经济提供支持。

1.2 高强度材料

1) 超高强钢：这种超特殊钢是比一般钢材还要坚硬耐用，能够保证在较低横截面的情况下提供更高承压值的属性，在构建桥梁、路面中运用超高强钢能够减轻桥梁、路面的负荷，并在很大程度上延长桥梁的使用寿命，还有可能承受大的压力和动力冲击从而确保安全。2) 碳纤维复合材料：此种材料主要有碳纤维及其他一些化学物质，如环氧树脂，具有极轻重量但又坚硬无比的特点。与传统的金属、水泥材质相比，此种材料的比强度与比刚度要高出许多。碳纤维复合材料低而轻的特点使构件更为轻便，减轻了物体负荷，同时巨大的强度与刚度也增大了构建的支撑力与抗震能力。因此在公、路、桥梁的建设中通常运用此种材料进行加固、修复或者构建新建筑，提高了构建的耐久性和效能。

1.3 功能性材料

新材质除了保留原有的物理特征之外，也有特殊的性能，如自我清洗、光催化、防滑等。具有特殊性能的材料能在公路、桥梁隧道工程建设中发挥关键作用，有助于公路、桥梁隧道工程建设中出现的表面特性及安全特性，具体有：① 自我清洗型材料：这种材料可以通过自身的物理特征抑制污染物的附着和聚集，从而实现自我清洗。在公路、桥梁隧道工程中应用自我清洗型的材料，可以减轻路面上污染物的积累，提高路面的平顺性、美观性。 ② 光催化型材料：这种材料可以吸收太阳光或人工光中的能量，然后通过光照化学反应分解有害物质。在公路、桥梁隧道工程中应用光催化型材料可以降低大气污染有害气体的浓度，改善环境的空气质量。 ③ 防滑型材料：这种材料具有良好的滑动特性，能够防止车辆和人们在路面上滑落摔伤。在公路、桥梁隧道工程中应用防滑型材料可以提升公路、桥梁隧道的抗滑能力，提高司机和行人的安全性。除此之外还有很多其他的功能性材料能在基础设施工程建设中得到运用。如高温热环境沥青耐热材料具有热稳定性、紫外线耐候抗老化和褪色材料能减少由于太阳紫外辐射造成的老化褪色等，这些功能性材料使用将提高道路及桥梁的功能、耐久性和安全性，能够提升用户使用感受。

1.4 智能材料

智能材料的开发也包括了新型材料，有着感知外界环境变化和对外适应的能力，如可自我修复材料、能量收集材料等，从而能够加强道路和桥梁的自我恢复能力、自适应性。

2 新型材料在道路和桥梁工程中的成功应用案例

2.1 高强度钢材在桥梁主梁结构中的应用

作为上海崇明区和长江口之间的大型公路桥，崇明大桥联通了上海市区以及崇明岛，并利用高强钢材料制作了崇明大桥的主体结构，满足了建设中大跨距、大质量的要求。这种高强钢的材质将崇明大桥的主要结构进行升级，充分展现了高强钢较好的力学性能，可以承受更大的应力并且具有较高的结构稳定性，可以有效减轻桥梁本体的质量负荷，增加整个桥梁的承重能力和空间利用率。并且，由于高强钢的桥梁主体也会缩小桥梁的规模和面积，所以，崇明大桥不会对河流通航造成太大的影响。综上可以发现，桥梁的建立有很大的应用前景和价值。

2.2 碳纤维复合材料在桥梁加固中的应用

碳纤维复合材料拥有着重量轻以及强度大的特征，因此对桥梁建设方面发挥着重要作用，碳纤维复合材料主要是由碳纤维以及环氧树脂等部分组成，具有非常好的机械性能与耐腐蚀性能。对于建筑自身的负荷，这种材料重量轻能减少建筑自重负荷，对于桥梁承受的压力而言，碳纤维的刚性能够增强桥梁的压力能力。位于山西省的一座忻州城市中有一座特殊柔性拱桥，为了对整体桥梁使用的效果进行提升并对其自重负荷进行降低，桥选择的主要是碳纤维复合材料对桥梁进行加固，碳纤维复合材料重量轻强度大对桥梁建设起到了重要作用。在重点部位的柔性拱桥梁结构中采用碳纤维片材的加固能够促进桥梁的加固，在碳纤维复合材料轻质高强度特性的作用下能够使桥梁更加轻盈，减低桥梁的自重，促进桥梁承载能力的提升。碳纤维复合材料的高强度与韧性还能够提升桥梁的抗冲击性能，进而促进建筑桥梁安全性的提升。这种柔性的桥梁结构用碳纤维复合材料加固后能够提升其承载能力，也可以在负载、变形等状态下得以承受。并且碳纤维复合材料耐腐蚀性好，不受自然环境中影响，延缓桥梁使用年限。通过碳纤维复合材料低重高强特性能够全方位提升桥梁综合特性，减小桥梁自身的负重，且提升桥梁承载和抗震性能。

2.3 聚合物改性沥青在道路路面中的应用

聚合改性沥青是一种复合型材料，它是以聚合物与常用的石油沥青进行混合而成的。聚合改性沥青的功能较强，可有效提高路面的弹性以及黏附能力，强化路面的抗裂功能，延长道路的使用寿命。我们在晋府路的路面铺设中选择了聚合改性沥青代替之前常用的石油沥青。将聚合物和细小的碎石颗粒搅拌均匀后，再通过高温热搅拌进行铺路。聚合改性沥青可在高温状况下很好地流动以及渗透碎石颗粒，路面也更为平整以及紧密，还能够快速硬化，进而能够增强道路的实用性能。通过聚合物改性沥青铺设建成的晋府路，路面的路况以及寿命十分优良，聚合物的弹性能使得路面有较好的条件承受车辆的载重力，以及交通荷载力，降低路面开裂的可能性。同时，聚合物改性沥青还具有较好的黏结性，可以使路面与碎石颗粒更加紧密联系，降低路面脱落以及剥离的可能性。通过聚合物改性沥青铺路建成的晋府路，道路的使用寿命有了较大的延长，降低了修缮和更换的频次，节约保养维修经费，同时也提升了道路的综合性能以及安全性。

结论

随着新技术在公路桥梁工程上的广泛应用，不仅其在建筑行业的运用推动了行业的发展，使其产生了时代上的创新，并且能提高工程的品质性能及降低保养费用。但是我们同样应该发现其不足之处，即其适应能力以及劣势原因。因为不同种类的工程项目或者其所处的生态环境会对工程起到差异化的影响，在选择与规划利用一些新型材质的时候也需要注意其针对性的需求和实际情况。

参考文献：

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