土工合成材料特点篇1

【关键词】混凝土；质量；前期控制

1混凝土质量前期控制必要性

混凝土是由胶凝材料（水泥）、细骨料（如砂子）、粗骨料（石子）及必要时掺入的化学外加剂与矿物混合材料按一定比例混合，经搅拌成可塑性的拌和物，随着时间的增长而逐渐硬化，发展成为具有一定强度的块体。由于混凝土是一种多相、分散型的复合材料，若其中一项原材料达不到要求或比例不合适，均会对整个混凝土造成影响，从而引起混凝土的质量下降，浇筑以后很容易出现裂纹，甚至坍塌的现象。混凝土质量的前期控制，是指根据设计要求的混凝土的合格质量水平确定合理的原材料组成和各生产工序的最优工艺参数，它包括混凝土组成材料的质量检验与控制，以及混凝土配合比的设计、确定与控制，这些因素直接影响建筑工程的坚固，耐久，适用等性能。建筑材料的组成、结构、规格、使用及选择，直接影响建筑工程质量。材料的化学成分、矿物成分将影响一系列工程质量。因此，保证建筑工程质量，关键是正确选择材料、使用材料和进行合理的材料设计。

2组成材料对混凝土工程质量的影响

2.1水

混凝土拌合用水按水源可以分为饮用水、地表水、地下水、海水以及经过适当处理或处置后的工业废水。未经处理的工业废水，污水及沼泽水不能使用，对钢筋混凝土及预应力混凝土工程不允许使用海水。对混凝土拌合及养护用水的质量要求是：a.不得影响混凝土的和易性及凝结；b.不得有损于混凝土强度发展；c.不得降低混凝土的耐久性、加快钢筋腐蚀及导致预应力钢筋脆断；d.不得污染混凝土表面。

2.2水泥

不同品种水泥具有不同的性能特点，应用时，应根据混凝土的质量要求，混凝土工程的特点与所处环境条件等，结合水泥的性能特点，综合考虑，正确选择适当品种的水泥与适当标号。水泥品种的选择主要决定于工程使用性质、施工时气候条件、所处使用环境、成本等因素。不同品种水泥或同一种品种水泥由于其成分的差别其性能也不尽相同，甚至相差很大。水泥品种的误用可以引起很多工程缺陷；如抗冻性差、抗干缩能力差、易起粉、早期强度低、抗侵蚀能力差、抗干湿交替变化的能力低等。使用时如果不采取任何技术措施，很容易因控制不当而产生大的体积收缩引起开裂等工程质量问题。另外，水泥凝结硬化后由于水泥中某些有害成分的作用，在水泥石内部产生剧烈的不均匀的体积变化，在建筑物内部会产生破坏应力，导致建筑物强度下降、开裂、坍塌等事故。水泥的凝结时间、水化热及强度等方面的性质，对混凝土结构工程的质量也有一定的影响，如水化热高，会导致混凝土结构物形成巨大温度应力，使混凝土开裂，给工程带来危害。

2.3骨料

混凝土是一种复合材料，由胶凝材料和砂石材料组成，砂石材料一般占混凝土体积的3/4。粗骨料的强度、颗粒的形状和表面特征、粗骨料的级配与质量将直接影响混凝土的强度、变形和耐久性。细骨料的颗粒形状与表面特征、粗细程度与质量也对混凝土的质量有着重要的影响，如骨料的含泥量太大，将增大用水量，降低混凝土强度和耐久性，并增大混凝土的干缩。骨料的粒径也将影响骨料比表面积的大小、新拌混凝土成型性能、硬化混凝土性能、施工设备的寿命。骨料颗粒越大单位重量骨料需润湿的表面积越小，从而可降低拌和物用水量，当达到某一工作性时可以降低水灰比，其强度可以随之提高。但粒径过大，将减少粘结面积形成界面应力集中且运输及施工中会增加离析的危险；同时大颗粒骨料，也可能阻塞钢筋之间或钢筋与模板之间的窄缝，浇灌时引起离析，也会降低工作性和混凝土抗拉强度。

3防范原材料使用导致混凝土质量问题的措施

3.1水泥材料的使用

正如上文所述，不同的水泥品种，具有不同的特点，必须根据工程的具体环境条件合理选择水泥品种，以满足结构耐久性的要求。水泥在施工过程中应注意做到以下几点：⑴优先使用散装水泥。⑵运到工地的水泥，应按标明水泥的品种、强度等级、生产厂家和出厂批号，分别储存到有明显标志的仓库中，不得混装。⑶水泥在运输和储存过程中应防水、防潮，已经受潮结块的水泥经检验合格后方可使用。⑷水泥库房应有排水、通风措施，保持干燥。堆放袋装水泥时，应设防潮层。防潮层应距地面、边墙至少30cm，堆放高度不得超过15袋，并留出运输通道。⑸先出厂的水泥先用。⑹应避免水泥的散失浪费，作好环境保护工作。

3.2骨料的使用

施工中应统筹规划，认真研究砂石骨料储量、物理力学指标、杂质含量及开采、储存和加工等各个环节。使用的骨料应根据优质、经济、就地取材的原则进行选择。可以选用天然骨料、人工骨料，或者互相补充。选用人工骨料时，有条件的地方宜选用石灰岩质的料源。骨料分为粗骨料和细骨料。骨料的质量要求包括：强度、抗冻、化学成分、颗粒形状、级配和杂质含量。对粗骨料质量要求：（1）粗骨料最大粒径：不应超过钢筋净间距的2/3、构件断面最小边长的1/4、素混凝土板厚的1/2。对少筋或无筋的混凝土结构，应选用较大的粗骨料粒径。（2）在施工中，宜将粗骨料按粒径分成下列几种粒径组合：当最大粒径为40mm时，分成D20、D40两级；当最大粒径为80mm时，分成D20、D40、D80三级；当最大粒径为150（120）mm时，分成D20、D40、D80、D150（D120）四级；（3）采用连续级配或间断级配，应由实验确定。（4）粗骨料表面应洁净，如有裹粉、裹泥或被污染等应清除。细骨料质量要求：⑴细骨料应质地坚硬、清洁、级配良好；人工砂的细度模数宜在2.4～2.8范围内，天然砂的细度模数宜在2.2～3.0范围内。使用山砂、粗砂、特细砂应经实验确定。⑵细骨料的含水率应保持稳定，在施工期间应根据天气变化随时测定，人工砂饱和面干含水率不宜超过6%，必要时应采取加速脱水措施。

参考文献：

土工合成材料特点篇2

关键词：土建工程新型混凝土材料造价控制

现代社会能源的急剧消耗趋势，推动了建筑行业对建筑材料的改进和研发，在这种情况下，高性能混凝土作为普通混凝土的替代品，成为混凝土材料中的佼佼者。新材料和新技术手段的应用，为土建工程的施工提供了有力的质量保障，而求还能节省资金与造价，提高施工单位的收益，具有很好的经济价值。

一高性能混凝土的特点：

我们都知道，传统的混凝土材料由水泥、沙子、石灰、石子和水组成，一直以来，在建筑工程中发挥重要的作用。然而，近年来，高性能混凝土以其显著的特点和优越的性能，在土建工程中逐步取代传统混凝土材料，处于重要地位。新型混凝土材料的特点如下：

1在组成上，高性能混凝土增加了多种矿物掺合料和超塑化剂，且在配比方面也比普通混凝土复杂很多，流动性大及流动度经时损失小。

以上特点满足了混凝土在搅拌、浇注、运输等过程的要求，甚至在浇注时要求混凝土不振捣自流平，具有良好的填充性和稳定性。这些特点和功能是普通混凝土难以达到的效果。

2高性能混凝土以其新型的外加剂和胶凝材料的使用使其呈现出独特的力学性能和耐久性能。

现代的建筑形式追求高层和跨度大的风格，这就对混凝土的性能提出了更高更强的要求，而高性能混凝土恰恰能满足这样的要求。特别是其早期下沉和硬化程度收缩小、水化后放热量低，因而提高了混凝土抗裂缝能力，硬化后的混凝土密实、渗透性低耐久性能优越。

3高性能混凝土具有高强的特性，使得其在应用中大大减小结构尺寸，从而减少材料的耗用量，降低工程总体造价。

建筑物的层数是由所使用的混凝土强度来决定的，而建筑层数越高，对混凝土的强度要求越大，而高性能混凝土的这种高强特性可以轻松的达到要求，并能在土建工程中节省空间，节省了大量建筑资金。

4性能混凝土的耐性特别强，从而能够抵挡外界恶劣环境的侵袭，使建筑物本身的寿命延长，从长远方面来说，具有极高的社会经济效益。

基于这一特点，高性能混凝土北用于高层建筑、大跨度桥梁、海上采油平台、矿井工程、海港码头等工程中。

二绿色高性能混凝土材料的展望：

多年来，关于高性能混凝土材料的研究过于偏重使其达到某种或综合的优良性能上,而对其耐久性重视程度不够。然而，随着全球环境问题的日益突出，人们越来越希望高性能混凝土的绿色化。然而，实现水泥生产“绿色化”一个环节是不够的,必须同时开展如下工作：

第一、要加强混凝土科研开发、标准制定、工程设计和施工人员等的环保节能意识，引起混凝土工程领域各环节的高度重视。

第二、工程设计人员应更新传统的混凝土设计方法，施工人员要提高质量意识,严格施工,控制某些种类防冻剂和早强剂的掺量。

第三,开发适合于掺活性混合材混凝土的高性能外加剂,以解决掺混合材对混凝土性能产生的某些负面效应,同时还可避免过分提倡混合材超细磨所引起的能耗问题。

第四,研究和制定绿色高性能混凝土的质量控制方法、验收标准。

三土建工程中的造价控制：

土建工程造价控制贯穿于整个建筑项目的全过程，在整个土建施工过程中，要严格把造价控制在一定的限额内。加强土建工程造价的管理，能保证准确无误地将资金合理地分配到各个项目中，从而实现在各投资项目之间进行均衡而合理的分配，有助于控制成本费用，有利于整体经济效益的提高。

1在工程决策中队造价的控制

在土建工程开始之前，要认真搜集有关资料，做好项目的整体规划，对整个工程进行科学合理的分析，认真做好工程款预算，做到全面细致。此外，要从现实出发，充分考虑到施工过程中可能出现的各种情况及不利因素对工程造价的影响，预留款项以防影响工程的施工和整个工期的长短，使投资基本上符合实际。

2在设计阶段的造价控制

整个建筑工程的方案设计贯穿整个施工进程中，起着无可替代的作用。所以为了节省资金，施工单位在审查设计时，要重视设计方案的优化，利用各种指标对设计进行认真分析，以先进、适用、经济、合理、切实可行为原则来改进完善施工的设计方案。

3在招标阶段的造价控制在工程招投标过程中，严格按《招投标法》操作，规范招投标行为，遵循公开、公平、公正原则，合理确定标底，做好工程承包合同的签署工作，尽量少指定分包项目，尽可能堵住一切漏洞，减少费用变更。【结束语】：

现在建筑业的发展趋势是愈加倾向于新型建筑材料的使用，和能源的节约以及再利用，这不仅是能源方面的突破，也是处于环保的要求，高性能混凝土能很好的实现材料、能源和环保的有机结合。土建工程造价的管理与投资控制的主要目的，就是运用科学方法解决土建工程中经营与管理问题，只有在整个工程的各个阶段都严格控制造价，才能尽量减少或避免建设资金的流失，最大限度地提高资源的利用率。

土工合成材料特点篇3

关键词：商品混凝土；生产特点；质量管理

前言

商品混凝土，又称预拌混凝土，简称为“商砼”，俗称灰或料：是由水泥、骨料、水及根据需要掺入的外加剂、矿物掺合料等组分按照一定比例，在搅拌站经计量、拌制后出售并采用运输车，在规定时间内运送到使用地点的混凝土拌合物。现代建筑施工大部分均使用商品混凝土。商品混凝土的使用可以降低工人的劳动强度、加快施工进度，减少环境污染，使混凝土的质量更稳定且易于控制，是混凝土生产技术的一大提高。

1.商品混凝土及其生产的特点

1.1随拌随用

由于用户的要求各异及混凝土本身的特点（如必要的工作性能、性能存在经时变化等），作为建筑材料的商品混凝土不能储存，只能按用户的具体要求临时生产，随拌随用。

1.2受原材料影响非常大

作为普遍使用的一种建筑材料，商品混凝土本身，受其组成原材料的质量和掺用量的影响非常大，如水泥的组分比例，外加剂的性能、用量及与水泥的相容性，砂石级配及含水率，水胶比等，混凝土质量对上述因素的变化非常敏感。

1.3受环境影响明显

混凝土的相组成及强度、耐久性等特性，除受原材料影响较大外，受环境温度、湿度等影响也较大，且随时间而变化。

1.4商品混凝土只是半成品

考虑到房屋结构对混凝土最终的强度及耐久性要求，商品混凝土供应站供应的混凝土只是一个半成品，要最终达到结构要求的强度、耐久性能等使用指标，还需要考虑运输、浇筑（包括振捣）、养护、使用等多种因素的影响。

1.5混凝土所用原材料

尤其砂、石一般为地方性材料，性质不易改变，质量不容易控制，更不易改善，只有想办法去适应它。

所以，影响混凝土质量的因素众多且原因复杂，任何一个环节出现问题，都可能导致混凝土质量受到严重影响。而且有些原因，我们还不能认识清楚，不能对其进行有效的控制，有时只能靠经验处理，有一定的盲目性。

2.商品混凝土的质量控制措施

2.1选用优质的原材料

混凝土的组成材料为水泥、砂、石、掺合料、外加剂和水，这些材料各项性能指标的优劣及其质量稳定性，直接影响到混凝土的质量及其性能。对原材料进行认真的筛选，是确保商品混凝土质量的基础。

2.2加强生产前期管理措施

2.2.1加强原材料的管理

（1）石堆场有良好的排水设施，以免料堆底部积水。水泥、粉煤灰等粉料筒仓有防潮、防湿措施。

（2）砂、石按品种、规格分隔堆放，严防混料，避免混用或错用。

（3）各种材料标识清楚，特别是水泥、粉煤灰、外加剂贮存仓，进料口加盖上锁，并由专人管理，以防止进错料或受污染。

2.2.2做好混凝土配合比设计

混凝土配合比设计是保证混凝土质量的核心环节，因此，必须高度重视，确保工程所需的耐久性。

（1）用低水胶比、富配合比配制的混凝土具有良好的抗氯离子扩散、硫酸盐侵蚀性能和对钢筋的长期防腐蚀性能。

（2）掺适量的优质高效减水剂，大大增加减水效应，显著降低水胶比，提高混凝土强度。

（3）掺加适量优质粉煤灰、矿粉，取代部分水泥和部分细骨料，在保证混凝土强度等级与稠度要求的前提下，可以显著提高混凝土的密实性，增强对钢筋的保护作用。

2.2.3加强混凝土配合比管理

（1）结合具体工程设计要求、施工工艺、原材料性能状况，按照有关技术规程进行混凝土配合比理论设计计算、试验和调整。由试验室通过试验取得的配合比在生产前再进行复验，符合规定要求后，方能应用于生产。

（2）混凝土配合比在生产过程中要进行动态控制，动态控制在基准混凝土配合比基础上进行，由试验室掌握，根据工程情况、设计要求、气候变化、运输距离、原材状况等因素，结合实践经验进行调整。

2.3过程控制措施

2.3.1强化生产过程质量控制

（1）确保计量精度。

配

系统是混凝土生产的重要部分，有条件的工程尽量采用计算机自动控制，当混凝土配合比或混凝土配合比编号输入计算机后，电子称对混凝土所需的原材料进行精确计量，混凝土需按配比严格配料，这使混凝土的离散性大大减小。定期进行计量动（静）校验，以确保达到gbl4902《预拌混凝土》规定的计量要求。

（2）确定合理搅拌时间。

根据搅拌机类型、实际搅拌效果、运输时间、坍落度大小等情况而设定搅拌时问。

（3）加强过程检测。

在生产过程中，当班人员除随机抽样检测外，还应在出厂前目测每车混凝土的坍落度及和易性，如有异常情况，应查明原因并采取措施，坍落度及和易性不合格的混凝土不准出站。

2.3.2加强施工现场的技术管理

（1）根据工程要求、施工方案和原材料特点，将混凝土的性能特点（如缓凝性、强度增长规律、养护方式等）情况在技术交底时告知施工班组，使有关人员更加深刻认识和熟悉混凝土的特性，进行正确的施工操作。

（2）确保混凝土浇筑的连续性，并且严格控制混凝土从出站到浇筑的间隔时间，保证混凝土结构的整体性及质量。

（3）在施工现场随机进行混凝土取样，并按规范制作试件，妥善养护，作为判定混凝土是否合格的依据。

（4）为控制好施工现场混凝土质量，搅拌站派出现场服务员或技术人员，监督处理现场的质量问题，并及时与搅拌站有关部门联系、反馈信息。

2.4加强质量检验

质量检验是进行混凝土质量控制中不可缺少的组成部分，是保证混凝土质量的主要手段。强化原材料、混凝土质量检验应做到：

（1）把好五关、做到三个不准：即原材料检验关、配合比设计关、计量关、混凝土搅拌时间关、坍落度及强度关；不合格材料不准使用、计量不准的设备不准生产、不合格的混凝土不准出站，确保混凝土符合质量要求。

（2）做好事前控制，预防质量事故，通过原材料和混凝土的质量检验和生产全过程的质量监督，及时掌握混凝土的质量动态，及时发现问题，及时采取措施处理，预防发生工程质量事故，使混凝土的质量处于稳定状态。

（3）加强信息反馈，通过对检验资料的分析整理，掌握混凝土的质量情况和变化规律，为改进混凝土配合比设计，保证混凝土质量，充分利用外加剂和掺合料性能，加强管理等方面，提供必要的信息和依据。

土工合成材料特点篇4

【关键词】新型；土木工程；材料；技术使用

土木工程材料是指在土木工程中所使用的各种材料及其制品的总称。它是一切建筑工程的物质基础，是组成建筑结构物的最基本构成元素。由于科学技术的发展，使得土木工程的新型材料如雨后春笋般出现，表现出节能、高效、环保等特点，并呈现种类繁多，性质各异，用途不同的特性。

1高性能混凝土（HPC）

HPC要求具有高耐久性和高强度、优良的工作性，首先体现在较高的早期强度、高验收强度、高弹性模量；其次是高耐久性。可保护钢筋不被锈蚀，在其他恶劣条件下使用，同样可保持混凝土坚固耐久；最后是高的和易性、可泵性、易修整性。可配制大坍落度的流态混凝土，而不发生离析；可降低泵送压力，修整容易。冬天浇筑时，混凝土凝结时间正常，强度增长快于普通混凝土，低温环境下不冰冻，高温环境下浇筑混凝土保持正常的坍落度，并可控制水化热。

1.1低强混凝土

这种材料可用于基础、桩基的填、垫、隔离及作路基或填充孔洞之用，也可用于地下构造。在一些特定情况下，可用低强混凝土调整混凝土的相对密度、工作度、抗压强度、弹性模量等性能指标，而且不易产生收缩裂缝。

1.2轻质混凝土

利用天然轻骨料（如浮石、凝灰岩等）、工业废料轻骨料（如炉渣、粉煤灰陶粒、自燃煤矸石等）、人造轻骨料（页岩陶粒、粘土陶粒、膨胀珍珠岩等）制成的轻质混凝土具有密度较小、相对强度高以及保温、抗冻性能好等优点。利用工业废渣，如废弃锅炉煤渣、煤矿的煤矸石、火力发电站的粉煤灰等制备轻质混凝土，可降低混凝土的生产成本，并变废为宝，减少城市或厂区的污染，减少堆积废料占用的土地，对环境保护也是有利的。

1.3自密实混凝土

自密实混凝土不需机械振捣，而是依靠自重使混凝土密实。该种混凝土的流动度虽然高，但仍可以防止离析。配制这种混凝土的方法有：（1）粗骨料的体积为固体混凝土体积的50%；（2）细骨料的体积为砂浆体积的40%；（3）水灰比为0.9-1.0；（4）进行流动性试验，确定超塑化剂用量及最终的水灰比，使材料获得最优的组成。这种混凝土的优点有：现场施工无振动噪音，可进行夜间施工，不扰民；对工人健康无害；混凝土质量均匀、耐久；钢筋布置较密或构件体型复杂时也易于浇筑；施工速度快，现场劳动量小。

2高掺量粉煤灰混凝土

高掺量粉煤灰混凝土随着人们对粉煤灰的颗粒形态效应、火山灰活性效应和微集料效应等内在潜能的认识日渐深入，以及混凝土外加剂技术的迅速发展，粉煤灰成为继外加剂之后混凝土的又一必需组分的观点正在被越来越多的人接受.粉煤灰的掺量也有不断增大的趋势。在混凝土技术方面较先进的美、英、加等国，自20世纪80年代中期就开始了高掺量粉煤灰混凝土（粉煤灰掺量占总胶凝材料用量的55%以上）的研究与应用。

3新型节能墙体材料

3.1新型砌体材料

采用砌筑结构的墙体，通常依靠选用导热系数小、保温隔热性能好的砌体材料，以此来达到墙体传热量小的目的。这类材料主要有空心钻土砖、加气混凝土砌块、普通混凝土以及粉煤灰、煤研石、浮石等混凝土空心小砌块等砌体材料，采用保温砂浆作为砌体胶凝材料。近年来发展应用由保温绝热材料与传统的墙体材料（例如实心黏土砖、混凝土等）或新型墙体材料（例如空心砖、空心砌块等）复合而成的节能墙体。

3.2新型复合墙板

新型节能复合墙板是由高效绝热保温材料、外墙板、内墙板复合而成，按照标准尺寸或模数在工厂实现工业化生产，包括门、窗等构件均可和墙板一体化制造，运送到施工现场安装在结构框架上，即形成房屋建筑的护结构，这是近年来发达国家采取的主要建筑形式。用于这种建筑物的复合墙板不承受外力，厚度一般在100～150mm，质量轻，保温性能好，尺寸精确，施工效率高。

4FRP复合材料

土木结构主要受两大问题困扰，过早退化和结构功能不足。近些年来，纤维增强聚合物（FRP）已经成为解决这些结构问题的一种可行途径。工程实践表明，FRP复合材料能适应现代工程结构向大跨、高耸、重载、高强和轻质发展以及承受恶劣条件的需要，符合现代施工技术的工业化要求，因而正被越来越广泛地应用于桥梁、各类民用建筑、海洋和近海、地下工程等结构。应用的方式有两种：一是，替换钢筋或钢管直接应用于新建结构中；二是，用于旧有结构的维修加固，以取得良好的建筑效果。

5智能材料

大型土木工程结构和基础设施的使用期都长达几十年、甚至上百年。在其使用过程中，由于环境载荷作用、疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不利因素的影响，结构将不可避免地产生损伤积累、抗力衰减，甚至导致突发事故.为了有效地避免突发事件故的发生，就必须加强对此类结构和设施的健康监测。一种称为碳纤维机敏混凝土材料的智能材料，在大型土木工程健康监测中已得到应用。

6结束语

纳米材料由于超微的粒径而具有常规物体所不具有的超高强、超塑性和一些特殊的电学性能。纳米材料被应用于很多领域并取得了显著的增强、增韧及智能化等效果。混凝土作为一种传统材料，其性能越来越不能满足社会发展对其提出的更高要求，智能混凝土已经成为一个新的发展方向。纳米材料还赋予混凝土智能特性，水泥基纳米复合材料其电阻率随应变而线性变化，并且具有很高的灵敏度和重复性。水泥基纳米复合材料作为一种本征智能材料强度高，传感性好，具有广阔的发展前景。

“科学技术是第一生产力”，土木工程新技术的开发与应用在我们切身经历的施工过程中感受到了其带来的合理、高效。促进了现代土木工程技术的发展。作为工程技术人员和工程硕士，我们有理由和义务在今后的施工过程中开发和应用各种土木工程新技。

【参考文献】

[1]张正雄.土木工程材料[M].人民交通出版社，2008.

[2].房屋建筑施工中一些常见问题的探讨[J].广西城镇建设，2006（02）：59-60.

土工合成材料特点篇5

关键词：岩土工程；材料；数字图像；有限元法

中图分类号：F40文献标识码：A

随着我国社会经济的发展，城市化进程不断加快，科学技术也发生了翻天覆地的变化，推动了岩土工程建设的发展，岩土工程的规模也在不断扩大。城市人口的激增给人们的生活环境和生存条件带来了极大的压力，也给岩土工程建设带来了更大的压力。因此，岩土工程不得不寻求更大的突破，以求能够获得足够的生存发展空间，岩土工程建设的发展，也带动了岩土材料的改变。

1数字图像的概念

人眼能够看到的一切的图像，它们所展现出来的形态都是由各自所包含的颜色来决定的，色彩中的三原色是指红、绿、蓝三种，任何颜色都是由三原色按照不同的比例混合而得到的。二维图像可以用下面这个函数式子表示：

f（x，y）={fred（x，y），fgreen（x，y），fblue（x，y）}（1）

公式中，f（x，y）——空间坐标（x，y）位置点的颜色

空间坐标（x，y）处红、

绿、蓝三原色的值，在这个二维坐标里，都有一个确定的值与它相对应。

数字图像是指计算机能够识别的用数字式子来表示的颜色，计算机通过自身的处理，把所识别的数字符号再转化成颜色，用来组成图像。换句话说，也就是通过离散化处理后，计算机能够识别上述的所说的颜色符号，并通过识别的符号，组成它所表示的图像，并且还能够用矩阵形式的数字阵列来表示，例如，公式（1），经过离散化处理后，可以用下面这个矩阵表示：

（2）

公式中，M，N分别代表的是数字图像所包含的像素点阵的行数和列数，根据式中x，y，k的取值不同可分别代表RGB模式、灰度模式和二值模式，具体取值如表1所示。

表1各模式k、x、y的取值范围

图像模式k取值f（x，y）取值

RGB彩图1，2，30——255

灰度模式10——255

二值模式10或255

图像根据它所含颜色和灰度的多少，可以分为以下几种基本类型：二值图像、灰度图像、RGB图像和索引图像，其基本参数如表2所示。

表2二值图像、灰度图像、

索引图像、RGB图像的基本参数

图像类型颜色数量数据类型/bit矩阵大小

二值图像21M×N

灰度图像256灰度8M×N

索引图像256灰度8M×N

RGB图像224灰度24M×N×3

2岩土工程的发展

随着社会主义实施改革开放的发展战略，经济效益在不断地提高，我国的土木工程在20世纪80年代获得长足的发展，其规模和范围也扩大到之前想都不敢想的程度，国外的先进的岩土工程理论也传入国内，并与国内的岩土工程的实际情况相结合，发展出一套符合国内岩土工程建设特点的理论，以求推动国内岩土工程建设能够获得最快发展。

21世纪的到来，随着全球化的发展趋势，我国的经济得到进一步的发展，经济结构也受到全球化的强烈冲击，城市化现象更加明显，城市人口急剧增长，加大了城市生活环境的压力，推动了土木工程建设的进一步发展。我国也提出了可持续发展的发展战略，岩土工程建设积极响应，从各个方面都注意环境保护，以求实现可持续发展的岩土工程建设，尤其特别注意的是岩土工程材料在岩土工程建设中的使用。

3岩土工程建设中所使用的工程材料类型

3.1金属材料

岩土工程建设中所使用的金属材料按照含金属量的多少，可分为纯金属和在金属材料的基础上，混合其他原料所构成的合金，在哪个金属的基础上混合成的合金，就叫什么合金，例如：在金属铝的基础上，混合成的合金就叫铝合金。金属材料具有良好的硬度、可塑性、导热性和良好的导电性，这是其他材料所无法比拟的。金属材料在岩土工程建设中的应用最广泛。

3.2非金属材料

非金属材料比金属材料在房屋建设中的应用要早的多，非金属材料包含很多材料，例如胶凝材料，也就是我们常说的水泥、石灰、石膏等，天然石料、混凝土和工程陶瓷材料等。陶瓷是人类经过化学研究，通过烈火烘烤烧制成的第一件化学制品，虽然陶瓷诞生的那个年代并不知道化学这门学科的存在，但是陶瓷材料也已获得了前所未有的发展。陶瓷材料的熔点高、硬度高、耐高温、耐氧化等优势，都提高了陶瓷的应用范围，即使在条件非常艰苦的岩土工程环境里，陶瓷依然可以保持它的特性和形状，因此，陶瓷材料在岩土工程建设中已经获得了广泛的应用。

3.3聚合物材料

聚合物的另一种名称是高分子化合物，即是由大分子经过化学作用而组成的一种复合型的材料或者是在长期的风力、阳光、空气中的水等条件的作用下，天然形成的聚合物材料。根据聚合物材料的来源游客分为天然聚合物和合成聚合物两种，天然聚合物材料包括木材、天然橡胶等，合成聚合物就是指土工合成材料，它在道路路基和路面、土石坝、水井、地下排水管道等工程建设中的应用非常广泛。

（1）非晶态材料

原子、分子的排列顺序不按常规的分子原子排列的规律进行，不显现出周期性排列和平移对称性排列的特点，实至名归的是无序排列。非晶态材料的种类很多，除硅酸盐玻璃外，还包括非晶态聚合物、非晶态半导体和金属玻璃等，非晶态材料自生产出来以后，以最快的速度占领了国民经济的各个领域，，并已得到广泛推广。

（2）复合材料

顾名思义，就是两种以上的结构混合组成的材料就被称为复合材料。复合材料分为基体相和增强相两种，既能够保持在生成复合材料之前的那些材料的性质，又能够具有混合材料的新性质和优良性能。如水泥、石头、水、钢筋、砂等材料混合形成的复合材料——钢筋混凝土，就是具有水泥、石头等原材料的性能，也具有钢筋混凝土特有的性能。因此，复合材料在岩土工程中得到广泛的推广，并且已是目前岩土工程建设中应用最广泛的复合材料。

（3）功能材料

由于目前的科学技术和对功能材料的研究开发以及利用的情况都不够，因此功能材料在岩土工程建设中的应用是少之又少，甚至为零。并且它在自然中的存有量也不多，而且它必须在光、磁、热、力、生物化学等外力条件的作用下，才能具有特定的功能。

各类材料的性能如表3所示。

4数字图像在岩土工程材料中的应用

计算机不能直接处理图像文件，要对岩土工程材料的结构进行离散化处理，得到了计算机能够识别的信息，并能够正确记录它的功能和性能，然后再运用灰度对其内部结构特征进行描述，即可形成数值模型格，以便于计算机数据库的储存，和再利用时的查找，以作为参数。操作流程图如图1所示。

5岩土工程材料的结构分析

岩土工程中的工程材料种类繁多，性质多样，花岗岩作为工程材料中的非金属材料应用到岩土工程建设中，它由长石、石英和云母组成，其中长石又分为钾长石和奥长石；云母也分为黑云母和白云母两种。

我们以三峡花岗岩为例，运用图像处理软件处理数码图像，将处理后的图像按照不同的像素进行排列。每个数字图像中的像素点，它横坐标上的灰色度在纵坐标上，有且只有唯一的一个数值与之相对应，灰色度值不仅能够反映出数字图像的基本信息，而且也为数字图像的进一步处理奠定了基础。不同的像素点呈现出的岩土工程材料的形象、结构都大同小异，最大的区别就在于图像的清晰度以及能否正确反映出岩土材料的纹理结构如图4所示，这是同一个材料上，不同像素条件下的图像。

5.1岩石细观结构法

取适量的黄岗岩石样品，放到扫描电子显微镜下，以进行岩石样品的微观结构的观测，如图3，这是岩石样品中长石含量的扫描照片，对长石颗粒的形貌特征进行了详细的展示，并为三峡花岗岩石的单元网格的形成，提供了强有力的依据。

图4是上述三峡花岗岩的灰度值直方图，从图中我们可以清晰地看出来有一个波动很明显的地方，经过实际的试验和考察，可以把图像的整体分成2部分进行分析研究，利用下面的公式计算，可以得到一个特征鲜明的二值图像：

（3）

公式中，H——与波谷处的灰色度值相对应，并且是一整数阈值。

选定的H值的数值对花岗岩细观结构的分析结果有着非常重要的影响，选定的阈值H数值太低或者太高，都不能正常反映出长石的含量，严重影响着分析结果。因此要逐个数字进行尝试，一直到找到最理想的阈值H为止。图5所示的二值图的图像内容，它把阈值H选定为100，图中的黑色物体就表示长石元素的分布。经过反复对阈值H的尝试，确定阈值H最理想的数值范围，并准确的检验出了的长石分布情况。

根据图5所反映出的情况，我们在进行计算时，可以光考虑面积较大的长石，忽略一些面积较小甚至是一些密密麻麻连在一起的长石面积，这样我们就可以通过它的像素点推断出长石的面积，从而使推断出的长石面积更准确：

A=nh2（4）

公式中的n——每一个长石的总的像素点数。如果要计算其他两个组成元素的面积，方法同上。

5.2边界检测算法

不同的材料在数字图像分析中呈现出不同数值的灰色度，处于分界面位置的灰色度值它们的变化往往波动较大。常常使用一个非常大的数值来表示材料分界处的灰色度值的1阶导数，这样我们就可以对材料的分界面进行检测了。灰色度值点（x，y）可以根据下面的公式计算出它的1阶导数：

（5a）

（5b）

公式5只考虑了两个相邻的像素点，因此，它得出的1阶导数还不是很准确，对于数字图像来说，考虑的像素点越多，得出的1阶导数相对来说也就较为准确，但如果你考虑的像素点越多的话，你的错误往往也犯得较多，在既保证准确率，又保证不犯错误的情况下，一般都是选取相邻的4个像素点进行计算：

（6a）

（6b）

计算完1阶导数的数值后，可根据1阶导数的数值大小，推断出材料的分界面，通常情况下，都认为1阶导数大的这个像素点就是要分析材料的分界面，通过计算后，得出的边界图像为：

（7）

其中，公式中的K——大于等于零的阈值。图6表示的就是岩土工程材料通过使用边界检测算法后，所得出的内部材料的分界面。

6有限元网格的形成

随着有限元网格研究的不断深入，有限元在工程建设中的应用广泛，网格可以自动生成，通过Delaunay算法可以自动生成适用于二维和三维的三角形和四边形的有限元网格，而且还要求每个三角形都要接近于等边三角形，如图7所示，以保证各离散点对三角形有限元网格的影响，其生成过程为：

（1）材料边界上的网格顶点也就是网格凸包率先自动生成，

（2）以它的3个网格顶点为生成依据，然后再通过Delaunay算法来判断在这3个网格顶点的区域内生成的有限元网格。

图8就是自动生成的有限元网格，从图中我们可以观察出，此图的网格生成分布较为均匀，那是由于它的参考顶点比较多比较密集，所以此图的网格生成也较为均匀，既确保了三峡花岗岩石分析的准确性，又为后续的研究计算打下了基础。

结语

综上所述，岩土工程建设是为人们的生产生活服务的，其规模还会不断地扩大，应用技术也将会不断的进步与发展。随着我国科学技术的迅猛发展，数字图像在我国岩土工程中的应用越来越广泛，岩土工程材料严重影响着工程的进度和质量，积极响应了国家的“可持续发展”号召，积极改善岩土工程施工技术和工程材料，相信在不久的将来，我国的岩土工程技术和材料将跻身于世界一流的行列。

参考文献

[1]杜文学.岩土工程材料的塑性问题研究[J].低温建筑技术，2010（06）.

[2]陈从新，刘秀敏，刘才华.数字图像技术在岩石细观力学研究中的应用[J].岩土力学，2010（01）.

[3]朱泽奇，肖培伟，盛谦，等.基于数字图像处理的非均质岩石材料破坏过程模拟[J].岩土力学，2011（12）.

[4]陈汗青，万艳玲，王国刚.数字图像处理技术研究进展[J].工业控制计算机，2013（01）.

土工合成材料特点篇6

关键词：土工布；有效孔径；测试方法；分析

土工布是用合成纤维纺织或经胶结、热压针刺等无纺工艺制成的土木工程用卷材，也称土工纤维或土工薄膜。土工布根据加工方法不同可以划分为机织土工布、针织土工布、非织造土工布[1]。最为常用的是非织造土工布，它是使用机械的、化学的、热力的或者其他的方法，使纤维网固结在一起而形成的纤维结构材料[2]。

非织造土工布独特的纤维三维网络结构使其具有良好的排水性能和保沙土性能，以此代替传统的砂砾渗滤层，不仅可以节省投资而且还能缩短施工周期。土工布渗滤层设计及选用的重要依据是其透水性能和保土性能，而这两个性能的重要特征指标为其孔径。准确测定土工布的孔径有利于工程上更加合理地选用土工材料。本文结合实际工作经验，对土工布孔径测试方法归纳如下。

1孔径参数

孔径参数主要包括有效孔径、特征孔径、平均孔径、最大孔径、最小孔径、泡点孔径、孔径分布、孔隙率等［3］。

1.1有效孔径（Oe）

JTGE50—2006《公路工程土工合成材料试验规程》中的定义如下：能有效通过土工织物的近似最大颗粒直径，例如O90表示土工织物中90%的孔径低于该值[4]。GB/T14799—2005《土工布及其有关产品有效孔径的测定》中定义则如下：有效孔径是能有效通过土工布的近似最大颗粒直径，例如O90表示土工布中90%的孔径低于该值[5]。

1.2等效孔径EOS（或称表观孔径AOS）

SL/T235—1999《土工合成材料测试规程》中定义如下：以土工织物为筛布对颗粒料进行筛析，当一种颗粒料的过筛率（通过织物的颗粒料重量与颗粒料总重量之比）为5%时，则该颗粒粒径尺寸定为土工织物的等效孔径[6]。GB50290—1998《土工合成材料应用技术规范》及SL/T225—1998《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》中定义如下：土工织物的最大表观孔径[7-8]。JTJ/T019—1998《公路土工合成材料应用技术规范》中定义如下：用于表示织物型土工合成材料孔隙大小的指标。采用不同的筛余率标准，可得到不同的等效孔径值[9]。

1.3特征孔径

土工布的孔眼尺寸，相当于90%的土颗粒通过土工布时的最大颗粒尺寸[10]。该定义适合于土工布及其有关产品有效孔径测定中的湿筛法。

1.4泡点孔径

滤布一侧的气体穿过滤布到达另一侧的水中而产生气泡，用此方法计算出滤布孔径[11]。

1.5最大泡点孔径

当气体穿过滤布到达水中产生第一串气泡时的泡点孔径[11]。

1.6孔径分布

对于给定试样，根据孔隙直径分布，计算某一孔径所对应孔隙的百分数[12]，可用来表征不同孔径在整个孔径分布中所占比例。

1.7孔隙率

材料的孔隙体积与总体积的比值，反映土工布空隙程度的指标，它是影响土工布渗透性等水力性能的重要因素[13]。

目前，在各标准中，关于等效孔径、特征孔径的定义基本一致，均为用颗粒的尺寸来表示孔径的尺寸。泡点孔径则需要根据测量气泡出现时的压力差来计算出等效孔径。

2孔径测试方法

土工布孔径测试方法分为直接法和间接法，直接法包括显微镜法、图像分析法等；间接法主要有干筛法、湿筛法、泡点法、水动力法和水银压入法等[14]。关于各方法的原理及其评价如表1所示。

直接法例如显微镜法。该法直接、直观和可靠，可以直接得出孔径的数量及大小，不会改变试样的原始状态，不污染损伤试样，尤其适用于薄型织物，但投影面上孔隙分布无法反映织物内部孔隙结构，因此此法只适合于规则的织物，且测试结果具有一定的随机性，代表性不足。

对于孔隙不规则的土工布测试一般用间接法。计算法虽然通过数学模型的建立及推理，具有一定的合理性，但参数的测定也不能脱离试验。水银压入法水银有毒且危害环境，负压排水法用水作为测孔介质方便无污染，但一直存在织物亲水性的问题难以解决；泡点法可获得较好的孔径分布曲线，却没有很好的模拟实际使用情况；渗透法虽省时、可靠，却不能获得孔隙分布曲线。鉴于各方法各有优劣，目前，国内外普遍采用的为筛分法。筛分法分为干筛法、湿筛法和动力水筛法。干筛法存在静电现象，影响结果的准确性；湿筛法试验条件接近实际工作条件，但水流不易控制，操作复杂；动力水筛法则需时太长。此3种方法各有其优缺点，干筛法由于方法较成熟，经验积累多，是目前国内用得最多的方法。

3孔径测试标准

目前，国内外已有的孔径测试的标准、试验方法及适用范围如表2所示。

国内关于孔径测试的方法标准一共有4个，分为干筛法、湿筛法、泡点法、毛管流动孔隙仪法。其中GB/T24219—2009适用范围限制为机织过滤布，而GTTTM017—2010毛管流动孔隙仪法的适用范围为孔径为0.013μm～500μm的所有非织造材料，相比之下，干筛法、湿筛法的适用范围比较广泛。国内产品标准采用最多的也为筛分法，各产品标准采用的方法标准情况如表3所示。国内产品标准采用最多的为GB/T14799—2005《土工布及其有关产品有效孔径的测定干筛法》，其次是湿筛法GB/T17634—1998《土工布及其有关产品有效孔径的测定湿筛法》，主要在国标中采用。另外，交通部JTGE50—2006《公路工程土工合成材料试验规程》及水利部SL/T235—1999《土工合成材料测试规程》中应用的方法均为标准自带方法，试验方法为干筛法，基本原理与GB/T14799—2005相同。

4结论

土工布越来越多地被用作公路、铁路、土木、水利等工程材料。孔径是土工布水力学特性中的一项重要指标，它反映土工织物的过滤性能，既可评价土工织物阻止土颗粒通过的能力，又反映土工织物的透水性，而土工布孔径的测定结果与其所选用的测试方法密切相关。目前国内外土工布孔径大小及分布测试方法各不相同，各有优缺点。因此研究土工布孔径测试方法对进一步推动土工布在工程建设中的应用具有非常重要的意义。

参考文献：

[1]范晓玲，郭秉臣.非织造土工布的开发应用[J].非织造布，2001,9（1）：37-40.

[2]朱诗鳌.土工合成材料应用[M].北京：科学技术出版社，1994:1-2.

[3]倪冰选，张鹏，杨瑞斌，等.非织造土工布孔径分布测试方法研究[J].产业用纺织品，2011,246（3）：31-34.

[4]JTGE50—2006公路工程土工合成材料试验规程[S].

[5]GB/T14799—2005土工布及其有关产品有效孔径的测定干筛法[S].

[6]SL/T235—1999土工合成材料测试规程[S].

[7]GB50290—1998土工合成材料应用技术规范[S].

[8]SL/T225—1998水利水电工程土工合成材料应用技术规范[S].

[9]JTJ/T019—1998公路土工合成材料应用技术规范[S].

[10]GB/T13759—2009土工合成材料术语和定义[S].

[11]GB/T24219—2009机织过滤布泡点孔径的测定[S].

[12]GTTTM017—2010纺织品非织造材料孔隙特征测试方法[S].

[13]魏取福，贺福敏，褚慧芬.针刺土工布压缩性能及孔隙率的分析[J].非织造布，1995,3：16-18.

[14]吴正爱.干筛法测定土工织物孔径问题的探讨[J].东北水利水电，1989,56（2）：31-34.

[15]吴凤彩.无纺土工织物孔径测量技术[J].岩土工程学报，2006,28（4）：495-503.