土木工程材料的发展趋势

土木工程材料是指土木工程中使用的各种材料及制品，它是土木工程的奠基石。

在我国现代化建设中，土木工程占有极为重要的地位。

由于组分、结构和构造的不同，土木工程材料品种繁多、性能各不相同、价格相差悬殊，同时在土木工程中用量巨大，因此，正确选择和合理使用土木工程材料，对整个土木工程的安全、实用、美观、耐久及造价有着重大意义。

一般的来说，各类土木工程设施都会对它所采用的材料提出种种要求，譬如“坚固、耐久”是对所有材料的共同要求；不同的土木工程设施还会对材料提出“耐火、防水、耐磨、隔热、绝缘、抗冲击”等多种要求；甚至是抗辐射这样的特殊需要。

归纳起来，土木工程材料的基本要求是：必须要有足够的强度，能够安全的承受荷载；材料自身的重量以轻为宜（即表观密度较小），以减少下部结构和低级的负载;具有与使用环境相适应的耐久性，以减少维修费用；用于装饰的材料，应能美化建筑，产生一定的艺术效果；用于特殊部位的材料，应具备相应的特殊功能，例如屋面材料能隔热、防水，楼板和内墙材料能隔声。

材料是一切土木工程的物质基础。

在材料的选择、生产、储存、保管和检验评定等各个环节中，任何环节的失误都有可能造成土木工程的质量缺陷，甚至造成重大质量事故。

所以我们通过物理性质等方面衡量土木工程材料的好坏。

这些基本性质是：1、材料的力学性质：A强度与比强度B材料的弹性与塑性C脆性和韧性D硬度和耐磨性；2、材料与水有关的性质：A材料的亲水性与憎水性B材料的含水状态C材料的吸湿性和吸水性D耐水性E抗渗性F抗冻性；3、材料的热性质：A热容性B导热性C热变形性；4、材料的耐久性，是指用于构筑物的材料在环境的各种因素影响下，能长久的保持其性能的性质。

土木工程材料是随着人类社会生产力和科学技术水平的提高而逐步发展起来的。

人们最早穴居巢处，后来进入能够制造简单的石器时代、铁器时代，才开始挖土、凿石为洞，伐木搭竹为棚，利用天然建材--石块木材。

公元前12~~4世纪前后先后创制了砖和瓦。

人类才有了用人造材料制成的房屋。

土木工程材料有天然材料进入人工生产阶段，围剿大规模的建造房屋创造了条件。

17世纪有了生铁和熟铁以后有了第一条铸铁铁路，后来发展了钢材。

18、19世纪，有了波特兰水泥，接着就是钢筋混凝土工程的蓬勃发展，此时正好资本主义兴起，促进了工商业及交通运输业的蓬勃发展，原有的土木工程材料已不能与此相互适应，在其他科学技术进步的推动下，土木工程材料进入了一个新的发展阶段，钢材、水泥、混凝土及其他材料相继问世，为现代土木工程建筑奠定了基础。

进入20世纪后，由于社会生产力突飞猛进，以及材料科学与工程学的形成与发展，土木工程材料不仅性能和质量不断改善，而且品种不断增加，以有机材料为主的化学建材异军突起，一些特殊功能的新型土木工程材料，如绝缘材料、耐磨耐腐蚀材料、防爆防辐射材料及其他环保材料。

随着人类文明及科学技术的发展，土木工程材料的不断进步与改善。

现代土木工程中，尽管传统的土、石等材料仍在基础工程中广泛使用，砖瓦、木材等传统材料在工程的某些方面应用也很普遍，但是，这些应用材料的主导地位已逐渐被新型材料所取代。

目前，水泥混凝土、钢材、钢筋混凝土已是不可替代的结构材料；新型合金、陶瓷、玻璃、有机材料及其他人工合成材料各种复合材料等在土木工程折中占有愈来愈重要的位置。

二十世纪下半叶以来，全球的生存环境问题日益恶化：人口爆炸性的增长，资源日益匮乏，森林锐减，河流湖泊干枯，土地沙化，地球臭氧层遭破坏等等。

1992年6月，联合国在巴西里约热内卢召开了“环境与发展”世界首脑会议，会议通过了“21世纪议程”，确认了“可持续发展”战略方针。

而土木工程材料行业对资源的利用和对环境的影响都占据着重要的位置，在产值、能耗、环保等方面都是国民经济中的大户，为了保证源源不断地为工程建设提供质量可靠的材料，避免新型材料的生产和发展对环境造成危害，因此“绿色建材”应运而生。

绿色建材又称生态建材、环保建材，其含义是指：采用清洁的生产技术，少用天然资源，大量使用工业或城市固体废弃物和植物秸秆，所生产的无毒、无污染、无放射性、有利于环保和人体健康的土木工程材料。

发展绿色建材是一项长期的战略任务，符合可持续发展的战略方针，既满足现代人安居乐业、健康长寿的需要，又不损害后代人的更大需求能力和利益。

目前我国正在开发的和已经开发的绿色建材和准绿色建材主要以下几种：1、利用废渣类物质为原料生产的建材，这类建材以废渣为原料生产砖、砌块、材板及胶凝材料，其优点是节能利废，但仍需依靠科技进步，继续研究和开发更为成熟的生产技术，使这类产品无论是成本上，还是性能方面真正能达到绿色建材标准；2、利用化学石膏生产的建材产品，用工业废石膏代替天然石膏，利用先进的生产工艺和技术可生产各种土木建筑材料产品。

这些产品具有石膏的许多优良性能，开辟石膏建材的新来源，并且消除了化工废石膏对环境的危害，符合可持续发展战略；3、以废弃的有机物生产的建材产品，以废塑料、废橡胶及废沥青等可生产多种土木工程材料，如防水材料、保温材料、道路工程材料及其他室外工程材料。

这些材料消除了有机物对环境的污染，还节约了石油等资源，符合在资源可持续发展方面的基本要求；4、各种代木材料，用其他废料制造的代木材料在生产使用中不会有害人的身体健康，利用高兴技术使其成本和能耗降低，将是未来绿色建材的主要发展方向；5、以来源广泛的地方材料为原料，利用高科技生产的低成本健康建材，不同的地区都可能有来源丰富、不同种类的地方材料，根据这些地方的性质和特点，利用现代技术，可生产各种性能的健康材料。

如某些人造石材、水性涂料、某些复合性材料也是绿色建材的发展方向。

这一现象表明了进入21世纪以后，在我国甚至是全世界范围内，土木工程材料的发展应具有以下的一些趋向：1、研制高性能材料，例如研制轻质、高强、高耐久性、优异装饰性和多功能的材料，以及充分利用和发挥各种材料的特性，采用复合技术，制造出具有特殊功能的复合材料；2、充分利用地方材料，尽量减少天然资源，大量使用尾矿、废渣、垃圾等废弃物作为生产土木工程材料的资源，以及保护自然资源和维护生态环境的平衡；3、节约能源。

采用低能耗、无环境污染的生产技术，优先开发、生产低能耗的材料以及能降低建筑物使用能耗的节能型材料；4、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；5、产品可循环在再生和回收利用，无污染废弃物，以防止二次污染。

与以往相比，当代土木工程材料的物理力学性能也已获得明显改善；随着现代陶瓷与玻璃的性能改进，其应用范围也有明显的变化。

例如水泥和混凝土的强度、耐久性及其他功能均有所改善；随着现代陶瓷与玻璃的性能改进，其应用范围与使用功能已经大大拓宽。

此外，随着技术的进步，传统的应用方式也发生了较大变化现代施工技术与设备的应用也使得材料在工程中的性能表现比以往好为现代土木工程的发展奠定了良好的物质基础。

尽管目前土木工程材料在品种与性能上已有很大的进步，但与人们对于其性能要求的期望值还有较大差距。

首先，从土木工程材料的来源来看，鉴于土木工程材料的用量巨大，尤其在应用方面，经过长期使用的不断累积，单一品种或数个品种的原材料来源已不能满足其持续不断的发展的需求。

尤其是历史发展到今天，以往大量采用的粘土砖瓦和木材等已经给社会的可持续发展带来了沉重的负担。

从另一方面来看，由于人们对于各种建筑物性能的要求不断提高，传统建筑材料的性能也越来越不能满足社会发展的需求。

为此，以天然材料为主要材料的时代即将结束，取而代之的将是各种人工材料，这些人工材料将会向着再生化、利废化、节能化和绿色化等方向发展。

从土木工程对材料技术性能要求的方面来看，技术性能的要求也越来越多，各种物理性能指标的要求也越来越高，从而表现为未来建筑材料的发展具有多功能和高性能的特点。

具体来说就是材料向着轻质高强、多功能、良好的工艺性和优良耐久性的方向发展。

从土木工程材料应用的发展趋势来看，为满足现代土木工程结构性能和施工技术的要求，材料应用也向着工业化的方向发展。

例如，水泥混凝土等结构性能向着预制化和商品化的方向发展，材料向着半成品或成品的方向延伸，材料的加工、贮存、使用、运输及其他施工技术的机械化、自动化水平不断提高，劳动强度逐渐下降。

这不仅改变着材料在使用过程中的性能表现，也逐渐改变着人们对于土木工程使用的手段和观念。

从某种程度上来说，土木工程材料往往标志一个时代的特点。

土木工程材料的发展的过程是随着社会生产力一起进行的，它和工程技术的进步有着不可分割的联系。

它们相互制约、相互依赖和相互推动。

新型的土木材料的诞生推动了土木设计方案和施工工艺的变化，而新的土木工程设计方法和施工工艺对土木工程材料品种和质量提出更高的和多样化的要求。

随着人类社会的进步和社会的发展，更有效的利用自然资源，全面改善及迅速扩大人类工作与生存空间势在必行，未来的土木工程必将需要在各种苛刻的环境条件下，实现多功能化，甚至智能化，满足越来越高的安全、舒适、美观、耐久的要求，土木工程材料在原材料、生产工艺、性能以及产品形式诸多方面将面临可持续发展和人类文明进步的严酷挑战。

今后土木工程材料必将需要在原材料方面最大限度的节约有限资源，充分利用可再生资源技工农业废料；在生产工艺上要大力引进现代技术，改造或淘汰陈旧设备，降低原材料及能源消耗，减少环境污染；在性能方面要力求轻质高强耐久多功能及结构功能智能一体化；在产品形式方面积极发展预制技术，逐步提高构件化、单元化的水平；加紧具有自感知、自调节、自修复功能的土木材料的开发研制；展开各种机敏或智能材料在土木工程正好应用的研究。

总而言之，我们测绘工作者用测绘仪器丈量世界，我们选材料时通过对环境的影响对后来人的影响来决定土木工程材料的好换，在未来，基于材料原有的性质的基础上，“可持续发展”将是所有土木人心中的一把尺子。

参考文献：《土木工程材料》中国建材工业出版社王福川著《土木工程材料》重庆大学出版社彭小芹主编《土木工程材料》武汉理工大学出版社陈志源李启令主编《土木工程概论》武汉理工大学出版社罗福午著《土木工程材料》天津大学出版社阎西康赵方冉伉景富韩龙军主编《土木工程材料》中国建筑工业出版社湖南大学天津大学同济大学东南大学合编。