淺談土木工程材料的發展歷程

摘 要：建筑，它囊括了一類文明的內涵，一個時代的變革，是人類發展史上不可或缺的一部分，而建筑工程的發展則與土木工程材料的發展息息相關。本文概述了土木工程材料發展歷？程，結合土木工程材料歷史及現狀，并由此引出未來發展趨勢的探討。

關鍵詞：土木工程材料；發展歷程

1 土木工程材料的歷史回顧

當人們談及建筑或與此相關的字眼時，通常人們會想起“土木工程”這一專業，與此同時，人們還會聯想到“大興土木”這一詞語。在古代，土與木是最原始的建筑材料，它也是最基礎，來源最廣的建筑材料。隨著時代發展，人們有了更高級的生活需求，土的強度低及具有不穩定性的缺點暴露出來，人們開始尋找解決這一問題的方法。具有創造性的人類從火山口的硬土得到靈感，人們將土燒結成磚，磚的強度硬度大大高于土，且易于制造和使用，于是磚便沿用至今成為很基礎的建筑材料。另外，木材也是從古代沿用至今的土木工程材料。木材具有彈性好，重量輕，強度高，韌性好，能承受一定的震動和沖擊效果，導熱系數小，保溫性能好，便于加工，容易獲得，裝飾性強，無毒無副作用等優點?；谀静木哂许樇y的特性，在工程上，人類充分利用其順紋抗拉抗壓和抗彎強度，避免使其橫向受拉或受壓，這使木材在建筑中承擔起了重要的位置。我國在木材應用的技術方面具有很高的水平和獨到之處，古人將其結構優點發揮極致，結合我國的藝術精華，給后人留下了許多寶貴的建筑文化遺產。江南古建筑中常用杉木作為廳堂及亭臺樓閣木結構中的柱子、梁，承重結構常常用到栗木、櫸木，香樟則用來做扶手、雕刻等，更高級的房屋還用上了楠木、銀杏等珍貴木材。這些木材不但可以用于建房還可以用來制造家具，同時結合實用與美觀，制造精巧于一體，完美體現了古代木匠高超的制造工藝。中國古代有名的木結構建筑有明弘治十七年山東曲阜的孔廟奎文閣，北宋乾德二年福建福州的華林寺大殿以及北京的紫禁城太和殿，清道光八年福建永定的福裕樓等。

因為石材具有強度較高，容易獲取的特點，所以它們也是古代世界范圍內常用的建筑材料，但是由于施工周期長，勞動力消耗大，傳統的中國建筑一般還是以木結構為主。在距今約五十萬年前的舊石器時代，人們就利用石材堆砌出自己的居所，自奴隸社會進入封建社會，新興的地主經濟逐漸取代了領主經濟，從而促進了石材加工技術的發展，石材在建筑的應用也更加廣泛。秦漢時期用大量石材修建的古長城就是石材發展的最好佐證。西方宗教建筑給人的印象總是凸顯神性，不同于以木材為傳統建材的東方的宗教建筑，由石材制成的西方宗教建筑體現了西方人追求永恒的精神。就如法國著名的巴黎圣母院，自1163年始建至1345年才全部建成。歷經七百多年的滄桑，卻依舊屹立于巴黎的市中心。

2 土木工程材料的現代發展

在現代，社會制度的變遷，經濟科技的發展，以及人們思想覺悟的提高同時影響著土木工程材料的發展。1842年，英國人Joseph Aspdin獲得了硅酸鹽水泥的生產專利，由于這種水泥硬化后的顏色非常像當時的波特蘭石灰石，因此它被稱為特蘭水泥。硅酸鹽水泥的出現與應用無疑是近代土木工程材料史上的一個重要里程碑，水泥從而沿用至今，目前世界上約有兩百余種水泥。水泥是水硬性膠凝材料，來源廣泛，成本也較低。其結合活性混合材料還可以加強性能，且活性混合材料基本都是可回收利用的工業廢料，恰好符合當代環保，利廢的主題。水泥砂漿在現代建筑中的用途也十分廣泛，有建筑用水泥，裝飾用水泥，道路用水泥等。此外，自1824年混凝土問世以來，混凝土已被廣泛地使用，成為用量最大的土木工程材料?；炷潦侵敢运喙橇虾退疄橹饕?，也可加入外加劑和礦物摻和料等原料經拌合，成型，養護等工藝制成的硬化后具有強度的工程材料。由于混凝土所占比重小，抗壓不抗拉，而鋼筋所占比重大，抗拉而不抗壓，它們各有優缺點，復合使用，揚長避短，鋼筋混凝土的誕生完美地解決了抗壓抗拉的問題。由于其具有施工方便，性能可調，原材料來源廣泛等優點，在現代建筑工程中鋼筋混凝土也被廣泛的應用，使許多只能存在于想象中的具有復雜結構，奇特造型的建筑的建造施工成為了可能。與混凝土，木材，等其他土木工程材料相比，鋼材在性能上有很多優點。鋼材質地均勻，抗剪，抗拉，抗壓強度較強，具有良好的塑性韌性，并且具有一定的塑形能力，在建筑橋梁，鐵路工程中有較廣泛的應用。我國著名的水立方、鳥巢，也是具藝術性與實用性的鋼結構建筑的典范。1889年在法國巴黎戰神廣場上建造的埃菲爾鐵塔也同樣的鋼材鋼結構應用的典例，其美輪美奐的結構造型也完美地表達了法國人的浪漫情節。現代土木工程材料，更加注重了材料性能，因此研發了許多復合材料，如鋼筋混凝土，聚合物混凝土，PVC鋼板，玻璃鋼，瀝青混合料等。

3 土木工程材料的未來展望

21世紀全世界有一個共同的聲音，呼吁低碳環保，土木工程材料的發展方向也是基于此，隨著科技發展進步，技術的換代革新，人們對土木工程材料的要求也越來越高。在未來，土木工程必將在更為嚴苛的環境下實現材料的多功能化、生態化、智能化。未來發展所需的土木工程材料應同時具有輕質高強，多功能，高性能，以及低污染，高利廢性等特點?，F階段，各種機敏材料，以及具有自感知自修復自調節的智能材料已經在蓬勃研究中，目前已證實仿生自治愈合混凝土具有對自身使用中出現的損傷自我修復的功能，水泥基壓電機敏復合材料，碳纖維機敏混凝土具有對內部有害應力進行監測并消除的能力，壓電材料，磁致伸縮材料，磁流變體，等智能、機敏材料已嘗試應用于土木工程領域。基于目前全球的嚴重污染以及部分資源匱乏的態勢，目前的首要任務，就是研發出環保，生態，可持續利用的土木工程材料，因此“生態建材”“綠色建材”等名詞也應運而生，在將來，這些建材不但必須具有高性能，多功能，高強度，耐用，美觀，機敏化，智能化等特性，還必須兼具無毒無害，抗輻射，環保，健康安全的性質。

4 總結

總而言之，土木工程材料的發展總是緊扣著社會與時代的主題，它與生產力同行，它與人類生活密切相關。在資源緊張，環境問題嚴重的當下，傳統建材的革新已經刻不容緩。所以具有高性能，多功能，環保的綠色生態建材才是未來人們所期待的的土木工程材料。

參考文獻：

[1] 白憲臣，朱乃龍.土木工程材料[M].中國建筑工業出版社.

[2] 栗彬，李松，丁世寧.淺談土木工程材料的發展趨勢[J].科技向導，2010（23）.

作者簡介：李宇坤（1996-）男，福建福清人，土木工程專業。