淺談土木工程材料的發展

顧來彬　林博文　周龍　王超

摘 要：土木工程材料是我國經濟發展和社會進步的重要基礎原材料之一。土木工程材料是一切土木工程的物質基礎。無論在性能、質量還是經濟方面，土木工程材料的使用對建筑物都有著重要影響。隨著人類文明及科學技術的發展，土木工程材料也在不斷進步與改善。因此了解土木工程材料的的發展狀況、把握土木工程材料的發展趨勢顯得尤為重要。本文主要針對國內外土木工程材料的發展以及土木工程材料的發展趨勢與設想展開討論。

關鍵詞：土木工程材料；發展；新型材料；綠色

1 近代的土木工程材料

1.水泥

水泥作為一種無機膠凝材料，是混凝土重要的原料之一，水泥的性質對混凝土的物理性能和力學性能都有重要影響。水泥以石灰石和粘土為主要原料，經破碎、配料、磨細制成生料，然后喂入水泥窯中煅燒成熟料，再將熟料加適量石膏（有時還摻加混合材料或外加劑）磨細而成墻體材料。發達國家由于工業和技術水平的優勢以及對墻體材料產品的性能與使用要求較高，墻體材料的發展起步較早，且在短期內迅速的發展起來。縱觀發達國家墻體材料的發展，總的特點是：產品結構合理化；生產技術高層化；生產設備大型化、規?；?；生產過程機械化、自動化。

水泥的發明帶動了整個建筑行業的發展和革新，使人類能夠造出更高更好的建筑，時至今日，水泥在整個建筑領域都占據重要位置。但是水泥生產的能耗很大，對環境和能源都是嚴峻的考驗。尤其是在目前能源危機和環境問題日益嚴重的今天，對水泥生產工藝的改革創新對建筑行業的發展具有深遠意義。

2.混凝土

簡稱為“砼（tóng）”：是指由膠凝材料將集料膠結成整體的工程復合材料的統稱。通常講的混凝土一詞是指用水泥作膠凝材料，砂、石作集料；與水（可含外加劑和摻合料）按一定比例配合，經攪拌而得的水泥混凝土，也稱普通混凝土，它廣泛應用于土木工程。

混凝土具有原料豐富，價格低廉，生產工藝簡單的特點，因而使其用量越來越大。混凝土結構主要包括素混凝土、鋼筋混凝土和預應力混凝土，具有整體性好，可灌筑成為一個整體；可模性好，可灌筑成各種形狀和尺寸的結構；耐久性和耐火性好，工程造價和維護費用低等優點。其中預應力混凝土在原有基礎上具有更好的強度，進一步拓寬了混凝土結構的適用范圍。例如，預應力混凝土梁的受拉區不易產生裂縫，相應地提高了其耐久性和跨度。

3.鋼材

鋼，是對含碳量質量百分比介于0.02%至2.04%之間的鐵合金的統稱目前鋼的冶煉方法主要有氧氣轉爐煉鋼、平爐煉鋼和電爐煉鋼三種，其中氧氣轉爐煉鋼為現代煉鋼的主要方法。按化學成分分類，鋼可分為碳素鋼和合金鋼，其中碳素鋼在建筑工程中應用最多；按冶煉時脫氧程度分類，鋼分為沸騰鋼、鎮靜鋼、半鎮靜鋼和特殊鎮靜鋼四種。

2 現代土木工程材料

現代土木工程材料主要有瀝青，瀝青制品，玻璃，新型復合材料以及綠色建材。這些材料使土木工程的功能和外觀發生根本的改變。高速公路不如說是瀝青路，城市以建筑繁榮昌盛，而玻璃使建筑光彩照人。與其余的新型材料一起使人民的生活更加完美。

3 我國土木工程材料工業與世界先進水平的主要差距

1、總體水平分析

我國土木工程材料就產量來說，可以稱為世界大國。但無論是產品結構、產品品種、檔次、質量、性能、配套水平，還是工藝，技術裝備，管理水平等均與世界先進水品相差甚遠，是一個“大而不強”，甚至是“大而落后”的典型產業。

土木工程裝飾裝修材料雖然起步較晚，但起點較高，因此，相對與其他幾類材料而言，水平較高，與世界先進水平差距不很突出。

在防水材料方面，雖然國際市場上現有的主要產品國內都有生產，但先進產品的量并不大，而且生產技術和裝備水平都十分落后。

在保溫材料方面，無論就其產品結構還是技術水平等方面的差距都很大。

2、土木工程材料工業與世界先進年水平的差距

我國是墻體材料的生產大國，但又是粘土磚的生產王國，就整體而言，與世界先進水平差距很大。主要表現在：產品落后，結構很不合理。裝備陳舊落后、機械化程度低、勞動生產率低、產品強度低、質量差。

4 土木工程材料的發展趨勢

隨著科學技術的進步和建筑工業發展的需要，一大批新型土木工程材料應運而生，，而社會的進步、環境保護和節能降耗及建筑業的發展，又對土木工程材料提出了更高的要求。因而，今后一段時間內，土木工程材料將向以下幾個方向發展。

（1）高性能化。將研制輕質、高強、高耐久性、高抗震性、高保溫性、高吸聲性、優異裝飾性及優異防水性的材料，實現結構—功能（智能）一體化。這對提高建筑物的安全性、適用性、藝術性、經濟性及使用壽命等有著非常重要的作用。例如，現今鋼筋混凝土結構材料自重大（每立方米重約2500kg），限制了建筑物向高層、大跨度方向進一步發展。通過減輕材料自重，及盡量減輕結構物自重，可提高經濟效益。目前，世界各國都在大力發展高強混凝土、加氣混凝土、輕骨料混凝土、空心磚、石膏板等材料，以適應土木工程發展的需要。

（2）智能化。所謂智能化材料，是指材料本身具有自感知、自調節、自清潔、自修復，實現構筑物自我監控的功能，以及可重復利用性。土木工程材料向智能化方向發展，是人類社會向智能化發展過程中降低成本的需要。

（3）復合化、多功能化。利用復合技術生產多功能材料、特殊性能材料及高性能材料，這對提高建筑物的使用功能、經濟性及加快施工速度等有著十分重要的作用。

（4）生產工業化。工業化生產主要是指應用先進施工技術，改造或淘汰陳舊設備，采用工業化生產技術，使產品規范化、系列化。

（5）節能化、綠色化。隨著我國墻體材料革新和建筑節能力度的逐步加大，建筑保溫、防水、裝飾裝修標準的提高及居住條件的改善，對土木工程材料的需求不僅僅是數量的增加，更重要的是產品質量與檔次的提高及產品的換代更新。隨著人們生活水平和文化素質的提高，以及自我保護意識的增強，人們對材料功能的要求日益提高，要求材料不但要有良好的使用功能，還要求材料無毒、對人體健康無害、對環境不會產生不良影響，即所謂的綠色建材。由于材料在土木工程中消耗量很大，而以往材料生產大多利用天然資源，因此現今可利用的自然資源、能源已非常有限。綠色建材就是從可持續發展角度出發，盡可能少用天然資源，充分利用再生資源，大量使用工業或城市固體廢棄物，采用低能耗，無污染的生產技術，生產和開發能夠降解有害氣體、抑菌與殺菌，對人體健康和環境無害并且可循環再生利用的新型材料。

科技在發展，社會在進步，新型材料的研發與應用必將給人類帶來無可估量的裨益。