談土木工程材料的歷史演變與現狀及發展趨勢

曹景運

【摘 要】中國國務院學位委員會在學科簡介中定義為：“土木工程是建造各類工程設施的科學技術的總稱，它既指工程建設的對象，即建在地上，地下，水中的工程設施，也指所用的材料、設備和所進行的勘測設計，施工，保養，維修等技術”。可見土木工程的內容是非常廣泛的，它和廣大人民群眾的日常生活息息相關，在國民經濟中起著非常重要的作用。

【關鍵詞】建筑；結構；歷史

一、土木工程材料的歷史演變

其實土木工程材料也是隨著時代的發展而改變的，我們一直在探索，尋找一種較為節省而又環保的材料，但這是個非常漫長的過程。從公園前5000起的舊石器時代，到17世紀中葉。在這一時期，所用的材料主要取之于自然界，如石塊，草筋，土坯，茅草等等。可想而知，以前用這種材料所建造的建筑是經不起風吹雨打的。但與此同時，依然留下了很多有歷史價值的建筑。在這時期西方的的建筑材料主要是石頭，巖石所壘制而成的，相比其他材料的建筑還是比較堅固的，至今依然留存于世，比如：埃及的金字塔，希臘的帕特農神廟等等，整體支撐全靠巨石砌成的石柱。也可謂世界奇跡了。

而在中國古代或者是近代的建筑中，多用木制材料加磚石建成，木材是傳統的建筑材料，在古建筑中得到了廣泛的應用，在結構上，木材主要用于構架和屋頂，如梁、柱、櫞、望板、斗拱等，我見到過許多建筑均為木結構，如北京的天壇，山東曲阜孔廟奎文閣，山西應縣佛宮寺釋迦塔等等，它們在建筑技術和藝術上均有很高的水平，并具有獨特的風格，木材在建筑工程中還常用作混凝土模版及木樁等，在國內外，木材歷來被廣泛使用與建筑室內裝修與裝飾，他給人以自然美的享受，還能使室內空間產生溫暖與親切感，在古建筑中，木材更是用作細木裝修的重要材料，這是一種公益要求極高的藝術裝飾，木材憂郁其特性，作為建筑材料有其獨特的優勢，首先綠色環保，可再生、可降解，另外施工簡易，工期短，部僅冬暖夏涼還有優良的抗震性能。木質材料是無處不見的，無論走進蘇州的園林也好還是博物館也好，同時也能深刻的感受到木給予中國人的深厚感情。為何有的木質建筑百年甚至千年沒有腐爛，而完好的保留至今呢？因為選用的木質材料也是有方式的，一般選用柚木杉木等優質木材，跟現在的人工造林的木頭都無法比擬，于是一個問題產生了，再好的木頭也是要經過風吹日曬雨淋，也避免不了蟲子的腐蝕。然而很久以前人們就發現了桐油這種優質材料，這是一種帶干性植物油，具有干燥快、比重輕、光澤度好、附著力強、耐熱、耐酸、耐堿、防腐、等特性，用途廣泛。因此，涂刷桐油進行防腐工作，是使古建筑保存至今的一個重要原因。可見，中國古代的居民是如此聰慧的運用化學物理的知識對木材進行處理，很好的解決的木材易腐爛的問題。

在當時，磚石材料同樣是受歡迎的，因為這種材料質地堅硬，適合修建橋梁，水利，還有用作鞏固邊防的材料。例如，趙州橋，都江堰，萬里長城等等。古代因科學技術的落后木質材料和石料可以說是當時的主要材料。

二、土木工程材料的現狀

隨著人類社會生產力的發展和科技的進步土木工程也得到了快速發展，我國自進入新時期以來受經濟發展和政策改革等因素影響，一大批的高樓大廈、橋梁、鐵路建設讓土木工程在社會生產中發揮著獨特的作用，在這個大背景下土木工程材料作為土木工程實施的主體，一直是社會重點關注的內容。所用材料不同直接影響建筑物或構筑物的性能、功能、使用年限和經濟成本，從而影響人類生活空間的安全性和舒適性。與以往相比，當代土木工程材料的力學物理性能已獲得明顯改善，隨著現代陶瓷與玻璃性能的改進，其應用范圍也有明顯的變化。例如水泥和混凝土的強度、耐久性及其功能有所改善。考慮到建筑各方面的性能，當才最常見的建筑材料是混凝土材料，水泥，鋼筋金屬材料，還有瀝青，橡膠等高分子材料。高分子材料、新型金屬材料和各種復合材料的出現使土木工程的功能和外觀發生了根本性的變革。現代土木工程材料中混凝土的強度等級比以往的混凝土更高，并且出現了高性能混凝土和纖維混凝土。根據國家政策的號召和新的發展理念的提出，“綠色”一詞更是體現在我們生活中的方方面面，因此要倡導“綠色建材”這一概念，采用建材衛生生產技術生產的無公害、無污染、無放射性、有利于環境保護和個人身體健康安全的建筑和裝飾材料。

三、土木工程材料未來發展趨勢

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）復合化。單一的材料往往難以滿足要求，復合材料應運而生。所謂復合技術是將有機和有機、有機和無機、無機和無機材料在一定的條件下，按適當的比例復合。然后經過一定的工藝條件有效地將幾種材料的優良性結合起來，從而得到性能優良的復合材料。

（2）多功能化。隨著人們生活水平的提高，對材料的功能的要求越來越高，要求新型材料從單一功能向多功能方向發展。即要求材料不僅要滿足一般的使用要求，還要求兼具防菌、滅菌、抗靜電、防射線、防水、防火、自潔智能等功能。

（3）節能化、綠色化。現代人們要求材料不但有良好的使用功能，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，即綠色土木工程材料。

四、總結

隨著社會的進步和科學技術的不斷提高，各國世博館展示給大家的不再遙不可及，土木工程材料一定會多功能化，智能化，節能化。綜上所述，生態材料是未來土木工程材料的重點，研究創造生態建材，是一項意義重大又十分迫切的任務。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。

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