淺談土木工程材料的發(fā)展

顧來彬　林博文　周龍　王超

摘 要：土木工程材料是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步的重要基礎(chǔ)原材料之一。土木工程材料是一切土木工程的物質(zhì)基礎(chǔ)。無論在性能、質(zhì)量還是經(jīng)濟(jì)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(xué)技術(shù)的發(fā)展，土木工程材料也在不斷進(jìn)步與改善。因此了解土木工程材料的的發(fā)展?fàn)顩r、把握土木工程材料的發(fā)展趨勢顯得尤為重要。本文主要針對國內(nèi)外土木工程材料的發(fā)展以及土木工程材料的發(fā)展趨勢與設(shè)想展開討論。

關(guān)鍵詞：土木工程材料；發(fā)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(jī)膠凝材料，是混凝土重要的原料之一，水泥的性質(zhì)對混凝土的物理性能和力學(xué)性能都有重要影響。水泥以石灰石和粘土為主要原料，經(jīng)破碎、配料、磨細(xì)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(xì)而成墻體材料。發(fā)達(dá)國家由于工業(yè)和技術(shù)水平的優(yōu)勢以及對墻體材料產(chǎn)品的性能與使用要求較高，墻體材料的發(fā)展起步較早，且在短期內(nèi)迅速的發(fā)展起來?？v觀發(fā)達(dá)國家墻體材料的發(fā)展，總的特點是：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理化；生產(chǎn)技術(shù)高層化；生產(chǎn)設(shè)備大型化、規(guī)?；?；生產(chǎn)過程機(jī)械化、自動化。

水泥的發(fā)明帶動了整個建筑行業(yè)的發(fā)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(lǐng)域都占據(jù)重要位置。但是水泥生產(chǎn)的能耗很大，對環(huán)境和能源都是嚴(yán)峻的考驗。尤其是在目前能源危機(jī)和環(huán)境問題日益嚴(yán)重的今天，對水泥生產(chǎn)工藝的改革創(chuàng)新對建筑行業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。

2.混凝土

簡稱為“砼（tóng）”：是指由膠凝材料將集料膠結(jié)成整體的工程復(fù)合材料的統(tǒng)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(jīng)攪拌而得的水泥混凝土，也稱普通混凝土，它廣泛應(yīng)用于土木工程。

混凝土具有原料豐富，價格低廉，生產(chǎn)工藝簡單的特點，因而使其用量越來越大?；炷两Y(jié)構(gòu)主要包括素混凝土、鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)；耐久性和耐火性好，工程造價和維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點。其中預(yù)應(yīng)力混凝土在原有基礎(chǔ)上具有更好的強(qiáng)度，進(jìn)一步拓寬了混凝土結(jié)構(gòu)的適用范圍。例如，預(yù)應(yīng)力混凝土梁的受拉區(qū)不易產(chǎn)生裂縫，相應(yīng)地提高了其耐久性和跨度。

3.鋼材

鋼，是對含碳量質(zhì)量百分比介于0.02%至2.04%之間的鐵合金的統(tǒng)稱目前鋼的冶煉方法主要有氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼、平爐煉鋼和電爐煉鋼三種，其中氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼為現(xiàn)代煉鋼的主要方法。按化學(xué)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(yīng)用最多；按冶煉時脫氧程度分類，鋼分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼四種。

2 現(xiàn)代土木工程材料

現(xiàn)代土木工程材料主要有瀝青，瀝青制品，玻璃，新型復(fù)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(fā)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(yè)與世界先進(jìn)水平的主要差距

1、總體水平分析

我國土木工程材料就產(chǎn)量來說，可以稱為世界大國。但無論是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品品種、檔次、質(zhì)量、性能、配套水平，還是工藝，技術(shù)裝備，管理水平等均與世界先進(jìn)水品相差甚遠(yuǎn)，是一個“大而不強(qiáng)”，甚至是“大而落后”的典型產(chǎn)業(yè)。

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(jìn)水平差距不很突出。

在防水材料方面，雖然國際市場上現(xiàn)有的主要產(chǎn)品國內(nèi)都有生產(chǎn)，但先進(jìn)產(chǎn)品的量并不大，而且生產(chǎn)技術(shù)和裝備水平都十分落后。

在保溫材料方面，無論就其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)還是技術(shù)水平等方面的差距都很大。

2、土木工程材料工業(yè)與世界先進(jìn)年水平的差距

我國是墻體材料的生產(chǎn)大國，但又是粘土磚的生產(chǎn)王國，就整體而言，與世界先進(jìn)水平差距很大。主要表現(xiàn)在：產(chǎn)品落后，結(jié)構(gòu)很不合理。裝備陳舊落后、機(jī)械化程度低、勞動生產(chǎn)率低、產(chǎn)品強(qiáng)度低、質(zhì)量差。

4 土木工程材料的發(fā)展趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和建筑工業(yè)發(fā)展的需要，一大批新型土木工程材料應(yīng)運(yùn)而生，，而社會的進(jìn)步、環(huán)境保護(hù)和節(jié)能降耗及建筑業(yè)的發(fā)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(nèi)，土木工程材料將向以下幾個方向發(fā)展。

（1）高性能化。將研制輕質(zhì)、高強(qiáng)、高耐久性、高抗震性、高保溫性、高吸聲性、優(yōu)異裝飾性及優(yōu)異防水性的材料，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)—功能（智能）一體化。這對提高建筑物的安全性、適用性、藝術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性及使用壽命等有著非常重要的作用。例如，現(xiàn)今鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(jìn)一步發(fā)展。通過減輕材料自重，及盡量減輕結(jié)構(gòu)物自重，可提高經(jīng)濟(jì)效益。目前，世界各國都在大力發(fā)展高強(qiáng)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(yīng)土木工程發(fā)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(diào)節(jié)、自清潔、自修復(fù)，實現(xiàn)構(gòu)筑物自我監(jiān)控的功能，以及可重復(fù)利用性。土木工程材料向智能化方向發(fā)展，是人類社會向智能化發(fā)展過程中降低成本的需要。

（3）復(fù)合化、多功能化。利用復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)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(jīng)濟(jì)性及加快施工速度等有著十分重要的作用。

（4）生產(chǎn)工業(yè)化。工業(yè)化生產(chǎn)主要是指應(yīng)用先進(jìn)施工技術(shù)，改造或淘汰陳舊設(shè)備，采用工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，使產(chǎn)品規(guī)范化、系列化。

（5）節(jié)能化、綠色化。隨著我國墻體材料革新和建筑節(jié)能力度的逐步加大，建筑保溫、防水、裝飾裝修標(biāo)準(zhǔn)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(shù)量的增加，更重要的是產(chǎn)品質(zhì)量與檔次的提高及產(chǎn)品的換代更新。隨著人們生活水平和文化素質(zhì)的提高，以及自我保護(hù)意識的增強(qiáng)，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(huán)境不會產(chǎn)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(chǎn)大多利用天然資源，因此現(xiàn)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(xù)發(fā)展角度出發(fā)，盡可能少用天然資源，充分利用再生資源，大量使用工業(yè)或城市固體廢棄物，采用低能耗，無污染的生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)和開發(fā)能夠降解有害氣體、抑菌與殺菌，對人體健康和環(huán)境無害并且可循環(huán)再生利用的新型材料。

科技在發(fā)展，社會在進(jìn)步，新型材料的研發(fā)與應(yīng)用必將給人類帶來無可估量的裨益。