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