土木工程材料现状及其发展趋势

土木工程材料现状及其发展趋势

【摘要】土木工程材料在土木工程建筑中占有重要的地位，本文探讨了其发展进程，现状以及未来的发展趋势，简单介绍绿色材料的特征与意义。

【关键词】土木工程、材料，现状、趋势、绿色材料

1前言

土木工程材料在土木建筑中占有重要的地位。传统的土木工程材料包括：木材、砌筑材料、气硬性无机材料等等。但在其生产、使用过程和回收中，不仅消耗了大量的资源能量，而且带来了环境污染等问题。因此，将土木工程材料向生态发展迫在眉睫。为此，人们开始对新的建筑材料进行研发，寻找既能够满足材料性能的需求，又不破坏环境，而且还能够改善环境的“生态建材”。

2 土木工程材料的发展与现状

高楼、厂房、道路、桥梁、港口、码头、矿井、隧道等土木工程都是用各种材料按一定的要求建造而成的，土木工程中所使用的各种材料都成为土木工程材料。它们直接影响建筑物或构筑物的性能、功能、使用年限和经济成本，从而影响人类生活空间的安全性和舒适性。

从古至今，土木工程的发展要求和材料的数量、质量之间存在着相互依赖和相互矛盾的关系。土木工程的生产和使用，是在不断地解决这对矛盾的过程中逐渐向前发展的。土木工程材料的发展大致可以分为三个阶段：早期土木工程材料，近代土木工程材料，现代土木工程材料。

早期使用的土木工程材料主要有砖、瓦、砂、石、灰、木材等。他们至今仍在土木工程材料中占有重要的地位。比如说，砂是混凝土和砂浆的主要组成材料之一，是土木工程的大宗材料。钢材作为近代土木工程材料代表，它在19世纪中叶品种、规格、生产规模大幅度增长，强度不断提高，钢材的切割和连接等加工技术大为发展，为建筑结构向大跨重载方向发展奠定了重要基础。与此同时，钢筋混凝土问世，并在20世纪20年代出现了预应力钢筋混凝土，使近代土木工程结构的形式和规模发生了飞跃性的进展。近代土木工程材料还包括水泥、混凝土等等。如果说19世纪钢材和混凝土作为结构材料的出现使土木工程的规模产

生了飞跃性的发展，那么20世纪出现的高分子材料、新型金属材料和各种复合材料，使土木工程的功能和外观发生了根本性的变革。现代土木工程材料中混凝土的强度等级比以往的混凝土更高，并且出现了高性能混凝土和纤维混凝土。在1988年第一届国际材料科学研究会上日本学者首次提出“绿色建材”这一概念。它是指采用建材卫生生产技术生产的无公害、无污染、无放射性、有利于环境保护和个人身体健康安全的建筑和装饰材料。“绿色”可以归纳为八个字“环保、健康、安全、节能”。

3绿色建材的基本特征

（1）尽量减少天然资源的使用和消耗，尽量使用废弃物。

（2）采用先进的生产技术，生产过程中降低能源消耗并注重环保。

（3）产品的设计是以改善生产环境、提高生活质量为宗旨，即产品不仅不损害人体健康，而应有益于人体健康，产品具有多功能化，如抗菌、灭菌、防霉、除臭、隔热、阻燃、调温、调湿、消磁、防射线、抗静电等。

（4）产品使用后利于循环回收利用。

4发展绿色建材的意义

20世纪70年代以来，臭氧层破坏，温室效应，酸雨的系列全球性环境问题的日益加剧，使人们逐步认识到保护我们赖以生存的地球环境已不再是政府、民间团体、科研机构的事情，每个人都应以自己的行动来直接参与环境保护工作。绿色材料则具有以下几点重要的意义：

（1）以相对最低的资源和能源消耗、环境污染为代价生产的高性能传统建筑材料，如用现代先进工艺和技术生产的高质量水泥。

（2）能大幅度地减少建筑能耗（包括生产和使用过程中的能耗）的建材制品，如具有轻质、高强、防水、保温、隔热、隔声等功能的新型墙体材料。

（3）具有更高的使用效率和优异的材料性能，从而能降低材料的消耗，如高性能水泥混凝土、轻质高强混凝土。

(4)具有改善居室生态环境和保健功能的建筑材料，如抗菌、除臭、调温、调湿、屏蔽有害射线的多功能玻璃、陶瓷、涂料。

(5)能大量利用工业废弃物的建筑材料，如净化污水、固化有毒有害工业废渣的水泥材料，或经资源化和高性能化后的矿渣、粉煤灰、硅灰、沸石等水泥组

分材料。

5土木工程材料发展趋势

随着科学技术的进步和建筑工业发展的需要，一大批新型土木工程材料应运而生，而社会的进步、环境保护和节能降耗及建筑业的发展，又对土木工程材料提出了更高的要求。因而，今后一段时间内，土木工程材料将向以下几个方向发展。

（1）复合化。单一的材料往往难以满足要求，复合材料应运而生。所谓复合技术是将有机和有机、有机和无机、无机和无机材料在一定的条件下，按适当的比例复合。然后经过一定的工艺条件有效地将几种材料的优良性结合起来，从而得到性能优良的复合材料。

（2）多功能化。随着人们生活水平的提高，对材料的功能的要求越来越高，要求新型材料从单一功能向多功能方向发展。即要求材料不仅要满足一般的使用要求，还要求兼具呼吸、电磁屏蔽、防菌、灭菌、抗静电、防射线、防水、防霉、防火、自洁智能等功能。

（3）节能化、绿色化。现代人们要求材料不但有良好的使用功能，还要求材料无毒、对人体健康无害、对环境不会产生不良影响，即绿色土木工程材料。所谓绿色土木工程材料主要是指这些材料资源能源消耗低，，大量利用地方资源和废弃资源；对环境对人体友好，能维持生态环境的平衡；同时，可以循环利用。

（4）轻质高强化。轻质主要指材料多孔、体积密度小。高强主要指材料强度不小于60MPa。

（5）工业化生产。工业化生产主要是指应用先进施工技术，采用工业化生产方式，产品规范化、系列化。这样，材料才能具有巨大市场潜力和良好发展前景。

6土木工程材料发展的设想

随着社会的进步和科学技术的不断提高，上海世博会各国世博馆展示给大家的不再遥不可及，土木工程材料一定会多功能化，智能化，节能化。如中国馆的60米观景平台四周采用特制的透光型“双玻组件”太阳能电池板，用这种“双玻组件”建成的玻璃幕墙，既具有传统幕墙的功能，又能够将阳光转换成清洁电力，一举两得。日本馆选择了透光、轻质高强、可回收利用的夹层薄膜乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）作为建筑表皮系统，夹层中埋设有曲面太阳能电池为建筑