简要分析土木工程材料的发展历程

  摘 要：建筑，它囊括了一类文明的内涵，一个时代的变革，是人类发展史上不可或缺的一部分，而建筑工程的发展则与土木工程材料的发展息息相关。本文概述了土木工程材料发展历?程，结合土木工程材料历史及现状，并由此引出未来发展趋势的探讨。

  关键词：土木工程材料；发展历程

  当人们谈及建筑或与此相关的字眼时，通常人们会想起“土木工程”这一专业，与此同时，人们还会联想到“大兴土木”这一词语。在古代，土与木是最原始的建筑材料，它也是最基础，来源最广的建筑材料。随着时代发展，人们有了更高级的生活需求，土的强度低及具有不稳定性的缺点暴露出来，人们开始寻找解决这一问题的方法。具有创造性的人类从火山口的硬土得到灵感，人们将土烧结成砖，砖的强度硬度大大高于土，且易于制造和使用，于是砖便沿用至今成为很基础的建筑材料。另外，木材也是从古代沿用至今的土木工程材料。木材具有弹性好，重量轻，强度高，韧性好，能承受一定的震动和冲击效果，导热系数小，保温性能好，便于加工，容易获得，装饰性强，无毒无副作用等优点。基于木材具有顺纹的特性，在工程上，人类充分利用其顺纹抗拉抗压和抗弯强度，避免使其横向受拉或受压，这使木材在建筑中承担起了重要的位置。我国在木材应用的技术方面具有很高的水平和独到之处，古人将其结构优点发挥极致，结合我国的艺术精华，给后人留下了许多宝贵的建筑文化遗产。江南古建筑中常用杉木作为厅堂及亭台楼阁木结构中的柱子、梁，承重结构常常用到栗木、榉木，香樟则用来做扶手、雕刻等，更高级的房屋还用上了楠木、银杏等珍贵木材。这些木材不但可以用于建房还可以用来制造家具，同时结合实用与美观，制造精巧于一体，完美体现了古代木匠高超的制造工艺。中国古代有名的木结构建筑有明弘治十七年山东曲阜的孔庙奎文阁，北宋乾德二年福建福州的华林寺大殿以及北京的紫禁城太和殿，清道光八年福建永定的福裕楼等。因为石材具有强度较高，容易获取的特点，所以它们也是古代世界范围内常用的建筑材料，但是由于施工周期长，劳动力消耗大，传统的中国建筑一般还是以木结构为主。在距今约五十万年前的旧石器时代，人们就利用石材堆砌出自己的居所，自奴隶社会进入封建社会,新兴的地主经济逐渐取代了领主经济，从而促进了石材加工技术的发展，石材在建筑的应用也更加广泛。秦汉时期用大量石材修建的古长城就是石材发展的最好佐证。西方宗教建筑给人的印象总是凸显神性，不同于以木材为传统建材的东方的宗教建筑，由石材制成的西方宗教建筑体现了西方人追求永恒的精神。就如法国著名的巴黎圣母院，自 1163 年始建至 1345 年才全部建成。历经七百多年的沧桑，却依旧屹立于巴黎的市中心。

  在现代，社会制度的变迁，经济科技的发展，以及人们思想觉悟的提高同时影响着土木工程材料的发展。1842 年，英国人Joseph Aspdin 获得了硅酸盐水泥的生产专利，由于这种水泥硬化后的颜色非常像当时的波特兰石灰石，因此它被称为特兰水泥。硅酸盐水泥的出现与应用无疑是近代土木工程材料史上的一个重要里程碑，水泥从而沿用至今，目前世界上约有两百余种水泥。水泥是水硬性胶凝材料，来源广泛，成本也较低。其结合活性混合材料还可以加强性能，且活性混合材料基本都是可回收利用的工业废料，恰好符合当代环保，利废的主题。水泥砂浆在现代建筑中的用途也十分广泛，有建筑用水泥，装饰用水泥，道路用水泥等。此外，自 1824 年混凝土问世以来，混凝土已被广泛地使用，成为用量最大的土木工程材料。混凝土是指以水泥骨料和水为主要原料，也可加入外加剂和矿物掺和料等原料经拌合，成型，养护等工艺制成的硬化后具有强度的工程材料。由于混凝土所占比重小，抗压不抗拉，而钢筋所占比重大，抗拉而不抗压，它们各有优缺点，复合使用，扬长避短，钢筋混凝土的诞生完美地解决了抗压抗拉的问题。由于其具有施工方便，性能可调，原材料来源广泛等优点，在现代建筑工程中钢筋混凝土也被广泛的应用，使许多只能存在于想象中的具有复杂结构，奇特造型的建筑的建造施工成为了可能。与混凝土，木材，等其他土木工程材料相比，钢材在性能上有很多优点。钢材质地均匀，抗剪，抗拉，抗压强度较强，具有良好的塑性韧性，并且具有一定的塑形能力，在建筑桥梁，铁路工程中有较广泛的应用。我国著名的水立方、鸟巢，也是具艺术性与实用性的钢结构建筑的典范。1889年在法国巴黎战神广场上建造的埃菲尔铁塔也同样的钢材钢结构应用的典例，其美轮美奂的结构造型也完美地表达了法国人的浪漫情节。现代土木工程材料，更加注重了材料性能，因此研发了许多复合材料，如钢筋混凝土，聚合物混凝土，PVC 钢板，玻璃钢，沥青混合料等。

  21 世纪全世界有一个共同的声音，呼吁低碳环保，土木工程材料的发展方向也是基于此，随着科技发展进步，技术的换代革新，人们对土木工程材料的要求也越来越高。在未来，土木工程必将在更为严苛的环境下实现材料的多功能化、生态化、智能化。未来发展所需的土木工程材料应同时具有轻质高强，多功能，高性能，以及低污染，高利废性等特点。现阶段，各种机敏材料，以及具有自感知自修复自调节的智能材料已经在蓬勃研究中，目前已证实仿生自治愈合混凝土具有对自身使用中出现的损伤自我修复的功能，水泥基压电机敏复合材料，碳纤维机敏混凝土具有对内部有害应力进行监测并消除的能力，压电材料，磁致伸缩材料，磁流变体，等智能、机敏材料已尝试应用于土木工程领域。基于目前全球的严重污染以及部分资源匮乏的态势，目前的首要任务，就是研发出环保，生态，可持续利用的土木工程材料，因此“生态建材”“绿色建材”等名词也应运而生，在将来，这些建材不但必须具有高性能，多功能，高强度，耐用，美观，机敏化，智能化等特性，还必须兼具无毒无害，抗辐射，环保，健康安全的性质。

  总而言之，土木工程材料的发展总是紧扣着社会与时代的主题，它与生产力同行，它与人类生活密切相关。在资源紧张，环境问题严重的当下，传统建材的革新已经刻不容缓。所以具有高性能，多功能，环保的绿色生态建材才是未来人们所期待的的土木工程材料。

 

[1] 白宪臣,朱乃龙.土木工程材料[M].中国建筑工业出版社.

[2] 栗彬,李松,丁世宁.浅谈土木工程材料的发展趋势[J].科技向导,2010(23).