淺談土木工程材料的發(fā)展歷程

摘 要：建筑，它囊括了一類文明的內(nèi)涵，一個時代的變革，是人類發(fā)展史上不可或缺的一部分，而建筑工程的發(fā)展則與土木工程材料的發(fā)展息息相關。本文概述了土木工程材料發(fā)展歷？程，結合土木工程材料歷史及現(xiàn)狀，并由此引出未來發(fā)展趨勢的探討。

關鍵詞：土木工程材料；發(fā)展歷程

1 土木工程材料的歷史回顧

當人們談及建筑或與此相關的字眼時，通常人們會想起“土木工程”這一專業(yè)，與此同時，人們還會聯(lián)想到“大興土木”這一詞語。在古代，土與木是最原始的建筑材料，它也是最基礎，來源最廣的建筑材料。隨著時代發(fā)展，人們有了更高級的生活需求，土的強度低及具有不穩(wěn)定性的缺點暴露出來，人們開始尋找解決這一問題的方法。具有創(chuàng)造性的人類從火山口的硬土得到靈感，人們將土燒結成磚，磚的強度硬度大大高于土，且易于制造和使用，于是磚便沿用至今成為很基礎的建筑材料。另外，木材也是從古代沿用至今的土木工程材料。木材具有彈性好，重量輕，強度高，韌性好，能承受一定的震動和沖擊效果，導熱系數(shù)小，保溫性能好，便于加工，容易獲得，裝飾性強，無毒無副作用等優(yōu)點。基于木材具有順紋的特性，在工程上，人類充分利用其順紋抗拉抗壓和抗彎強度，避免使其橫向受拉或受壓，這使木材在建筑中承擔起了重要的位置。我國在木材應用的技術方面具有很高的水平和獨到之處，古人將其結構優(yōu)點發(fā)揮極致，結合我國的藝術精華，給后人留下了許多寶貴的建筑文化遺產(chǎn)。江南古建筑中常用杉木作為廳堂及亭臺樓閣木結構中的柱子、梁，承重結構常常用到栗木、櫸木，香樟則用來做扶手、雕刻等，更高級的房屋還用上了楠木、銀杏等珍貴木材。這些木材不但可以用于建房還可以用來制造家具，同時結合實用與美觀，制造精巧于一體，完美體現(xiàn)了古代木匠高超的制造工藝。中國古代有名的木結構建筑有明弘治十七年山東曲阜的孔廟奎文閣，北宋乾德二年福建福州的華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樓等。

因為石材具有強度較高，容易獲取的特點，所以它們也是古代世界范圍內(nèi)常用的建筑材料，但是由于施工周期長，勞動力消耗大，傳統(tǒng)的中國建筑一般還是以木結構為主。在距今約五十萬年前的舊石器時代，人們就利用石材堆砌出自己的居所，自奴隸社會進入封建社會，新興的地主經(jīng)濟逐漸取代了領主經(jīng)濟，從而促進了石材加工技術的發(fā)展，石材在建筑的應用也更加廣泛。秦漢時期用大量石材修建的古長城就是石材發(fā)展的最好佐證。西方宗教建筑給人的印象總是凸顯神性，不同于以木材為傳統(tǒng)建材的東方的宗教建筑，由石材制成的西方宗教建筑體現(xiàn)了西方人追求永恒的精神。就如法國著名的巴黎圣母院，自1163年始建至1345年才全部建成。歷經(jīng)七百多年的滄桑，卻依舊屹立于巴黎的市中心。

2 土木工程材料的現(xiàn)代發(fā)展

在現(xiàn)代，社會制度的變遷，經(jīng)濟科技的發(fā)展，以及人們思想覺悟的提高同時影響著土木工程材料的發(fā)展。1842年，英國人Joseph Aspdin獲得了硅酸鹽水泥的生產(chǎn)專利，由于這種水泥硬化后的顏色非常像當時的波特蘭石灰石，因此它被稱為特蘭水泥。硅酸鹽水泥的出現(xiàn)與應用無疑是近代土木工程材料史上的一個重要里程碑，水泥從而沿用至今，目前世界上約有兩百余種水泥。水泥是水硬性膠凝材料，來源廣泛，成本也較低。其結合活性混合材料還可以加強性能，且活性混合材料基本都是可回收利用的工業(yè)廢料，恰好符合當代環(huán)保，利廢的主題。水泥砂漿在現(xiàn)代建筑中的用途也十分廣泛，有建筑用水泥，裝飾用水泥，道路用水泥等。此外，自1824年混凝土問世以來，混凝土已被廣泛地使用，成為用量最大的土木工程材料?；炷潦侵敢运喙橇虾退疄橹饕?，也可加入外加劑和礦物摻和料等原料經(jīng)拌合，成型，養(yǎng)護等工藝制成的硬化后具有強度的工程材料。由于混凝土所占比重小，抗壓不抗拉，而鋼筋所占比重大，抗拉而不抗壓，它們各有優(yōu)缺點，復合使用，揚長避短，鋼筋混凝土的誕生完美地解決了抗壓抗拉的問題。由于其具有施工方便，性能可調(diào)，原材料來源廣泛等優(yōu)點，在現(xiàn)代建筑工程中鋼筋混凝土也被廣泛的應用，使許多只能存在于想象中的具有復雜結構，奇特造型的建筑的建造施工成為了可能。與混凝土，木材，等其他土木工程材料相比，鋼材在性能上有很多優(yōu)點。鋼材質(zhì)地均勻，抗剪，抗拉，抗壓強度較強，具有良好的塑性韌性，并且具有一定的塑形能力，在建筑橋梁，鐵路工程中有較廣泛的應用。我國著名的水立方、鳥巢，也是具藝術性與實用性的鋼結構建筑的典范。1889年在法國巴黎戰(zhàn)神廣場上建造的埃菲爾鐵塔也同樣的鋼材鋼結構應用的典例，其美輪美奐的結構造型也完美地表達了法國人的浪漫情節(jié)?，F(xiàn)代土木工程材料，更加注重了材料性能，因此研發(fā)了許多復合材料，如鋼筋混凝土，聚合物混凝土，PVC鋼板，玻璃鋼，瀝青混合料等。

3 土木工程材料的未來展望

21世紀全世界有一個共同的聲音，呼吁低碳環(huán)保，土木工程材料的發(fā)展方向也是基于此，隨著科技發(fā)展進步，技術的換代革新，人們對土木工程材料的要求也越來越高。在未來，土木工程必將在更為嚴苛的環(huán)境下實現(xiàn)材料的多功能化、生態(tài)化、智能化。未來發(fā)展所需的土木工程材料應同時具有輕質(zhì)高強，多功能，高性能，以及低污染，高利廢性等特點。現(xiàn)階段，各種機敏材料，以及具有自感知自修復自調(diào)節(jié)的智能材料已經(jīng)在蓬勃研究中，目前已證實仿生自治愈合混凝土具有對自身使用中出現(xiàn)的損傷自我修復的功能，水泥基壓電機敏復合材料，碳纖維機敏混凝土具有對內(nèi)部有害應力進行監(jiān)測并消除的能力，壓電材料，磁致伸縮材料，磁流變體，等智能、機敏材料已嘗試應用于土木工程領域?；谀壳叭虻膰乐匚廴疽约安糠仲Y源匱乏的態(tài)勢，目前的首要任務，就是研發(fā)出環(huán)保，生態(tài)，可持續(xù)利用的土木工程材料，因此“生態(tài)建材”“綠色建材”等名詞也應運而生，在將來，這些建材不但必須具有高性能，多功能，高強度，耐用，美觀，機敏化，智能化等特性，還必須兼具無毒無害，抗輻射，環(huán)保，健康安全的性質(zhì)。

4 總結

總而言之，土木工程材料的發(fā)展總是緊扣著社會與時代的主題，它與生產(chǎn)力同行，它與人類生活密切相關。在資源緊張，環(huán)境問題嚴重的當下，傳統(tǒng)建材的革新已經(jīng)刻不容緩。所以具有高性能，多功能，環(huán)保的綠色生態(tài)建材才是未來人們所期待的的土木工程材料。

參考文獻：

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[2] 栗彬，李松，丁世寧.淺談土木工程材料的發(fā)展趨勢[J].科技向?qū)В?010（23）.

作者簡介：李宇坤（1996-）男，福建福清人，土木工程專業(yè)。