0、山言

? ? ? ? 本章節(jié)的主要內(nèi)容是關(guān)于土木工程材料的概述，共有四部分內(nèi)容：土木工程材料概述；天然土木工程材料；人造土木工程材料；未來(lái)土木工程材料。

? ? ? ? 從“秦磚漢瓦”到“智能材料”——趙亞丁教授（哈爾濱工業(yè)大學(xué)）——23:29。

1、土木工程材料概述

（1）土木工程材料與土木工程的關(guān)系

? ? ? ? 狹義的土木工程材料是指直接構(gòu)成土木工程的物質(zhì)基礎(chǔ)；而在廣義的土木工程材料范疇當(dāng)中，還包括為土木工程服務(wù)的周邊所使用的材料。?

? ? ? ? 在土木工程中，材料性能將影響或決定結(jié)構(gòu)的形式、造型、特性以及功能。而材料技術(shù)的突破和發(fā)展也將直接帶動(dòng)土木工程的發(fā)展。

（2）土木工程材料的發(fā)展

? ? ? ? ? ①天然土木工程材料，解決人類遮風(fēng)避雨的需要。結(jié)構(gòu)性能——強(qiáng)度、剛度等。

? ? ? ? ? ②人造土木工程材料，高度、跨度實(shí)現(xiàn)飛躍。綜合性能——保溫、隔聲等。

? ? ? ? ? ③未來(lái)土木工程材料，智能生態(tài)工程，挑戰(zhàn)海洋、太空等工程環(huán)境，智能化、生態(tài)化。

2、天然土木工程材料

? ? ? ? 天然土木工程材料是大自然賦予人類的恩賜（饋贈(zèng)）。

（1）土

? ? ? ? 優(yōu)點(diǎn)——粘結(jié)力好，夯實(shí)后，具有承載力，且可塑性好。

? ? ? ? 缺點(diǎn)——取土毀田、易干裂、不耐水、已逐漸退出，繼而向磚瓦發(fā)展。

? ? ? ? 應(yīng)用——土墻體、雕塑、土洞穴、夯土墻。例如，非洲馬里杰內(nèi)大清真寺（土塑）。

（2）石

? ? ? ? 優(yōu)點(diǎn)——強(qiáng)度高、堅(jiān)固耐久、裝飾性好。

? ? ? ? 缺點(diǎn)——資源緊張，自重大，開(kāi)采、加工、施工困難。

? ? ? ? 應(yīng)用——石材的功能從結(jié)構(gòu)性構(gòu)件到裝飾性功能過(guò)渡，并且目前常用人造石材彌補(bǔ)資源緊張的問(wèn)題。

（3）木

? ? ? ? 優(yōu)點(diǎn)——質(zhì)輕高強(qiáng)，保溫隔熱，抗震柔韌，易加工，裝飾效果豐富。

? ? ? ? 缺點(diǎn)——資源緊張，易燃易變現(xiàn)。

? ? ? ? 應(yīng)用——木材使用時(shí)，需進(jìn)行阻燃防潮處理，現(xiàn)在正向人造化、復(fù)合化發(fā)展以彌補(bǔ)資源緊張的問(wèn)題。

3、人造土木工程材料

? ? ? ? 人造土木工程材料是人對(duì)自然改造的結(jié)果。

（1）燒結(jié)磚瓦——即秦磚漢瓦，由黏土高溫?zé)Y(jié)而成。

? ? ? ? 優(yōu)點(diǎn)——強(qiáng)度高、隔熱保溫性好、生產(chǎn)施工簡(jiǎn)單。

? ? ? ? 缺點(diǎn)——取土毀田，能耗大，自重大，體積小，施工效率低。

? ? ? ? 應(yīng)用——現(xiàn)在開(kāi)發(fā)出廢料取代黏土，以及低能耗或免燒結(jié)的技術(shù)。

（2）水泥及混凝土

? ? ? ? ①水泥

? ? ? 1824年英國(guó)人發(fā)明波特蘭水泥（磷酸鹽水泥）。其最大的優(yōu)點(diǎn)是可設(shè)計(jì)性，即，工程所需的強(qiáng)度、耐腐蝕性、溫度適應(yīng)性等性能均能設(shè)計(jì)。

? ? ? ? ②混凝土

? ? ? ? 膠凝材料＋散粒材料（骨料、集料）=混凝土。

? ? ? ? 膠粒材料——水泥、黏土、糯米汁、石灰、瀝青、聚合物……

? ? ? ? 散粒材料——天然砂石、人造骨料、再生骨料……?

? ? ? ? 優(yōu)點(diǎn)——混凝土的性質(zhì)、形狀、尺寸具有可設(shè)計(jì)性，可澆筑性。且綜合強(qiáng)度高，抗震耐火功能性強(qiáng)，經(jīng)久耐用。使高層、大跨度建筑成為現(xiàn)實(shí)。

? ? ? ? ③混凝土概念辨析

? ? ? ? 混凝土的片面的概念——水泥、水、砂石、外加劑組成的復(fù)合材料。

? ? ? ? 混凝土的全面的概念——用膠凝材料將散粒材料粘為整體，做成人造石材。水泥發(fā)明之前就已有混凝土了，只不過(guò)早期混凝土使用的膠凝材料是糯米汁、石灰等。

? ? ? 【山言】普通混凝土是由水泥、砂石和水按一定配合比拌合，經(jīng)凝固硬化后做成的人工石材。很多人對(duì)混凝土的概念的理解有所片面，因此印象中是先有水泥，后有混凝土。但其實(shí)混凝土的歷史很早。我們印象中的近現(xiàn)代水泥制混凝土是普通混凝土。因此記載中，有水泥的發(fā)明者，有鋼筋混凝土的發(fā)明者。但沒(méi)有混凝土的發(fā)明者，因?yàn)樘缌?，并無(wú)記錄。概念理解全面了，思路也就擴(kuò)展了。

?? ? ? ?④混凝土的發(fā)展及應(yīng)用

? ? ? ? 混凝土的三次飛躍——a、素混凝土→鋼筋混凝土；b、鋼筋混凝土→預(yù)應(yīng)力混凝土；c、預(yù)應(yīng)力混凝土→聚合物混凝土，以及外加劑的使用。

? ? ? ??混凝土的發(fā)展趨勢(shì)——a、使抗彎、抗拉、沖擊性能得到改善；b、輕質(zhì)化，致密化；c、柔韌性、裝飾性能改善；d、無(wú)機(jī)混凝土有了有機(jī)的特征。

? ? ? ? 應(yīng)用——古羅馬競(jìng)技場(chǎng)，濱海灣金沙酒店，青函海底隧道，米洛高架橋，多倫多電視塔

（3）鋼材

? ? ? ? 鋼材包括——型鋼、鋼板、鋼管、鋼筋（絲）等。

? ? ? ? 優(yōu)點(diǎn)——材質(zhì)均勻、性能可靠、綜合強(qiáng)度高；且塑性、韌性優(yōu)異、抗沖擊性能力強(qiáng)；可焊、可鉚、便于裝配。

? ? ? ? 應(yīng)用——目前鋼-混凝土結(jié)合有較為普遍的使用。例如，世博會(huì)文體中心、悉尼大橋、鳥(niǎo)巢、埃菲爾鐵塔等。

（4）玻璃

? ? ? ? 優(yōu)點(diǎn)——透光、透視且可調(diào)節(jié)控制。其中透光、透視可用于裝飾。并且玻璃可以調(diào)節(jié)光熱，又具有隔音、節(jié)能、耐久等優(yōu)點(diǎn)。

? ? ? ? 應(yīng)用——玻璃磚墻體、幕墻、玻璃棧道、樓梯、屋頂（海底餐廳）等。例如，國(guó)家大劇院、漢諾威火車站、美國(guó)大峽谷U型走廊等。

（5）聚合物基復(fù)合材料

? ? ? ? 聚合物基復(fù)合材料是由高分子聚合物構(gòu)成的復(fù)合材料。

? ? ? ??優(yōu)點(diǎn)——輕質(zhì)、柔韌、隔熱、保溫、易成型、易清潔、耐磨、絕緣、防水、裝飾性強(qiáng)。

? ? ? ??缺點(diǎn)——易燃燒、會(huì)老化、產(chǎn)生毒性。有板、膜、纖維等結(jié)構(gòu)形式。

? ? ? ? 應(yīng)用——聚合物最近開(kāi)始飛速發(fā)展。例如，水立方、漢諾威世界博覽會(huì)（碗狀循環(huán)建筑、膜充氣材料）。

4、土木工程材料的發(fā)展未來(lái)

（1）智能化

? ? ? ? 智能材料，能使結(jié)構(gòu)具有自感知、自適應(yīng)、自修復(fù)功能的材料系統(tǒng)?？梢杂脕?lái)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)健康、掌握承載力形態(tài)變化、從而提高安全性。

? ? ? ? 相變恢復(fù)、形變記憶——例如相變蓄能復(fù)合板，形狀記憶合金。

? ? ? ? 自我愈合修復(fù)——例如混凝土中含有玻璃纖維愈合管，管中注入液態(tài)膠，混凝土產(chǎn)生裂縫，管破裂，膠流出填充修復(fù)。

（2）生態(tài)化

? ? ? ? 如果說(shuō)智能化是被動(dòng)適應(yīng)環(huán)境，那生態(tài)化則是主動(dòng)適應(yīng)并改變環(huán)境。生態(tài)材料具有環(huán)境協(xié)調(diào)性，能夠適應(yīng)環(huán)境，做到廢料利用，并循環(huán)利用。

? ? ? ? 普通材料——①生產(chǎn)，消耗原材料；②運(yùn)輸，消耗能量，產(chǎn)生污染（包括噪音粉塵等）；③使用，損耗能量（保溫、隔熱、防水），并產(chǎn)生光聲熱污染，以及釋放有害物質(zhì)。

? ? ? ? 生態(tài)化途徑——①少消耗天然資源，多利用廢棄物；②生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)潔，少消耗能源；③使用過(guò)程無(wú)毒害、無(wú)污染、無(wú)放射性；④達(dá)到壽命周期后，可循環(huán)再利用。?

? ? ? ? 土木工程材料的發(fā)展趨勢(shì)——生態(tài)化、高性能化、多功能復(fù)合化、智能化。

? ? ? ? 土木工程材料是土木工程的物質(zhì)基礎(chǔ)；是人類社會(huì)發(fā)展進(jìn)步的重要標(biāo)志；是土木工程管理與技術(shù)人員必備的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)；是開(kāi)啟認(rèn)識(shí)、改造土木工程世界大門的鑰匙。我們將由此進(jìn)入探索土木工程奧秘的真正旅程！