0.2　土木工程材料的发展与种类

0.2.1　土木工程材料的发展

土木工程材料是伴随着人类社会的不断进步和社会生产力的发展而发展的。人类最早在原始时代使用木材、岩石、竹、黏土等天然材料；在石器时代利用石材、石灰、石膏等材料建造埃及金字塔（2000～3000 BC）、万里长城（200 BC）等著名建筑；18世纪中叶钢材和水泥的出现，使钢结构和钢筋混凝土结构迅速发展，结构物的跨度从砖、石结构和木结构的几十米发展到百米、几百米，直至现在的千米以上；20世纪30年代，又出现了预应力混凝土结构、钢筋混凝土薄壁构件、减水剂等，使土木工程的设计理论和施工技术得到进一步完善，到了21世纪，轻质、高强、节能、高性能、绿色建材的发展，使土木工程材料的应用更为广泛。土木工程材料发展历程见图0.1。

随着材料生产和应用的不断发展，相应产生了一门新的学科——材料科学，它是运用物理、化学、力学的基本理论，通过电子显微镜、X衍射仪、红外光谱及其他现代测试技术和手段，研究材料成分、内部结构和构造性能的影响及相互关系的一门学科。因此材料科学是所有材料工业共同的基础科学，土木工程材料的发展必须以材料科学为指导，按可持续发展的战略，结合建筑业的要求协调进行。归纳起来，今后土木工程材料将向以下几个方面发展：

（1）高性能化。随着现代建筑向高层、大跨度、结构复杂、节能、美观和舒适等方向发展，迫切需要拥有轻质、高强、高耐久、高保温、高防水性等性能的新型土木工程材料，而多种功能材料的复合为一，是节约建设成本，减轻结构自重，改善施工现场作业环境的有效途径。

（2）循环再利用化。随着人类社会发展水平的提高，人类对自然资源的无度索取及环境破坏程度加剧，为了实现人类社会的可持续发展，需要按照循环经济的理念来指导土木工程材料的生产、消费和再利用，即合理利用资源和环境容量，在物质循环利用的基础上发展经济。而循环经济的核心内容就是“3R原理”（Reduce—减量化、Reuse—再利用、Recycling—再循环）。土木工程材料工业可以大量利用工业固体废弃物，减少资源消耗。提高土木工程材料的耐久性，延长建筑物的使用寿命，也是减少资源消耗的有效途径。

（3）绿色环保化。合理充分利用工业废渣、废料作为土木工程材料生产的原材料，并在生产、使用过程中不产生废水、废气、废渣、噪声，使用后的产品可再生循环和回收利用，并尽可能节能降耗，保护自然资源与环境，维护生态平衡和人类健康，把土木工程材料的发展纳入可持续发展的轨道。研究开发和应用节能型、环保型、保健型的生态材料已成为趋势。

（4）多功能化。运用表面新技术、复合新技术研制出具有多种功能的新材料，如多功能气凝胶玻璃、防水兼保温隔热的屋面材料、防潮保温兼吸臭抗菌及保健的内墙涂料等。

（5）工业化。材料的生产必须工业化，其规格尺寸尽量标准化，尽早与国际接轨。同时生产出的土木工程材料应适宜于机械化施工，使产品尽量做到预制化和商品化，以保证材料和施工质量，提高施工效率。

此外，轻质、高强、高耐久性、良好的工艺性和智能化等也是未来土木工程材料的发展方向。

0.2.2　土木工程材料的种类

土木工程材料的种类繁多，为了研究、使用和讲述方便，通常根据材料的组成、功能和用途加以分类。

1.按使用性能分类

通常分为承重结构材料、非承重结构材料及功能材料三大类。

（1）承重结构材料。主要指梁、板、柱、基础、墙体和其他受力构件所用的土木工程材料。最常用的有钢材、混凝土、砖、砌块、墙板、屋面板和石材等。

（2）非承重结构材料。主要包括框架结构的填充墙、内隔墙和其他围护材料等。

（3）功能材料。主要有防水材料、防火材料、装饰材料、保温材料、吸声（隔声）材料、采光材料、防腐材料等。

2.按使用部位分类

按土木工程材料的使用部位通常分为结构材料、墙体材料、屋面材料、地面材料、饰面材料和基础材料等。

3.按化学组成分类

根据土木工程材料的化学组成，通常可分为无机材料、有机材料和复合材料三大类。这三大材料中又包含多种材料类别，见表0.1。

续上表