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土木建筑材料

constructionmaterial

土木工程所用材料及制品的统称，简称建筑材料。

发展史土木建筑材料的发展与土木工程的发展，是互相推动，密切相关的。新的材料常常带来工程的新变革，工程变革的需要又促进新材料的诞生（见土木工程发展简史）。

远在新石器时代以前，人类就利用天然材料，如土、石、草、树干、树皮、树叶等营造住所。此后随着生产力的发展，各种人造建筑材料相继出现。西安半坡等先民遗址的发掘，证明在公元前5000年中国人的祖先就开始对天然材料进行简单的加工，用烧白土、草筋泥等涂抹墙面和地坪；用碎陶、砾石与泥土拌和夯实作为柱的基础，实际上这已是人造建筑材料煅烧和复合工艺的开端。以后，又用夯土和土坯筑墙，并进而制作石灰、砖、瓦、琉璃以及其他烧土制品。“秦砖汉瓦”早已闻名于世，足见中国使用人造建筑材料的历史之悠久。在国外，古埃及的烧石膏；古希腊、古罗马的石灰和掺火山灰的石灰；拉丁美洲印加帝国建筑的高度石工技巧，均在建筑材料的发展史上占据重要地位。正是基于对土、石、木等天然材料的加工技术和上述人造材料的开发应用，出现了诸如中国的长城、都江堰水利工程；埃及的金字塔；罗马帝国的引水道、万神殿等伟大建筑。工业革命以后，钢材开始被用作建筑材料，大跨建筑和高耸建筑逐渐发展。19世纪初，波特兰水泥问世，不久即出现了混凝土和钢筋混凝土。20世纪30年代以来，又发明了预应力混凝土；玻璃和陶瓷制品也大量用于土木建筑。这样就使土木工程的面貌更加日新月异。以桥梁为例，在采用钢材以前，跨度很少达到100米，有了轧制钢材，才出现了跨度500米以上的桁架梁桥和拱桥，以至1400米以上的悬索桥，而预应力混凝土的发展更使现代桥梁技术在荷载、跨度、经济、耐久以及适应性等方面，都达到了很高的水平。所以，如果说土木工程的发展标志着人类文明水平的不断提高，那末不断发展的建筑材料则是人类文明建设的重要物质基础。

分类建筑材料种类繁多，可按其性质和用途的不同进行分类。

按性质分类可区分为建筑用非金属材料、建筑用金属材料、有机材料，以及由两种以上材料复合而成的复合材料等。

①建筑用非金属材料。主要有天然的粘土、砂砾、石材和人造的砖、瓦、陶瓷、琉璃等烧土制品；水泥、石灰、石膏等胶凝材料；以水泥为基础的各种混凝土及其制品；各种玻璃及其制品；以及无机涂料、石棉、矿棉、纤维制品和熔岩制品（如铸石）等。

②建筑用金属材料。有以钢铁、有色金属及其合金制造的型材、管材、板材和金属制品等。

③有机材料。有木材、竹材、建筑塑料、有机涂料和胶粘剂等。

④复合材料。狭义地指有纤维增强塑料（玻璃钢）和层压材料；广义地则是指两种或两种以上材料复合组成的材料，可包括很多人造建筑材料的品种，例如各种水泥砂浆和混凝土也被称作水泥基复合材料，同样还有沥青复合材料、钙塑制品等。

按用途分类可区分为绝热材料、吸声材料、防水材料、灌浆材料，以及愈来愈受到重视的、正在迅速发展的各种装饰、装修材料等。

科学技术的进步将为土木工程提供更多的建筑材料新品种，因此材料的分类也将更为精细。

重要性建筑材料以其用量大、用途广的特点，决定了它在国民经济中的重要位置。建筑材料一直是大宗材料，其需要量还在不断增加，水泥、混凝土、钢材、塑料以至土、石、木材等天然材料的用量无不十分庞大。在土木建筑的总造价中，材料费所占比重也很大。生产这样大量的建筑材料，需要消耗大量的能源与资源。近几年来，中国建筑材料工业已成为第四个耗能多的行业。因此，节约与合理使用材料，降低生产中的能耗与料耗，重视建筑物长期使用中的节能，对于降低工程造价、节省能源与资源，都能收到巨大的经济效益。

随着科学技术的进步和建筑业的蓬勃发展，建筑材料不仅在产量上有着大幅度的增加，还出现了很多高效能的新品种，对世界经济的发展和人民生活的改善起着明显的作用。例如，高强钢材比普通碳素钢可提高强度达1.5～6倍，冷弯型钢比相同截面的热轧型钢可节约钢料30～50％；掺加少量的高效外加剂能显著地提高混凝土的某些重要性能，并节约水泥10～30％；新品种建筑玻璃如中空、吸热、热反射、选择吸收玻璃等，以及各种复合墙体材料，能够有效地改善建筑功能，降低使用能耗50％以上；用空心混凝土砌块和大空隙率的粘土空心砖代替实心小砖，能够节约大量煤炭和粘土资源，少毁良田，这在当前中国具有十分重大和紧迫的意义。近30年来出现的品种繁多的装修、装饰材料，尤其是各种建筑塑料和有机涂料、无机涂料，使建筑艺术大为增色，改变了城乡建筑的面貌，丰富了广大人民的生活。

开发和技术进步为了适应土木工程发展对材料的需要，满足建筑功能以及坚固、耐久、经济、美观等的要求，除继续发展新的材料品种，并不断开拓新的应用范围，满足某些特殊性能和特殊使用条件，如海上、地下、寒冷、干热、低温、高温、腐蚀等环境的要求以外，还应在改善材料性能，改进制作工艺，利用和开发资源等三个方面进行大量的工作。

改善材料性能包括强度、形变、重量以及耐久、防水、隔热等重要性能。在建筑材料的各种性能中，耐久性对于建筑物的安全、适用、经济起着决定性作用，应给予极大的重视。不少古代建筑物历时千载仍然完好。在近代的建筑材料中，水泥混凝土具有良好的耐久性，被称为“人造石材”，只要使用得当，充分发挥其潜力，就能够在严酷的环境条件下持久使用。

改进制作工艺可在保证或提高性能的前提下，增加产量、降低成本、节约能源和资源。例如水泥生产采用带窑外分解炉的干法新工艺，与原来的湿法工艺相比，不仅产量大幅度增加，熟料单位热耗也能降低约三分之一。又如玻璃的浮法工艺、卫生陶瓷的低温快烧工艺，无不具有优质、低耗、高效的技术经济效益。近年迅速发展的复合、组合工艺，能够充分利用几种组成材料的共同作用，发挥各种组分的特长，互相补充，使材料具有某些重要的独特性能或多种功能，从而取得显著的节约效果，如预应力混凝土充分利用高强混凝土的抗压强度和高强钢材的抗拉强度，用作大跨度桥梁和大容积储罐，比同类的钢结构可降低能耗达50％。

因地制宜、就地取材是不断开发建筑材料新资源的一条重要途径。例如就近采用火山渣、浮石等天然轻集料代替陶粒等人造集料；采用天然火山灰质材料作为水泥混合材料，以节约一部分熟料，都能降低材料成本和能耗（包括运输力）。此外，大量利用工矿业的废渣、尾矿作为建筑材料及其原料，对于保护环境也十分有利。中国十几年来已利用全部水淬高炉矿渣制造水泥，还利用了大量电厂粉煤灰制造内燃粘土砖和混凝土掺合料。数量极大的煤矸石，也将逐步作为建筑材料的原料而加以利用。

发展前景自从20世纪60年代以来，材料科学作为新兴学科被广泛用于各种材料的研究开发工作中，成效卓著。通过深入研究材料的组成和结构，掌握组成的变化规律及其与材料性能、行为之间的内在联系，就有可能按照预定要求进行材料性能的设计，指导符合某些性能要求的材料的生产，并为新型材料的创制指出途径。材料科学在有机材料、钢铁及合金材料、某些复合材料以及特种陶瓷等的研究中，已显示出巨大作用，但在大多数建筑材料，如水泥、混凝土、玻璃、烧土制品等的研制和生产中还用得很少。目前，这些用量最多的建筑材料，由于产品质量的波动，加上本身存在的不均匀性，以及荷载、使用条件、龄期等因素造成的性能上的不稳定，既妨碍它们在土木工程中的有效利用，也不利于土木工程技术水平的提高。现在已出现先进的结构设计与落后的建筑材料之间的矛盾。因此，就要求应用材料科学和微电子学的新成就来促进大宗建筑材料的变革。304不锈钢线材

材料性能测试技术是发展材料科学的主要支柱。为了保证材料性能在建筑物中得到充分发挥，以及进一步提高性能，材料性能测试技术，特别是新技术，包括对材料的微观、亚微观、宏观的物理、化学、力学性能和行为的测试技术，是十分重要的。非破损测试技术正在不断更新，它在生产控制和快速试验等方面，具有突出的优点。因此必须及早采用。此外，对于材料标准的制订工作也应给予足够的重视。