土木工程材料的发展现状与前景

《土木工程材料》课程调研论文题目：土木工程材料发展现状与前景教师：学院：班级：姓名：学号：2011.11.15-1-土木工程材料发展现状与前景摘要：土木工程活动是人类作用于自然生态环境最重要的生产活动之一，而土木工程材料在土木工程建设中有着举足轻重的作用，土木工程材料是一切土木工程的物质基础。无论在性能、质量还是经济方面，土木工程材料的使用对建筑物都有着重要影响，工程材料的生产与使用、工程设计、工程施工、工程建成后的使用及报废后的拆除等过程均要消耗大量的能源，并不断产生废弃物，这些问题都将对生态环境产生极大影响。因此，在土木工程不断发展的同时，土木工程材料也需要不断进步和改善。本文就土木工程和土木工程材料的现状和发展调研对材料中的钢材作出设想和讨论。关键字：土木工程土木工程材料现状前景钢材土木工程是随着人类社会生产力和科学技术水平的提高而逐渐发展起来的，土木工程与人们的日常生活密不可分。进入新世纪后，在经济高速发展的形势下，我们又将迎来新的一次基础设施建设高潮。土木工程材料是所有土木工程的物质基础，简单说就是在土木工程施工过程中使用的各种原材料和制件。土木工程材料的选择对于建筑的外观、质量以及成本有着重要的影响，随着自然资源被无节制的开发，资源面临枯竭，如何提高资源的使用率，如何能在建材使用过程中减少或者避免对自然环境的破坏就成为一个现实的课题。1土木工程的发展现状自新中国成立和改革开放以来，凭借经济的发展和城市化的脚步的加快，我国的土木工程开始了新一轮的发展并取得举世瞩目的辉煌成就。新的高楼大厦、展览中心、铁路、公路、桥梁、港口航道及大型水利工程在祖国各地如雨后春笋般地涌现，新结构、新材料、新技术大力研究、开发和应用。发展之快，数量之巨，令世界各国惊叹不已。在桥梁工程发面，我国的桥梁建设发展迅速，并取得了可喜得成就。在宽阔的长江、黄河、珠江上相继建设起了多座跨江大桥。有多座桥梁居世界同类型桥梁中跨度排名之首，广州的丫髻沙大桥为跨度最大的中承式钢。除此外，我国的海底隧道工程也加快了发展的步伐。粤、港、澳海底隧道现也正建设中。在公路和铁路建设工程方面，截至2000年底，公路通车总里程达140万公里，20年内增加了35万多公里，其中高速公路24336公里，居世界第三，仅次于美国和加拿大。我国铁路运营路程已达6.87万公里，居世界第4位，亚洲之首。我国的交通建设除了在数量上的提升外，在工程技术和施工质量上也有了较大的提升，青藏铁路的建成使用就是最好的例子之一。在水利建设方面：新中国成立以来，全国兴建大中小水库8.6万座，水库总蓄水量4580亿m3，建设和整修大江大河堤防25万公里，目前防洪工程发挥的经济效益达7000多亿元。我国先后建成了青海龙羊峡大坝、四川二滩大坝等水利水电工程，特别是现已建成并投入使用的三峡水电站总装机容量达1820万千瓦，超过了伊泰普水电站而跃居世界第一。我国城市发展进入了一个崭新的阶段，城市的数量、规模和人口数量都有了-2-飞速的发展。这就要求更多的建筑来满足城市发展的需求．单是不难看出，目前，我国的城市建筑尤其是房屋建筑，并不能满足人们的需求。人口的增多，资源短缺、环境破坏和水土、空气污染的发展难题也开始成为人们关注的焦点。土木工程的发展也必须肩负起人类可持续发展的重任。2土木工程的前景地球上的人口将会越来越多，而可以供人类居住、生活和耕种的土地和资源是有限的。随着人口增长的速度是不断加快的，人类的继续发展与大自然资源的有限性的矛盾将越来越明显，人类将必须为争取生存而作出许多的努力。同样，人们生活水平的不断提高也将要求更加舒适的生活空间。所以未来土木工程的发展将肩负起这一系类的重任。随着我国改革开放的不断深入和经济的迅速发展，中国将面临一个更大规模的建设高潮。可以说，我们正面临着一个伴随着国民经济飞跃的土木工程大发展的大好时期。而且这样一个优良的发展环境已经受到并将继续受到西方国家的急切关注。作为跨世纪的一代，这一大好形势为我们提供了空前难得的施展才干、向国际水平冲击的良好机遇。同时，我们也深深感到，这是一个“机遇”与“挑战”并存、“合作”与“竞争”交织、“创新”与“循旧”相争的时代，如何把握世纪之交时土木工程学科的发展趋势，开创具有中国特色、具有国际一流水平的土木工程学科的新纪元，是对我们跨世纪一代人的严峻挑战。放眼世界，美国的现代化进程可谓先进，而现今资料表明：未来美国要投入16000亿美元来解决已建工程的不安全状态，譬如，氯离子所引发的建筑锈蚀等等。作为当代土木工程师，在传承前人辉煌成就的同时，也必须多多吸取已出事故的教训，在今后的工作中进行创新改良，实现可持续发展。(1)土木工程学科将向周围继续发散，与材料，环境，化学，电子信息，机械，城市规划，建筑等相关学科进一步的交叉，融合，互相支持，互相服务。土木工程内部的次级学科也同时会在现实需要的推动下产生出新的学科，如对城市地下空间的大规模利用就使得新的地下规划学科有了产生和发展的必要。信息时代正在迎面走来，其他学科和其他方面的新观点新技术，必然的也会影响到土木工程。并且为这一传统学科注入新的活力。包括控制理论，施工技术，新材料，环境工程，经济理论等等。(2)可持续发展和人性化。这两个要求是与社会经济的发展相适应的，社会的发展要求更加充分合理的利用资源，社会生活水平的提高也提高了对土木建筑设施人性化的要求。整个土木工程过程是建立在对资源和能源的不断消耗上的，在可持续发展成为整个社会的主题的时候，土木工程也必然的要面对这个问题。对资源和能源的节约，包括在建设中的和使用过程中的，成为土木工程以后的一个方向，这要求有良好的设计和有效的运作管理机制，土木工程构筑物在它的整个寿命周期，从规划，设计，建造到建成后的使用，维护，拆除都要尽量的将对环境的影响降到最小，同时尽可能大发挥它的社会经济效应。这对土木工程提出了新的要求。具体的要求包括，资源的保护，资源再利用，污染控制和全方位的质量。我国正在施工中的青藏铁路较好的体现了可持续发展的特性，从设计环节开始就注意了对青藏高原脆弱生态环境的保护，全路设计为封闭构造，杜绝了固体废弃物的污染，也严格的控制了噪音污染。施工过程中也相当注重对周围环境的影响。(3)主动控制技术。迄今，绝大部分的土木工程建筑都是被当作一个静态的，被动的物体。对周围环境的影响，如风动，温度变化，突发事件等只能依靠自身的结构进行被动的抵御。显得缺少灵活性和应变能力。今后土木建筑设施的一个发展方向之一就是主动控制技术在建筑构造物中的应用。运用计算机技术和模糊控制技术，以及一些预设的控制结构。使得-3-建筑物能够对各种环境因素做出适当的反应。3土木工程材料的现状和前景3.1土木工程材料的发展和现状土木工程材料是随着人类社会生产力和科学技术水平的提高而逐渐发展起来的。高楼、厂房、道路、桥梁、港口、码头、矿井、隧道等土木工程都是用各种材料按一定的要求建造而成的，土木工程中所使用的各种材料都成为土木工程材料。它们直接影响建筑物或构筑物的性能、功能、使用年限和经济成本，从而影响人类生活空间的安全性和舒适性。土木工程材料的发展大致可以分为三个阶段：早期土木工程材料，近代土木工程材料，现代土木工程材料。早期使用的土木工程材料主要有砖、瓦、砂、石、灰、木材等。他们至今仍在土木工程材料中占有重要的地位。比如说，砂是混凝土和砂浆的主要组成材料之一，是土木工程的大宗材料。钢材作为近代土木工程材料代表，它在19世纪中叶品种、规格、生产规模大幅度增长，强度不断提高，钢材的切割和连接等加工技术大为发展，为建筑结构向大跨重载方向发展奠定了重要基础。与此同时，钢筋混凝土问世，并在20世纪20年代出现了预应力钢筋混凝土，使近代土木工程结构的形式和规模发生了飞跃性的进展。近代土木工程材料还包括水泥、混凝土等等。如果说19世纪钢材和混凝土作为结构材料的出现使土木工程的规模产生了飞跃性的发展，那么20世纪出现的高分子材料、新型金属材料和各种复合材料，使土木工程的功能和外观发生了根本性的变革。现代土木工程材料中混凝土的强度等级比以往的混凝土更高，并且出现了高性能混凝土和纤维混凝土。在1988年第一届国际材料科学研究会上日本学者首次提出“绿色建材”这一概念。土木工程材料在我国的发展也经历了漫长的历史，新中国成立之前一直都发展较慢。新中国成立后，特别是在改革开放的新时代，我国建筑材料的生产得到了更迅速的发展。自1995年后，我国的水泥、平板玻璃、建筑卫生陶瓷及石墨、滑石等部分非金属矿产品产量一直居世界第一，是名副其实的建材生产大国。但由于我国的土木工程材料发展迟、起步晚以及施工不规范等方面的原因，我国建材行业的科技水平和管理水平还是比较落后的，主要表现在：能源消耗大；劳动生产率低；污染环境严重；科技含量低；产品创新、市场应变能力差等。与欧美一些发达国家相比还存在着很大差距。3.2土木工程材料的发展前景（1）高性能化。将研制轻质、高强、高耐久性、高抗震性、高保温性、高吸声性、优异装饰性及优异防水性的材料，实现结构—功能（智能）一体化。这对提高建筑物的安全性、适用性、艺术性、经济性及使用寿命等有着非常重要的作用。例如，现今钢筋混凝土结构材料自重大（每立方米重约2500kg），限制了建筑物向高层、大跨度方向进一步发展。通过减轻材料自重，及尽量减轻结构物自重，可提高经济效益。目前，世界各国都在大力发展高强混凝土、加气混凝土、轻骨料混凝土、空心砖、石膏板等材料，以适应土木工程发展的需要。（2）智能化。所谓智能化材料，是指材料本身具有自感知、自调节、自清洁、自修复，实现构筑物自我监控的功能，以及可重复利用性。土木工程材料向智能化方向发展，是人类社会向智能化发展过程中降低成本的需要。-4-（3）复合化、多功能化。利用复合技术生产多功能材料、特殊性能材料及高性能材料，这对提高建筑物的使用功能、经济性及加快施工速度等有着十分重要的作用。（4）生产工业化。工业化生产主要是指应用先进施工技术，改造或淘汰陈旧设备，采用工业化生产技术，使产品规范化、系列化（5）节能化、绿色化。随着我国墙体材料革新和建筑节能力度的逐步加大，建筑保温、防水、装饰装修标准的提高及居住条件的改善，对土木工程材料的需求不仅仅是数量的增加，更重要的是产品质量与档次的提高及产品的换代更新。随着人们生活水平和文化素质的提高，以及自我保护意识的增强，人们对材料功能的要求日益提高，要求材料不但要有良好的使用功能，还要求材料无毒、对人体健康无害、对环境不会产生不良影响，即所谓的绿色建材。由于材料在土木工程中消耗量很大，而以往材料生产大多利用天然资源，因此现今可利用的自然资源、能源已非常有限。绿色建材就是从可持续发展角度出发，尽可能少用天然资源，充分利用再生资源，大量使用工业或城市固体废弃物，采用低能耗，无污染的生产技术，生产和开发能够降解有害气体、抑菌与杀菌，对人体健康和环境无害并且可循环再生利用的新型材料。除以上发展前景外，也可以开发多种材料，赋予材料除结构、装饰功能外的一些特殊功能，即将结构材料和功能材料的性质相结合。例如，可以开发一种可以储存太阳能的墙面材料，到了夜晚可以发光发亮，供照明使用，这样就可以省去路灯的使用，节约能源。这一设想在上海世博会上也有显著的体现，如世博瑞士馆外部的幕帷主要由大豆纤维制成，既能发电，又能天然降解。4对我国现阶段钢结构的现状和发展趋势调研钢结构分为建筑钢结构､桥梁钢结构等，与目前建筑领域普遍采用的钢筋混凝土结构相比，具有强度高、工程造价低、自重轻、施工周期短和可工厂化制作等优点，如此多优势得到广泛重视并迅速发展,从重大工程、标致性建筑使用钢结构到钢结构普遍使用，呈现出了从未有过的兴旺景象。4.1钢结构应用现状4.1.1高层重型钢结构高层钢结构建筑是往往当作一个城市标志性建筑。80年代至今已建成和在建高层钢结构达100多幢，总面积约800万平方米，钢材用量80多万吨。北京、上海在建和新建成的高层钢结构就达到十余幢。如：上海中心大厦（在建、632米）、上海环球金融中心(101层、高492米、用钢量6.5万吨)；