1.3 土木工程材料的发展现状与未来

在人类漫长的历史发展过程中，土木工程材料的发展经历了从无到有，从天然材料到人工材料，从手工生产到工业化生产的几个阶段。它的每次发展常会引起工程结构的重大变革。人类最早采用木、竹、草、土、石等天然材料建造简单的住所；后来，土坯、烧白土、草筋泥、石灰、三合土、砖瓦等人造建筑材料相继出现，使宫殿、寺庙、堰坝、城墙、桥梁、佛塔、陵墓等各类建筑得以发展。工业革命以后，随着钢材和水泥的问世，推动了近代土木工程建设的迅速发展，整个中国成了一个大的建设工地。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。如，至2010年，我国高速公路总里程已经超过了7万km，铁路总路程也达到8.5万千米，其中典型的铁路为青藏铁路，这是举世闻名的高原铁路，为我国青海与西藏地区的人员输送、贸易交流发挥着桥梁的作用。根据2011年相关调查人员的统计，我国目前已建成多种规格（100m、200m、300m）的高层建筑共计约10600栋，其中上海金茂大厦应用混凝土钢结构为主要结构，大大提高了建筑工程的质量。这栋大厦的建成也是我国土木工程巨大发展潜力的体现。

19世纪末期平板玻璃的工业生产方法被确立，具有透明性的房屋建筑采光材料得以大量生产和应用，各种木纤维材料及集成木材等材料得以迅速发展，各种功能型土木工程材料的品种更加多样化。

铝合金、不锈钢等新兴金属材料是现代建筑理想的门窗及住宅设备材料，这些新型的金属材料在建筑物开口处及厨房、卫浴设备上的应用，极大地改善了建筑物的密封性、美观性与清洁性，提高了居住质量。

20世纪以来，高强度钢材、高性能混凝土以及高分子复合材料的出现，更是高层建筑、大跨度桥梁、海洋工程结构等现代工程发展的重要基础。同时，材料科学也发展成为一门独立的新兴学科。随着材料科学深入研究材料的组成、结构、性能及其机理，使按照预定要求研制新型材料的想法成为可能，同时还可以对材料的性能进行设计。

目前，工程材料正在向着高性能、多功能的方向发展。由于工程材料具有用量大的特点，其中水泥、砖瓦、钢材等生产需耗费大量能源和土地资源，且污染环境，因此，研究超耐久，低能耗，节省土地资源的材料，大量利用工业废料以及低（无）毒、无污染、可降解、可再生利用的材料等，是工程材料的主要发展趋势。

为了提高生活质量，改善居住环境、工作环境和出行环境，人类一直在开发、研究能够满足性能要求的土木工程材料，使土木工程材料的品种不断增多，功能不断完善。在原材料方面要最大限度地节约有限的资源，充分利用可再生资源和工农业废料；在生产工艺方面，要尽量降低原材料及能源消耗，大力减少环境污染；在性能方面，除了要力求材料轻质、高强、耐久和多功能化外，还要考虑安全性和可再生性；在产品型式方面应积极发展预制技术，提高产品的工业化水平。土木工程材料正向着高性能、多功能、安全和环境友好的方向发展。