1、化 學(xué) 與 土 木 工 程李大帥學(xué)院：土木工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)：土木工程 ,摘要：土木工程是一門(mén)歷史悠久的學(xué)科,在其漫長(zhǎng)歷史中,它的開(kāi)展與化學(xué)材料的發(fā)現(xiàn)密不可分.工程 材料的品種、質(zhì)量直接影響其所建造工程的使用功能、耐久年限、經(jīng)濟(jì)本錢(qián)等方面,并且制約著工程設(shè) 計(jì)和施工方法.本文將介紹化學(xué)材料與土木工程的歷史關(guān)系、當(dāng)前常見(jiàn)工程材料的現(xiàn)狀、近年出現(xiàn)的新 型材料,以及對(duì)化學(xué)材料未來(lái)前景的展望.關(guān)鍵詞：土木工程；聯(lián)系；化學(xué)材料；前景一 引言土木工程是一門(mén)歷史悠久的學(xué)科,在過(guò)去,它包括一切非軍事用途的民用工程工程1.如今,它包含的不少內(nèi)容已經(jīng)單獨(dú)成科,所以它與很多學(xué)科相交叉,而在所有交叉的學(xué)科中,又以材料學(xué)有

2、關(guān),縱 觀歷史,我們會(huì)發(fā)現(xiàn),土木工程的開(kāi)展幾乎是隨著不同的建筑材料的出現(xiàn)進(jìn)行的,土木工程與化學(xué)密 切相關(guān).二歷史關(guān)系2.1 石器時(shí)期由當(dāng)今的考古調(diào)查可知,在石器時(shí)期,由于化學(xué)工藝根本上沒(méi)有開(kāi)展,人們只能選擇居于天然山穴和 樹(shù)巢中從而抵御雨雪風(fēng)寒和野獸襲擊.2.2 青銅器時(shí)期進(jìn)入青銅器時(shí)代,化學(xué)工藝的開(kāi)展,人們開(kāi)始搭建簡(jiǎn)單的房屋開(kāi)鑿石材建造簡(jiǎn)易的房屋以及紀(jì)念性構(gòu) 筑物,從而使建筑材料發(fā)生變化,推動(dòng)了古代土木工程的開(kāi)展.2.3 鐵器時(shí)期隨著化學(xué)工藝的進(jìn)一步開(kāi)展,人類(lèi)進(jìn)入鐵器時(shí)代,鐵器開(kāi)始得到廣泛應(yīng)用,出現(xiàn)了木結(jié)構(gòu)及“版筑建 筑 2即墻體用木板或木棍做邊框,然后在框內(nèi)澆注黏土,用木杵夯實(shí)之后將木板撤

3、除的建筑物,此 時(shí)已經(jīng)能夠建造出舒適性較好的建筑物,所使用的主要是天然石材,木材,黏土,茅草等天然材料. 這些材料的獲取簡(jiǎn)單方便,符合當(dāng)時(shí)的社會(huì)環(huán)境,但是也具有一定的缺陷,如,這些材料的性能不 強(qiáng),不耐腐蝕,使用時(shí)間不長(zhǎng)等.化學(xué)工藝不斷地開(kāi)展,人類(lèi)已經(jīng)能夠用黏土燒制磚、瓦,用石灰?guī)r 燒制石灰,土木工程材料由天然材料進(jìn)入了人工材料階段,使用的結(jié)構(gòu)材料主要是磚,石和木材.磚 是用粘土燒制成的,是一種常用的砌筑材料.瓷磚的生產(chǎn)和使用在我國(guó)歷史悠久,有秦科漢瓦之稱(chēng). 制磚的原料容易取得,生產(chǎn)工藝比擬簡(jiǎn)單,價(jià)格低、體積小便于組合,粘土磚還有防火、隔熱、隔 聲、吸潮等優(yōu)點(diǎn).所以至今仍然廣泛地用于墻體、根底

4、、柱等砌筑工程中.2.4 近現(xiàn)代時(shí)期進(jìn)入近代后,隨著工業(yè)革命的進(jìn)展,科學(xué)技術(shù)開(kāi)展迅速,化工技術(shù)也得到了極大的開(kāi)展,土木工程材 料也是開(kāi)展迅猛,出現(xiàn)了很多以水泥、鋼材、混凝土為代表的復(fù)雜的人工材料.這些材料與原來(lái)的材 料相比,無(wú)論是在使用壽命,還是在性能上都具有很大的優(yōu)勢(shì).而這些材料的出現(xiàn),必然是伴隨著化 學(xué)的迅猛開(kāi)展的過(guò)程.三工程材料現(xiàn)狀3.1 ,常用工程材料3.1.1 水泥水泥,粉狀水硬性無(wú)機(jī)膠凝材料.加水?dāng)嚢韬蟪蓾{體,能在空氣中硬化或者在水中更好的硬化,并能把砂、石等材料牢固地膠結(jié)在一起.水泥按其用途及性能可以分為普通水泥,專(zhuān)用水泥和特殊水泥.普通水泥用于一般建筑的使用；專(zhuān)用水泥就是有專(zhuān)門(mén)

5、用途的水泥,如G級(jí)油井水泥；特性水泥是某種性能比擬突出水泥,如磷鋁酸鹽水泥、快硬硅酸鹽水泥和磷酸鹽水泥.水泥的生產(chǎn)一般包括可分生料制備、熟料煨燒和水泥制成等工序.在水泥中主要包含以下化學(xué)成分以硅酸鹽水泥為例：氧化鈣CaO ,二氧化硅SiO2,二氧化二鐵Fe2O3,三氧化二鋁A12O3.水泥的凝結(jié)和硬 化發(fā)生的化學(xué)反響為3:1、3CaO- SiO2+H2OCaO- SiO2 - YH2O凝月補(bǔ) +Ca OH 2;2、2CaO- SiO2+H2OCaO- SiO2 - YH2O凝月補(bǔ) +Ca OH 2;3、3CaO- A12O3+6H2O 3CaO- A12O3 - 6H2O水化鋁酸鈣,不穩(wěn)定；3

6、CaO - Al2O3+3CaSO4 2 H2O+26H2O> 3CaO- Al2O3 - 3CaSO4- 32H2O鈣磯石,三硫型水化鋁酸鈣；3CaO - Al2O3 - 3CaSO4 32H2O+23CaO Al2O3+4 H2033CaO Al2O3 CaS04 12H2O 單 硫型水化鋁酸鈣；4、4CaO- Al2O3 - Fe2O3+7H2O> 3CaO- Al2O3 6H2O+CaO Fe2O3- H2Q3.1.2 混凝土混凝土 4是當(dāng)代主要的土木工程材料之一,它是有膠結(jié)材料,骨料和水按一定的比例配制,經(jīng)攪拌振搗成型,在一定情況下養(yǎng)護(hù)成型的人造石材.它具有很多優(yōu)點(diǎn)：首先

7、,在硬化前具有良好的可塑性；其次,混凝土和鋼筋具有良好的粘結(jié)力；最后,可就地取材,生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉.混凝土種類(lèi)很多,可根據(jù)按材料可分為水泥混凝土,瀝青混凝土,石膏混凝土及聚合物混凝土等.為 了克服混凝土抗壓強(qiáng)度低的缺陷,將混凝土與其他材料復(fù)合出現(xiàn)了鋼筋混凝土,預(yù)應(yīng)力混凝土,各種 纖維增強(qiáng)混凝土等.3.1 裝飾材料裝飾材料5 一般指主體結(jié)構(gòu)工程完成后,進(jìn)行室內(nèi)外墻面、頂棚、地面的裝飾等所需的材料,主要起裝飾作用,同時(shí)可以滿足一定的功能需求.建筑裝飾材料是集材料性能、生產(chǎn)、施工、造型、色彩于一體的材料,裝飾工程的總體效果及功能的實(shí)現(xiàn)無(wú)一不是通過(guò)裝飾材料表達(dá)出來(lái)的.裝飾材料在整個(gè)建筑材料中占有

8、重要的地位.根據(jù)裝飾材料的化學(xué)性質(zhì)不同,可以分為無(wú)機(jī)裝飾材料和有機(jī)裝飾材料兩大類(lèi).其中,無(wú)機(jī)裝飾材料包括金屬和非金屬如大理石、玻璃等兩大類(lèi).3.1.1 玻璃玻璃在土木工程中是一種重要的建筑材料,是由石英砂、純堿、長(zhǎng)石、石灰石等融制而成的一種透明的無(wú)定形硅酸鹽固體物質(zhì).玻璃制品主要分為普通平板玻璃、平安玻璃、保溫絕熱玻璃等.3.1.2 金屬裝飾材料金屬材料是指一種或兩種以上的金屬元素或金屬與某些非金屬元素組成的合金總稱(chēng),金屬材料一般分為黑色金屬和有色金屬兩大類(lèi).金屬材料主要包括鋁及鋁合金、彩色涂層鋼板和不銹鋼包柱.四新型工程材料4.1 新型工程材料開(kāi)展概況當(dāng)今通過(guò)工程技術(shù)人員及材料生產(chǎn)企業(yè)對(duì)新型

9、建筑材料的研制、應(yīng)用及推廣的努力,從人類(lèi)最初的“穴居巢處到目前日益興旺的鋼材、水泥、混凝土、等材料的普及及應(yīng)用,建筑材料特別是新型材料已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的開(kāi)展階段.4.2 新型工程材料4.2.1 ,新品種水泥隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的高速開(kāi)展,在一些特殊工程中,需要使用高鋁水泥、膨脹水泥、快硬水泥、低熱水泥、和耐硫酸鹽水泥等.由于科學(xué)技術(shù)及生產(chǎn)不斷開(kāi)展,滿足各種特殊性能要求的新品種水泥正在逐漸增多,例如膨脹硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥和膨脹硫酸鹽水泥等.由于混凝土的原材料豐富,能源消耗與本錢(qián)較低,具有適用性強(qiáng)、強(qiáng)度高、耐久性好、施工方便,并 能耗用大量工業(yè)廢料等優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑等工程

10、中,成為不可缺少的重要工程 材料.當(dāng)前混凝土的品種日益增多,它們的性能和應(yīng)用也各不相同.混凝土按其膠凝材料可分為無(wú)機(jī) 膠凝材料混凝土和有機(jī)膠凝材料混凝土兩大類(lèi).隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展和建筑對(duì)玻璃使用功能要求的提升.建筑用玻璃已不僅僅滿足于采光和裝飾 功能,而是向限制光線、調(diào)節(jié)溫度、保溫隔音等各種特殊放向開(kāi)展.兼具裝飾性與功能性的新品種玻 璃不斷問(wèn)世,從而為現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)提供了更大的選擇性.現(xiàn)代建筑的趨勢(shì)之一是愈來(lái)愈多地采用大面 積的玻璃窗墻即玻璃幕墻.它不僅能擋住大量的太陽(yáng)熱能進(jìn)入室內(nèi),還能最大限度地減少室內(nèi)的溫度 急劇變化.五工程材料開(kāi)展展望5.1 “綠色建材的研制建筑材料將大力開(kāi)展“綠色建材

11、的研制.傳統(tǒng)混凝土的使用將受到限制,會(huì)采用污染少、能重復(fù)利 用的材料,采用工業(yè)廢料制作綠色高性能混凝土將受到廣泛研究和應(yīng)用.在結(jié)構(gòu)的使用功能上,智能 化建筑、仿生建筑將比當(dāng)今的普通建筑會(huì)得到更大的開(kāi)展空間.作為對(duì)建筑能耗影響巨大的維護(hù)墻體 材料,也將出現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、高效的墻體材料,對(duì)于金屬材料一方面將向高強(qiáng)度開(kāi)展并提升耐腐蝕的 耐火性能,另一方面將已在航空、航天、軍工中廣泛應(yīng)用的智能材料將應(yīng)用于土木工程,使工程結(jié)構(gòu) 由不變的、無(wú)智能和無(wú)生命的,向可變的、有智能的和有生命的方向開(kāi)展.5.2 化學(xué)合成材料的應(yīng)用目前的化學(xué)合成材料主要用于門(mén)窗、管材、裝飾材料、今后的開(kāi)展方向是向大面積圍護(hù)材料及結(jié)構(gòu)骨 架材料開(kāi)展.一些化工制品具有耐高溫、高濕、隔聲、耐磨、耐壓等優(yōu)良性能,用于制造隔板等非稱(chēng) 重功能構(gòu)件很理想.目前碳纖維以其輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)而用于結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng),在其本錢(qián)降低后可 望用作混凝土的加筋材料7.參考文獻(xiàn)：1劉伯權(quán).土木工程概論.2021年9月：P12張玉石.中國(guó)古代版筑技術(shù)研究.?中原文物?