材料发展与土木工程发展的关系？

Question

如题所述

Answer 1

　　土木工程的发展取决于材料的发展，新材料的应用，降低了土木工程造价成本。如轻钢结构的出现，保温板的出现建筑节能方面得到了突破，等等。土木工程有三大力学|理论力学；材料力学；结构力学。力学的新发现得以应用也降低了工程的造价。理论指导工程，如青藏铁路工程，理论指导工程解决很多难题，技术创新才有技术难题突破。 社会需求很多，如青藏铁路工程，中国的长城；中国的故宫，等等。
　　碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料所做的飞机不但轻巧，而且消耗动力少，推力大，噪音小；用碳纤维制电子计算机的磁盘，能提高计算机的储存量和运算速度；用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器，机械强度高，质量小，可节约大量的燃料。1999年发生在南联盟科索沃的战争中，北约使用石墨炸弹破坏了南联盟大部分电力供应，其原理就是产生了覆盖大范围地区的碳纤维云，这些导电性纤维使供电系统短路。 目前，人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维，只能采用一些含碳的有机纤维（如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等）做原料，将有机纤维跟塑料树脂结合在一起，放在稀有气体的气氛中，在一定压强下强热炭化而成 碳纤维是纤维状的碳材料，其化学组成中含碳量在90%以上。由于碳的单质在高温下不能熔化（在3800K以上升华），而在各种溶剂中都不溶解，所以迄今无法用碳的单质来制碳纤维。 碳纤维可通过高分子有机纤维的固相碳化或低分子烃类的气相热解来制取。目前世界上产生的销售的碳纤维绝大部分都是用聚丙烯腈纤维的固相碳化制得的。其产生的步骤为A预氧化：在空气中加热，维持在200-300度数十至数百分钟。预氧化的目的为使聚丙烯腈的线型分子链转化为耐热的梯型结构，以使其在高温碳化时不熔不燃而保持纤维状态。B碳化：在惰性气氛中加热至1200-1600度，维持数分至数十分钟，就可生成产品碳纤维；所用的惰性气体可以是高纯的氮气、氩气或氦气，但一般多用高纯氮气。C石墨化：再在惰性气氛（一般为高纯氩气）加热至2000-3000度，维持数秒至数十秒钟；这样生成的碳纤维也称石墨纤维。 碳纤维有极好的纤度（纤度的表示法之一是9000米长的纤维的克数），一般仅约为19克；拉力高达300KG/MM2；还有耐高温、耐腐蚀、导电、传热、彭胀系数小等一系列优异性能。目前几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多的优异性能。 目前，碳纤维主要是制成碳纤维增强塑料来应用。这种增强塑料比钢、玻璃钢更优越，用途非常广泛，如制造火箭、宇宙飞船等重要材料；制造喷气式发动机；制造耐腐蚀化工设备等。 羽毛球：现在大部分羽毛球拍杆由碳纤维制成。【碳纤维 】carbon fibre 含碳量高于90％的无机高分子纤维 。其中含碳量高于99％的称石墨纤维。碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理 碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得；按状态分为长丝、短纤维和短切纤维；按力学性能分为通用型和高性能型 。通用型碳纤维强度为1000兆帕（MPa）、模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型（强度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。强度大于4000MPa的又称为超高强型；模量大于450GPa的称为超高模型。随着航天和航空工业的发展，还出现了高强高伸型碳纤维，其延伸率大于2％。用量最大的是聚丙烯腈基碳纤维。 碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。碳纤维 由聚丙烯腈纤维、沥青纤维或粘胶维等经氧化、炭化等过程制得的含碳量为90%以上的纤维。 碳纤维目前在替代采暖材料核心发热体上也有新的贡献，国外，在很多节能采暖设备的核心发热体上已经由以前普遍采用的金属材料逐步升级到碳纤维材料，碳纤维材料在采暖方面的应用主要考虑利用了材料的耐腐蚀，抗氧化（金属容易氧化造成局部击穿），高稳定性，寿命更长（很多产品在300摄氏度下普遍能够达到稳定工作100000小时的时间），热转换率高（97％以上）等特点。由于我国在碳纤维材料生产研发方面相对还处在落后的境况，高质量的碳纤维材料还是依靠日韩进口，所以价格居高不下，但随着国内合资、合作形式的出现，以碳纤维为核心技术的产品却已经走入了寻常消费者的家中。 碳纤维产品在采暖方面的应用分了不少形式，比如短纤，短切纤维通常用在如“碳晶”“地暖膜”等采暖产品上，石墨类产品在早起的采暖膜中应用比较广泛，膜类产品除了在采暖上有所应用，在热水器，工业设备恒温环境保障方面应用也是十分广泛。 在工程实践中，由于没有采取有效的抗裂措施，混凝土固有的微裂纹在内外应力的作用下发展为更大的裂纹，以至最终形成贯通的毛细孔道及裂缝，常常导致防水失败，也造成结构设计强度远未能充分发挥，严重的甚至威胁到工程的安全及使用。研究表明，多数裂缝同荷载无关，塑性收缩、干缩、温度变化等开裂因素才是混凝土众多问题的根源。

参考资料：
http://wenku.baidu.com/link?url=YSd4wQgjhuXI9igeYZsiAuVOH99E3Kn3UBu7CkoTL_fbZF7BDYaPRmJe4cRDaWBHyY-oiLEJ7AFpFwHLDXpu2b5-rvEfG2hbAueG1oCLETG

Answer 2

新材料的不断出现与发展推动了人类社会与历史、文明的进步。材料是人类生产、生活的物质基础，是直接推动社会发展的动力。材料的发展及其应用是人类文明和社会进步的重要里程碑。 追溯到更远的时代，人类使用的材料从功能相对比较单一的天然材料逐步发展到了现在的钢材、水泥、混凝土等材料。新型建筑材料是相对于传统的砖，瓦，灰，沙，石而言的。最近几十年来现代技术发展的产物。它是以多种多样的原材料，用先进的加工方法，制成符合现代建筑要求，具有轻质，高强，多功能等主要特征的现代建筑材料；一般来说，它还具有节能，节地，综合利用资源的优点。其中新型功能材料的出现和发展，是现代建筑有别于旧式传统建筑的特点之一。它大大改善了建筑物的功能，使之具备更加优异的技术经济效果和更适合于人们的生活要求。 实际上，钢材、水泥、混凝土等材料已经在多功能方面相对更早的时期已经有了的很大的飞跃。但钢筋混凝土已经成为现代建筑的标志，也就是说，钢材、水泥、混凝土等材料已经进入了传统材料的行列。随着材料科学的发展，人们对土木工程材料提出了更高的要求。建材业内有关人士认为，今后一个时期，各种新型材料，尤其是多功能的材料将大量涌现，建筑材料正面临一场大变革。 对土木工程材料的多功能化的解释是：利用复合技术生产多功能材料、特殊性材料以及高性能材料，以此来提高建筑物的使用功能、经济性及加快施工速度等。 幕墙是当今建筑采用最广泛的一种复合墙体，顾名思义，它的最外面的一层就好像幕布一样挂上去起遮盖和装饰作用，而墙体的本体部分起结构，围护，保温等主要作用，可以用任何材料建造。后在本体上挂一层品种名贵，装饰优异的材料作为“幕”，幕墙便告完成。幕墙的出现是近代建筑技术发展的成果。它最有效而经济地发挥了材料的性能。作为“幕”的材料通常是玻璃，不锈钢板，铝板，花岗石薄板等名贵华丽，价格高昂，因而不能全部墙体用它来制造的材料。只用薄薄的一层“幕”挂在外面便合理地解决了这个问题。幕墙用于高层及超高层建筑，其建筑效果和技术经济效果更为突出。世界上一些知名的大厦由于采用了玻璃幕墙或不锈钢幕墙，金光闪烁，富丽堂皇，显示了建筑技术高度发达的时代特征，也赋予了建筑材料以崭新的含义。随着材料科学的发展，用作幕墙的材料日渐增多，特别是金属材料崭露头角。譬如近年来得到建筑师们欣赏从而得到广泛使用的Reynobond板和Alucobond板就是由两层经表面处理的铝板与中间一层热塑性塑料组成。总厚度为3mm~6mm。这种板的特点是十分平整，强度很高，很轻和防火性能良好。表面涂一层耐气候性极好的树脂漆，有多种颜色，美观大方。此种板材质轻和易于施工，深受建筑部门的欢迎；其表面平整和色泽美观，具有极好的装饰效果；此外它良好的隔声性能和隔热，防火性能以及抗冲性，耐腐蚀等优点更使此种板才成为现代化的骄子，建筑材料工业的一株奇葩了。 材料是人类生产、生活的物质基础，是直接推动社会发展的动力。材料的发展及其应用是人类文明和社会进步的重要里程碑。轻制高强、节约能源、智能环保、多功能必然是新型材料在新时代的归宿。本回答被提问者采纳

Answer 3

先说结论：材料发展与土木工程的发展息息相关。
例如在3D打印领域，增材制造工艺从最初的以可塑性塑料的熔融技术扩展到以混凝土为原材料的建筑工艺，事实上限定发展的因素之一便是材料在增材之后展现的物理性能，远远达不到目前各类各种生活、生产场景的实际要求，以3D打印的建筑场景中的材料为例，如果其能够实现早些年美MIT提出的“4D属性”概念，即材料分子之间存在时间记忆，同时在某催化条件之后能够实现既定形态并达到相应的物理特性，如果能够达到如此状态则会对现有的建筑工艺产生战略性影响。
以装配式为例，假定装配式整体流程不变，通过4D属性材料的特性，在生产、物流、仓储的环节中，其复杂造型的构件可以平面进行存放，从而最大程度节省相应的仓库、物流空间，提升利用率，而到现场之后通过某种设定条件，如加热、加湿等根据不同材料的特定催化因素，从而让其分子力重新组合，形成既定的形态构件，从而在现场进行装配。
更大胆的，以现有的超高层建筑施工为例，以现有的整体提升钢平台为框架，其可以改造成高空超巨型的3D打印设备，从而通过现有的超高空混凝土泵送技术，源源不断地将建筑3D打印的原材料泵送到超高层上，从而实现高层直接成型，而无需现有的核心筒、外钢架、成型模板等方面现有工艺的配合。
如上，材料作为现代工艺的战略性基础资源条件，其对现存的工艺、业务、流程都是底层基础，其些许的提升和改变都会以因果关系传导、冲击现有的范式，现实试验可以看到在混凝土中加入如石墨烯等材料，其成果已经大幅减少了材料的耗量、缩短工序周期等方面的好处。
如上，材料作为现代工艺的战略性基础资源条件，其对现存的工艺、业务、流程都是底层基础，其些许的提升和改变都会以因果关系传导、冲击现有的范式，现实试验可以看到在混凝土中加入如石墨烯等材料，其成果已经大幅减少了材料的耗量、缩短工序周期等方面的好处。