下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
土木工程材料是应用最广、用量最大的材料，且与国家经济建设、人民生活水平密切相关。环境是人类周围一切物质、能量和信息的总和。目前，保护生态环境、节约资源和发展循环经济已成为全人类的共同目标。土木工程材料在全寿命周期内（即包括原材料开采、运输、加工、生产、建造、使用、维修、改造、拆除、废弃等各个环节）都必须考虑其与生态环境的关系，确保生态环境的和谐性。
土木工程材料应遵循可持续发展和循环经济理念，把清洁生产、资源综合利用、可再生能源开发、灵巧产品的生态设计和生态消费等融为一体，建立“资源—生产—产品—消费—废弃物再资源化”的清洁闭环流动模式，避免对地球掠夺式开发所导致的自然生态的破坏。循环经济标志性特征，即其遵循 4R原则：减量化（Reduce）、再利用（Reuse）、再循环（Recycle）、再思考（Rethink）的行为原则。减量化原则，即减物质化为循环经济的首要原则，也是最重要的原则。该原则以不断提高资源生产率和能源利用效率为目标。在经济运行的输入端最大限度地减少对不可再生资源的开采和利用，尽可能多地开发利用替代性的可再生资源，减少进入生产和消费过程的物质流和能源流。再利用原则，就是尽可能多次以及尽可能多种方式地使用人们所购买的东西。再循环原则，就是尽可能多地再生利用或资源化，把废弃物返回工厂，在那里经适当加工后再融入新的产品中。再思考原则，就是不断深入思考在经济运行中如何系统地避免和减少废弃物，最大限度地提高资源生产率，实现污染排放最小化，废弃物循环利用最大化。
土木工程材料工业对发展循环经济具有得天独厚的优势，这方面已有不少成功的实践。水泥行业已经成为利废大户，从能源和资源两方面利用各种废弃物，如利用粉煤灰等工业废渣作原料取代天然资源，减轻了环境负荷。利用工业和生活垃圾等可燃废弃物做原料和燃料，减少化石类资源的消耗。在水泥制品和混凝土行业，利用工业废渣作掺和料，已经得到了广泛的应用。开发直接“有益”于生态环境的生态混凝土（Environmentally Friendly concrete或Eco-concrete）更为混凝土行业的发展提出了新的思路。在墙体材料工业中，可以大量消纳和利用工业废渣和农业废弃物，替代天然资源制造环保利废型墙体材料，如粉煤灰砌块、煤矸石砖、建筑用纸面草板等产品，显著节省资源和能源，保护环境。随着我国城市改造规模的日益扩大，城市建筑垃圾的堆存量将越来越大。理论上，大部分的建筑垃圾都可以循环利用。如混凝土废料经破碎后，可以代替砂和骨料，用于生产砂浆、混凝土等；其中的钢筋可以挑选出回炉，达到资源多层次循环利用的目的。
近年来，随着建筑工业化的发展，装配式建筑和 3D打印建筑成为新兴的建筑技术，对土木工程材料的发展提出了新的要求，对环境保护起到了积极的作用。装配式建筑遵循可持续发展的原则，有利于提高生产效率，节约能源，且有利于提高和保证建筑工程质量。与现浇施工相比，装配式建筑有利于绿色施工，更能符合绿色施工的节地、节能、节材、节水和环境保护等要求，降低对环境的负面影响，包括降低噪声、防止扬尘、减少环境污染、清洁运输、减少场地干扰、节约水、电、材料等资源和能源。而且，装配式结构可以连续地按顺序完成工程的多个或全部工序，从而减少进场的工程机械种类和数量，消除工序衔接的停闲时间，实现立体交叉作业，减少施工人员，从而提高工效、降低物料消耗、减少环境污染，为绿色施工提供了保障。3D打印建筑是利用工业机器人逐层重复铺设材料层构建自由形式的建筑的新兴技术。《国家增材制造产业发展推动计划（2015—2016）》从国家战略高度提出 3D打印的发展方向和目标。在建筑领域，3D打印不仅用于建筑模型的制造，还成功应用于实体建筑建造，提高了施工效率，节约了资源。
可持续性发展是人类与自然相协调的必然选择，循环经济的内涵、原则与可持续发展是一致的。根据社会发展和国家的经济建设需要，土木工程材料产业将不断提升自身的科学技术发展水平。科学技术的发展又会进一步推进循环经济的深入，使土木工程材料工业在未来新的形势下不断提升自己，逐渐向高级生态系统发展，获得更广阔的生存和可持续发展空间。因此，绿色土木工程材料的概念应运而生。所谓绿色土木工程材料，是指统筹考虑土木工程材料在全寿命周期内不仅具有满意的使用性能，所用的资源和能源的消耗量最少，而且其生产和使用过程对生态环境的影响最小，再生循环利用率最高，即绿色土木工程材料是环境负荷最小的一类土木工程材料。绿色土木工程材料需要满足四个目标，即基本目标、环保目标、健康目标和安全目标。基本目标包括功能、质量、寿命和经济性；环保目标要求从环境角度考核土木工程材料生产、运输、废弃等各环节对环境的影响；健康目标考虑到土木工程材料作为一类特殊材料与人类生活密切相关，使用过程中必须对人类健康无毒无害；安全目标包括耐燃性和燃烧释放气体的安全性。
土木工程材料的基本物理性质包括材料的密度、表观密度和堆积密度；材料的孔隙率与密实度；材料的空隙率与填充率等。
对于同种材料来说：密度＞表观密度＞堆积密度。
土木工程材料的基本力学性质指标主要有材料的强度和比强度、弹性与塑性、脆性与韧性、硬度和耐磨性等。
土木工程材料与水有关的性质主要有材料的亲水性与憎水性、材料的含水状态、材料的吸水性与吸湿性、材料的耐水性、材料的抗渗性以及材料的抗冻性等。
土木工程材料的热性质参数主要包括导热性、热阻、热容量和比热容、热变形性以及耐燃性等。
土木工程结构物的工程特性与土木工程材料的基本性质直接相关，且用于构筑物的材料在长期使用过程中，需具有良好的耐久性。在构筑物的设计及材料的选用中，必须根据材料所处的结构部位和使用环境等因素，并根据各种材料的耐久性特点合理地选用，以利于节约材料、减少维修费用、延长构筑物的使用寿命。
土木工程材料在全寿命周期内都必须考虑其与生态环境的关系，确保生态环境的和谐性。
1.何谓材料的密度、表观密度、堆积密度？如何测定？材料含水后对三者有什么影响？
2.材料的孔隙率和孔隙特征对材料的哪些性能有影响？有何影响？
3.有一块烧结普通砖，在吸水饱和状态下质量为 2 900 g，其绝干质量为 2 550 g。砖的尺寸为 240 mm× 115 mm × 53 mm，经干燥并磨成细粉后取 50 g，用排水法测得绝对密实体积为18.62 cm 3 。试计算该砖的吸水率、密度、孔隙率。
4.何谓材料的强度？影响材料强度的因素有哪些？
5.何谓材料的弹性和塑性？
6.韧性材料和脆性材料各自有何特点？
7.材料的硬度有哪些测试方法？何谓材料的耐磨性？
8.影响材料导热系数的因素有哪些？
9.材料的耐水性、抗渗性、抗冻性的含义是什么？各用什么指标来表示？
10.材料的耐久性都包括哪些内容？
11.绿色土木工程材料需要满足哪 4 个目标？