土木工程材料研究方向

土木工程是一個大的行業，所帶動的產業非常多。

土木工程材料偏向於指建造毛胚房（不包括裝修）所涉及到的材料，最常聽說的就是鋼筋、混凝土。土木工程材料經歷了很長遠的演變過程，最開始用到的材料由於技術等方面的問題，僅侷限於天然的土，不規則石材，天然木材等等，隨著技術和社會的進步，越來越多的社會需求出現，也督促著材料慢慢發生著進化，比如各種複合材料出現，最常見得就是混凝土，以及各種新增劑。當然這個過程是相互的，新材料的出現也為新的結構形式，新的建造服務提供了可能性，比如水下玻璃建築。

當然除了這些還包括很多其他的工程材料。比如碳纖維，玻璃纖維，記憶合金、壓電陶瓷等也隨著社會和經濟的發展不斷參與土木工程建設，不過多充當調節監測的角色。部分材料也充當結構的承力部分，如碳纖維。像壓電陶瓷，磁流變凝膠等就僅擔任檢測角色，但靈敏度較其他材料更高。最終這些材料的使用與否也取決於建造專案自身的情況，如功能需求，重要程度，經濟效益等等。整個土木工程材料沿著複合化，綠色化，智慧化，高效能多功能集於一體化發展。

目前土木工程材料研究主要有以下幾個方面。

第一個方面就是傳統混凝土的進一步研究，比如如何配製更高強度的混凝土，改變工作效能，提高耐久性。研究比較完善，主要包括配比研究，生產工藝研究，膠凝材料成分研究，新增劑研究，複合材料研究。傳統混凝土的研究更加偏向於在原有的研究成果上，結合新的功能需求進行研究，類似於在一個成熟的框架上做二次開發。比如研發輕質混凝土，高效能能混凝土，低強度混凝土，自密實混凝土，還有最近比較熱門的清水混凝土。這就涉及到材料的多功能集於一體化的發展趨勢，清水混凝土除了擔任承力結構外，還承擔部分裝飾功能，甚至現在已經出現專門用混凝土做的工藝品。如石材，木材，本身就兼具著結構和裝飾兩種功能。

此外研究還集中與施工技術的研究，集於對混凝土效能的研究基礎上設計合理的施工方法。以及後期的質量控制，養護，維護等。依此還衍生出檢測技術的研究。

第二個方面就是傳統混凝土的代替問題，類似於在原有框架上衍生出新的框架，其中包括膠凝材料，粗骨料，細骨料替換。包括礦渣，火山灰，赤泥，尾礦等作為代替材料的研究，研究內容包括替換材料的活性激發問題，替換後配比問題，替換後材料的強度，耐久性，工作效能等研究。這個關鍵在於如何穩定高效，經濟地利用這些材料，強度問題由材料本身就決定了。傳統混凝土已經使用了上百年，人們對其長時間段的變化十分了解，與其他材料的配合，各個產業鏈也非常成熟，所以出於安全，也出於經濟問題人們一般不輕易在重要的結構創新使用一個全新的材料體系。

因此替換材料的研究，主要就集中在如何讓其變得更經濟，更可靠，就如一個新的作業系統一樣，如何讓其形成生態，這需要時間。但現在一些不太重要的結構，如一些礦坑回填，臨時道路等結構在開始使用。如果經濟上不划算，國家應如補貼新能源一樣進行一些財政補貼，以幫助打通整個產業鏈。這裡還有一個重要的研究方向就是舊建築材料的回收問題，跟替換材料差不多，不過相對尾礦等生產過程能夠產生其他附加值的材料，要著重研究其回收生產工藝問題，經濟高效，而且避免產生二次汙染。

第三個方面就是智慧材料問題，如前面提到過的壓電陶瓷，記憶合金等，收集大量可靠資料，透過相關實驗研究這些變化的資料與結構相應的關係，建立數學模型，透過計算機進行運算，實現對結構的時時監測，即使做出防護，避免財產損失，隨著經濟的發展和人們對結構的安全需求、構功能的多樣性以及複雜性的增加，以及智慧城市等概念和技術的出現，這方面需求會慢慢提高。但是我們所居住的房屋是一個材料比較粗糙的大型結構，監測的準確性、可靠性和有效性是個研究的重點。這其實有點偏電氣化的方面，但是當前的研究方向有將監測材料與結構體系相融合的趨勢。目前也還沒有能大規模的經濟可靠的利用材料。而且這將成為未來一個完整體系的一個小體系，且根據監測體系實現主動或者被動控制的功能。這個過程可能需要研發新的適用於建築的新材料，相互配合。監測內容包括耐久性，溫度應變，震動監測等

第四個方面，隨著材料的多樣化，功能的多樣化，經濟效應的多樣化，根據不同的地區，不同的資源配置，不同的功能需求，選用不同的材料，在未來行業細分更加細緻後，可能會出現研究材料選用的新方向，甚至材料的演變與結構形式，建築服務內容的改變息息相關，土木工程材料與建築設計的相互影響及配合關係也將具體化，演化出新的研究方向。比如現在倡導的生態建築，綠色建築，從結構形式到功能分割槽，都有可能跟建築材料本身相協調，這是人類建築文明的一種覺醒。生態和諧，環境保護，節能減排光依靠建築本省的設計思維來完成，是由一定侷限性的。

第五個方面，關於土木工程材料的研究，目前多用試驗法，但是實驗週期長，消耗人力物力較大，如何更加深入研究材料的微觀結構，創新更加可靠高效的實驗方法，比如進行計算機的合理單元體模型建立，設定符合實際的邊界條件，高模擬模擬材料效能，模擬實驗，再配合實際實驗進行研究，提高實驗效率，也有待研究。

第六個方面，材料的研究如何緊跟社會發展以及建築行業的變革。如裝配式建築的興起，對建築材料的效能要求的影響。要求結構的高精度，對材料徐變提出了更高的要求。以及未來的綠色建築，對材料本身的效能也有了更高的要求，比如保溫，保溼，吸聲，耗能，如何在大幅度增加成本的情況下實現這些功能，也是個新的研究方向。

第七個方面，即從大的角度看待人類與地質資源環境等辯證關係，控制宏觀上的材料研究佈局，從時間的廣度上、經濟的合理性、社會發展影響等綜合考慮來確定研究方向的優先順序，實現效率和收益的最大化。