1.1国内外研究现状
国外对碳纤维复合材料的研究起步比较早。结合研究需要成立了相应的碳纤维复合材料研究协会，制订了相应的测量标准、实施规范、检测标准、施工规程等，制订了研究发展方向，加大经碳纤维复合材料再实际中的应用研究，经过多年的研究，目前国外发达国家已经有较为成熟的碳纤维复合材料理论、研究体系和研究成果，并且通过实验性应用获得了第一手资料，通过大量实验已经有了一定的应用实例。目前由于碳纤维复合材料特有的可根据工程需要加工成各种织物材料，满足工程需要，而且织物表现出很高的强度的特点，因此碳纤维复合材料大量应用在房屋建筑工程的加固工程中、桥梁工程等的加固、维修和保养上。从研究现状来看，我国对碳纤维复合材料的研究起步比较晚，缺少系统化、本土化的研究体系，主要理论和研究标准、方法借鉴先进国家的研究成果，缺少实际使用经验的搜集和整理，施工规范上过于依赖国外成熟经验，缺少本土化的实践经验和研究体系，研究方向主要集中碳纤维增强聚合物片材加固和修复钢筋混凝土结构，而且应用也比较成熟。例如采用碳纤维增强聚合物片材对上海财经大学24m跨度的木结构进行加固，采用碳纤维布对天安门城楼上的大型木柱进行加固[1]；等等。单丽萍《碳纤维布在建筑结构加固中的施工措施浅析》（民营科技2012.8）研究指出，碳纤维增强聚合物加固技术是一种新型高效的土木工程加固修复技术，具有质量轻、强度高强、施工简单等优点。并对碳纤维布在加固和维护建筑结构中的施工措施进行分析，之处随着对新材料碳纤维(CFRP)的研究的深入，用CFRP取代钢板作为外贴对建筑物进行加固是一种必然趋势。并现针对碳纤维加固的原理、依据、前提进行了探讨，并对施工工艺进行了简要的论述。张勇《CFRP加固混凝土梁的冻融试验研究》（河北建筑工程学院学报2012.1），碳纤维(CFRP)虽然在加固工程中已得到广泛应用，但其长期的加固性能尚未得到证实。尤其在我国北方较寒冷地区，因此研究冻融循环对碳纤维加固的混凝土构件的影响。试验研究显示碳纤维基本能够满足寒冷地区的加固要求。舒亚《码头改造工程中碳纤维加固技术的运用》（水利建设与管理2014.3）一文中研究指出：伴随着材料研究的深入，混凝土结构的加固技术也日益提高，结合工程实例，阐述在码头改造工程中如何将碳纤维加固技术运用到水工结构物的主要受力构件，为码头水工结构物的加固修复带来新的举措，保障了码头水工建筑物的安全。整体上来说，碳纤维复合材料在土木工程中的使用研究目前基本集中在混凝土结构的修复和加固上，相信随着研究的深入，碳纤维加固技术在土木工程结构的运用日益广泛。
1.2最新研究进展和趋势
日本开发研制成功一种带有铝合金接头碳纤维聚合卷管。研究发现这种聚合卷管具有高效的结构体系，在实际应用中可以获得特殊的建筑效果[1]。也有学者提出利用碳纤维优良的导电性，通过相应手段监测碳纤维复合材料加固部位导电性能的变化情况，实现对对土木建筑物或桥梁等的无创口健康监测和诊断，而目前利用碳纤维优良的导电性，实现对建筑结构的实时监测应用研究不多，郑立霞《局部叠层碳纤维水泥基材料的应变电阻效应研究》（四川大学学报(工程科学版)2011.2）研究指出利用不同将碳纤维所具有的特有的导电特性，将不同碳纤维取代钢筋加入普通混凝土中，普通混凝土便成为具有自诊断功能特性的智能混凝土。利用这些功能特性可望实现土木工程结构和基础设施的健康监测。并通过实验研究局部叠层碳纤维取代钢筋形成的三点弯曲梁在单调和循环拉应力作用下电阻的变化规律，分析了局部叠层碳纤维水泥基材料的应变-电阻效应，在此基础上进行横向对比，实验结果表明，局部叠层碳纤维水泥基材料的应变灵敏系数是连续碳纤维水泥基材料应变灵敏系数的近23倍，但稳定性要差一些；局部叠层碳纤维水泥基材料的电阻和拉伸应变成正比例，因此利用这一特性把可望把局部叠层碳纤维用于土木工程，便于实现在结构和基础设施的健康监测。
2碳纤维复合材料在构件承载力不足的情况下的应用
虽然在土木工程施工过程中在施工阶段，从上到下有严格的施工规范和要求，但是实际过程中却常常存在由于施工管理不严、施工人员能力缺陷、致使施工质量不能达到要求，特别是混凝土构件承载力不足导致在建工程或建成工程使用时在安全隐患，存在一定的潜在质量风险，可能导致伤害事故的发生，在这种情况下，如何在不拆除现有混凝土结构的条件下对混凝土构件进行范围内的加固和修复是要解决的问题，使用碳纤维复合材料为主要原料的纤维增强聚合布进行加固，可以在不毁坏现有结构的基础上，使混凝土结构得到理想的增补效果。加上纤维增强聚合布施工过程中无需任何重型机械，施工空间不受限制的优点，因此在维护和加固现有建筑中得到大量应用。
2.1碳纤维复合材料在民用建筑加固方面的应用
由于碳纤维增强聚合布的材料性能的特点，碳纤维增强聚合布大量应用在民用建筑中，如梁、板、柱、顶、梁腹裂缝发展过大的构件加固中。碳纤维增强聚合布加固可有效控制裂缝的发展。在使用碳纤维复合材料对不同部位进行加固时，操作手段、方法有一定差异。目前通常使用碳纤维布对钢筋混凝土裂缝等进行加固时首先选取合适粘合剂，以免造成粘合不紧密，加固效果差，在此基础上注意粘贴在混凝土裂缝处。在对钢筋混凝土抗弯构件进行加固时，通常采用特殊粘合剂将碳纤维布粘贴于混凝土构件强力受拉区，通过碳纤维布增加受拉区域强度，实现碳纤维布分担工程结构中混凝土钢筋的承受拉力，提高混凝土构件的抗弯承载力和受拉承载力。碳纤维复合材料加固损伤的受弯构件时，结果表明，通过碳纤维布的加固，检验结果显示，加固部位刚度恢复非常显著，加固部位强度和加固量、损伤程度具有一定关系，通过加固，两者都有不同程度的改善提高。在工程中使用碳纤维复合材料进行抗剪力加固时，一般要求将碳纤维复合材料粘贴于加固构件的受剪力区，力求形成整体的拉力，促使碳纤维复合材料的作用类似于箍筋，从而形成一定的加固力量，有效控制混凝土结构裂缝的进一步发展。目前研究结果表明，理论上推算碳纤维复合材料的随着外界条件变化应变发展比较缓慢，在实践中用于加固混凝土构件时，碳纤维复合材料达到的最大应变值比较小。在加固混凝土构件屈服后，碳纤维复合材料逐渐取代混凝土构件箍筋的作用逐，从而有效提高构件抗剪承载力，碳纤维复合材料对工程质量提高程度与加固方式、加固量、带间距及粘贴层数密切相关。因此实践中使用碳纤维复合材料对一定的混凝土结构进行维修和加固时，要区别对待，不同位置、强度的部件进行加强所需粘贴量不同，过多过少都不利于加固效果的最优化，如粘贴过量碳纤维增强聚合布，可能会导致不能充分的发挥碳纤维增强聚合布的优势。由于碳纤维增强聚合布的可设计性的优势它与所加固构建之间粘贴比较紧密，可以在不改变现有建筑外观形状的基础上进行整体加固，因此在一些对整体构件加固质量要求比较高，碳纤维聚合布在得到大量应用，如对历史建筑的抢救、保护和维护和原有建筑，同时构件的整体抗震性能得到提高。
2.2桥梁建设加固方面碳纤维复合材料的应用
由于碳纤维复合材料的使用特点，碳纤维增强聚合布可以应用在桥梁加固方面。如磨损、裂缝、局部塌陷的桥面，可以在保持现有混凝土构件的情况下，通过适当修补后加贴碳纤维增强聚合布，从而提高桥面坚固程度和增加使用寿命，如一般采用将碳纤维增强聚合布粘贴于桥面板下面，在提高桥面整体平整的基础上可以增强桥面板的抗弯及抗剪能力，延长桥梁使用寿命，目前碳纤维复合材料在桥梁建设方面的用途主要有两类，现有桥梁的加固方面和新桥梁的建设使用。在桥梁加固方面碳纤维复合材料主要用于混凝土桥梁的基本构件、节点、裂缝受弯构件、抗弯构件等的加固，加固的目的主要是提高桥梁的面板、构件的抗弯、受弯、抗剪、轴向抗压承载力等，桥梁建设加固方面碳纤维复合材料的应用在国外应用广泛，我国在这方面的工程实践是在引进吸收国外先进经验的基础上，结合我国桥梁工程和新材料发展状况，2003年7月对1971年建成的“宝成桥”进行了加固维修。提高了大桥承载强度，同时对大桥基本构件提供了抗裂防腐的保护作用[2-5]。但是碳纤维增强聚合布加固混凝土桥柱、桥梁时，应注意原有混凝土构件横向膨胀性能促使外包碳纤维增强聚合布的局部环向刚度增大，导致混凝土原有构件的脆性破坏，因此在应用碳纤维增强聚合布维修桥梁加固混凝土柱时要注意完全粘贴整个构件。
3结论和建议
土木工程专业包括了建筑工程、隧道与地下工程、水利水电工程，以及道路桥梁工程等多个专业方向。文章分析了不同土木工程专业的材料共性问题和个性要求，提出针对不同专业的实际应用需求，以提升学生专业素质为目的，进行土木工程材料课程建设。
关键词:
专业需求;共性问题;个性要求;课程建设
土木工程材料课程是土木工程专业的一门专业基础课，课程教学目的是使未来的建设工程师了解和掌握工程中常用材料的基本性能与应用方法，为今后工程实践或科研工作提供必要的基本知识和技能［1－2］。作为一门专业基础课，土木工程材料课程在专业课程学习中起到了承上启下的作用，直接关系到后续课程的学习［3］。土木工程材料课程的前身是建筑材料课程。为适应工程建设需要，土木工程专业在专业调整时提出了“大土木工程”概念，主要涵盖了建筑工程、道路工程、桥梁工程、市政工程、隧道及地下工程、港口工程和水利水电工程等多个专业［1］。这些细化后不同专业的建设材料基础都发源于建筑工程材料，工程技术人员的材料知识基础也是建筑材料。专业调整后不同专业学生所学的课程名称变更为土木工程材料，但其教材编排与教学大纲未作针对性调整，课程内容与原来的建筑材料相比并未有太大变化，更多的只是原有建筑材料课程内容的简单翻版，主要强调了材料的生产工艺与性能，忽略了不同专业的材料应用需求，并不完全适合不同专业方向的学生培养。鉴于以上原因，文章分析了不同土木工程材料方向的共性问题与个性要求，提出了以提升学生专业素质为目的，面向不同专业需求进行土木工程材料课程建设的几点建议。
一、土木工程专业材料共性问题
随着工程实践的需要和科学技术的发展，土木工程学科已发展成为内涵广泛、门类众多、结构复杂的综合体系。其专业分支包括建筑与市政工程、道路与桥梁工程、隧道及地下工程、水利工程等。其中有些分支，如水利工程，由于自身工程对象的增多以及专有技术的发展，已从土木工程中分化出来，成为独立的学科体系，但是它们在很大程度上仍具有土木工程的学科共性。
(一)材料组成、性能与应用的关系
对于土木工程技术人员而言，正确选择与使用材料，要求理解和掌握材料的性能。材料的性能又决定于材料的组成与结构，材料的不同应用环境又决定了材料需要具备不同的组成与结构，材料组成结构、性能、应用三者的关系。材料的组成与结构内容包括以下方面:(1)所用材料是有机材料还是金属材料，抑或是无机非金属材料;(2)材料是晶体材料还是非晶体材料，以及材料的孔隙结构大小与类型等。这些组成与结构决定了材料强度大小、属于脆性材料还是韧性材料，其弹性模量如何，以及环境温度、湿度、化学侵蚀等对材料的结构与性能有无影响等;(3)每一类土木工程都有自己特殊的环境因素，铁路与公路路基要考虑地下水与土壤中的温度变化与侵蚀性物质影响，隧道与地下结构的挖掘必须考虑岩石的稳定性与地下水的防排水，房屋建筑必须考虑居住与使用的舒适性和适用性;(4)相同种类的工程，还必须考虑四季交替，是靠近海洋还是盐碱或沙漠等环境影响，任何工程都必须考虑材料的组成、结构与性能是否适应环境要求。
(二)材料强度的要求
不同土木工程对材料的共同要求还体现在，所有工程中用到的材料都必须具备基本的强度要求。桥梁的桥墩、桥身，建筑工程中的梁、柱等结构构件要求其材料具有足够的抗压强度或抗折强度等，以承受结构荷载。房屋建筑中的墙体材料、桥梁上的栏杆等也需要足够高的强度，以承受自重或荷载。建筑装饰的涂料与基层之间、建筑保温系统中的各个构造之间、道路工程中的沥青路面与混凝土基层之间，都需要足够的粘结强度以保证材料间的相互协同作用。因此，具备适宜的强度是土木工程对材料的最基本要求，也是其共性问题。
(三)结构耐久性的要求
土木工程材料对耐久性的定义是，在长期使用过程中，材料抵抗周围各种介质的侵蚀而不被破坏的能力。土木工程材料在使用过程中，除内在原因使其组成结构及性能发生变化以外，更多的是受到使用环境中各种因素的侵蚀作用，侵蚀作用包括物理、机械、化学和生物作用等，如金属材料因化学和电化学作用引起锈蚀，无机非金属材料因受到化学腐蚀、溶解、冻融、机械摩擦等因素的作用而引起开裂和剥落，有机材料因生物作用、化学腐蚀、光热作用等引起老化。不同材料受到环境作用的因素虽然各自不同，但都属于材料耐久性问题。因此，确保足够的耐久性，满足工程设计使用寿命，是所有土木工程对材料的基本要求，也是共性问题之一。
(四)工程防水的要求
结构的防水防潮一直是土木工程领域需要克服的重要技术难题之一。建筑工程出现渗水，会造成居住不便与环境质量的下降。隧道与地下工程渗水，易诱发安全隐患，导致隧道与地下结构使用不便。结构内出现渗水返潮等问题，会对安装于其中的大型设备产生腐蚀，即使钢筋混凝土材料本身，也容易因水分渗透进入导致内部钢筋锈蚀，或被其他化学介质侵蚀破坏。因此，工程的防水抗渗问题也是所有土木工程面临的材料共性问题之一。
(五)不同土木工程的通用材料
虽然工程类型不同，使用环境不同，设计要求不同，但不同土木工程中所用的材料仍具有普遍的通用性。水泥混凝土、钢材是所有工程必不可少的结构承重材料，防水材料是所有类型工程都要选择使用的产品。按照化学成分来说，有机高分子材料中的塑料、橡胶和胶粘剂等，无机材料中的石材、水泥、石灰等，在各个土木工程领域都可能被用到。
二、不同土木工程专业对材料的个性要求
由于土木工程专业方向不同，其使用目的、结构特点、性能要求等不同，对工程材料要求也有所不同，反映的是不同土木工程对材料的个性要求。文章总结了以下四种土木工程类型。
(一)建筑工程
建筑工程与人的关系最为密切，是人类生活、学习与工作最重要的空间结构，是人类社会生存与发展的最基本需求。工程所用材料的质量决定了建筑工程的质量，也决定了人的生活质量。一个民族、一个地区或一个国家的文化与艺术水平也可通过建筑的水平与风格得到体现，建筑工程中所用材料要能充分表达建筑设计的形状与颜色，装饰装修对材料性能与环保的要求也最为突出。近年来，随着经济与环境可持续发展的要求，建筑节能要求越来越高，因此，保温绝热材料成为建筑工程中的主要选择。此外，吸声与隔声材料也是建筑工程中的专用材料之一。
(二)水利工程
人类通过修建水利工程，达到控制水流，防止洪涝灾害，并进行水量的调节和分配以满足人们生活和生产对水资源的需要。水利工程需要修建坝、堤、溢洪道、水闸等不同类型的水工建筑物，以实现其目标。水利工程最主要的特点是结构体量大，修建周期长，安全性要求高，使用寿命要求也长，这些都是水利工程在选用材料时必须考虑的。水利工程所用结构材料主要是低热水泥、中热水泥，以及专门的水工混凝土等。
(三)隧道与地下工程
隧道与地下工程，包括交通运输的隧道，军事工程的各种国防坑道，市政、采矿、储存和生产等用途的地下工程，地下发电厂房以及各种水工隧洞等。因为这些工程是在岩体或土层中修建，施工过程中岩体或土层的稳定性对施工进度与施工安全至关重要，因此，注浆、支护、锚固等材料成为隧道与地下工程中的专用材料。
(四)道路工程
道路工程在建设与使用过程中，路基应稳定、密实以对路面结构提供支撑，要考虑其变形、耐水性与稳定性的协调，垫层与基层应具有足够的抗冲刷能力和适当的刚度，刚度过大过小都不行。道路路面材料要考虑耐磨、抗滑与平整，设计要考虑抗弯折荷载与变形，还要考虑汽车行驶的安全性与舒适性。不同的路基、不同结构部位所用材料皆不同。工程用土、沥青混合料、道路混凝土等可看作是道路工程的专用材料。
三、面向不同专业需求的土木工程材料课程建设
基于不同土木工程的材料共性问题和个性要求的实际情况，应面向不同专业需求进行土木工程材料课程建设。
(一)课程内容增加
应根据大土木专业增加新的课程内容，如土工材料、无机结合料、防排水材料、锚喷支护材料等。以使土木工程材料课程更适合整个土木工程专业学生的培养。在增加新的课程内容后，为适应不同专业学生对土木工程材料的学习要求，应及时调整土木工程材料课程内容。笔者的建议是，将土木工程材料教学内容分为三部分。第1部分:土木工程材料的组成与基本性质。这部分内容包括材料的组成与结构、材料的基本物理性质、材料的基本力学性能、材料的耐久性、材料的安全性等。这部分内容体现的是土木工程材料的组成结构、性能与应用相互之间的关系，目的是掌握土木工程的材料理论共性问题。第2部分:土木工程通用材料。包括胶凝材料(气硬性胶凝材料和水泥)、石材与骨料、混凝土、金属材料、有机高分子材料、沥青与防水材料等。这几种材料基本上在所有土木工程中都有应用，针对的也是土木工程的材料共性问题。第3部分:土木工程专用材料。(1)建筑与市政工程专用材料。装饰材料、墙体材料与屋面材料等;(2)道路工程专用材料。道路混凝土、土、无机结合料、沥青混合料等;(3)隧道工程专用材料。注浆材料、锚喷支护材料等;(4)水利水电工程专用材料。低热水泥、水工混凝土等。第3部分内容体现的是不同土木工程对材料的个性要求，这部分内容可满足不同专业方向学生学习和掌握本专业必须掌握的材料及其工程应用。
(二)讲授重点转变
近年来，各个高校土木工程材料课时都有不同程度的压缩。以重庆大学为例，现在土木工程材料总课时为40～48，其中包括14～16课时的实验教学。在课时数如此之少的情况下，为补充新的教学内容，只有对原有个别内容进行删减。笔者的意见是，为保证教学内容与教学课时数相匹配，可减少材料生产与生成方面的内容，加强材料的工程应用案例教学。以水泥这一章节为例，对于以工程应用为主的土木工程专业毕业生而言，他们感兴趣的是水泥的工程性质与应用问题，不会对生产与水化过程感兴趣，因此可将相关内容缩减。同时，在教学内容中应增加工程经典实例，给学生讲解如何从设计、施工、监理等角度学习和掌握各种土木工程材料。在此基础上，对一些“吃不饱”的学生，可以通过“自主学习”［4－5］理解和掌握更多的土木工程材料知识。
四、结语
文章分析了不同土木工程的材料共性问题和个性要求，进而提出了应面向不同专业实际需求，以提升学生专业素质为目的，进行土木工程材料课程建设，针对课程内容与讲授重点提出了具体建议。我国是土木工程建设大国，现有500多所高校设有土木工程专业［6］，作为土木类专业的学科基础课，土木工程材料课程的教学效果对后续课程的学习和今后工作都会产生很大影响。然而，忽视不同专业的工程特性，不能针对不同工程专业进行土木工程材料课程教学是国内土木工程材料教学普遍存在的问题，希望通过此文引起国内各位同行的响应，共同探讨解决之道。
作者：王冲 吴建华 刘芳 单位：重庆大学材料科学与工程学院
参考文献:
［1］王冲，万朝均，刘芳，等．侧重于工程应用的土木工程材料课程建设构想［J］．高等建筑教育，2010，19(2):72－74．
［2］王冲．土木工程材料课程信息化教学的思考与实践［J］．高等建筑教育，2013，22(6):134－136．
［3］吴东云，张建新．新形势下土木工程材料课程教学改革与建设探究［J］．高等建筑教育，2012，21(6):70－72．
［4］董明晶．运用现代信息技术培养学生自主学习能力［J］．中国科技信息，2005(16):292．
关键词：土木工程材料；教学体系；构建
室土木工程材料课程是土建类相关专业的一门重要的技术基础课，课程实用性强，与专业紧密相关。长期以来，由于课程理论部分涉及的各类材料间缺乏必要的横向联系，知识点之间的连贯性较差，学生普遍感到枯燥乏味并因此对课程失去兴趣，教学效果受到严重影响[1]。由于这门课实践性极强，因此，合理安排课内实践环节可在某种程度上弥补课堂教学的不足，提高教学效果。由于以往该课程的实验多是验证性的，且学时少，无课程实习，所以教学效果较差[2]。为此，对于该课程的教学应以拓宽学生知识面，增强其适应能力，提高其综合素质，培养学生创新精神为目标。并以此目标构建土木工程材料课程教学体系。
1.改善理论教学体系
1.1 土木工程材料课程的地位与作用
土木工程材料是以高等数学、建筑力学、化学等课程为基础的专业基础课程，同时又与建筑学、建筑结构、建筑施工、建筑工程经济等课程有着密切的联系，所以在整个教学过程中，土木工程材料的教学肩负着使学生具备常用建筑工程材料的基本知识，为在建筑工程实践中具有合理选择与使用建筑工程材料的能力，并为后续课程打下基础的使命[3]。结合我院以培养应用型人才为主要目标的办学方针，要求学生掌握适度专业基础理论知识的同时，具备一定的工程实践能力，为适应未来就业环境和自主创业打下坚实基础。所以，土木工程材料这门课程应兼顾理论知识与实验验证，在教学内容、教学方法和教学手段上改革创新，在此基础上，充分调动学生学习的主观能动性，鼓励学生自主设计实验内容，创新实验方法。
1.2 精心设计课程教学内容，构建理论教学体系
土木工程材料课程内容庞杂，毗邻知识多。如何根据课程特点，组织好教学内容，使主线分明，简洁明了，激发学生对该课程的兴趣，是精选教学内容首先考虑的问题。虽然每一种土木工程材料的性能各异，但相互之间都存在着一定的联系，因此，每堂课所教的内容不是孤立的，前后教学都会有一定的关联，授课时必须考虑内容的过渡与衔接，应与本专业开设的相关课程有机地结合，使教学内容突出重点，点面结合。
1.2.1 突出重点、删繁就简
根据专业性质，确定课程内容和要求，分清主次，哪些是必须讲深讲透的，哪些是适合学生自学的，哪些内容应该删减，哪些内容必须更新；各章讲授时必须抓住“重点”，突破“难点”，系统讲授“基本理论”。精选内容的原则是既要保证学生学到最必需的知识，打好扎实的基础，又要有一定的时间与精力去独立思考、发现问题和解决问题，以利于培养学生的创造能力。同时课程教学内容还要有一定的广度，避免过窄，使教学的对象具有一定的建材知识面。应该突出两个重点，即材料的基本性质与结构材料。材料的基本性质是研究材料具有的共性的问题，通过研究如何充分利用材料的各种性质来满足建筑物各部位的要求，对这部分内容应较详尽讲授材料的微观结构、物理性质与力学性质，不仅要清楚基本概念，还要把这些概念与工程实际紧密结合，为学生分析解决实际问题打下理论基础。结构材料能否正确使用，直接影响建筑物的安全，应围绕当前土木工程中应用最普遍的钢筋混凝土结构、钢结构等方面考虑，把水泥、混凝土及钢材三章列为重点。同时，将土木工程中使用较少的材料、叙述性的部分以及先后课程重叠覆盖部分的内容删减，或安排自学。如木材、装饰材料等。
1.2.2 加强理论
土木工程材料是建立在相关专业学科基础上的综合性学科，就整个土木工程材料课程而言，物理、化学、数学、力学等都是它的基本理论，各类材料又有各自的基本理论。在教学中，可以以材料科学的观点去充实课程的基础理论知识，在重点章节中，应尽可能以基本理论为纲领，覆盖全章内容，深入浅出地阐明问题，为学生认识和掌握材料性质及应用的途径和方法提供必要的基础理论知识。同时，不断提高教师自身的业务素质，完善知识结构，丰富文化底蕴，加快知识更新，储备丰富的有关材料研究和应用的实例，是精选教学内容、提高学生学习兴趣、改善教学效果的必要条件。
1.2.3 追踪前沿
为了使学生更好地掌握基本理论知识，了解学科前沿发展方向，必须深化课程内容设置，精心组织教学内容。在教学中，对当前大量使用的传统材料，要介绍其成熟的理论和实践应用经验；对不断涌现的新材料、新技术和新的研究成果要有选择地及时向学生介绍。首先在课程内容设置上要求新，就是将最新的材料方面的科技信息安排在教学内容中，如近年来高性能混凝土发展迅速，在讲述混凝土这一章时，就应增加高性能混凝土的制备、使用性能及国内外应用高性能混凝土的现状等内容；再如节能建筑使用的保温隔热材料；高等级公路使用的新型路面材料等，以使学生对国内外的材料发展动态有个基本的了解，以保证教学始终追踪学科发展前沿。其次要及时地将教学研究和科研成果引入教学中，让学生了解老师的科研情况及成果，以激发学习兴趣，提高教学效果。第三是注重前后内容的衔接，就是处理好课程内容中基础知识与前沿知识的内在关系；处理好经典理论知识与现论的关系；处理好课程内容的详略安排。在授课时将相关知识理成一条主线：即各种土木工程材料的制备—各种土木工程材料的组成—各种土木工程材料的建筑性能—各种土木工程材料在建筑工程中的实际应用，贯穿始终。采用这条主线编排教学内容，使之章节分明，详略得当，具有系统性。要求学生了解前沿知识，并及时查阅相关资料，掌握其特点，与基础知识联系起来，理解其理论上的发展和应用上的创新，同时要求学生用掌握的专业知识来分析解决相关问题[4]。
关键词：绿色建筑材料；土木工程；施工；应用
目前，在土木工程行业快速发展的同时也出现了很多的问题，例如雾霾、温室效应等问题。用于土木工程中的建筑材料大多数是传统的建筑材料，这些材料的过度开采势必会出现很多浪费资源的情况。随着科学技术的不断提升以及人们对环境问题的重视，越来越多的人将注意力放在了绿色建筑材料上。绿色建筑材料不仅可以保护人们的身体健康，降低建筑材料对环境造成的污染，还可以节约土木工程项目施工成本。所以，本文主要探究绿色建筑材料在土木工程施工中的应用，重点分析绿色建筑材料在土木工程中的设计、外部建造及内部装修等。
1绿色建筑材料的特征及重要性
1.1绿色建筑材料的特征
从对绿色建筑材料的界定角度来说，绿色材料大致分为五个方面：①绿色材料对资源、能源消耗比较少，所以形成的环境污染程度比较小，一般情况下，绿色材料的制作工艺具有很高的要求，需要强大的技术支持；②绿色建筑材料可以减少土木工程在生产和使用过程中的能量消耗。目前，在大多数的绿色建筑材料中大都具备高强度、防水、自重轻等优点，在类似的施工过程中，例如搬运绿色建筑材料途中产生的费用比传统的建筑材料更低；③绿色建筑材料的材料性能与传统的建筑材料相比，绿色建筑材料的材料档次更高、性能更优异，比如目前使用率较高的轻质高强混凝土材料等；④绿色建筑材料可以起到改善人们生活环境的作用；⑤绿色建筑材料在制作的过程中，一般会将工业废弃物进行利用，可以避免造成二次污染。因此，使用绿色建筑材料可以为人们的生活和生产提供一定的便利，国家应该大力支持，土木工程的相关行业也应该尽量使用绿色建筑材料，对土木工程行业的可持续发展有着重要意义。
1.2绿色建筑材料在土木工程施工中的重要性
在人们生产生活中，绿色建筑材料能够起到关键作用。绿色建筑材料在土木工程施工中的重要性主要包括消费者可以满足对绿色建筑材料的需求；促进资源的可持续发展以及我国经济结构的转变。土木工程中，绿色材料的使用充分满足了消费者的需求。当前我国经济在迅速发展的同时对环境也造成了一定污染，环境污染问题引起了人们的关注，加上环保理念的不断普及，人们的环保意识逐渐得到提高。怎样才能更好地利用资源，增强资源的利用率，让人们的生活环境更加美好成为了大多数人思考的问题。在这样的背景下，首先消费者逐渐将注意力放在了各行各业所需材料的安全性能、环保性能上。绿色建筑材料的出现，满足了消费者的需求，与此同时，还让生态环境污染受到了控制。其次，绿色建筑材料可以促进社会及建筑工程行业内部的可持续发展，因为绿色建筑材料主要是通过运用高科技将废弃资源或者矿石残渣进行特殊处理得到的，所以建筑材料在一定程度上可以起到节约资源的作用，促进了社会的可持续发展。此外，从土木工程行业的角度来说，绿色材料可以增加本行业材料的选择范围，让消费者的选择更加多样化，充分满足行业内的需求，促进该行业的可持续发展。最后，建筑行业在中国经济发展中处于重要地位，在土木工程施工的过程中应该增加对绿色建筑材料的使用，以促进中国经济结构的调整。
2绿色建筑材料在土木工程施工中的应用
2.1绿色建筑材料在顶端设计中的应用
绿色建筑材料涉及土木工程施工过程中的每个环节。在顶端设计中，绿色建筑材料因其自身的优点被广泛应用，如绿色建筑材料的力学性能比传统建筑材料更好。绿色建筑材料虽然具备很多的优势，但是也要科学合理使用。在选择绿色建筑材料的过程中要确定材料的各项指标，深入了解土木工程所需要的建筑材料的要求，然后利用先进的科学技术对绿色建筑材料进行严格筛选，以保证绿色建筑材料的优势能够被充分利用和发挥。例如在设计高层建筑顶部的时候，需要从建筑学以及对该城市规划的角度出发，从建筑学的角度来看，对顶端设计线条的流动性、趣味性等，都有很高的要求，设计师将建筑整体设计成M形或者其他形状，但是没有充分考虑建筑的承重问题，使得优秀的设计不能得到实施，而绿色建筑材料就能够充分满足相关的设计要求，并且可以将优秀的设计应用到现实当中。从城市规划的角度来看，建筑的顶端位于高空位置，通过进行一定的调整就会有可能成为一个地区的标志性建筑，以往传统的建筑材料没有绿色建筑材料那样具有象征意义，所以在顶端设计中需要增加对绿色建筑材料的使用。绿色建筑材料在土木工程施工的过程中应该与施工技术进行有效结合。目前，我国的土木工程项目数量比较庞大，工程施工人员和设计人员需要具备多项技能，把科技创新和施工技术进行紧密结合，让绿色建筑材料的施工技术相互结合，将绿色建筑材料的使用价值与美学价值发挥到极致，这些对中国的土木工程发展起到至关重要的作用。
2.2绿色建筑材料在建筑外部施工中的应用
土木工程的施工时间较长，一般先从外部施工，再到内部装修。随着人们日益增加的环保理念，越来越多的土木工程项目选择使用绿色建筑材料进行施工。绿色建筑材料应用于建筑外部的主要目的是用来进行保温和隔热，此外还可以减少施工成本，同时还可以满足美学效应。首先，从保温和隔热的角度来说，绿色建筑材料在一般情况下具有保温隔热的作用，绿色建筑材料的使用可以为人们日常的生活提供便利。特别是在中国南方地区，气候条件比较特殊，年平均气温较高，在夏季，绿色建筑材料可以在一定程度上起到隔热的作用。在中国北方地区的春秋季节，绿色建筑材料可以起到降低室内温度的作用，从而减少人们使用空调的次数，这样不仅可以保护生态环境，还可以实现生态环境的可持续发展。其次，绿色建筑材料具备屏蔽辐射的作用，与此同时在一定程度上可以有效应对地震、泥石流等自然灾害，起到保护人们生命安全的作用。因为绿色建筑材料具备较高的稳定性以及坚固性，所以在施工的过程中，使用绿色建筑材料可以提高建筑的安全性能。最后，绿色建筑材料的成本虽然比较高，但是也具有很高的科技含量，大多数绿色建筑材料利用的是废弃物，不仅不会出现二次污染，还可以实现废弃物的二次利用。因此，在建筑的外部建设中大量使用绿色建筑材料，无论是对社会还是个人都有很多好处。
2.3绿色建筑材料在土木工程施工内部装修中的应用
随着社会经济的迅速发展，人们对建筑内部装修的要求越来越高，不再只局限于满足居住需求，人们对建筑的美观性以及舒适度也有了一定的要求。由于传统的建筑材料在环保方面的性能较低，有的甚至没有环保性，在使用一段时间后还会产生一些有害气体，对人们的健康产生一定的危害。另外，传统的建筑材料局限于质量等问题，没有办法在内部装饰中起到应有的作用。但是这些问题绿色建筑材料都可以解决。首先，从舒适的角度来看，绿色建筑材料不仅具备隔热隔湿等功能，还可以减少外界噪声对人们的伤害，进而得到更加舒适的环境体验。其次，从美观的角度来说，绿色建筑材料可以被应用到室内装修，如橱柜、地板以及壁纸等，使用绿色建筑材料不仅可以节省人力、物力，还可以让室内的空间加大，如在建设阁楼时使用绿色建筑材料，使建筑质量更好，重量更轻，不会超出底层承重范围。此外，使用绿色建筑材料还可以设计出很多传统建筑材料不能完成的设计，同时还能够达到完美的设计效果，使人们居住环境更加舒适。中庭空间中使用绿色建筑材料（如图1所示），其不但可以增加建筑的美观性，还可以让室内的空间加大，并且它的保温隔热功能能够节约能源。总之，在土木工程内部装修中使用绿色建筑材料可以让施工的效果更加明显，对土木工程的发展具有积极意义。
3结语
从绿色建筑材料在顶端设计、建筑外部施工、土木工程施工内部装修中的应用等方面进行了深入分析和探讨。绿色建筑材料具有很好的功能性和安全性，在建筑领域被广泛应用。绿色建筑材料对传统的建筑材料具有强烈的冲击，并起到革新作用，绿色建筑材料不仅表现在建筑领域，其自身的环保和节能特征对于社会的可持续发展也具有重要的促进作用。提高了建筑的安全性和稳定性，减少了环境污染和资源浪费，进而促进了建筑行业的可持续发展，对国家建设和社会发展起到积极的促进作用。因此，在今后的土木工程施工过程中，需要继续加大对绿色建筑材料的使用与研究。
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（湖南科技大学土木工程学院，湖南 湘潭 411201）
摘要：土木工程材料课程是土木工程相关专业的一门专业基础课，其学习内容繁杂，但学时却安排较少，教师往往习惯于采用单一的讲授法进行灌输式教学，导致教学效果不佳。本文基于实际教学经验并结合相关理论研究，提出了针对该课程的复合式教学法。它将因果联系教学法、比较教学法和结构式教学法三者有机组合、融为一体。该方法有望较大程度地提高实际教学效果。
关键词：土木工程材料；教学方法；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）50-0183-02
一、引言
土木工程材料课程是土木工程相关专业的一门专业基础课，涉及的材料种类繁多，且多为陈述性知识和“三基”（基本概念、基本理论、基本方法），但教学课时却安排较少，因而土木工程材料课程基本采用教师为主体的灌输式教学。事实上，高校教师长期以来都习惯于采用单一的讲授法，而不善于采用多种教学方法并进行适时的变换与调整。传统的讲授法重视知识传授，但师生之间缺乏必要的互动，学生一味地接受老师的灌输，缺少自己主动阅读与独立思考活动，因此对学生能力的培养十分不利。教学方法是服务于实践的方法，它是一种直接工作于实践领域的技术，具有技术性。随着我国高等教育改革的不断深入和发展，大学课堂教学出现了一系列现代化的教学方法，例如启发法、讨论法和案例法等。当前，基于视频和互联网技术的慕课、微课和翻转课堂等新式教学方法在国内高校的应用尚不普遍，这其中有它们自身存在的一些问题。例如，教师需要投入大量的时间和精力去适应这种彻底颠覆的教学模式。这对现有教师，尤其是教龄较长的中年以上教师而言是一个巨大的挑战。越来越多的教育工作者意识到，教师需要结合具体课程特点，采用合理教学模式，制定出具有针对性的教学方法，发挥好教师的主导作用，并体现学生的主体性，达到最优教学的目的。有鉴于此，笔者基于实际教学经验和相关理论研究，提出了土木工程材料课程的复合式教学法，以期对该课程的教学有所助益。
二、复合式教学法的内涵
复合式教学法即指灵活采用多种教学法进行多维度的教学。笔者根据土木工程材料课程的特点，提出了因果联系教学法、比较教学法和结构式教学法三者一体的复合式教学法。首先，通过因果教学法构成学习的纵向主线；其次，运用比较教学法横向联系各知识点，使其由点到线、由线及面，形成知识的结构网；最后，通过结构式教学法来整体看待各种材料在具体工程中的应用，并且在细化到具体材料的学习时再反过来运用到之前的因果联系法和比较教学法。
1.因果联系教学法。学习土木工程材料课程中的每一种材料时均有一个基本主线，即原材料―制作工艺―材料的组成与结构―材料的性质与特征―材料的应用与保养维护。通过这条主线上的因果联系，将某种材料的知识点整体化，明确思路，有利于学生对各种主要土木工程材料的联想与记忆，并可以通过课堂案例分析使学生对材料有条理可循，增加对课程的兴趣。教师在课堂上进行教学时，应该时刻记住让学生依据这条基本主线对每一种材料进行学习，对主线上每一个环节对后一个环节的影响以及内在机理等进行深入思考。通过反复锻炼，让学生达到每看到一种材料都去思考它的原料、制作工艺、材料组成和性质的效果。例如，石灰具有庥残越耗材料、疏松多孔、内部孔隙率大等基本结构特征，因此容易得出其耐水性差、吸水膨胀等性质。同时，又由于这些特点，石灰可以用于加固含水软土地基等，并且在运输保存时要注意防水防潮。因果联系教学法是进行土木工程材料课程教学的基础方法，每一个知识点学习时都应该考虑其因果联系，深刻理解其内在规律。事实上，因果联系法也是教学过程中最精彩、最吸引学生注意力的方法。因为它会勾起学生原始的好奇心，探索未知的领域。因此，在课堂教学时合理利用该方法将大大提高课堂的生动性。
2.比较教学法。土木工程材料课程内容繁杂，虽然各种材料学习时具有一个基本主线，但它显然还不够全面。同时，单一主线的教学也会使学生陷入思维的定式之中，不利于思维的发散。因此，在因果联系教学法的基础上通过横向联系进一步学习各类材料，既复习了所学过的内容又加深了对当前所学的知识点的理解与记忆，这就构成比较教学法。这种对比可以是多方面的，同种材料的不同组成之间可以对比，不同材料的宏观性质、技术性能之间也可以对比，等等。比较教学法通过对比不同知识点来加深对所学内容的记忆，有助于学生将各种材料零散的知识由点到线、由线及面地串联起来，构建一个知识有机体。学生根据此法举一反三，融会贯通，将知识内化，构成自己的知识体系。例如，当教完水泥强度和砂浆强度的概念，并对混凝土强度概念进行讲授时，可以并且应当对后者与前两者进行横向对比，具体可以从其标准试件规格、养护温度、养护湿度、强度影响因素等共有概念上进行对比，说明三种强度试验的不同之处，思考不同点产生的原因。这样不仅复习了前面的知识点还可以方便新知识的记忆。教师在课堂上反复应用比较教学法，可以培养学生的发散性思维，通过对比，学生可以对之前学过的概念有一个更深入的认识，更重要的是，可以让学生在对比中学会归纳整理知识，最终建立自己的知识体系。
3.结构式教学法。上述因果联系教学法和比较教学法都是从微观的角度讲授材料知识。其实还可以跳出这个圈子，以局外人的视角来看问题。通过日常所见的各种材料在土木工程工程中所处的位置来看待各种材料，这样可以让学生在实际应用层面加深对材料的感性但直观的认识，增强学生对这些材料的熟悉感，这将从心理层面增加学生对这门课的兴趣。然后当再来细讲材料内容时，可以从整体到细部来剖析工程建设对象，在整体上对这些材料有一个把握。具体教学中可以通过建筑模型或三维效果图的形式来展示，由抽象到具体，并有视觉上的直观性，有助于学生对材料在工程应用上的记忆以及日后的实际工作中掌握材料的使用。例如，墙体结构一般由砖块、砌筑砂浆、抹面砂浆、防水层等组成，根据墙体的位置选择使用不同类型的砌块，砌块之间用砌筑砂浆粘连，墙面为抹面砂浆，然后再进一步学习具体的材料。结构式教学法的优点在于其直观性和宏观性。在学习具体内容前先对这些内容有一个宏观性且直观性的讲解，将大大增强学生对知识的亲切感，增加其学习兴趣。当然，在应用结构式教学法时，还应在微观层面运用因果联系法、比较法等构建材料的细部知识点。通过这三者的复合作用，最终把教材中零散的知识点转变成学生内在的知识体系，从而达到教学目的。
三、结语
本文根据土木工程材料课程的实际教学经验与相关理论研究，提出了该课程的复合式教学法。通过因果联系和比较教学法对课程知识进行微观学习，同时利用结构式教学法对整个材料知识进行宏观把握。三种教学法融为一体，互为补充，即构成了所谓的复合式教学法。该方法有助于学生牢固掌握土木工程材料课程中种类繁多的知识点。由于在教学方法上面注意了变换，因此课堂氛围将更加活跃，学生的课堂参与程度将得到提高，从而最终提高学生的学习效率。
参考文献
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在实验教材改革方面，应从学生动手能力、应用能力、创新能力和解决问题能力的培养与提高出发，在重视基础性实验的前提下，加大综合性、设计性和创新性实验的比例；应着重体现以学生为主体的教学思想，注意激发学生的学习兴趣，让学生带着问题探索性地学习；应给学生留下思考和创造的空间，而不是单纯地灌输知识；应做到选修项目与必修项目相互补充，室内实验与室外实验相互协调；对于各实验项目，可在明确实验内容和实验目的的前提下，让学生通过预习并根据自己的理解自行设计实验步骤。另外，实验内容不是越难越好，重点应是提高学生的学习兴趣，培养学生的探索精神，提高学生的动手能力，为其将来的发展打下坚实基础。
(二)实验教学改革措施
1.转变教学观念，着力激发学生的学习兴趣
兴趣是最好的老师。在学生第一次接触专业实验时，就应该着重培养其兴趣。传统实验教学重视知识的灌输，强调通过验证性实验使学生强化掌握理论课教学内容，相对地忽视了学生动手能力、应用能力、创新能力和解决问题能力的培养与提高，严重影响了学生的学习兴趣和实验教学的效果。对于土木工程材料实验课来说，一些教师和学生往往认为教学重点只是验证工程材料的性质。其实不然，土木工程材料实验的价值，在于通过材料性能和技术指标的测试，根据国家或行业标准判断材料的质量情况和使用性能，并出具检测报告。让学生认识到这一点，他们对土木工程材料实验及理论课的兴趣自然就提高了[2]。
2.突出教学内容的应用性，着力提高学生的综合实验技能
在实验教学项目的选定上，教师要结合实际工程实验检测的内容，选择性地开设综合性、设计性实验[3]；应突出教学内容的应用性，着力提高学生解决实际问题的能力。具体讲可从以下几方面努力：(1)删减过时的实验内容（如黏土砖实验），力争实验内容精而新；(2)增加与实际工程项目（如见证取样、工程验收等）结合紧密的综合设计性实验，使实验研究接地气；(3)结合教师的科研开设一些研究型实验项目，充分激发学生的兴趣；(4)增加新材料、新工艺、新技术、新规范方面的实验内容，提高实验教学的应用性；(5)增大设计性实验项目的比例。在安排实验教学时，教师要坚持分类指导、循序渐进的原则，以模块化方式逐渐提高学生的能力。具体可分为以下三个教学模块：一是基本技能型实验模块，其教学目标主要是使学生熟悉土木工程材料实验的基本理论、方法和程序，掌握实验仪器的使用方法。该模块应包括钢材的拉伸与压缩试验、烧结多孔砖抗压强度的测定、沥青三大指标的测定等实验。二是综合设计型实验模块，即对联系比较紧密的实验项目进行整合设计，从而增强学生对土木工程材料实验的整体认识，使学生综合地掌握实验技能。三是研究型实验模块，其教学目标主要是激发学生的学习兴趣，提高学生综合分析问题和解决问题的能力。该类实验可结合实际工程和教师的科研项目设计，但实验项目的复杂度要适中。为了提高学生的团队合作意识，确保教学效果，该类实验最好以小组协作的形式展开，即先通过小组讨论确定实验方案，然后学生独立完成实验并撰写实验报告。
3.改革教学方式，突出学生的学习主体地位
为了提高学生学习的积极性和主动性，土木工程材料实验课教学应改革教学方式，充分体现学生为主体，教师为主导的现代教学理念。第一，应增强实验的开放性，为学生开展探究性学习提供保障。例如，桩基础的检测、钢筋的无损探测等都可以作为开放性实验开设。第二，实验指导方式要根据实验项目的具体情况而定，以达到实验教学的最佳效果。第三，可设立一定的选做实验项目，以便学生根据自己的兴趣和能力水平灵活选择。
4.完善考核体系，调动学生的学习积极性
关键词：建筑材料； 发展； 土木工程； 影响
中图分类号：S969 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2015）02-177-001
土木工程是指一切和水、土、文化有关的基础建设的计划、建造和维修的统称。一般的土木工程项目包括：道路、水务、渠务、防洪工程及交通等。
土木工程是伴随着人类社会的发展而发展起来的，它所建造的工程设施反映出各个历史时期社会经济、文化、科学、技术发展的面貌，因而土木工程也就成为社会历史发展的见证之一。而建造工程设施的物质基础是土地、建筑材料、建筑设备和施工机具。借助于这些物质条件，经济而便捷地建成既能满足人们使用要求和审美要求，又能安全承受各种荷载的工程设施，是土木工程学科的出发点和归宿。
对土木工程的发展起关键作用的，首先是作为工程物质基础的土木建筑材料，其次是随之发展起来的设计理论和施工技术。每当出现新的优良的建筑材料时，土木工程就会有飞跃式的发展。从历史来看，建筑材料的发展促进了土木工程的三次飞跃式发展。
一、砖和瓦的出现和使用是土木工程的第一次飞跃
人们在早期只能依靠泥土、木料及其他天然材料从事营造活动。大致在新石器时代，原始人为避风雨、防兽害，利用天然的掩蔽物，例如山洞和森林作为住处，并逐渐使用简单的木、石、骨制工具，伐木采石，以粘土、木材和石头等，模仿天然掩蔽物建造居住场所，开始了人类最早的土木工程活动。随着生产力的发展，农业、手工业开始分工。中国在公元前十一世纪的西周初期制造出瓦，最早的砖出现在公元前五世纪至公元前三世纪战国时的墓室中。砖和瓦具有比土更优越的力学性能，可以就地取材，而又易于加工制作，使人类第一次冲破了天然建筑材料的束缚。
砖和瓦的出现使人们开始广泛地、大量地修建房屋和城防工程等。由此土木工程技术得到了飞速的发展。直至18～19世纪，在长达两千多年时间里，砖和瓦一直是土木工程的重要建筑材料，为人类文明作出了巨大贡献，甚至在目前还被广泛采用。在构造方面，形成木构架、石梁柱、券拱等结构体系；在工程内容方面，有宫室、陵墓、庙堂，还有许多较大型的道路、桥梁、水利等工程。如中国在西周时代已出现陶制房屋版瓦、筒瓦、人字形断面的脊瓦和瓦钉，解决了屋面防水问题。砖和瓦的出现，使土木工程材料由天然材料进入了人工生产阶段，为较大规模建造土木工程创造了基本条件。
二、钢材的大量应用是土木工程的第二次飞跃
十七世纪70年代开始使用生铁、十九世纪初开始使用熟铁建造桥梁和房屋，这是钢结构出现的前奏。于是适应发展需要的钢结构得到蓬勃发展。除应用原有的梁、拱结构外，新兴的桁架、框架、网架结构、悬索结构逐渐推广，出现了结构形式百花争艳的局面。
建筑物跨径也从砖结构、石结构、木结构的几米、几十米发展到钢结构的百米、几百米，直到现代的千米以上。于是在大江、海峡上架起大桥，在地面上建造起摩天大楼和高耸铁塔，甚至在地面下铺设铁路，创造出前所未有的奇迹。
为适应钢结构工程发展的需要，在牛顿力学的基础上，材料力学、结构力学、工程结构设计理论等就应运而生。施工机械、施工技术和施工组织设计的理论也随之发展，土木工程从经验上升成为科学，在工程实践和基础理论方面都面貌一新，从而促成了土木工程更迅速的发展。
三、混凝土的出现和使用是土木工程的第三次飞跃
十九世纪20年代，波特兰水泥制成后，混凝土问世了。十九世纪中叶以后，钢铁产量激增，随之出现了钢筋混凝土这种新型的复合建筑材料，其中钢筋承担拉力，混凝土承担压力，发挥了各自的优点。二十世纪初以来，钢筋混凝土广泛应用于土木工程的各个领域。
从三十年代开始，出现了预应力混凝土。预应力混凝土结构的抗裂性能、刚度和承载能力，大大高于钢筋混凝土结构，因而用途更为广泛。土木工程进入了钢筋混凝土和预应力混凝土占统治地位的历史时期。混凝土的出现，给建筑物带来了新的经济、美观的工程结构形式，使土木工程产生了新的施工技术和工程结构设计理论。这是土木工程的又一次飞跃发展。
由此可见，建筑材料的发展对土木工程的发展影响巨大，预计随着新型建筑材料的蓬勃发展和未来对建筑的多方面要求，必然引起土木工程的再次飞跃发展。
四、从建筑材料发展看土木工程的发展趋势
现代土木工程的特点是：适应各类工程建设高速发展的要求，人们需要建造大规模、大跨度、高耸、轻型、大型、精密、设备现代化的建筑物。既要求高质量和快速施工，又要求高经济效益。这就向土木工程提出新的课题，并推动土木工程这门学科不断发展。
随着建筑需求的提高，大量高强轻质的新材料不断出现。比如铝合金、镁合金和玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）已开始应用。而对提高钢材和混凝土的强度和耐久性，也已取得显著成果，而且还仍继续进展。
目前，钢结构发展迅速。与传统的钢筋混凝土结构相比，钢结构由于本身的自重较轻，强度较高，在经历震动时不仅不会发生太大的位移变形，反而还可以削弱地震波，从根本上确保了建筑的安全性。而且钢结构承载力高、密闭性好、节能减排、绿色环保，同时钢结构比传统结构更易拆除且用料省、回收利用率高，墙体也多用环保材料如防火涂料、节能砖等，因此降低了钢铁污染所带来的高风险。另外，由于钢结构的自身优势，其多用于超高层、超大跨度的建筑中，不但拓展了人们的生存空间，提高了人们的生活质量，也缓解了人多地少的矛盾，符合可持续发展的理念，是名副其实的绿色建筑。
从总体上说，钢结构建筑代表了未来的建筑发展新模式，体现了绿色环保、舒适美观、布局独特、抗震性能优良等理念，符合我国建筑产业化和可持续发展的要求，是我国现代化建筑发展的必然趋势。
参考文献：
1.1光导纤维在混泥土材料的监控
光导纤维材料，是一种光通信介质，其最大优点是传输速度快、信号衰减低和并行处理能力较强，经常被用于高要求的通信传输中。光导纤维和光纤传感器在土木工程中，主要用于对混泥土固化的监控。混泥土结构最大的缺点是抗拉强度弱、内部钢筋容易被腐蚀等，在大面积浇筑过程中由于混泥土结构内部和外部温度差异而导致混泥土块体出现裂缝。这种情况下，将光纤作为传感元件埋入混泥土结构中，对结构的强度、温度、变形、裂缝、振动等可能引起混泥土结构损伤的危险因素进行检测、诊断、预报。更进一步，如果控制元件能接入信息处理系统，并引入形状记忆类金属等智能材料，形成完整的控制系统，将能实现混泥土材料的自适应功能———这正是目前智能材料结构系统在土木工程中应用的前沿课题。
1.2压电材料
压电材料一般是指在收到压力后，材料两端会出现电压的晶体材料。压电材料在土木工程中的应用主要包括对于结构的静变形控制、噪声控制和抗震抗风等领域。传统的压电材料使用方法是通过压电传感元件对结构的震动进行感知，利用传感器输出结果，从而实现对于震动的感知和预警。在此基础上，采取合适的控制算法对压电体的输入进行控制和定量，从而实现对于结构震动的控制，这是目前压电类智能材料的研究前沿。随着研究的深入和技术的进步，压电类的智能结构土木工程中的应该越来越广泛。
1.3压磁材料
压磁材料在土木工程中的应用主要包括磁流变材料和磁致伸缩材料。基于磁流变材料的原理，当磁场的强度高于临界强度时，磁流变在极短时间内从液态向固态转化。在介于固液体之间可根据磁流变液特点具有的快速、可控及可逆性质，控制流体特性实施时需要较低的能量，因此在智能结构中通常将磁流变液作为动器件的主要材料。基于这点，磁流变材料可用于高层建筑的结构中，实现对地震的半主动控制。因为潜在应用前景的广阔，使得磁致伸缩材料近年来得到很大关注。磁致伸缩材料具有强烈的磁致伸缩效应，这种材料可以在电磁和机械之间进行可逆转换，这种特性使其可以用于大功率超声器件、声纳系统、精密定位控制等很多领域。
1.4形状记忆合金
形状记忆合金是一种具有形状记忆效应的智能材料。形状记忆合金的形状被改变后，在一定条件下能激发其形状记忆效应，这一过程中，材料产生高于700兆帕的回复应力及8%左右的回复应变，同时具有较强的能量传输储存能力。基于这一特性，形状记忆合金在土木工程中最大的用处是用于各种结构中来实现结构的自我诊断、增加材料的韧性和强度等、增强材料的适应控制。形状记忆合金还可以被研制成智能驱动器，用于对结构变形、裂缝和振动方面的控制。形状记忆合金具有较高相变回复力，结合该特性能够研制开展形状记忆合金被动耗能控制系统，该系统可实现相变伪弹性性能，可在土木工程结构中用于耗能抗震的被动控制。目前的土木工程实践中，通常在结构层间或底部等受地震作用较大的位置安置形状记忆合金被动耗能控制系统，用于实现耗能系统对结构的层间变形的感知，进而起到消耗地震能量的作用。
2智能材料的优点局限性
土木工程中应用的智能材料具有反馈信息、自我诊断、自我修复、自适应能能力，实践也表明，智能材料在实际土木工程中的应用使得工程结构具有高强度和耐久性等特点，同时能智能化地执行指令，能较好的适应外部环境的变化。但上述的光纤、形状记忆合金、压电和压磁等材料，本质上属于高智能复合材料，其最大的局限性在于使用成本很高，造价太贵。这一缺点，使得目前对于智能材料的应用智能局限于档次较高、标准较高的建筑工程，智能材料在普通民居建筑中的应用还遥遥无期。另外，智能材料的应用需要相应的技术和配套材料设备的配合支撑，在施工中对于施工技术和工艺的要求较高。因此，但就目前看，对智能材料的应用还不可能实现全方位的广泛普及，但是，智能材料可能是未来土木工程材料的研究和发展方向。
3结束语
