土木工程材料阶段：集成与合成材料

第二次世界大战结束后社会生产力出现了新的飞跃，土木工程的发展也进入一个新时代，这首先体现在材料方面，进一步实现轻质化和高强化，其次加工工艺也具有多元化，采用较多物理及化学加工合成方法。如用低合金钢制成的高强度钢丝、钢绞线和粗钢筋得以大量生产和使用，大大节约了用钢量并改善了结构性能。同时，高强度的水泥已在工程中普遍应用。轻集料混凝土和加气混凝土也已用于高层建筑。近年来，采用“双掺”技术配制的高性能混凝土正广泛应用于土木工程各领域，如澳大利亚、加拿大、日本、挪威和美国就采用高性能轻混凝土建造了海上钻井平台，日本采用自密实免振混凝土建造了明石大桥，加拿大和美国还在两座高层建筑中分别采用了90MPa和120MPa强度的高性能混凝土。我国上海、北京和沈阳已能供应C80以上的商品预拌混凝土，这些成就都标志着混凝土技术正向着高性能方向发展。此外，铝合金、镀膜玻璃、石膏板和合成高分子建材等工程材料发展迅速。特别是伴随着我国经济的崛起和奥运会的主办，土木工程领域新材料和新技术不断迈上新的台阶。如2008年6月30日，拥有世界第一跨径1088米的苏通大桥正式通车，这是中国建桥史上建设标准最高、技术最复杂且科技含量最高的特大型桥梁工程，创造了4项世界纪录，其中，大桥的斜拉索采用的近7000t高强镀锌钢丝全部采用国产钢丝，钢丝在力学韧性、抗拉强度和纯净度等综合指标上达到或超过了进口产品水平。2018年10月24日通车的港珠澳大桥，更是震惊中外，创造了多项世界之最。是世界上里程最长、沉管隧道最长、寿命最长、钢结构最大、施工难度最大、技术含量最高、科学专利和投资金额最多的跨海大桥；大桥主体工程采用桥隧组合方式，全长约55千米，其中珠澳口岸至香港口岸41.6千米，跨海路段全长35.5千米；三地共建主体工程大长约29.6千米，海底隧道长6.7千米。其中连接大桥东、西人工岛的沉管部分是国内首条于外海建设的超大型沉管隧道，海底隧道由33个巨型沉管组成。沉管隧道长度5664米、宽度28.5米、净高5.1米；每节管道长180米，宽37.95米，高11.4米，单节重约6.9万吨；设桥墩224座，桥塔7座；桥梁宽度33.1米。港珠澳大桥大桥工程的技术及设备规模创造了多项世界记录。港珠澳大桥采用一种长宽1.77米、由多层新型高阻尼橡胶和钢板交替叠置结合而成的隔震支座实现抗震。该隔震支座为中国自主研制，承载力约3000吨。若地震发生，隔震支座竖向通过加劲钢板提供稳定可靠的承载力，有效支撑建筑物；港珠澳大桥人工岛挡浪墙按照300年一遇的海浪标准设计；大桥护栏采用四横梁结构的金属梁柱式护栏，护栏高度1.5米，斜H型立柱，立柱间距2米；防护能力达到520kJ，各项指标均满足BSEN1317评价标准要求，车辆以15度、80千米/小时速度撞向护栏后不会冲破护栏坠海。

图1-4　港珠澳大桥a

图1-5　港珠澳大桥平面图

图1-6　港珠澳大桥b(www.xing528.com)

再如，用钢铁编织成的国家体育场“鸟巢”（图1-7）作为世界最大的钢结构工程，其外部钢结构的钢材用量为4.2万吨，整个工程包括混凝土中的钢材和螺纹钢等，总用钢量达到了11万吨，全部为国产钢，其中，大厚度Q460E-Z35钢板属世界首创。奥运游泳馆“水立方”（图1-8）采用了国际上最先进的ETFE膜（乙烯——四氟乙烯共聚物）材料，这是一种轻质新型材料，具有有效的热学性能和透光性，可以调节室内环境，冬季保温、夏季隔热，而且还会避免建筑结构受到游泳中心内部环境的侵蚀。如果ETFE膜有一个破洞，不必更换。只需打上一块补丁，它便可自行愈合，过一段时间就会恢复原貌。这些实例都充分说明了现代木木程材料飞速发展的成就。

图1-7　国家体育场——“鸟巢”

图1-8　国家游泳中心——“水立方”