建筑材料在中國歷史上的變革與沿用

羅 靚 楊啟明

(1江西理工大學(xué)建筑與資源工程系，江西 南昌330013；2云南大學(xué)城市建設(shè)與管理學(xué)院，云南 昆明650091)

《建筑材料》是高校開設(shè)的針對土建類專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，是一門理論與實踐并重，與國家現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)的課程。所有的建筑都是由各種建筑材料經(jīng)過縝密的設(shè)計和復(fù)雜的施工最終構(gòu)建而成[1]。對建筑的發(fā)展起關(guān)鍵作用的，首先是作為工程物質(zhì)基礎(chǔ)的建筑材料，其次是隨之發(fā)展起來的設(shè)計理論和施工技術(shù)。每當(dāng)出現(xiàn)新的優(yōu)良的建筑材料時，建筑就會有飛躍式的發(fā)展。但較多人對建筑材料在我國華夏5000年歷史長河中的變革與沿用卻不甚了解。

1 第一階段：土和木材以及磚瓦的使用

《建筑材料》在有的高校又稱為《土木工程材料》。在我國歷史上，最早使用的建筑材料就是較易獲取的天然材料—泥土和木材。

《韓非子?五蠹》曰：“上古之世，人民少而禽獸眾，人民不勝禽獸蟲蛇，有圣人作，構(gòu)木為巢，以避群害”。“構(gòu)木為巢，以避群害”的記述，無疑是最早采用木材作為構(gòu)架的描述。由于木材和土較易獲取，人們采用樹干和樹枝做成支撐結(jié)構(gòu)，將草皮和土做成覆蓋結(jié)構(gòu)，從而發(fā)展演變成各類建筑。當(dāng)然，在那時人們?nèi)珶o建筑結(jié)構(gòu)的理論知識，只是憑自己的經(jīng)驗和想法進行簡單的建造，沒有任何的設(shè)計規(guī)范作指導(dǎo)，更談不上對抗震的考慮。屋室壽命的短暫是可想而知的。

古代中國人習(xí)慣采用木材作為建筑材料，這與中華文化的發(fā)源地——黃河流域與長江流域有著豐富的森林資源有關(guān)。春秋戰(zhàn)國時期漸漸形成了陰陽五行思想。五行中的土與木，比較容易獲取和加工，而且這兩種物質(zhì)在陰陽的屬性上，都是較為溫和而呈中性。因此，人們運用五行中的“土”與“木”作為建筑材料，是恰當(dāng)而合理的選擇。

隨著火的出現(xiàn)和使用，人們用火對土進行焙燒，后來出現(xiàn)了磚和瓦這種人工建筑材料，使人類第一次沖破了天然建筑材料的束縛。中國在公元前11世紀(jì)的西周初期制造出瓦。最早的磚出現(xiàn)在公元前5世紀(jì)至公元前3世紀(jì)戰(zhàn)國時的墓室中。磚和瓦具有比土更優(yōu)越的力學(xué)性能，可以就地取材，而又易于加工制作。磚和瓦的出現(xiàn)使人們開始廣泛地、大量地修建房

屋和城防工程等。直至18～19世紀(jì)，在長達兩千多年時間里，磚和瓦一直是土木工程的重要建筑材料，為人類文明做出了偉大的貢獻，甚至在目前還被廣泛采用。

值得一提的是，在某些偏僻的農(nóng)村地區(qū)缺乏力學(xué)性能好的鋼筋、混凝土材料，而購買運輸這些材料的花費較大。村民為了省錢，也為了取材方便，直接選用木材作為主要的構(gòu)架，采用土坯、粘土磚甚至石塊等來砌墻，質(zhì)量參差不齊，在地震災(zāi)害下出現(xiàn)開裂、傾覆乃至完全倒塌等破壞現(xiàn)象，如圖1和2。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和建筑材料的日益更新，人們應(yīng)該端正態(tài)度，改變想法，以人身財產(chǎn)安全為重，建造安全的房屋來居住和使用。

2 第二階段：鋼材的出現(xiàn)和大量使用

17、18世紀(jì)，資本主義興起，促進了工商業(yè)及交通運輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，原有的建筑材料已不能與此相適應(yīng)，在其他科學(xué)技術(shù)進步的推動下，建筑材料進入了第二個發(fā)展階段。

17世紀(jì)70年代開始使用生鐵，19世紀(jì)初開始使用熟鐵建造房屋和橋梁，這是鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的前奏。從19世紀(jì)中葉開始，冶金業(yè)冶煉并軋制出抗拉和抗壓強度都很高、延性好、質(zhì)量均勻的鋼材，隨后又生產(chǎn)出高強度鋼絲、鋼索，于是鋼結(jié)構(gòu)得到蓬勃發(fā)展。

建筑物跨徑從木結(jié)構(gòu)、磚結(jié)構(gòu)、石結(jié)構(gòu)的幾米、幾十米發(fā)展到鋼結(jié)構(gòu)的百米、幾百米，直到現(xiàn)代的千米以上。在大江、大河、海峽上架起大橋，在地面上建造起摩天大樓和高聳鐵塔，甚至在地面下鋪設(shè)鐵路，創(chuàng)造出前所未有的奇跡。為適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的需要，在牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)上，理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)設(shè)計理論等應(yīng)運而生，施工機械、施工技術(shù)和施工組織設(shè)計的理論也隨之發(fā)展。建筑從經(jīng)驗上升成為科學(xué)，在基礎(chǔ)理論和工程實踐方面都煥然一新，從而促成了建筑更迅速的發(fā)展。

3 第三階段：混凝土的廣泛應(yīng)用

19世紀(jì)20年代，波特蘭水泥制成后，混凝土問世了。混凝土骨料可以就地取材，混凝土構(gòu)件易于成型，但混凝土的抗拉強度很小，用途受到限制。19世紀(jì)中葉以后，鋼鐵產(chǎn)量激增，隨之出現(xiàn)了鋼筋混凝土這種新型的復(fù)合建筑材料。由鋼筋承擔(dān)拉力，混凝土承擔(dān)壓力，發(fā)揮了各自的優(yōu)點。20世紀(jì)初以來，鋼筋混凝土廣泛應(yīng)用于建筑的各個領(lǐng)域，例如框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。

從30年代開始，出現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力混凝土。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能、剛度和承載能力，大大高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因而用途更為廣闊。建筑進入了鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土占統(tǒng)治地位的時期。混凝土的出現(xiàn)給建筑物帶來了經(jīng)濟、美觀的工程結(jié)構(gòu)形式，使建筑產(chǎn)生了新的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論和施工技術(shù)。這是建筑材料發(fā)展的第三個階段。

4 未來的發(fā)展趨勢：新型建筑材料的開發(fā)和應(yīng)用

建筑物的使用功能是隨著社會的發(fā)展，人民生活水平的不斷提高而不斷豐富的，從其最基本的安全、適用，發(fā)展到當(dāng)今的輕質(zhì)高強、抗震、高耐久性、無毒環(huán)保、節(jié)能等諸多新的功能要求，使建筑材料的研究從被動的以研究應(yīng)用為主向開發(fā)新功能、多功能的新型材料方向轉(zhuǎn)變[2]。

新型建筑材料的誕生推動了建筑設(shè)計方法和施工工藝的變化，而新的建筑設(shè)計方法和施工工藝對建筑材料品種和質(zhì)量提出更高和多樣化的要求。隨著人類的進步和社會的發(fā)展，更有效地利用地球有限的資源，全面改善及迅速擴大人類工作與生存空間勢在必行，未來的建筑必將需要在各種苛刻的環(huán)境條件下，實現(xiàn)多功能化，甚至智能化，滿足愈來愈高的安全、舒適、美觀、耐久的要求。建筑材料在原材料、生產(chǎn)工藝、性能及產(chǎn)品形式諸方面均將面臨可持續(xù)發(fā)展和人類文明進步的嚴(yán)酷挑戰(zhàn)。

同時，建筑材料應(yīng)用的巨量性，促使人們?nèi)ヌ剿骱烷_發(fā)建筑材料原料的新來源，以保證經(jīng)濟與社會的可持續(xù)發(fā)展。粉煤灰、礦渣、煤矸石、頁巖、磷石膏、熱帶木材和各種非金屬礦都是很有應(yīng)用前景的建筑材料原料，由此開發(fā)的新型建筑材料將會為建材工業(yè)帶來新的發(fā)展契機。

[1]魏鴻漢.建筑材料[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.1-2.

[2]陳玉萍.建筑材料[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010.2-3.