土木工程材料的发展与土木工程的发展是互相推动、密切相关的。新的材料常常带来工程的变革，工程变革的需要又促进新材料的诞生。

早在新石器时代以前，人类就利用天然材料，如土、石、草、树干、树皮、树叶等营造住所。随着生产力的发展，各种人造土木工程材料相继出现。西安半坡等遗址的发掘，证明在公元前5000年，中国已开始对天然材料进行简单的加工，如用烧白土、草筋泥等涂抹墙面和地坪，用碎陶、砾石与泥土拌和夯实作为柱的基础，实际上这也是人造土木工程材料煅烧和复合工艺的开端。后又用夯土和土坯筑墙，并发展到制作石灰、砖、瓦、琉璃，以及其他烧土制品。“秦砖汉瓦”早已闻名于世，足见在中国使用人造土木工程材料历史之悠久。古埃及的烧石膏，古希腊、古罗马的石灰和掺火山灰的石灰，拉丁美洲印加帝国的石工建筑技术，均在土木工程材料的发展史上占据重要地位。正是基于对土、石、木等天然材料的加工和上述人造材料的创造应用，出现了诸如中国的长城、都江堰水利工程，埃及的金字塔，罗马帝国的引水道、万神殿等伟大建筑。工业革命以后，钢材开始被用作土木工程材料，大跨和高耸建筑逐渐发展。19世纪初，波特兰水泥问世，不久即出现了混凝土和钢筋混凝土。20世纪30年代以来，发明了预应力混凝土；玻璃和陶瓷制品也大量用于土木建筑。桥梁方面，在采用钢材以前，跨度很少达到100米，有了轧制钢材，出现了跨度500米以上的桁架梁桥和拱桥，以至主跨1900米以上的悬索桥。而预应力混凝土的发展更使现代桥梁技术在荷载、跨度、经济性、耐久性，以及适应性等方面，都达到了很高的水平。中国具有代表性的体育建筑——国家游泳中心（俗称“水立方”）、国家体育场（俗称“鸟巢”），是具艺术性与实用性的钢结构建筑的典范。现代土木工程材料种类不断增加，性能不断提高，出现了诸多新型复合材料，如超高性能混凝土、聚合物混凝土、泡沫混凝土、PVC钢板、玻璃钢、沥青混合料等。如果说土木工程的发展标志着人类文明水平的不断提高，那么不断发展的土木工程材料则是人类文明建设的重要物质基础。

3D建材

土木工程材料种类繁多，可按其性质和用途的不同进行分类。

按性质分类可分为建筑用非金属材料、建筑用金属材料、有机材料，以及由两种及两种以上材料复合而成的复合材料等。①建筑用非金属材料， 主要有天然的黏土、砂砾、石材和人造的砖、瓦、陶瓷、琉璃等烧土制品；水泥、石灰、石膏等胶凝材料，粉煤灰、矿渣微粉、硅灰等辅助胶凝材料；以水泥为基础的各种混凝土及其制品；各种玻璃及其制品；无机涂料、石棉、矿棉、纤维制品和熔岩制品等。②建筑用金属材料，主要有以钢铁、有色金属及其合金制造的型材、管材、板材和金属制品等。③有机材料，主要有木材、竹材、建筑塑料、有机涂料、防水卷材、胶黏剂和混凝土用化学外加剂等。④复合材料，狭义地指纤维增强塑料（玻璃钢）和层压材料；广义地则指两种或两种以上材料复合组成的材料，包括很多人造土木工程材料品种。例如，各种含有辅助胶凝材料的水泥砂浆和混凝土也被称作水泥基复合材料，同样还有沥青复合材料、钙塑制品等。

按用途分类可分为结构材料、绝热材料、吸声材料、防水材料、灌浆材料，以及愈来愈受到重视的、正在迅速发展的各种装饰装修材料等。科学技术的进步将为土木工程提供更多的材料新品种，因此土木工程材料的分类也将更为精细。

土木工程材料是重要的大宗材料，具有用量大、用途广的特点，在国民经济中占有重要位置。水泥、混凝土、钢材、塑料的大量使用使得土、石、石油等天然原材料的消耗量十分庞大。在土木工程的总造价中，材料费所占比重也很大。此外，生产大量的土木工程材料，也需要消耗大量的能源与资源，土木工程材料工业在中国已成为耗能第四的行业。因此，节约与合理使用材料，降低生产中的能耗与料耗，重视建筑物长期使用中的节能，延长土木工程材料的服役寿命等，将产生巨大的社会效益和经济效益。

随着科学技术的进步和土木工程行业的蓬勃发展，土木工程材料不仅在产量上有着大幅度的增加，还出现了很多高效能的新品种，对世界经济的发展和人民生活的改善起到了显著作用。例如，高强度钢材比普通碳素钢可提高强度达1.5～6倍，冷弯型钢比相同截面的热轧型钢可节约钢料30%～50%；掺加高性能减水剂以及硅灰、矿渣微粉、粉煤灰等辅助胶凝材料，可制备出高性能或超高性能混凝土；新品种建筑玻璃如中空、吸热、热反射、选择吸收玻璃等，以及各种复合墙体材料，能够大幅降低建筑能耗，改善人居环境；用空心混凝土砌块和大空隙率的黏土空心砖代替实心小砖，能够节约大量煤炭和黏土资源，少毁良田。新出现的品种繁多的装修、装饰材料，尤其是各种清水混凝土、建筑塑料和涂料，提高了建筑物的艺术性，改变了城乡建筑的面貌，丰富了广大人民的生活。

为了满足未来土木工程发展对材料的需求，满足建筑功能以及坚固、耐久、经济、美观等的要求，除继续发展新的材料品种，并不断开拓新的应用范围以外，还应在改善材料性能、改进制作工艺、利用和开发资源三个方面进行大量的工作，达到某些特殊性能，或满足深海、深地、严寒、干热、高温、高盐等严酷环境的服役要求。

包括材料强度、工作性、体积稳定性、防水、隔热、耐久性等重要性能。在土木工程材料的各种性能中，耐久性对于建筑物的安全性和经济性起着关键作用，应给予极大的重视。不少古代建筑物历时千载仍然完好。随着城市化发展和重大土木工程建设的不断推进，水泥混凝土重大结构服役的环境愈加严酷，对其耐久性提出了更高的要求。此外，大跨度桥梁、高负载建筑物的建造不断增加，使得高性能和超高性能混凝土也应运而生。随着复合材料技术的迅速发展，利用和发挥各组分的特长，互相补充，可提高材料某些重要性能或赋予材料多种新的功能，如碳纳米管、石墨烯-水泥复合材料有效提高了水泥基材料的韧性和强度。

可在保证或提高性能的前提下，增加产量、降低成本、节约能源和资源。例如，水泥生产采用带窑外分解炉的干法新工艺，与原来的湿法工艺相比，不仅产量大幅度增加，熟料单位热能耗也能降低约三分之一。又如玻璃的浮法工艺、卫生陶瓷的低温快烧工艺，无不具有优质、低能耗和高经济效益。再如自密实混凝土技术，与普通混凝土相比，具有良好的施工性能和填充性能，不仅可提高混凝土密实性，还能节约振捣设备和能源、节省浇筑时间，降低工作噪声、改善施工环境。新出现的数字化成型工艺，如3D打印混凝土技术，打印过程无须模具，实现了复杂建筑构件的精准构造，提高建造效率的同时，节省了材料和人工。

开发地方资源和可替代资源是土木工程材料可持续发展的一条重要途径。例如，就近采用火山渣、浮石等天然轻骨料代替陶粒等人造骨料；采用天然火山灰质材料作为水泥混合材料，节约水泥熟料，从而降低材料成本和能耗（包括运输力）。此外，大量利用工矿业的废渣、尾矿作为土木工程材料及其原料，对于保护环境也十分有利。中国的土木工程行业已大量使用了部分工业副产品，如钢渣、矿渣等，用于部分替代碎石和细骨料，或者用于生产水泥及混凝土掺合料。还利用大量电厂粉煤灰制造内燃黏土砖和混凝土掺合料。数量极大的煤矸石，也将逐步作为土木工程材料的原料而加以利用。但是，使用工业废渣必须关注某些工业废渣对混凝土力学性能和体积稳定性的不良影响，通过新的技术和工艺，保证工业废渣的安全使用。

21世纪全世界都在呼吁绿色、低碳、环保，这对土木工程材料的发展提出了新的要求和挑战。自20世纪60年代以来，各国已经认识到材料革新对技术进步和产业发展的重要作用。土木工程材料的发展需继续深入研究材料的化学组成以及多尺度微结构特征，建立微结构与宏观行为的内在联系，实现复杂的物理与化学特性可以因不同的应用需要而相应调整，指导材料的生产，最终实现从选择材料到设计材料的跨越。未来，土木工程材料将朝着智能化（自感知、自清洁、自修复等），高性能化（轻质、环保、高强、抗震、高耐久性等），以及多功能化（结构功能一体化）等方向发展。现代大数据处理和人工智能的革命性发展，有望解决材料设计和服役过程中的共性问题，大幅降低先进土木工程材料的研发周期和成本，并在结构健康监测和寿命预测领域展现出良好的应用前景。