纳米材料技术作为一门高新科学技术,纳米技术具有极大的价值和作用。下面我给大家分享一些纳米材料与技术3000字论文, 希望能对大家有所帮助!
纳米材料与技术3000字论文篇一:《试谈纳米复合材料技术发展及前景》
[摘要]纳米材料是指材料显微结构中至少有一相的一维尺度在100nm以内的材料。纳米材料由于平均粒径微小、表面原子多、比表面积大、表面能高,因而其性质显示出独特的小尺寸效应、表面效应等特性,具有许多常规材料不可能具有的性能。纳米材料由于其超凡的特性,引起了人们越来越广泛的关注,不少学者认为纳米材料将是21世纪最有前途的材料之一,纳米技术将成为21世纪的主导技术。
[关键词]高聚物纳米复合材料
一、 纳米材料的特性
当材料的尺寸进入纳米级,材料便会出现以下奇异的物理性能:
1、尺寸效应
当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或投射深度等物理特征尺寸相当或更小时,晶体的边界条件将被破坏,非晶态纳米微粒的颗粒表面附近原子密度减小,导致声、光电、磁、热、力学等特性呈现出新的小尺寸效应。如当颗粒的粒径降到纳米级时,材料的磁性就会发生很大变化,如一般铁的矫顽力约为80A/m,而直径小于20nm的铁,其矫顽力却增加了1000倍。若将纳米粒子添加到聚合物中,不但可以改善聚合物的力学性能,甚至还可以赋予其新性能。
2、表面效应
一般随着微粒尺寸的减小,微粒中表面原子与原子总数之比将会增加,表面积也将会增大,从而引起材料性能的变化,这就是纳米粒子的表面效应。
纳米微粒尺寸d(nm) 包含总原子表面原子所占比例(%)103×1042044×1034022.5×1028013099从表1中可以看出,随着纳米粒子粒径的减小,表面原子所占比例急剧增加。由于表面原子数增多,原子配位不足及高的表面能,使这些表面原子具有高的活性,很容易与 其它 原子结合。若将纳米粒子添加到高聚物中,这些具有不饱和性质的表面原子就很容易同高聚物分子链段发生物理化学作用。
3、量子隧道效应
微观粒子贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也具有隧道效应,它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化,这称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。它的研究对基础研究及实际 应用,如导电、导磁高聚物、微波吸收高聚物等,都具有重要意义。
二、高聚物/纳米复合材料的技术进展
对于高聚物/纳米复合材料的研究十分广泛,按纳米粒子种类的不同可把高聚物/纳米复合材料分为以下几类:
1、高聚物/粘土纳米复合材料
由于层状无机物在一定驱动力作用下能碎裂成纳米尺寸的结构微区,其片层间距一般为纳米级,它不仅可让聚合物嵌入夹层,形成“嵌入纳米复合材料”,还可使片层均匀分散于聚合物中形成“层离纳米复合材料”。其中粘土易与有机阳离子发生交换反应,具有的亲油性甚至可引入与聚合物发生反应的官能团来提高其粘结。其制备的技术有插层法和剥离法,插层法是预先对粘土片层间进行插层处理后,制成“嵌入纳米复合材料”,而剥离法则是采用一些手段对粘土片层直接进行剥离,形成“层离纳米复合材料”。
2、高聚物/刚性纳米粒子复合材料
用刚性纳米粒子对力学性能有一定脆性的聚合物增韧是改善其力学性能的另一种可行性 方法 。随着无机粒子微细化技术和粒子表面处理技术的 发展 ,特别是近年来纳米级无机粒子的出现,塑料的增韧彻底冲破了以往在塑料中加入橡胶类弹性体的做法。采用纳米刚性粒子填充不仅会使韧性、强度得到提高,而且其性价比也将是不能比拟的。
3、高聚物/碳纳米管复合材料
碳纳米管于1991年由S.Iijima 发现,其直径比碳纤维小数千倍,其主要用途之一是作为聚合物复合材料的增强材料。
碳纳米管的力学性能相当突出。现已测出碳纳米管的强度实验值为30-50GPa。尽管碳纳米管的强度高,脆性却不象碳纤维那样高。碳纤维在约1%变形时就会断裂,而碳纳米管要到约18%变形时才断裂。碳纳米管的层间剪切强度高达500MPa,比传统碳纤维增强环氧树脂复合材料高一个数量级。
在电性能方面,碳纳米管作聚合物的填料具有独特的优势。加入少量碳纳米管即可大幅度提高材料的导电性。与以往为提高导电性而向树脂中加入的碳黑相比,碳纳米管有高的长径比,因此其体积含量可比球状碳黑减少很多。同时,由于纳米管的本身长度极短而且柔曲性好,填入聚合物基体时不会断裂,因而能保持其高长径比。爱尔兰都柏林Trinity学院进行的研究表明,在塑料中含2%-3%的多壁碳纳米管使电导率提高了14个数量级,从10-12s/m提高到了102s/m。
三、前景与展望
在高聚物/纳米复合材料的研究中存在的主要问题是:高聚物与纳米材料的分散缺乏专业设备,用传统的设备往往不能使纳米粒子很好的分散,同时高聚物表面处理还不够理想。我国纳米材料研究起步虽晚但 发展 很快,对于有些方面的研究 工作与国外相比还处于较先进水平。如:漆宗能等对聚合物基粘土纳米复合材料的研究;黄锐等利用刚性粒子对聚合物改性的研究都在学术界很有影响;另外,四川大学高分子 科学 与工程国家重点实验室发明的磨盘法、超声波法制备聚合物基纳米复合材料也是一种很有前景的手段。尽管如此,在总体水平上我国与先进国家相比尚有一定差距。但无可否认,纳米材料由于独特的性能,使其在增强聚合物 应用中有着广泛的前景,纳米材料的应用对开发研究高性能聚合物复合材料有重大意义。特别是随着廉价纳米材料不断开发应用,粒子表面处理技术的不断进步,纳米材料增强、增韧聚合物机理的研究不断完善,纳米材料改性的聚合物将逐步向 工业 化方向发展,其应用前景会更加诱人。
参考 文献 :
[1] 李见主编.新型材料导论.北京:冶金工业出版社,1987.
[2]都有为.第三期工程科技 论坛 ——‘纳米材料与技术’ 报告 会.
[3]rohlich J,Kautz H,Thomann R[J].Polymer,2004,45(7):2155-2164.
纳米材料与技术3000字论文篇二:《试论纳米技术在新型包装材料中的应用》
【摘 要】作为一门高新科学技术,纳米技术具有极大的价值和作用。进入20世纪90年代,纳米科学得到迅速的发展,产生了纳米材料学、纳米化工学、纳米机械学及纳米生物学等,由此产生的纳米技术产品也层出不穷,并开始涉及汽车行业。
【关键词】纳米技术 包装材料
1 纳米技术促进了汽车材料技术的发展
纳米技术可应用在汽车的任何部位,包括发动机、底盘、车身、内饰、车胎、传动系统、排气系统等。例如,在汽车车身部分,利用纳米技术可强化钢板结构,提高车体的碰撞安全性。另外,利用纳米涂料烤漆,可使车身外观色泽更为鲜亮、更耐蚀、耐磨。内装部分,利用纳米材料良好的吸附能力、杀菌能力、除臭能力使室内空气更加清洁、安全。在排气系统方面,利用纳米金属做为触媒,具有较高的转换效果。
由于纳米技术具有奇特功效,它在汽车上得到了广泛的应用,提升汽车性能的同时延长使用寿命。
2 现代汽车上的纳米材料
(1)纳米面漆。汽车面漆是对汽车质量的直观评价,它不但决定着汽车的美观与否,而且直接影响着汽车的市场竞争力。所以汽车面漆除要求具有高装饰性外,还要求有优良的耐久性,包括抵抗紫外线、水分、化学物质及酸雨的侵蚀和抗划痕的性能。纳米涂料可以满足上述要求。纳米颗粒分散在有机聚合物骨架中,作承受负载的填料,与骨架材料相互作用,有助于提高材料的韧性和其它机械性能。研究表明,将10%的纳米级TiO2粒子完全分散于树脂中,可提高其机械性能,尤其可使抗划痕性能大大提高,而且外观好,利于制造汽车面漆涂料;将改性纳米CaCO3以质量分数15%加入聚氨酯清漆涂料中,可提高清漆涂料的光泽、流平性、柔韧性及涂层硬度等。
纳米TiO2是一种抗紫外线辐射材料,加之其极微小颗粒的比表面积大,能在涂料干燥时很快形成网络结构,可同时增强涂料的强度、光洁度和抗老化性;以纳米高岭土作填料,制得的聚甲基丙烯酸甲酯纳米复合材料不仅透明,而且吸收紫外线,同时也可提高热稳定性,适合于制造汽车面漆涂料。
(2)纳米塑料。纳米塑料可以改变传统塑料的特性,呈现出优异的物理性能:强度高,耐热性强,比重更小。随着汽车应用塑料数量越来越多,纳米塑料会普遍应用在汽车上。主要有阻燃塑料、增强塑料、抗紫外线老化塑料、抗菌塑料等。阻燃塑料是燃烧时,超细的纳米材料颗粒能覆盖在被燃材料表面并生成一层均匀的碳化层,起到隔热、隔氧、抑烟和防熔滴的作用,从而起到阻燃作用。
目前汽车设计要求规定,凡通过乘客座舱的线路、管路和设备材料必须要符合阻燃标准,例如内饰和电气部分的面板、包裹导线的胶套,包裹线束的波纹管、胶管等,使用阻燃塑料比较容易达到要求。增强塑料是在塑料中填充经表面处理的纳米级无机材料蒙脱土、CaCO3、SiO2等,这些材料对聚丙烯的分子结晶有明显的聚敛作用,可以使聚丙烯等塑料的抗拉强度、抗冲击韧性和弹性模量上升,使塑料的物理性能得到明显改善。
抗紫外线老化塑料是将纳米级的TiO2、ZnO等无机抗紫外线粉体混炼填充到塑料基材中。这些填充粉体对紫外线具有极好的吸收能力和反射能力,因此这种塑料能够吸收和反射紫外线,比普通塑料的抗紫外线能力提高20倍以上。据报道这类材料经过连续700小时热光照射后,其扩张强度损失仅为10%,如果作为暴露在外的车身塑料构件材料,能有效延长其使用寿命。抗菌塑料是将无机的纳米级抗菌剂利用纳米技术充分地分散于塑料制品中,可将附着在塑料上的细菌杀死或抑制生长。这些纳米级抗菌剂是以银、锌、铜等金属离子包裹纳米TiO2、CaCO3等制成,可以破坏细菌生长环境。据介绍无机纳米抗菌塑料加工简单,广谱抗菌,24小时接触杀菌率达90%,无副作用。
(3)纳米润滑剂。纳米润滑剂是采用纳米技术改善润滑油分子结构的纯石油产品,它不会对润滑油添加剂、稳定剂、处理剂、发动机增润剂和减磨剂等产品产生不良作用,只是在零件金属表面自动形成纯烃类单个原子厚度的一层薄膜。由于这些微小烃类分子间的相互吸附作用,能够完全填充金属表面的微孔,最大可能地减小金属与金属间微孔的摩擦。与高级润滑油或固定添加剂相比,其极压可增加3倍-4倍,磨损面减小16倍。由于金属表面得到了保护,减小了磨损,使用寿命成倍增加。
另外,由于纳米粒子尺寸小,经过纳米技术处理的部分材料耐磨性是黄铜的27倍、钢铁的7倍。目前纳米陶瓷轴承已经应用在奔驰等高级轿车上,使机械转速加快、质量减小、稳定性增强,使用寿命延长。
(4)纳米汽油。纳米汽油最大优点是节约能源和减少污染,目前已经开始研制。该技术是一种利用现代最新纳米技术开发的汽油微乳化剂。它能对汽油品质进行改造,最大限度地促进汽油燃烧,使用时只要将微乳化剂以适当比例加入汽油便可。交通部汽车运输节能技术检测中心的专家经试验后认为,汽车在使用加入该微乳化剂的汽油后,可降低其油耗10%~20%,增加动力性能25%,并使尾气中的污染物(浮碳、碳氢化合物和氮氧化合物等)排放降低50%~80%。它还可以清除积碳,提高汽油的综合性能。更令人注意的是,纳米技术应用在燃料电池上,可以节省大量成本。因为纳米材料在室温条件下具有优异的储氢能力。根据实验结果,在室温常压下,约2/3的氢能可以从这些纳米材料中得以释放,故其能替代昂贵的超低温液氢储存装置。
(5)纳米橡胶。汽车中橡胶材料的应用以轮胎的用量最大。在轮胎橡胶的生产中,橡胶助剂大部分成粉体状,如炭黑、白炭黑等补强填充剂、促进剂、防老剂等。以粉体状物质而言,纳米化是现阶段橡胶的主要发展趋势。新一代纳米技术已成功运用其它纳米粒子作为助剂,而不再局限于使用炭黑或白炭黑,汽车中最大的改变即是,轮胎的颜色已不再仅限于黑色,而能有多样化的鲜艳色彩。另外无论在强度、耐磨性或抗老化等性能上,新的纳米轮胎均较传统轮胎都优异,例如轮胎侧面胶的抗裂痕性能将由10万次提高到50万次。
(6)纳米传感器。传感器是纳米技术应用的一个重要领域,随着纳米技术的进步,造价更低、功能更强的微型传感器将广泛应用在社会生活的各个方面。半导体纳米材料做成的各种传感器,可灵敏地检测温度、湿度和大气成分的变化,这在汽车尾气和大气环境保护上已得到应用。纳米材料来制作汽车尾气传感器,可以对汽车尾气中的污染气体进行吸附与过滤,并对超标的尾气排放情况进行监控与报警,从而更好地提高汽车尾气的净化程度,降低汽车尾气的排放。我国纳米压力传感器的研制已获得成功,产品整体性能超过国外的超微传感器,缩小了我国在这一技术领域与世界先进国家存在的差距。有专家认为,到2020年,纳米传感器将成为主流。
(7)纳米电池。早在1991年被人类发现的碳纳米管韧性很高,导电性极强,兼具金属性和半导体性,强度比钢高100倍, 密度只有钢的1/6。我国科学家最近已经合成高质量的碳纳米材料,使我国新型储氢材料研究一举跃入世界先进行列。此种新材料能储存和凝聚大量的氢气,并可做成燃料电池驱动汽车,储氢材料的发展还会给未来的交通工具带来新型的清洁能源。
结语
随着材料技术的发展,纳米技术已成为当今研究领域中最富有活力,对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象。纳米科技正在推动人类社会产生巨大的变革,未来汽车技术的发展,有极大部分与纳米技术密切相关,纳米材料和纳米技术将会给汽车新能源、新材料、新零部件带来深远的影响。对于汽车制造商而言,纳米技术的有效运用,有效地促进技术升级、提升附加价值。相信在不久的将来,纳米技术必将在汽车的制造领域得到更广泛的应用。
参考文献
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[2]潘钰娴,樊琳.纳米材料的研究和应用[J].苏州大学学报(工科版),2002.
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纳米材料与技术3000字论文篇三:《试谈纳米技术及纳米材料的应用》
摘要:本文主要论述了纳米材料的兴起、纳米材料及其性质表现、纳米材料的应用示例、纳米材料的前景展望,以供与大家交流。
关键词:纳米材料;应用;前景展望
1.纳米技术引起纳米材料的兴起
1959年,著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品,这是关于纳米科技最早的梦想。80年代初,德国科学家H.V.Gleiter成功地采用惰性气体凝聚原位加压法制得纯物质的块状纳米材料后,纳米材料的研究及其制备技术在近年来引起了世界各国的普遍重视。由于纳料材料具有独特的纳米晶粒及高浓度晶界特征以及由此而产生的小尺寸量子效应和晶界效应,使其表现出一系列与普通多晶体和非晶态固体有本质差别的力学、磁、光、电、声等性能,使得对纳米材料的制备、结构、性能及其应用研究成为90年代材料科学研究的 热点 。1991年,美国科学家成功地合成了碳纳米管,并发现其质量仅为同体积钢的1/6,强度却是钢的10倍,因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年,纳米产品的年营业额达到500亿美元。
2.纳米材料及其性质表现
2.1纳米材料
纳米(nm)是长度单位,1纳米是10-9米(十亿分之一米),对宏观物质来说,纳米是一个很小的单位,不如,人的头发丝的直径一般为7000-8000nm,人体红细胞的直径一般为3000-5000nm,一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小,金属的晶粒尺寸一般在微米量级;对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示,1埃相当于1个氢原子的直径,1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件:一是材料的特征尺寸在1-100nm之间,二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。
2.2纳米材料的特殊性质
纳米材料高度的弥散性和大量的界面为原子提供了短程扩散途径,导致了高扩散率,它对蠕变,超塑性有显著影响,并使有限固溶体的固溶性增强、烧结温度降低、化学活性增大、耐腐蚀性增强。因此纳米材料所表现的力、热、声、光、电磁等性质,往往不同于该物质在粗晶状态时表现出的性质。与传统晶体材料相比,纳米材料具有高强度——硬度、高扩散性、高塑性——韧性、低密度、低弹性模量、高电阻、高比热、高热膨胀系数、低热导率、强软磁性能。这些特殊性能使纳米材料可广泛地用于高力学性能环境、光热吸收、非线性光学、磁记录、特殊导体、分子筛、超微复合材料、催化剂、热交换材料、敏感元件、烧结助剂、润滑剂等领域。
3.纳米材料的应用示例
目前纳米材料主要用于下列方面:
3.1高硬度、耐磨WC-Co纳米复合材料
纳米结构的WC-Co已经用作保护涂层和切削工具。这是因为纳米结构的WC-Co在硬度、耐磨性和韧性等方面明显优于普通的粗晶材料。其中,力学性能提高约一个量级,还可能进一步提高。高能球磨或者化学合成WC-Co纳米合金已经工业化。化学合成包括三个主要步骤:起始溶液的制备与混和;喷雾干燥形成化学性均匀的原粉末;再经流床热化学转化成为纳米晶WC-Co粉末。喷雾干燥和流床转化已经用来批量生产金属碳化物粉末。WC-Co粉末可在真空或氢气氛下液相烧结成块体材料。VC或Cr3C2等碳化物相的掺杂,可以抑制烧结过程中的晶粒长大。
3.2纳米结构软磁材料
Finemet族合金已经由日本的Hitachi Special Metals,德国的Vacuumschmelze GmbH和法国的 Imply等公司推向市场,已制造销售许多用途特殊的小型铁芯产品。日本的 Alps Electric Co.一直在开发Nanoperm族合金,该公司与用户合作,不断扩展纳米晶Fe-Zr-B合金的应用领域。
3.3电沉积纳米晶Ni
电沉积薄膜具有典型的柱状晶结构,但可以用脉冲电流将其破碎。精心地控制温度、pH值和镀池的成份,电沉积的Ni晶粒尺寸可达10nm。但它在350K时就发生反常的晶粒长大,添加溶质并使其偏析在晶界上,以使之产生溶质拖拽和Zener粒子打轧效应,可实现结构的稳定。例如,添加千分之几的磷、流或金属元素足以使纳米结构稳定至600K。电沉积涂层脉良好的控制晶粒尺寸分布,表现为Hall-Petch强化行为、纯Ni的耐蚀性好。这些性能以及可直接涂履的工艺特点,使管材的内涂覆,尤其是修复核蒸汽发电机非常方便。这种技术已经作为 EectrosleeveTM工艺商业化。在这项应用中,微合金化的涂层晶粒尺寸约为100nm,材料的拉伸强度约为锻造Ni的两倍,延伸率为15%。晶间开裂抗力大为改善。
3.4Al基纳米复合材料
Al基纳米复合材料以其超高强度(可达到1.6GPa)为人们所关注。其结构特点是在非晶基体上弥散分布着纳米尺度的a-Al粒子,合金元素包括稀土(如Y、Ce)和过渡族金属(如 Fe、Ni)。通常必须用快速凝固技术(直接淬火或由初始非晶态通火)获得纳米复合结构。但这只能得到条带或雾化粉末。纳米复合材料的力学行为与晶化后的非晶合金相类似,即室温下超常的高屈服应力和加工软化(导致拉神状态下的塑性不稳定性)。这类纳米材料(或非晶)可以固结成块材。例如,在略低于非晶合金的晶化温度下温挤。加工过程中也可以完全转变为晶体,晶粒尺寸明显大干部份非晶的纳米复合材料。典型的Al基体的晶粒尺寸为100~200nm,镶嵌在基体上的金属间化合物粒子直径约50nm。强度为0.8~1GPa,拉伸韧性得到改善。另外,这种材料具有很好的强度与模量的结合以及疲劳强度。温挤Al基纳米复合材料已经商业化,注册为Gigas TM。雾化的粉末可以固结成棒材,并加工成小尺寸高强度部件。类似的固结材料在高温下表现出很好的超塑性行为:在1s-1的高应变速率下,延伸率大于500%。
4.纳米材料的前景趋向
经过我国材料技术人员多年对纳米技术的研究探索,现在科学家已经能够在实验室操纵单个原子,纳米技术有了飞跃式的发展。纳米技术的应用研究正在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪4大领域高速发展。可以预测:不久的将来纳米金属氧化物半导体场效应管、平面显示用发光纳米粒子与纳米复合物、纳米光子晶体将应运而生;用于集成电路的单电子晶体管、记忆及逻辑元件、分子化学组装计算机将投入应用;分子、原子簇的控制和自组装、量子逻辑器件、分子电子器件、纳米机器人、集成生物化学传感器等将被研究制造出来。
近年来还有一些引人注目的发展趋势新动向,如:(1)纳米组装体系蓝绿光的研究出现新的苗头;(2)巨电导的发现;(3)颗粒膜巨磁电阻尚有潜力;(4)纳米组装体系设计和制造有新进展。
建筑材料对工程造价的影响
1.引言
建设项目的造价控制贯穿于项目的全过程,即项目决策阶段、项目设计阶段、项目招标阶段、项目实施阶段和竣工阶段都关系到建设项目的造价控制。统计资料显示,在项目决策阶段及设计阶段,影响建设项目造价的可能性为30%~75%,而在实施阶段影响建设项目造价的可能性仅为5%~25%。控制工程造价的关键就在于项目实施之前的项目决策和设计阶段,项目决策是决定因素,而设计则是关键因素。使人力、物力、财力有限的资源得到充分的利用,取得最佳的经济效益和社会效益。在建筑工程中,材料费约占工程总造价的60~70%左右,是整个费用的主体。所以从材料所占比重来看,其成本是对工程造价影响最大的因素。
随着市场经济的发展,构成工程成本比重最大的材料价格不断波动起伏,人工费、机械费也在不断变化,工程成本不断增加,一方面是由材料价格的不断上涨,施工费用不断增加造成的;另一方面是由于工程图纸来考虑经济实用的方法或设计不合理及施工中管理不善造成的。材料使用成本高低对有限的投资获取最大的经济效益,是工程技术人员和造价人员的一项重要课题。
从工程造价定额的构成来看,材料价格是相对较灵活的因素。工程造价主要是由人工费、材料费、机械费等构成的,其中人工费和机械费的计取和调整都是由定额价格主管部门统一规定的,比较稳定;而材料费是相对较灵活也是对工程造价影响较大的一个重要因素,特别是可调整差价的材料和未计价的材料,如果控制管理不到位,即便是工程量计算和定额套用再准确,费用计取再合理,也会使工程造价失真,严重影响工程造价的有效控制。因此搞好材料的管理工作对于有效控制工程造价具有重要意义。
2.当前建筑材料的发展概况及趋势
2.1 建筑材料的概念及分类
建筑材料是构成建筑工程结构物的各种材料之总称。建筑工程材料的品种繁多,性质各异,用途也不同,为了便于应用,工程中常从不同角度对其做出分类。
2.1.1 按基本成分分类
(1)有机材料
以有机物构成的材料,包括:天然有机材料(如木材等),人工合成有机材料(如塑料等)。
(2)无机材料
以无机物构成的材料,包括:金属材料(如钢材等),非金属材料(如水泥等)。
(3)复合材料
有机一无机复合材料(如玻璃钢等),金属一非金属复合材料(如钢纤维混凝土)。复合材料得以发展及大量应用,其原因在于它能够克服单一材料的弱点,发挥复合后材料的综合优点,满足了当代土木建筑工程对材料的要求。
2.1.2 按功能分类
(1)结构材料:承受荷载作用的材料,如构筑物的基础、柱、梁所用的材料
(2)功能材料
具有其他功能的材料,如起围护作用的材料;起防水作用的材料;起装饰作用的材料;起保温隔热作用的材料等。
2.1.3 按用途分类
包括:建筑结构材料;桥梁结构材料;建筑装饰材料;建筑防水材料,建筑保温材料等
2.2 建筑材料的地位
建筑材料是建筑事业不可缺少的物质基础。建筑工程关系到非常广泛的人类活动的领域,涉及生活、生产、教育、医疗、宗教等诸多方面。而所有建筑物或构筑物都是由建筑材料构成,建筑材料的数量、质量、品种、规格、性能、经济性以及纹理、色彩等,都在很大程度上直接影响甚至决定着建筑物的结构形式、功能、适用性、坚固性、耐久性、经济性和艺术性,并在一定程度上影响着建筑材料的运输、存放及使用方式和施工方法。
建筑材料与建筑、结构、施工之间存在着相互促进、相互依存的密切关系。建筑工程中许多技术问题的突破和创新,往往依赖于建筑材料性能的改进与提高。而新的建筑材料的出现,又促进了建筑设计、结构设计和施工技术的发展,也使建筑物的功能、适用性、艺术性、坚固性和耐久性等得到进一步的改善。
为了使建筑物满足适用、坚固、美观等基本要求,材料在建筑的各个部位,充分发挥着各自的功能作用,分别满足各种不同的要求。如钢材和混凝土的出现产生了钢结构和钢筋混凝土结构,使得高层建筑和大跨度建筑成为可能;轻质材料和保温材料的出现对减轻建筑物的自重、提高建筑物的抗震能力、改善工作与居住环境条件等起到了十分有益的作用,并推动了建筑节能的发展;新型环保装饰材料的出现使得建筑物的造型与建筑物的内外装饰焕然一新,生机勃勃。因此,建筑材料是加速建筑革新的一个重要因素。
2.3 建筑材料的发展概况
从建筑材料发展史可以看出,建筑材料的发展是随着人类社会生产力和科技水平的提高而逐步发展起来的。
建筑材料的发展经历了一个很长的历史时期。建筑材料的发展是随着人类社会生产力的发展而发展的。
在当今的社会,建筑材料犹如那令人目不暇接的商品一般,款款色色,不胜枚举。
随着人类文明的进步,生产工具得到极大改善, 又由于长期的自然生活以及石材本身给人的坚实安全感,人类开始利用大块石材建造房屋或构筑物。石材具有坚硬耐用等性质,在相当的一段时间里成就可观。如被称为世界七奇观之一的埃及吉萨金字塔,历经了5000余年沧桑仍然挺立,其结构就是石材结构,由250万重达2.5吨的石料砌成。公元前400-前500年古希腊雅典卫城主要建筑材料也是石料。中国万里长城有些残段构筑材料是石块。这段时间内的石材应用,给人类留下了宝贵而丰富的文化遗产。
在今天砌体结构发展成熟,各类砖体层出不穷,功能各异。砖瓦一直以来颜色形状各异的砖瓦构建成视觉美感强烈的建筑,典雅非凡,因而直到今天砖瓦依然是重要的建筑材料。
伴随漫漫发展过程,建筑材料日益丰富。在这个过程中除了石材外还有一种建筑材料贯穿历史,堪称经典——木材。例如一千多年前建成的杭州六合塔,始建于1056年的山西应县木塔,最大木结构建筑群北京故宫等。经历了漫长的石材砖瓦的砌体建筑史以及木结构建筑史,到18世纪工业革命之后,建材的发展成果更是令人瞩目,材料的多样性更令人眼花缭乱。
其中里程碑式的发展是水泥的出现。它与传统胶凝材料石灰胶相比,具有高强度以及硬行等特点,如果与砂石等骨料水拌形成混凝土,可使墙体更加坚固。混凝土自此后广泛应用,使土木工程活动范围和规模都得到了进一步发展。工业革命以后,钢材的建筑用途被世界重视,建筑材料家庭里于是加入了重要角色——钢材。从此钢筋混凝土地建筑主导地位被确立。此时,高层建筑如雨后春笋纷纷拔地而起。
1940年以后,钢材、钢筋混凝土、预应力混凝土、钢骨钢筋混凝土令建筑物的规模产生飞跃性发展。与此同时,玻璃等采光材料也得以广泛应用,出现了玻璃墙体。合成工艺的发展又促使了根据功能需要而生产合成建筑材料,如木纤维水泥板、集成木材、化学塑胶材料等。传统建筑材料也大为改善,空(实)心砌替、配筋砌体、木材、石材应用多样化。一时间性能更加多样化的建筑材料纷纷出现。形成了百花齐放的局面。
20世纪以后,人们要求建筑物功能多样化,对建筑物安全性要求也增高,高分子有机材料、新型金属材料、智能化材料和各种复合材料迎来了建筑物的功能外观根本性的变革。例如纤维材料与混凝土混合弥补了混凝土材料的脆性缺陷。建筑材料的发展适应着社会发展以及社会要求,自此之后新型材料不断产生。
现代世界人口急剧增长,建筑用地日益紧张,高耸入云的摩天大楼不再是幻想,而是实实在在的要求,而仍不断要求建筑物向更高更深方向发展。人类渴望的不仅仅是舒适美观,更有渴望居住环境能和谐自然。质轻高强材料、高耐久材料等的产生以及性能深化已经刻不容缓,“绿色环保建材”的要求也应运而生。树立可持续发展的生态建材观,研究环保美观材料、耐火防火材料以及材料智能化,将材料的优良性能与环境协调,构建和谐自然的居住环境,是现代建筑工程工作者的努力方向和责任,也是建材发展的必然趋势。
4. 工程设计中材料选择对工程造价的影响
设计阶段是建设项目工程造价控制的龙头。在投资计划得以合理确定以后,进入设计阶段,它是把技术与经济有机结合在一起的过程。有效控制工程造价要求在施工图设计中严密、全面。当前我国的工程设计也实行招投标制、公平竞争,把对设计阶段有效控制工程造价作为选择中标单位的主要标准之一,对全过程造价进行控制的管理。但目前我国大部分设计单位对工程项目的技术与经济进行深入分析不够、在设计中大多重技术轻经济,设计人员似乎只对设计工程的质量负责,对工程造价的高低不太关心。以致无法通过优化设计方案,编制初步设计、概算起到控制总造价的作用。工程设计图的质量和深度等也不够,工程量清单中的工程量错算、漏算,也引起暂估项目的增多,使招投标工作的质量难以保证,因而也无法有效控制工程造价。
设计阶段是建设项目成本控制的关键与重点。尽管设计费在建设工程全过程费用中比例不大,一般只占建设成本的1.5%~2%,但材料对工程造价的影响可达75%以上,由此可见,设计中材料选择的价格直接影响建设费用的多少,直接决定人力、物力和财力投入的多少。合理科学的设计选材,可降低工程造价10%。但在工程设计中,不少设计人员重技术、轻经济,任意提高安全系数或设计标准,而对经济上的合理性考虑得较少,从根本上影响了项目成本的有效控制。
掌握各种工程材料的特性,正确地选择和使用材料是对从事工程设计人员的基本要求,因为建筑工程的设计不只是结构设计,还应该包括材料的选用。因此,材料选择是工程设计必不可少的重要环节,其对工程质量及工程造价有着至关重要的影响。
选材工作影响整个设计过程。但是就目前国内的状况而言,不少设计人员有一种倾向,只重视结构设计与计算,而把选材看成是一种简单而不太重要的任务,认为只要翻翻手头材料手册,找出一种通用材料,便可万无一失。材料选择与应用直接关系到工程的质量与造价。
所谓选材,就是在众多材料中,寻找既能满足工程上的要求,又能降低工程成本获得最大经济利益,同时还能符合使用环境条件和环保与资源供应情况的材料。选材不是一件容易的事情,困难之一是如何正确地选用材料,使其既满足工程的设计功能(如强度和耐久性要求),又符合技术、经济和美观的要求,以达到产品结构耐久与价廉物美的完美统一;困难之二是材料的类型和品种繁多,如何去确定可供选择的范围以及最终选定某一种最佳或最合适的材料;困难之三是材料选择与科学研究不同,科学研究对于所有的问题一般都具有惟一正确的答案,而材料选择则要求考虑候选材料各自的优点和缺点,再做必要的折衷和判断,因此,材料选择可能有不同的解决办法,每一种选材对造价都采生很大的因响。例采用大面积玻璃门窗(幕墙)是现代建筑的一种潮流。目前采用的几种节能玻璃材料主要有镀膜玻璃、中空玻璃和带薄膜型热反射材料玻璃。玻璃材料在建筑设计中具有重要的作用,除了满足建筑结构设计如强度,刚度,风压,抗震和温度变形等要求外,在节能设计时应满足节能围护结构功能要求。在建筑设计上要求建筑师能根据建筑的使用功能以及我国不同地区的气候特点,正确选用各种节能玻璃材料,创造出新型建筑节能技术和设计方法。做到减少能耗又控制造价,是建筑师注意的问题。
严格控制设计变更,以保证投资限额不轻易突破。建设单位的工程造价管理人员应与设计部门积极配合,及时提供可靠的工程基础资料。
优化选择设计方案,认真会审图纸,积极提出修改意见设计方案的优化选择,对工程造价起着举足轻重的作用。
7.结语
建筑工程造价预算管理是集专门性、知识性、政策性于一体的工作,是一门多学科、综合性的工作。建筑工程造价预算管理对造价预算管理人员提出了较高的要求,它要求造价预算管理人员不但要掌握工程预算的专业知识及其相关的法律、法规和政策,还要了解设计、材料设备采购、施工工艺、工程基本结构、投资控制等相关的基础知识。同时,建筑工程造价预算管理又是一项艰苦、细致的工作,工程造价预算管理人员经常要深入工程第一线,从事资料收集(特别是构成实体的建筑材料的市场价格))工作,因此,工程造价预算管理人员不但要有过硬的专业基本功,还要具备良好的职业道德,要养成实事求是的工作作风,具有爱岗敬业、无私奉献的精神。