材料科学在建筑设计中起着基础作用。从验证机械性能等坚实的基础，到为建筑行业开发可持续未来等远大目标，材料科学家们正在努力使建筑更有效、更高效、更可持续。
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材料在建筑及其设计和施工中起着至关重要的作用。材料科学已经发展到满足建筑师、工程师和建造者的需求。数字制造、机器人和3D打印等新技术刺激了创新建筑方法的创造，并重新激发了对材料的兴趣，成为独特建筑设计的驱动力。
今天，材料科学已经从简单地解释材料转向积极地设计材料。这种转变导致了建筑师、工程师和材料科学家之间的合作，他们合作开发新的材料系统，用于基于材料的设计研究中的各种应用。
建筑材料科学
建筑材料科学家探索基本建筑材料背后的科学，如金属、水泥、混凝土、聚合物、木材、砖、玻璃和石膏。该领域深入研究了现场影响这些材料的关键因素，如降解及其性能和耐久性。
有几个因素促使人们需要改进建筑结构。全球人口不断增长，城市化程度越来越高，建筑建设是温室气体排放和土地利用变化的重要因素。此外，物质资源越来越稀少。
此外，许多国家的住房问题表明，由于一些经济、社会和环境原因，当前的制度可能无法满足社会相当一部分人的需求。
建筑行业占全球碳排放的11%，占建筑环境温室气体排放总量的40%。尽管如此，建筑活动并没有减少。
开发和使用更可持续的建筑材料以及减少建筑项目对于减轻人类引起的气候变化的负面影响至关重要。
材料科学家在先进建筑的前沿工作
这些挑战在材料科学研究界绝不是被忽视的。全球建筑业对环境造成的大量危害意味着，该领域的可扩展创新可以对人类与其宜居星球的关系产生相对较大的积极影响。
用地聚合物替代水泥
来自印度沙尔达大学和德国卡塞尔大学的一个国际研究团队最近探索了地聚合物材料作为水泥替代品的潜在应用。
生产硅酸盐水泥会产生5-7%的CO2排放导致全球变暖。地聚合物水泥是一种更环保的替代品，排放的CO更少2．
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该技术利用含有铝硅酸盐相的工业副产品，对环境的危害最小。
地聚合物水泥由二级材料制成，如粉煤灰、偏高岭土、煅烧粘土和沸石，由碱/碱硅酸盐溶液活化。
结构用工程木材和竹材复合材料
中国上海同济大学的结构工程师正在将现代材料技术应用于古老的可再生建筑材料:竹子和木材。
最近，他们对最新的工程木材和竹子复合材料进行了审查。该研究评估了三种新型工程木材复合材料(纤维增强聚合物、增强胶合木、交叉层压木材和木材攀爬器)和三种新型工程竹复合材料(层压竹材、胶合层压竹子和竹攀爬器)的制造工艺、建模技术和机械性能。
研究比较了这些工程复合材料的力学性能和密度。本文还介绍了用这些工程复合材料建造的结构的几个例子，并讨论了它们的潜在用途和局限性。
英国剑桥大学的材料科学家也在研究竹子在建筑中的潜在应用。
最近的一项研究集中在工程竹的力学性能上，这种工程竹是通过将生竹子加工成层状复合材料制成的。
该研究比较了两种商用工程竹制品的性能，即竹刮板和层压竹片，以及木材和工程木材产品的性能。结果表明，工程竹制品的性能与木材及木材基产品相当或更好。
该研究还强调了使用工程竹子进行结构设计的潜在局限性，并增加了对这种可再生材料的研究。
机器学习在建筑材料科学中的应用
加拿大西安大略大学的土木和环境工程研究人员最近将机器学习(一种人工智能)应用于建筑设计的材料科学。
由于设计规范的要求，准确预测混凝土的力学性能一直是一个挑战。随着新的混凝土混合物和应用的出现，研究人员正在寻找可靠的模型来预测机械强度。
经验和统计模型，如线性和非线性回归，是常用的，但当混凝土性能和混合成分复杂时，开发和提供不准确的结果可能耗时。
为了解决这些限制，已经提出了几种机器学习模型作为替代方法。该研究评估了这些ML模型，包括人工神经网络、支持向量机、决策树和进化算法，用于预测混凝土的力学性能。
该研究分析和讨论了每个模型的性能和实用性，确定了建议、当前的知识差距和未来研究的领域。
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参考资料及进一步阅读
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