土工合成材料特点范文篇1

关键词：土木工程材料；课程建设；应用型人才；特色名校建设

项目来源：青岛农业大学应用型人才培养特色名校建设工程校级精品课程建设项目

中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：

根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2022年）》和《山东省中长期教育改革和发展规划纲要（2011-2022年）》，以及《山东省高等教育内涵提升计划（2011-2015年）》（鲁教高字[2011]1号）的要求，为加强对高等学校的分类指导，强化内涵和特色发展，提高人才培养质量，发挥名校带动作用，增强高等教育服务本区域经济社会发展的能力，“十二五”期间山东省在地方高校中遴选一批应用基础型、应用型和高素质技能型人才培养特色名校，进行重点建设。2012年，青岛农业大学成为了山东省应用型人才培养特色名校首批立项建设单位，而建筑工程学院的土木工程专业是我校重点建设的十五个专业之一。

《土木工程材料》课程是土木工程专业的专业基础课程之一，为学生学习房屋建筑学、混凝土结构原理、土木工程施工、建筑工程经济管理等后续专业课奠定了工程材料基础知识，在土木工程人才培养中发挥构建学生专业基础知识的作用。因此，如何通过对该课程不断的改革和优化，以期达到应用型人才培养目标是课程教学工作者必需长期坚持的工作。[1]-[3]

一、《土木工程材料》课程教学中存在的问题

1.教学内容繁杂、逻辑衔接较差

土木工程材料课程内容繁杂，涉及工程中众多工程材料，包括水泥、石灰、石膏等无机胶凝材料、混凝土、建筑砂浆、建筑钢材、木材等10多类材料。对于每一种材料在建筑过程中均有所体现，同r每一种材料又是相对独立的，各类材料之间缺乏横向联系，叙述性内容偏多，知识点之间衔接不紧密，逻辑性较差。因此要求学生能够全面掌握各种建筑材料，灵活使用。对于长期以来适应逻辑推理的学习与思维方法，且对于建造过程又缺乏实际体验的学生来说，会感觉课堂教学枯燥无味，难以调动学生的学习兴趣。导致学习积极性不高，这种状况在某种程度上也影响了教学效果。

2.教材内容相对滞后、且版本多难以统一

近年来，土木工程领域新材料、新技术不断涌现，各类技术标准不断推陈出新。同时，由于教材的编制和出版周期较长，教材的内容往往滞后于技术标准的推出，落后于工程实际。另外，目前《土木工程材料》教材版本多，有些教材内容叙述性强，概念偏多，有些理论推导及公式类内容较多，而有些则偏重工程实际，对材料的结构组成、理论分析方面叙述偏少。因此，在教材的选择上存在一定的困难。

3.教学方法单一、已不适应教学目标的要求

《土木工程材料》课程按照主要的工程材料划分章节、组织教学进程，缺乏灵活性和适应性。使得学生学习起来单调乏味，学习兴趣和积极性差，易使学生对课程理解不深、应用不灵活，最终导致材料的选择和使用方面知识和能力的欠缺，甚至认为“材料课的学习就是背诵记忆”。尤为重要的是学生很难掌握课程的重点，总感觉所有的内容似乎都是重点、都需要掌握，学生认为这门课程既难以记忆又难以理解，从而产生厌学心理。另外，由于《土木工程材料》课程内容涉及材料的性能检测及工程应用，实践性强，应用强，传统的教学方法和手段不能充分展示材料的外观特征、技术性质指标及工程应用，也会影响教学效果。

4.考核内容及形式过于单一

闭卷的书面考试仍然是目前最主要、有时甚至是唯一对学生考核的形式。由此造成了学生“考前背，考后忘”的现象。

5.综合性、设计性实验周期长，开设繁琐

传统的材料试验都是随着课程进度而进行的课中实验，这种模式的优势是实验与理论课同步进行，有助于学生对知识的及时消化和理解，但是由于受时间所限，只适合开设一些耗时短的验证性实验，而综合性、设计性实验往往由于过程繁琐、费时费力、周期长而受到限制。

因此，传统的《土木工程材料》课程体系和教学模式远不能适应应用型人才培养的需要，必须进行全方位改革。

二、《土木工程材料》课程教学改革与实践

1.优化教学内容

《土木工程材料》课程教学内容应紧跟行业发展动态，保持教学内容的先进性。可以适时讲授土木工程领域新材料、新技术、新标准。如在第二章“建筑金属材料”里，介绍日本已开发出LY225钢、LY100钢，美国生产出屈服点高达690N/mm2的可焊接合金钢板；在第四章“水泥混凝土及砂浆”里，讲解国内外混凝土技术新进展。通过向学生传授新知识、新信息，可以开阔学生视野，培养学生的创新意识。

2.积极参与教材编写，实时更新教材

由于材料科学的自身特点（如发展快、新技术、新材料层出不穷），使得教材必需适时更新，需要选择版本较新且内容具有前瞻性的教材。因此，本教研组作为副主编单位积极与其他高校合作，强调应用型人才的培养目标，结合土木工程专业方向学生的定位，编写了内容新颖、知识面广、不断融入新型材料内容、相对系统、注重基础知识并且与工程实际联系紧密的教材。该教材是普通高等教育“十二五”规划教材，由科学出版社出版。

3.改革教学方法和教学手段

《土木工程材料》课程内容涉及材料种类繁多，不同材料有不同的外观特征、性能特点和适用范围，单纯的板书教学效果不佳，只有通过采用立体化的教学方法和手段才能收到良好的效果。

（1）采用案例教学法

应用型本科院校培养的目标是应用技能型人才。在教学内容中不断融入工程实例，结合课程内容特点及学校对学生的的培养目标，在知识传授过程中注意基本理论知识与工程具体实践的相结合。引导学生用分析和发展的思路来看待现有的材料，掌握各种材料的性能，并正确使用各种土木工程材料，做到举一反三，从而激发学生的创新精神。例如，讲解混凝土掺和料这一节时，先列举各种掺和料在大型工程中的应用，如粉煤灰在三峡大坝中的应用。然后让同学们观看粉煤灰、矿渣及硅灰的微观照片，并比较三者问的相貌特征差异。采用表格的形式给出三者的化学组成和矿物组成，引导学生进一步思考，当这三种掺和料用于水泥混凝土时，对混凝土流动性、强度的影响等。

（2）合理有效利用先进教学手段

《土木工程材料》课程涉及材料种类繁多，知识面广，作为一门专业基础课，开课时间较早，学生又是初次接触专业知识，感性认知较少，教师授课也很难调动学生的兴趣；另外有些材料的性状特点等需要很多时间解释，如果辅以现代多媒体和网络教学的手段，通过计算机动态模拟并配合适当的声、光、图和文字等，使学生在课堂上获得最直观、最形象、最生动的知识，可以调动学生学习的兴趣和积极性，并且能够提高学习效率。但多媒体等的使用容易使部分学生思想不集中，应将多媒体和传统的板书相结合授课是最理想的教学方法。还有，教师个人可建立自己的教学网站，通过教学网络，在课余时间与学生进行网上互动和答疑。

4.革新考评方式

在考核方式上，改变传统的、单一的闭卷考试模式，实施过程性考核与终结性考核相结合模式。虽然学生成绩构成仍为：考勤10%/平r20%/考试70%，但体现了“以能力考核为核心，知识、能力相结合”的原则，其中平时成绩包括课堂讨论、课堂答辩、小测验等内容，闭卷考试注重能力考核，增加与实践相结合的综合案例题型。例如“某工程实际施工中，石灰砂浆粉刷过的墙壁出现了鼓包开裂现象，试分析原因并提出如何防止这样的现象再次出现”、“某大体积的混凝土工程，浇注两周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝，试分析其原因。”等与实际工程相关联的内容。

5.加强实验教学环节，注重学生能力培养

《土木工程材料》是一门实践性很强的课程，实践性教学环节是该课程中又一重要组成部分，起着理论课不能替代的作用。为了提高教学效果，在实验教学环节上也要不断改革和探索。首先，优化实验教学内容，削减验证性实验，整合综合性实验，增加设计性实验，开辟应用研究型实验，逐步形成“基本型实验一综合型实验一应用研究型实验”多层次递进式的实验教学体系。例如开设混凝土强度试验时，让学生选择所配混凝土的品种以及强度标号并计算混凝土的配合比，按照实验规范成型混凝土试件，测定其强度。这样可以让学生利用所学配合比的知识设计混凝土，做到学以致用，同时还提高了学生的动手能力。其次，授课教师可以拟定一些试验研究题目供学生参考和选择，或让学生参与到科研或科技开发活动中，提高学生的自主性和科研水平。例如，学生以目前研究比较热门的高性能混凝土为试验对象，自己配制混凝土并检测其强度和耐久性。

三、结语

“应用型人才培养”是我国未来大多数高等学校发展的趋势，其本质是工程能力、实践能力的培养，《土木工程材料》是土木工程专业重要的一门专业基础课，是本专业工程能力、实践能力培养的窗口及平台。只有根据“应用型人才培养”的目标与要求，对《土木工程材料》课程教学内容进行调整，采用以培养学生自主研究性学习能力、综合分析能力、实践能力、创新能力与团队协作能力为目标的教学方法和复合式考核方法，并在教学过程中强化学生工程能力的培养和综合素质的养成，才能培养出复合型、高素质、满足未来需要的优秀工程应用型人才。相信通过广大教师的不懈努力，《土木工程材料》课程的教学水平会有更大的提高。

参考文献：

[1]安明矗余自若.土木工程材料教学中学生实践能力的培养[J].高等建筑教育，2010，19（1）：102-105.

[2]刘焕阳，韩延伦.地方本科高校应用型人才培养定位及其体系建设[J].教育研究，2012（12）：67-70.

土工合成材料特点范文

【关键词】智能材料；土木工程；特点；发展趋势

引言

目前，随着光钎、压磁、压电和形状记忆合金等材料的发展，智能材料已经被广泛应用于土木工程的各个领域。最基本的智能材料一般被称为感知材料，其可以感知内外部刺激的材料。通过感知内外部条件变化，并做出适应环境调整的材料被称作驱动材料。现在的智能材料，一般需要多种材料复合组装来实现环境变化情况下材料结构的诊断、修复、调整。

一、智能材料类型及特点

智能材料概念在20世纪80年代初被系统地提出，并于80年代末得到前所未有发展空间。随着光纤、压磁、形状记忆合金等智能材料的发展，使其在土木工程领域得到较为广泛地应用。智能材料以其具有的不同功能特点通常可分为两大类，一类为可感知外界或内部刺激强度作用的材料，称为感知材料。另一类为可响应或驱动因外界环境条件或内部状态发生变化的材料，也称为智能驱动材料。智能材料结构具有控制、传感与驱动三个要素，可利用自身感知处理信息，发出指令并执行动作，进而实现结构自我监控、诊断、检测、修复、校正与适应等各种功能。一般情况下，单一功能材料难以具有上述多种功能，这需要组元复合或组装多种材料而构成新的智能材料才能实现。

二、土木工程中智能材料的应用

1.形状记忆合金的应用

形状记忆合金是具有形状记忆效应的一种智能合金材料，作为新型功能性材料，最主要的优点就是在激发材料的形状记忆效应过程中，材料可以产生高于700兆帕的回复应力及8%左右的回复应变，同时具有较强的能量传输储存能力。该特性的应用能够将材料置于各种结构中，实现结构的自我诊断、增韧、增强与适应控制的应用研究，而且还可以将材料研制为智能型驱动器，在结构变形、损伤、裂缝及振动等方面开展应用研究工作。相变伪弹性与相变滞后性能是形状记忆合金的另一个优点，在加卸载过程中其应力-应变曲线构成环状，表明材料在此过程中能够吸收耗散较多的能量。形状记忆合金具有高达400兆帕的相变回复力，结合该特性能够研制开展形状记忆合金被动耗能控制系统，该系统可实现相变伪弹性性能，可在土木工程结构中用于耗能抗震的被动控制。通常在结构层间或底部安置形状记忆合金被动耗能控制系统，用于实现耗能系统对结构的层间变形的感知，进而起到消耗地震能量的作用。有关研究结果显示，耗能器安装形状记忆合金结构后，耗能器可吸收约为三分之二的地震能量，并显著抑制结构的位移。

2.压电材料的应用

压电材料一般是指在收到压力后，材料两端会出现电压的晶体材料。压电材料在土木工程中的应用主要包括对于结构的静变形控制、噪声控制和抗震抗风等领域。传统的压电材料使用方法是通过压电传感元件对结构的震动进行感知，利用传感器输出结果，从而实现对于震动的感知和预警。在此基础上，采取合适的控制算法对压电体的输入进行控制和定量，从而实现对于结构震动的控制，这是目前压电类智能材料的研究前沿。随着研究的深入和技术的进步，压电类的智能结构土木工程中的应该越来越广泛。

3.光导纤维的应用

光导纤维由外包层与内芯构成，是一种纤维状光通信介质材料，该材料采用先进的信息传输技术起初用于通信传输系统，由于作为信息载体的光子在速度与容量上高于电子，因此得到较为迅速的发展。光子所具有的高并行处理能力与高信息率，潜力在信息容量与处理速度得到充分发挥。光纤材料在监测、传感及信息远距离传输等方面得到应用，将光纤作为传感元件埋入传统混凝土结构中针对结构方面各项指标实现自动监测、诊断、控制、预报及评价等功能，而且将形状记忆合金等驱动元件埋入，有机结合信息处理系统与控制元件，使混凝土结构具有智能功能，进而实现混凝土结构自我诊断与修复。在土木工程结构诊断及主动控制地震响应中，光纤材料一直作为设计传感器的一种比较理想的材料，我国目前也已将其用于检测评定三峡大坝。

4.压磁材料的应用

压磁材料在土木工程中的应用主要包括磁流变材料和磁致伸缩材料。基于磁流变材料的原理，当磁场的强度高于临界强度时，磁流变在极短时间内从液态向固态转化。在介于固液体之间可根据磁流变液特点具有的快速、可控及可逆性质，控制流体特性实施时需要较低的能量，因此在智能结构中通常将磁流变液作为动器件的主要材料。基于这点，磁流变材料可用于高层建筑的结构中，实现对地震的半主动控制。因为潜在应用前景的广阔，使得磁致伸缩材料近年来得到很大关注。磁致伸缩材料具有强烈的磁致伸缩效应，这种材料可以在电磁和机械之间进行可逆转换，这种特性使其可以用于大功率超声器件、声纳系统、精密定位控制等很多领域。

三、智能材料的发展趋势

在土木工程领域，智能材料的发展趋势集中体现在以下三方面。一是实时监控检测结构状态，在土木结构中集成传感与驱动元件，利用其网络实时监控结构状态，以保证土木工程结构与基础设施的安全，有效降低维修成本。二是形状自适应材料与结构，该结构不仅可承载传递运动，还能检测并改变结构特性，具有较为广阔的应用前景。三是自适应控制减振抗震抗风降噪的结构，在土木工程设计中结构动力响应一直是比较重要的一个问题，尤其是针对桥梁与高层建筑等土木工程结构的抗震抗风问题，研发应用智能材料能够为其提供重要的途径，实现结构的自适应控制。尽管当前的智能材料还存在不同程度的不足之处，但随着有关研究的不断深入，智能材料的性能将得到明显改善。在众多领域中，智能材料都将发挥其潜力，体现出广阔的应用前景，开展的研究包括力学、计算机控制、材料、微电子、人工智能等多个学科技术。

四、结语

综上所述，随着智能材料的广泛应用，同时元件逐渐向小型化、多功能化及高功率化方向发展，在建筑结构中复合控制、传感、驱动系统及耦合/连接元件，建筑结构将发展成为主动式智能建筑结构，对于有效利用太阳能、抵御地震、风振等严重自然灾害影响具有重要作用，为人们工作生活提供更为舒适安全的环境，对于提高土木工程结构建设质量具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]张亚东.智能材料在土木工程中的应用研究[J].科技资讯，2011（30）：49.

[2]黄浦时.关于智能材料在土木工程建设中的研究[J].数字化用户，2013（11）：27.

土工合成材料特点范文

关键词：甲基丙烯酸甲醋；化学灌浆材料；修补材料；混凝土；建筑材料

中图分类号：TU57文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）11-0023-02

众所周知，混凝土是当今应用量最大的一种建筑材料，广泛用于工业与民用建筑、水利、交通、城市建设等工程。但是混凝土最大的缺点就是容易出现裂缝，混凝土结构的破坏和建筑物的倒塌，也都是从结构裂缝的扩展开始而引起的。特别是现在预拌混凝土和高性能混凝土的大量应用，使混凝土的各类裂缝显得更为突出。多年来，国内外科技工作者已经研制了大量的混凝土裂缝修补材料，提出了聚合物类修补材料等多种混凝土修补材料，对混凝土工程进行维护和修补，对提高混凝土工程的安全性和延长使用寿命具有十分重要的意义。

一、混凝土裂缝修补材料的要求

混凝土建筑不同于其他混凝土结构物，它是在大自然中的带状结构，表面要经受大气温度周期性变化的影响。因此，嵌入建筑裂缝的材料应具备良好的物理性质化学性质、力学性质及耐久性。

（一）收缩性能

裂缝修补材料的收缩性能直接影响到修补界面的黏结性能。在进行裂缝修补时，表面混凝土已完成了收缩，而新注入的裂缝修补材料的收缩刚刚开始，必将在界面上造成剪切和拉应力，在荷载及环境因素作用下，可能使界面出现二次开裂。因此，应尽量降低修补材料的收缩，使其具有较原建筑混凝土更低的收缩，甚至产生微膨胀性能，在界面上产生压应力，以获得理想的界面黏结，从而使界面的过渡层的密实性能得到改善，以提高裂缝修补质量。

（二）变形能力

作为建筑裂缝修补材料，同样要经受大气温度周期性变化的作用。因此，要求修补材料应具有一定的变形能力，以松弛瞬时荷载，防止修补材料中或界面上重新产生并发生新的裂纹。描述材料变形能力的参数通常可用材料的弹性模量，因此要求裂缝修补材料的弹性模量应小于基准材料的弹性模量。

（三）界面黏结性

建筑混凝土裂缝修补后，能否与旧混凝土协调一致地工作，其中一个重要的因素是混凝土裂缝修补界面的黏结性能，它关系到修补的成败以及能否避免二次破坏。一般情况下，界面黏结性能可从抗折黏结强度、拉伸黏结强度和剪切拉伸黏结强度三个方面进行评价。

（四）耐久性

同混凝土路面一样，裂缝修补材料灌入建筑缝隙后，仍在大气中，经受雨水的渗入、阳光的照射、污水的腐蚀。因此，要求建筑修补材料应具有抵抗这些介质侵入和损害的性能。修补材料本身也应该具有良好的耐腐蚀性和耐磨损性能，至少应该与原混凝土建筑材料的耐久性相近。

（五）经济性

在满足力学性能、性能优越、价格便宜、提倡使用“绿色材料”，将“以人为本”的理念贯穿在施工性能、耐久性的前提下，尽量降低材料单价，研制出便于推广的混凝土建筑修补材料。

二、甲基丙烯酸甲醋灌浆材料的特点与灌浆机理

灌浆是把适当的可以凝结的浆液灌入裂隙含水岩层、混凝土或松散土层中，从而降低被灌体的渗透性并提高其强度，延长其使用寿命的方法，又称注浆。甲基丙烯酸甲醋材料在土木建筑工程、水利工程等多个领域中被广泛应用于防渗堵漏、补强加固等实际工程中。

（一）化学灌浆机理

化学灌浆就是将化学材料配制成的浆液用压送设备将其灌入地层或缝隙内，使其扩散、胶凝或固化，可以产生加固或防渗堵漏的良好效果，保证工程顺利进行或提高工程质量的目的。化学灌浆材料为一种真溶液，无悬浮粒子，所以比水泥灌浆材料具有更好的可灌性，它能对某些细微裂缝、孔隙进行灌注，能按工程的需要调节浆液的胶凝时间，并具有较高的黏结强度。从灌浆流变学理论角度看，任何灌浆载体或浆液基质均可用流变模型来描述。水泥浆液或化学浆液，一般用黏性及塑性―粘性来界定。于是，灌浆载体在弹性与塑性之间变化;浆液基质在黏性与黏―塑性之间变化。灌浆的实施就是这两者变化的组合与调节。一般来说水泥浆液是符合宾汉姆型流体的浆液，化学浆液符合牛顿型流体的浆液。我们知道，浆液具有黏滞性毋庸置疑。当它沿着灌浆载体裂缝缝壁流动，或浆液在地下水流体中运动时，由于“附着力”的作用，与缝壁或与水紧接的一层浆液会附着其上，邻层浆液则相对于该层滑动。“附着力”指两种不同介质接触部分的相互吸引力，它只有在其分子小于10-6cm时才呈现出来，浆液与被灌浆固体的接触部位同样呈现附着力，而固体缝隙，哪怕是密闭紧合的缝隙也不可能呈现附着力。这就是为什么采用液态的浆材来防渗、加固与补强灌浆载体的缘由。

（二）甲基丙烯酸甲醋类化学灌浆材料的特点

甲基丙烯酸甲醋类浆材具有黏度低，可灌性好，聚合体黏结强度大的特点，特别是其聚合固化后有很好的物理性能。适用于混凝土裂缝补强，特别是细裂缝的补强灌浆，能灌入0.05mm的细微裂缝。但甲基丙烯酸甲醋浆液在聚合过程中，由于单体分子逐步组成聚合链，缩短了分子间的距离。因此，20%的体积收缩，这将造成聚合体与缝面的局部脱空，使平均强度降低。同时它的官能度高，固化产物具有三向交联结构，所以耐热性、耐水性、耐介质以及耐大气老化性能都比较好。甲基丙烯酸酷树脂胶黏剂还具有强度高的优点。因此，他比较适合于水泥混凝土建筑的裂缝修补。由于甲基丙烯酸酷树脂胶黏剂的黏度较其他有机高分子材料低，所以特别适合细微裂缝的修补，也可将其混入建筑混凝土中进行宽裂缝修补和板面边角修补效果都较好。

（三）优化甲基丙烯酸甲醋灌浆工艺的措施

甲基丙烯酸甲醋灌浆材料的可行与否主要取决于以下几个方面：（1）较低的初始黏度：黏度决定了浆液的可灌性，浆液的初始黏度越低，其可灌性也就越好，对于0.1～0.2mm的细微裂缝，浆液的初始黏度最好不要超过15MPa・s；（2）适当的胶凝时间：一般情况下浆液的胶凝时间不宜过短，如果胶凝时间过短浆液可能在未被灌注完之前就凝固。胶凝时间也不能过长，否则可能会影响修补工程的后续工作，根据工程的需要，浆液适合的胶凝时间一般在1小时之内；（3）良好的力学性能指标：主要考虑浆液固结体与混凝土的黏结强度以及浆液固结体本体的抗压强度。黏结强度过低，修补的裂缝有可能再次被拉开，达不到预期的目的。浆液固结体本体的抗压强度最好比混凝土的设计强度高出一个等级。那么以上几个指标考虑，优化甲基丙烯酸甲醋灌浆工艺措施首先要选定适合的主剂、增塑剂、引发剂和促进剂的品种后，通过变引发剂和促进剂的掺量比例，并根据上述的几个指标确定甲基丙烯酸甲醋灌浆材料的优化配方组成，使之达到灌浆与修补的目的。

参考文献

[1]胡高平．金属用胶粘剂及粘接技术[M]．北京：化学工业出版社．

[2]魏涛，李珍，董建军，等．化灌法[M]．北京：中国水利水电出版社，2005．

[3]蒋硕忠．化学灌浆的发展与近期展望[J]．湖南大学学报，2004，31（1）．

[4]王杰．注浆技术的发展与展望[J]．沈阳建筑工程学院学报，1997，15（1）．