土工合成材料功能范文

关键词：智能材料；土木工程；应用；发展趋势

中图分类号：O434文献标识码：A

一、土木工程建设项目智能材料的特征和概念

针对土木工程建设项目当中所应用到的智能材料的种类、特性和基本的概念进行分析，是加强技术操作水准的一个首要步骤。在上个世纪七十年代，美国率先的提出了关于在建筑项目之中使用智能材料的理念和想法，并且通过试验测试，得出材料的基本特性。而在今后的几十年发展当中，随着技术的不断改进以及各大部门对建筑项目研究的重视程度增加，先后的出现了机敏材料、建筑结构自适应材料以及智能材料等项目。

首先，当前针对建筑项目当中的智能材料并没有一个统一的、标准的定义。总体的来讲，在土木工程施工当中应用的智能材料指的是可以对外界的环境和内部环境进行感知的、可以以此来对建筑进行准确的处理分析和判定的、具有适度相应的智能材料。智能材料是高分子材料、人工合成材料、天然材料等之后出现的一种新型建筑施工材料，并且在今后的建筑行业当中将发挥出巨大的效应。另外还需要明确的是土木工程施工建设当中所使用到的智能材料的基本特征，一般的来讲，智能材料特性有以下几点：反馈功能、传感功能、自诊断功能、相应功能、信息的积累以及识别功能、建筑结构的自我修复功能、自适应功能等。

而当前所使用的智能材料还具有以下几个方面的特性：第一，在土木工程建设施工项目当中应用的智能材料可以对外界的环境进行准确的感知，可以精准的检测出环境当中的刺激和刺激所产生的强度，诸如应变量、应力、光、热能以及核辐射和化学能等；第二，智能建筑材料还具有一定的驱动能力，可以对外界的变化进行适当的相应；第三，智能材料可以按照事前设计好的方式，来对自身的相应进行控制，同时还可以选择相应的具体方式；第四，智能建筑材料对于外界刺激所产生的反应非常的快捷，并且非常恰当：最后，智能材料受到外界的刺激并且当刺激消除之时，可以迅速的、在短时间之内恢复至最初始的状态。

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

传统结构中集成压电体，采用压电传感元件对结构的振动模态进行感知，利用其输出结果，采取适宜控制算法对压电体的输入进行确定，以主动控制结构振动的实现，是开展压电类智能结构应用研究的一个较为前沿的领域。很多研究人员在任意复杂激励下，采用压电陶瓷作为加速度传感器与驱动体开展基于压电层合结构的主被动阻尼及主动振动控制等相关问题的研究工作，随着近年来不断发展的压电材料与堆技术，使研究应用压电类智能结构的领域更为广泛。主要应用在土木工程结构的噪声主动控制、静变形控制能、安全评定、健康监测等众多领域都获得良好的控制效果。

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

在外加磁场作用下，磁流变液悬浮体系的各项流变性能会产生明显的可逆变化。同时在外加场强高于临界值后，磁流变液将迅速从液态转变为固态，在显微镜下能够观察到磁流变液的分散相颗粒在磁场作用下结成沿磁场方向的链状结构。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。在土木工程领域，电视塔、高层建筑、大跨度桥梁等结构中都采用该材料用于实现对地震的半主动控制。此外，磁致伸缩智能材料也在相关研究中日益的得到重要关注。磁致伸缩智能材料具有强烈的磁致伸缩效应，电磁/机械能能够进行逆转换。在智能材料领域中应用前景较为广阔，该材料可用于大功率超声器件、声纳系统、精密定位控制等多个领域。

三、智能材料的前景

目前在土木工程领域内，智能材料的研究主要在以下三方面的应用研究最受重视：（1）结构健康的实时检测与监控。这主要是指将先进的传感元件和驱动元件集成在传统的土木结构中，利用它们构成的网络对结构的裂缝、损伤、疲劳、冲击、缺陷、腐蚀等状态进行实时监测和控制，以确保重大土木工程结构和基础设施的安全可靠，降低其维修费用。（2）形状自适应材料与结构。智能材料的研究与出现不仅可使土木工程设计人员所期盼的自适应结构的诞生成为可能，而且更重要的是它代表着先进的新型材料与传统的土木工程设计人员所期盼的自适应结构的诞生成为可能，而且更重要的是它代表着先进的新型材料与传统的土木工程结构相结合这一重大的学科研究发展方向。自适应结构既具有承受荷载和传递运动的能力，同时还兼有检测（应力、应变、裂缝、损伤、温度等）、动作（改变结构内部应力应变分布和结构外形及位置等）和改变结构特性（结构阻尼、固有频率、光学特性、周围电磁场分布）诸多智能功能，因此其应用前景非常广阔。（3）结构减振抗震抗风降噪的自适应控制。结构的动力响应一直是土木工程设计中的一个非常重要的问题，特别是对于高层建筑和桥梁等大型土木工程结构的抗震抗风问题更是如此，而智能材料的开发与应用就可为之提供一个更为有效的新途径，从而使结构的自适应控制成为可能。目前，虽然智能材料还有这样或那样的不足，但是，随着研究的深入，智能材料的性能将得到进一步的改善。智能材料在许多领域都具有巨大的潜在应用前景，其研究涉及材料科学、化学、力学、生物、微电子技术、分子电子学、计算机控制、人工智能等学科与技术。

结束语

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]阎平，智能材料在土木工程中的应用[J].现代物业.2013.

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关键词：智能材料；土木工程；混凝土；应用前景

0引言

随着材料技术的快速发展，越来越多的高新技术被运用到工程材料的研发中，各种新型材料层出不穷，以复合材料为基础发展而来的智能材料，为解决相应材料的力学问题提供了科学牢靠的途径。作为有着多学科交叉背景的综合学科，智能材料为土木工程中日益复杂的结构提供了实现的可能性，因此这一学科的研究也日益受到重视。诸如大跨度桥梁、高层建筑、水利枢纽、海洋钻井平台以及油气管网系统之类的基建设施，在其较长的使用期中，外界各种不利作用会使得组成这些结构的材料发生不可逆的变化，从而导致结构出现不同程度地性能衰减、功能弱化，甚至会诱发重大工程事故。若是能将智能材料运用到对这些超规模的工程结构物中，能够时刻评定相应的安全性能、监控损伤，并智能修复，则将为未来工程建设提供新的发展思路。所谓智能材料，是指随时能够对环境条件及内部状态的变化做出精准、高效、合适的响应，同时还具备自主分析、自我调整、自动修复等功能的新材料。受仿生学科的启发，其目标是要开发出能运用到具体工程中、将无机材料变得有生命活力。二十世纪90年代初逐渐兴起的智能材料结构系统，吸引了包括物理、化学、电子、航空航天、土木工程等领域的研究者涉足其中，取得了丰硕的成果。

1智能材料的概念及特点

智能材料发源于“自适应材料”（AdaptiveMate-rial），在Rogers和Claus等人的努力下，智能材料系统逐渐受到全世界各国官方机构的认可与重视，发展迅速。智能材料（IntelligentMaterial，IM）当前没有一个明确的定义，不过大体上都是根据功能做出相应的定义，是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，具有不可限量的前景。智能材料产生的背景决定了其所具有的独特优势，决定了其终将会带来材料科学的重大革新。通常而言，智能材料主要以下七大功能：（1）传感：能够对内外部的作用进行监控与鉴别；（2）反馈：将监控获取的信息进行传输以及反馈；（3）信息识别与积累：识别并记忆反馈来的信息；（4）响应：对内外部的变化做出灵活有效的反应；（5）自诊断：对内外部信息实施自行诊断、分析、评判等；（6）自修复：依特定的方法修复系统的故障；（7）自适应：待外部作用消失后可恢复原状。在具体的工程中，若要实现这么多的功能，仅仅依靠单一材料是无法实现的，因此通常情况下都是通过多种智能材料的组合才能达到目的。

2智能材料在土木工程结构中的应用

2.1光导纤维

光纤维的主要化学成分为二氧化硅，作为信息传递的绝佳介质，有着其他任何材料无法比拟的传导能力。材料主要由内层圆柱形透明介质和外层圆环形透明介质组成，内层为纤芯，外层为包层。内外层折射率的差异能够保证携带信息的光在纤维里面能量损失少，传输距离大。将光纤维植入到混凝土结构中，制成光纤维混凝土结构。当混凝土结构因外部因素的变化而产生变形时，植入砼结构中的纤维也随之发生变化，进而导致纤维中的光发生改变，相应的传感器能够直接获取变化，从而间接确定混凝土结构的各种性能变化，实现对结构的全方位监测，为工程的可持续性提供技术指导。并且，分布监控的模式可保证混凝土结构任何部位的改变均能被监测到，相当于在混凝土结构中创造了一个全覆盖、光角度、无死角的监测网络，两者组合而成的光纤维混凝土可以认为是一种具有强大自我调节的智能材料。当前，光纤维混凝土结构主要的工程应用包括：混凝土的温度及温度应力监测、混凝土结构裂缝的监测与诊断、混凝土结构强度与变形监测、混凝土结构配合的钢索应力和变形监测等。

2.2形状记忆合金

何谓记忆合金，即材料具有形状记忆能力。当材料的形状被改变后，其内在的记忆效应可被激发出来，进而自动产生回复应力与应变，驱使材料恢复原状。同时，合金材料能够传输能量并实现能量储存。鉴于此，工程中可将记忆材料安置在结构中，当结构出现变形、裂缝、损伤以及外界动荷载影响时，大部分的能量可被记忆合金材料消耗掉，可极大提高结构的稳定性，若将材料运用到多震地区的建筑结构中，则会实现对地震能力的吸收与耗散，极大地提高建筑物的抗震性能，此举属于材料的智能被动控制。形状记忆合金材料所具有的相变超弹性，使其可用来制作耗能阻尼器，这种阻尼器实现了智能被动控制。同时，由于其相变会引起超弹性滞回环的产生，使得材料具有极高的抗疲劳性，以此为基础制作的阻尼器使用周期远胜于普通的阻尼器，可实现结构品质的大幅度提高。

2.3压磁材料

土木工程领域中常规的压磁材料主要包括磁流变材料和磁致伸缩智能材料等。在外部磁场作用下，磁流变液悬浮体系的黏弹塑性会发生明显的变化，并且这种变化是可逆的。当外部磁场超过一定强度后，磁流变也会在极短的时间内变成固态，微观上表现为材料的分散相颗粒沿着磁场方向结成了链状结构。磁流变液介于液体与固体之间的这种独特的可变属性，以及对这种特性实施控制时耗能低、变化范围广、成本低等特性，使得磁流变液成为工程结构中作动器件的重要材料。当前，磁流变液主要被应用到元器件的控制桥路以及电源的高速开关等多个领域。且磁流变液在土木工程领域的应用主要集中在高层建筑、塔形建筑物、大跨框架和大跨度结构等。同时，有着高磁致伸缩效应的磁致伸缩智能材料，可以保证材料在机械与电磁直接进行可逆转换，因此具有广阔的应用前景。

2.4碳纤维混凝土材料

工程中混凝土的作用范围很广泛，因此对混凝土材料的改善也日益得到科研人员和工程从业者的支持，碳纤维混凝土的产生正是这一领域发展的重要产物，在混凝土中掺加一定比例的碳纤维，可赋予混凝土材料以驱动功能和本征自感应。作为一种高强度、高弹性、大导电性的材料，碳纤维的加入能极大改善混凝土的强度与韧性，并且碳纤维之间会形成具有电阻的导电网络，在材料中起到阻隔导电的势垒，大大降低混凝土材料的电阻率，从而使得材料的导电能力得到数量级上的显著变化。不可忽视的是，这种混凝土的电导率与温度及应力的变化而表现出规律性的响应。同时，碳纤维混凝土在温度上表现为温度变化造成电阻的变化，并且材料内部的温差也会衍生出热电效应，在电场的作用下碳纤维混凝土会产生热变效应（热效应与变形）。碳纤维的含量和混凝土材料的结构共同影响材料的温敏性，当碳纤维的含量超过一定比例时，材料才有可能形成较为稳定的电动势。而碳纤维的掺入方式主要有两种：短切乱向分布和连续碳纤维束单向增强。采取不同的掺入方式能使得碳纤维混凝土的力学性能得到不同程度的强化与提高，工程实践表明：第一种方式更具有实用性。

2.5压电材料

具有压电效应的压电材料，经常被用作驱动元件和传感元件。当压电材料受到外部因素作用时会因为其自身发生变形而产生电势，而对材料再施加一定电压时又会改变材料的尺寸，压电效应由此而来。利用这一特点，压电材料可用作传感元件，通过压电元件的变化来判断元件所在位置处结构的变形量。与此同时，若能在压电元件外部形成电场，进而对压电元件内部的正负电子施加定向电场力，从而迫使元件发生变形，制成驱动元件。利用驱动元件，可改变材料的应力状态，甚至会影响材料的结构变形。压电材料的变化均在极短时间内完成，因此压电效应主要适用于对结构振动的控制上。

3智能材料的未来发展

3.1智能材料性能的发展

智能材料有着独特的优越性能、广阔的发展前景，但是由于这一领域处于多学科交叉的研究前沿，所存在问题也亟待深究：（1）形状记忆合金的发现，改变了很多传统理念，胡克定律在合金材料这里基本上不再适用了，其所具有的智能功能使得传统的力学研究方法难以合理地解释其内在的机理，因此需要研究者另辟蹊径，从宏观与微观的角度重新去探究这种新材料的原理，建立一些实用性较强的理论和模型，以对具体的工程实际进行规范化的指导。同时，当前形状记忆合金还不完善，耗能高、功能单一等缺点使得其实用性不强，能够开发出低能耗、出力大、多功能的控制器则是未来研究的重要方向。（2）可以预见，压电材料将会成为工程结构中力学测量的首选感测元件，但是其存在的主要问题就是驱动力小，虽然已经有一些技术来弥补这一缺陷，但是对于大规模的土木工程结构而言，压电材料并不能直接应用，复杂的理论分析、高难度的集成技术研发，以及压电驱动器的开发技术和设计方法难度较大，都是制约压电材料未来发展的瓶颈，是研究的难点、热点和重点。（3）压磁材料所面临的问题是在长期的放置之后，会产生固体颗粒沉降，这种沉降对材料的稳定性有着怎样的影响效应也需要更深入的研究。并且，其温度适应范围较小，若能够拓宽温度作用范围，将使得压磁材料有着更广的发展前景。

3.2智能材料研究难题

针对材料本身所面临的主要问题，未来在土木工程领域的应用研究主要有下列一些难题：（1）结构的健康监测与保养；（2）形状自适应材料与结构；（3）结构减振抗震抗风降噪的自适应控制。这些问题的进一步研究将有助于工程质量的提高，有助于降低工程灾害性事故的概率，有助于强化工程的安全可靠性，有助于推动土木工程领域的高技术发展，有助于为土木工程领域注入新的发展动力与机遇。

参考文献

[1]曹照平,王社良.光纤传感器在土木工程中的应用[J].南京建筑工程学院学报:自然科学版,2000(4):47-50.

[2]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):49-49.

[3]王社良,苏三庆,沈亚鹏.形状记忆合金拉索被动控制结构地震响应分析[J].土木工程学报,2000,33(1):56-62.

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[6]欧进萍,关新春.磁流变耗能器及其性能[J].地震工程与工程振动,1998,18(3):74-81.

[7]张其颖.碳纤维增强水泥混凝土复合材料的研究与应用[J].纤维复合材料,2001,18(2):49-50.

土工合成材料功能范文篇3

关键词：土木工程材料；教学内容；试验能力；混凝土外加剂

中图分类号：G420文献标志码：A文章编号：10052909（2012）06007603一、土木工程材料内容体系的历史变革

随着社会经济、科技的发展，中国高校土木类专业土木工程材料课程内容体系经历了三个发展阶段。

第一阶段（1953—1978年），引进与消化阶段。由于建国之初，国内经济和科技水平较低，无先例可循，早期教材采用翻译版的苏联教材［1］。此后期出现自编教材，基本沿用苏联的内容体系，教学内容侧重于石材、矿物胶料、烧结材料、金属、沥青等材料的生产、性质与使用。

第二阶段（1979—1999年），自主编制与发展阶段。随着改革开放、高考恢复、科技水平提高、与欧美科技文化交流深入，以及现代材料学分析方法的引入，教材对建筑材料进行了明确分类［2］，阐明了材料组成、结构与性能的本构关系理论，具有重要意义。配合当时土木类人才培养方案，出现了建筑材料、道路建筑材料、水工建筑材料等课程名称，以适应不同的专业需要。

第三阶段（2000年至今），改革与调整阶段。为了培养适应社会发展需要的人才，国家在20世纪90年代末对专业设置方案进行了调整，把原来的建筑工程、道路桥隧、给水排水、水利水电、港口工程等专业合并为土木工程专业。2000年，出现了以土木工程材料命名的教材［3］。新的土木工程材料教材出现了较大变化。一是内容有较大的包容性，在原来建筑材料基础上增加了沥青混合料、高分子材料、纤维增强材料、高性能混凝土，建筑功能材料有较大扩展；二是内容出现了层次性，有高等学校教学版、有应用型普通高等学校版；三是内容体系出现了不同的组织方式，有按递进式组织顺序，如材料基础基体材料结构及结构增强材料复合材料材料的选择与评价［4］，也有按并列式顺序，如材料基础无机胶凝材料无机复合材料有机胶凝材料与复合材料金属材料功能材料材料试验；四是教材编写走向大众化，原来只有少数名校师资才有能力编写教材，到如今教材编写日益走向大众化、平民化。二、土木工程材料教学内容体系存在的问题

12高等建筑教育2012年第21卷第6期

张新胜，胡习兵，马远荣土木工程材料教学体系建设探讨

（一）土木工程材料教学内容的丰富性与教材篇幅的有限性

“大土木”概念的提出使土木工程材料的内容变得更加丰富。如：路面工程中的沥青混合料、路基与地基中水泥石灰稳定粒料材料、房屋建筑工程中的保温隔热及其他建筑功能材料、隧道工程中的速凝材料、水工建筑材料的防腐设计与控制等。由于需要学习的内容多，而课堂教学时间有限，造成了教材编写时要删除许多重要的教学内容，造成了内容体系的不完整，专业宽口径教育理念难以体现。

（二）土木材料的发展性与教学内容的滞后性

土木工程材料的新发展丰富了土木工程材料内容体系。如：传统混凝土，包括水泥、粗、细骨料、水四大组分。由于混凝土外加剂能使混凝土性能和功能得到显著改善和提高，因此，被称为混凝土的第五组分，是混凝土技术的重大突破。当今，外加剂技术日新月异，聚羧酸系高性能外加剂普遍应用，对此大部分教材都未提及。对于外加剂部分内容，目前教材只停留在一般性介绍这个层次，对外加剂对水泥的适应性机理、外加剂的合理掺量、外加剂与混凝土性能的联系、外加剂的检测等内容未作详细介绍。同时，对于一些外加剂对混凝土的负面影响有必要在教材中交代清楚，防止滥用和误用。

近年来，为了调节和改善水泥的性能，提高水泥产量，综合利用工业废渣，在磨制水泥时基本都加入了一定比例的天然或人工无机矿物质混合材料。在混凝土配制时，常直接用磨细的无机矿物质材料取代部分水泥，称为掺合料，使其成为混凝土的第六组分。20世纪90年代以来，中国对第六组分开展了广泛研究，有学者提出六组分设计法。双掺或多掺法在个别行业得到广泛应用，并经实践证明具有较好的效果和意义，这些内容值得引入教材加以阐述和学习。

对于土木工程中的功能材料，如合成高分子材料、装饰性材料、绝热保温材料、复合材料、绿色材料等内容，近年来发展较快，教材为缩短篇幅，对压缩精简内容在课堂中一般不作深入讲解，仅停留在概念介绍的层面，使得这部分内容的教学显得抽象空洞。

（三）教学中存在的问题

土木工程材料教学目的在于使学生掌握主要土木工程材料的性质与应用，明确工程材料性质与材料结构的关系，为实现和改善材料的功能进行一定的材料设计，在工程中能对材料进行检测和质量控制。材料的结构与构造、材料的参数与性质、材料的设计与配制、现场的检测与控制等环节具有很强的实际操作性。环境条件不同，材料选用不同，设计目标差异很大，这就要求该课程应偏重于材料及其在工程中的应用。目前，土木工程材料在应用教学方面存在以下问题。

一是，重理论轻应用。土木工程材料教材内容体系主要集中阐述各种材料的性能特点与技术性质，工程应用虽有介绍，但结合实际工程特别是典型工程的案例实践不多。如：混凝土的配合比与试配，即是同一配合比，在不同的地方材料或环境条件下，三参数相同，配出的混凝土性能会大不相同。或者说，实现同一目标的混凝土，在不同环境条件下，配合比会有较大区别。由此可以看出具体工程试配的重要性，同时也说明混凝土设计不是仅凭三参数就可以决定混凝土的多组分，配合比设计需与具体组成材料环境条件相结合。

二是，教材提供的部分参数不一定合理。如在混凝土坍落度的选择上，由于现代机械化施工的普及，从实际工程应用看，教材提供的数据较少，在实际工作中难以借鉴。如在混凝土试配过程中，强度对水灰比非常敏感，水灰比变化0.01，强度就会有一个等级的差别。对于确定的试验室配合比，由于试验室的试验小样与现场大样存在差异，在实施时需要结合现场情况作调整，建议引入砂率、水灰比的界限值概念。

三是，教材中试验与检测内容科学性、规范性有待提高。如水泥的细度试验，教材未讲清楚试验结果修正的问题，结果使得同一批次的水泥，不同的试验组，试验结果差别很大，与实际不符。又如混凝土试验，试验室养护条件不到位，学生试验结果缺少说服力。这些在一定程度上影响了学生科学工作态度和规范化操作习惯的养成。

要使教材内容对工程实际有科学的指导作用，需要对教材中的不合理概念、理论、经验数据进行修改和更正，加强材料的工程应用与试验方面的调整与教学［5］。

三、教学内容及其体系的分解、增减、深化和建设

土木工程材料是土木工程中建造各类工程设施所用材料的总称。材料种类繁多，涉及的学科领域广，形成了庞大的土木材料内容体系，以至于目前的教材只能对其作定性的定义。要建设完善土木工程材料教学内容体系，需要对内容体系进行适当分解、深化、组合和重构。笔者建议从以下几个方面着手。

（一）教学内容体系的扩展与组织

为满足国家建设形势发展对土木工程专业人才的要求，需拓宽学生知识面。土木工程材料课程的教学要在建筑工程专业、道路工程专业材料课程内容的基础上进行必要补充。如：增加高性能混凝土一章，内容包括高强度混凝土、大流动性混凝土、掺混合料混凝土、水泥净浆等设计、生产、检测；针对道路工程增加无机结合料、土工材料、速凝材料等内容；针对材料的耐久性，增设材料耐久性设计与控制章节。

内容组织方式上可分册设置教学内容，上册设置土木工程材料各专业方向的共性内容，下册安排高性能混凝土、新型土木材料（宜淡化“新型”二字）、沥青混合料、无机稳定材料、土木材料的防腐与控制等内容，根据专业方向的不同要求学生分阶段有选择地进行选修学习。

（二）教学内容的分解

由于水泥混凝土章节含有水泥的选择、集料的性能要求、混凝土的和易性、混凝土力学及变形性能、耐久性、外加剂、混凝土的配比和检测评定内容，内容篇幅长，课时量大，造成各章教学学时相差悬殊。笔者建议把集料部分与石材一起单独设章，充分体现集料在水泥混凝土、沥青混合料和水泥稳定粒料等复合材料中的地位，对集料材料性能与应用可充分阐述。同样，沥青和沥青基复合材料也可分为两章，以适应不同专业方向选修需要。

（三）教学内容体系的深化

对于高性能、高强混凝土而言，外加剂的性能与质量决定了混凝土的性能和质量，因此有必要深化混凝土外加剂的教学内容，增加外加剂与水泥的相溶性理论［6］、外加剂选择与检测方法等教学内容。此外，适当增加储能调温新材料原理、性能、设计与应用等建筑节能新技术、新材料的介绍。通过收集整理土木工程各条战线上资深专家学者的理论成果、应用经验，认真组织教材编写，使教学内容既有一定的深度和可操作性，又可分析和解决工程实际问题提供指导。

（四）加强应用与试验检测内容建设

结合工程实例和试验检测部分内容，突出土木工程材料基本性能与工程应用教学，重点培养学生的工程概念与工程材料应用能力。加大工程材料应用例题设置，通过讲述实际工程案例，帮助学生全面理解和掌握材料的基本性能与工程应用特性。对于试验部分教学内容，应规范试验程序、改善试验条件、增加部分新试验，培养学生科学、客观、规范、严谨的思维方法。

参考文献：

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［3］陈志源.土木工程材料［M］.1版.武汉：武汉理工大学出版社，2000.

［4］王立久.建筑材料学［M］.3版.北京：中国电力出版社，2008.