土工合成材料的性能篇1

关键词：FRP复合材料特性优势土木工程应用分析

中图分类号：TB33文献标识码：A文章编号：

不难发现：土木工程学科的全面发展在很大程度上来说是受到了新型技术、材料、以及设备的影响。其中，FRP复合材料对其影响是极为深入与彻底的。特别是在土木工程加固过程当中，FRP复合材料所表现出的综合优势极为突出，基本成为加固材料中的不二选择。更加关键的一点在于：同常规意义上的扩大截面加固方法、以及粘结钢板加固方法相比，应用FRP复合材料进行结构加固更加的灵活、简便、有效。而这完全取决于FRP复合材料所表现出的特性及其优势。本文试针对以上相关问题做详细分析与说明。

1FRP复合材料特性及其优势分析

在当前技术条件支持下，包括玻璃纤维、阿基米德纤维、以及碳纤维在内的多种纤维材质均属于多股连续性纤维。而FRP复合材料则正是由此类多股连续性纤维材质，配合诸如环氧树脂、或者聚乙烯树脂一类材料进行胶合反应之后，并在特殊的模具挤压作用之下，拉拔并最终成型的负荷材料。从FRP复合材料的制备角度上来说，因前期所选用的多股纤维材质类型在力学性质方面存在比较明显的差异，因此导致所制备而成的FRP复合材料在力学性能表现方面也不完全相同。其中，以玻璃纤维所制备而成的FRP复合材料弹性模量基本为6.6×104，抗拉强度基本为2890MPa，极限应变基本为2.4％；以阿基米德纤维所制备而成的FRP复合材料弹性模量基本为2.0×105，抗拉强度基本为3600MPa，极限应变基本为1.6％；而以碳纤维所制备而成的FRP复合材料弹性模量基本为1.2×105，抗拉强度基本为3500MPa，极限应变基本为2.8％。除力学性质存在差异之外，FRP复合材料还表现出了以下几个方面的突出优势：

1.1抗拉性能突出

正如上位中所例举的数据，三类不同多股纤维材料所制备而成的FRP复合材料抗拉强度所取值不同，但最低值为2890MPa。该数值已明显高于传统意义上普通钢筋（约400MPa）或者是高强度钢丝（约1800MPa）的抗拉强度取值。更加关键的是：在FRP复合材料达到抗拉强度之前，基本未出现塑性变形问题。

1.2施工优势突出

因FRP复合材料的密度相对较低（基本在1300kg/m³~2000kg/m³范围之内），这一数值仅仅为常规钢材密度取值的1/4左右。从这一角度上来说，在土木工程应用FRP复合材料作为施工原材的情况下，整个施工难度将大大降低，同时也可避免劳动力费用过多消耗。同时，因FRP复合材料具有自重较轻的这一特性，因而可将其应用于对既有结构的维修与加工工程当中。

1.3温度应力较低

FRP复合材料所表现出的热膨胀系数与混凝土结构的热膨胀系数是基本一致，或者是相近的。这也就是说，在环境温度产生变动的情况下，FRP复合材料能够与混凝土结构实现协同性的工作状态，避免产生过高的温度应力。

1.4使用寿命较长

实验研究结果证实：同常规意义上的钢材相比，FRP复合材料具有突出的抗腐蚀性能以及耐久性性能。这两项性能优势对于提高FRP复合材料在多种环境下的使用寿命而言是特别重要的。且可将其广泛应用于腐蚀性较大的环境当中。

2FRP复合材料在土木工程中的应用分析

土木工程，特别是土木工程结构加固中对于FRP复合材料的应用是最为突出的。大量的实践研究结果表明：FRP复合材料结构加固的优势极为突出，主要可归纳为以下几个方面：（1）抗疲劳性能突出，有效使用寿命长；（2）材料可任意角度进行交叉，对于曲面及任意形状的加固结构有着突出的适应性；（3）结构加固过程中能够很好的与混凝土结构实现密实性结合。具体而言，现阶段主要讲FRP复合材料应用于以下几个领域当中：

2.1民用建筑、工业厂房以及桥梁工程中FRP复合材料的应用

在民用建筑、工业厂房以及桥梁工程当中，FRP复合材料可适用的结构加固方式主要包括板加固、梁加固、以及柱加固这三种类型。首先，对于梁加固而言，加固的作用主要涉及到抗剪加固以及抗弯加固这两个方面。其中，从抗剪加固的角度上来说，需要确保FRP复合材料的纤维方向能够与所加固梁体结构的轴向方向保持垂直关系，而从抗弯加固的角度上来说，需要确保FRP复合材料的纤维方向能够与所加固梁体结构的轴向方向保持一致关系，以达到提高梁体结构承载能力的目的；其次，对于板加固而言，考虑到结构加固过程当中对于净空、以及加固后外观有着比较严格的要求，因而在FRP复合材料的选取方面应当注意选取柔软性能较高，且厚度较低的材料；最后，对于柱加固而言，现阶段玻璃纤维所制备FRP复合材料是最理想的加固材料。此类材料在实际应用中仅需要完成约10mm单位的棱角打磨处理，且延性性能突出，能够节约工时消耗。

2.2地铁工程、隧道工程中FRP复合材料的应用

地铁工程、以及隧道工程的工作环境完全处于地下，因此这部分土木工程受表现出的受力情况与上文中所提到的民用建筑、工业厂房以及桥梁工程等是不尽相同的。一般来说，在洞顶、以及洞侧位置，这一区域内不单单涉及到土压力作用，同时对于净空也有着严格要求。因此，在这部分这一区域进行结构加固的过程当中，应当特别重视选取抗剪性能突出、且绝缘性能较高的FRP复合材料（主要推荐选取由芳纶布所制备而成的FRP复合材料），使其对抗地铁工程、隧道工程结构加固过程中不规则，且多向性的裂缝问题。

3结束语

在现代科学技术不断发展，城市现代化建设规模持续扩大的背景作用之下，各方对于土木工程建设质量的要求也在不断的提升。传统意义上的钢材材料无法完全满足这种发展需求。在这一背景下将FRP复合材料引入土木工程领域是极为必要与重要的。特别是在土木工程的结构加固过程当中，FRP复合材料所表现出的抗疲劳、耐久性、使用寿命、高强度等优势是不容小觑的。总而言之，本文针对有关FRP复合材料及其在土木工程应用中所涉及到的相关问题做出了简要分析与说明，希望能够引起各方工作人员的特别关注与重视。

参考文献：

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土工合成材料的性能篇2

[关键词]土木工程材料；教学模式；科研项目；创新

土木工程学科历来是国家经济建设的支柱产业和支柱学科之一，随着科技的发展及时代的需求，社会对土木工程专业人才也提出了更高的要求，土木工程专业的学生必须具有良好的实践能力及创新能力。《土木工程材料》作为土木工程专业的一门重要专业基础课，具有基础性、实践性强的特点，且与其他公共基础课及专业课紧密衔接，起着承上启下的作用，是学生接触专业知识的桥梁。后续的各门专业课几乎都要涉及“土木工程材料”的内容，在土木工程专业人才培养方案中占有重要地位。笔者在多年的教学中发现土木工程材料种类繁多，从无机到有机，从金属到非金属，各种材料的成分、性质差异很大，各种材料相对独立、联系较少、综合性强、系统性差、跳跃性大，所以学生难以建立概念，易感到枯燥乏味，学习兴趣不高，导致教学难度加大。因此，研究与探索对现有土木工程材料传统教学模式的改革与创新，探索科研实践、课堂教学与工程能力培养有机结合的教学模式，从而为学生进一步学习土木工程专业基础课及创新能力的培养具有重要的意义。

1土木工程材料课程与科研项目相结合教学模式的必要性

土木工程材料的发展日新月异，新材料、新技术、新工艺、新产品层出不穷，因此，课堂讲授的内容应具有很强的适应性、先进性和适度的超前性。授课教师若掌握各种材料的最新研发动态，并能结合在研科研项目，将其作为教材内容的补充，从而克服教材内容的局限性。在传统的教学模式下，学生对教学内容的工程背景不了解，缺乏基本的感性认识，学生对土木工程材料课程与后续专业课程之间的关系不了解，更不[楚土木工程材料课程对今后所从事的工作的重要性和意义。此外，土木工程材料课程具有教学内容繁多，且各章节内容相对独立，逻辑性不强，叙述性知识多等特点。采用传统的课程教授方法使学生很难分清主次，且学生学习时易感枯燥。笔者除进行日常教学外，还承担了较多的科研工作，研究领域涉及新型绿色胶凝材料及其混凝土、高性能混凝土及其应用、普通混凝土高性能化研究、混凝上掺合料、新型墙体材料、高性能减水剂等，其中很多成果己经应用于工程中，并取得了良好的经济效益。若将科研成果与日常教学相结合，不仅能提高课堂授课效果，使学生知识层次更丰富，还有益于推进现有土木工程材料课程教学模式的改革创新与实践。

2嵌入科研项目的土木工程材料课程教学改革探究

根据笔者多年的教学经验和上述探索，构建出嵌入科研项目的土木工程材料课程教学模式，如图1所示。

2.1根据土木工程材料技术的新发展，不断优化课程内容

《土木工程材料》课程具有理论性、实践性和应用性很强，且同时材料科学、新技术、新理论发展很快等特点，因此教师在对课程的授课内容中应重视土木工程材料课程体系结构的基础性、系统性、先进性、技能性和前沿性。在课堂的教学中，教师可将经典的土木工程材料理论与现代材料技术相互结合，这样一方面可以加强经典理论与现代应用技术体系的联系，另一方面可以加深学生对重要基本概念和理论以及新材料应用技术的理解。此外，还可根据课程章节适当引入典型的工程实例，开阔学生的视野。除了结合工程实际案例外，特别注意及时引进新材料和新技术，以及教学团队近年取得的高水平研究成果。经典理论和工程实际案例的引入，有助于提高学生的学习兴趣，能更好地将理论专业知识与实际工程应用结合起来，增强理论联系实际的能力。

2.2结合科研项目创新改进理论课程的教学方法

以往的填鸭式教学方式往往导致学生学习的内动力不足，学生的兴趣和求知欲望不高，因此如何激发学生的学习兴趣是课程改革必须解决的一个重要课题。为了丰富教学手段，应在教学方法中加以创新，培养和调动学生学习兴趣。把一些已有的科研成果或科研项目引入教学过程中，有目的、有计划地使学生掌握和具备一些基本的科研能力，使学生能逐渐熟悉和掌握解决实际问题的基本科学方法；通过教学培养学生的智能，着力培养思维方法；结合教学开展科研，通过对学生进行科学思维的训练，使学生从接受知识逐渐转向探索问题、解决问题，进而培养学生的创造性和独立工作能力，使学生感觉到基础理论课的重要性，从而激发他们对基础理论课程的学习热情。

2.3改革与加强实践教学，突出培养创新意识与工程能力

土木工程材料课程的教学目的是让学生能够熟练掌握各种建筑材料的性能、用途、制备和使用方法，以便在设计和施工中合理地选择和正确地使用。因此，如何在土木工程材料课程中培养学生的实践能力和创新能力显得尤为重要。为提高学生的参与度，提高学生的实践能力，学院对实践教学大纲进行了改革，开设了开放实验，增设设计型、研究型和综合型实验，同时注重理论课与实践环节的有机结合。此外，针对部分学生对教师的科研项目比较感兴趣的情况，结合土木工程材料课程教学的基础理论和方法，指导老师根据其国家基金项目、校级课题等科研项目合理确定本科毕业设计课题，让学生直接参与部分科研工作。整个过程学生通过参与课题研究，锻炼了动手能力，提高了学习能力，协助老师解决与研究项目相关的科学难题，培养学生应用所学知识解决科研问题的能力及创新意识，为学生今后从事科学研究打下基础。

3结语

针对当前土木工程材料课程教学模式的特点和存在的问题进行分析，提出并构建与科研项目相结合的《土木工程材料》课程教学模式，包括根据土木工程材料技术的新发展，不断优化课程内容；结合科研项目创新改进理论课程的教学方法；改革与加强实践教学等方面。通过这些方面的改革能够极大地激发学生的学习积极性，培养学生的实践能力和创新能力，同时也能提高学生的科研水平和兴趣。这对人才培养和课堂教学质量具有重要的意义。

参考文献

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土工合成材料的性能篇3

关键词：土工织物；防汛；抢护

我国在利用天然纤维材料和织物进行防汛护堤、抢险、堵口方面已有很久的历史，但利用土工合成材料来防汛抢险还是一项新技术。土工合成材料是一种新型的岩土工程材料。它以人工合成的聚合物，如塑料、化纤、合成橡胶等为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各层土体之间，发挥加强或保护土体的作用。土工合成材料可分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料等类型。土工合成材料不仅具有较高的强度。而且具有抗冲、耐磨、耐腐蚀和重量轻等特点。

一、概论

土工合成材料是土木工程应用的合成材料的总称。作为一种土木工程材料，它是以人工合成的聚合物（如塑料、化纤、合成橡胶等）为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各种土体之间，发挥加强或保护土体的作用。《土工合成材料应用技术规范》将土工合成材料分为土工织物、土工膜、土工特种材料和土工复合材料等类型。

土工特种材料包括土工膜袋、土工网、土工网垫、土工格室、土工织物膨润土垫、聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）等。土工复合材料是由上述各种材料复合而成，如复合土工膜、复合土工织物、复合土工布、复合防排水材料（排水带、排水管）等。

二、防汛、抢险的传统材料和土工合成材料的特点

堤防、涵闸等各类建筑物的安全渡汛主要采取两个层次的措施：第一是防护，就是避免险情发生；第二是抢险，即一旦险情出现，要迅速采取有效措施消除险情。防汛、抢险最常用的传统材料主要为土料、砂料、石料以及草袋、麻包等，它们作为防汛用材已历史悠久，效果良好，仍然是当前防洪、抢险的主要材料。这些材料虽然有来源广、数量多能就地取材等许多优点，但也存在重量重、体积大、运输困难、施工劳动强度大、施工速度慢、工程质量不易保证等不足。

土工合成材料中的土工织物一般都具有较高的强度，单位质量轻、透水性强、防腐及耐磨性好的特点，同量它还具有以下几方面的功能和作用：

（一）排水功能：土工织物能截断与汇集土体中的渗水，并能将渗水沿垂直织物平面或平行织物平面排出土体；

（二）反滤功能：由于土工织物构造上的水力学特性，在它排出渗水的同时，能拦阻土体颗粒不被带出；

（三）隔离作用：土工织物可能把不同性质或不同级配的土石料隔开，以免互相掺杂，从而可以保证施工质量；

（四）对土体的加筋作用：土工织物有较高的抗拉强度，在土体中可以约束土体的应变，提高土体的综合变形模量，减小土体变形，改善土体的受力状况。

土工织物这些功能和特性，可以克服或改善传统材料的缺点或不足。此外，土工织物施工工艺简单，易保证工程质量，施工速度快，工程造价低（与传统反滤材料相比，可节约投资三分之一到二分之一）。因此对于防汛抢险这种时间性非常紧迫的工程，土工织物将成为一种十分理想的新材料，特别对一些缺土缺砂石料的地区更具有特殊的价值。

三、土工织物在防汛抢险中的应用

汛期江河水位高涨，常居高不下，有时还受到大风大浪侵袭，对于堤防薄弱环节，常容易酿成险情。堤坝工程的主要险情有：迎水坡发生大面积塌落，堤坝内出现贯通水流通道和裂缝，下游出现管涌、流土及成片泡泉，下游坡出现大面积散浸，洪水漫顶等。现针对最常见的险情提出抢护方案。

（一）堤坝坍塌险工的抢护

当堤坝上游有大面积塌落险情时，可采用覆盖软体排防护，这种险情大多要分秒必争地进行抢护。沉排抢险施工方法如下：

1.展排体。将排体运到险工段，放在对应的堤顶上，并展开。

2.横枕装载。指抢险队要把装满土的编织袋放在横枕中心线上，折转枕布将对于尼龙绳头捆在一起，就成装土横枕。

3.滚排成捆。抢险队站在横枕一侧，滚排成捆，后将捆搭到迎水坡堤肩处。

4.打桩挂排。在纵枕对应的堤顶上打桩4-6根，将纵向拉筋绳拴在桩上，松紧要适度，使排体沉好后，上端超出水面为准。

5.沉排护险。抢险队面向迎水坡，往下推滚排体，使排体沉到预定位置，并在上游侧拉紧横向拉筋绳，固定排置，避免移位和翻转。

6.纵向压载。抢险队分成四组，同时向指定竖袋内投入装土的编织袋，直到装出水面为止。

（二）管涌险情的抢护

由于渗流的作用，汛期堤坝及地基基础薄弱处往往发生渗透变形，产生管涌、流土、滑坡等险情，如不及时处理，就将危及堤坝安全。采用土工织物作为滤层，应对可能出现渗透破坏的堤段取土，进行试验计算，确定土工织物型号，然后选购所需土工织物。但在防汛抢险时，有时来不及试验，只能凭经验处理。

使用土工织物对管涌险情的抢护，其施工方法是：

1.将泉眼周围或严重散浸的地面整理平整，清除草皮杂物以及尖角石块。

2.如泉眼较小，可以用整块的土工织物盖住泉眼，如泉眼较大或连片泉眼，则应将土工织物互相搭接并用线缝起来，或采用化学粘合。搭接宽度一般为15-20cm。在松软的土基或水下施工时，搭接宽度应取40-60cm。

3.将土工织物盖在泉眼上面，即以重物将其固定，再由周围向中央压易透水的2-4cm粒径的小卵石或小石子，厚度30-50cm。石子上面再压块石或混凝土块，最后形成中心高，四周低的压重体。

4.铺放土工织物的面积取决于泉眼的大小和严重渗水段的范围，其面积应大于需要保护的渗水范围0.5m以上。施工时应注意以下两点：

土工合成材料的性能篇4

关键词：土木工程材料；教学内容；实验实践；教学方法；效果评价

中图分类号：TV375文献标志码：A文章编号：

10052909（2015）02006004

土木工程材料是材料科学在土木工程中应用的产物，是土木工程的物质基础。南昌大学建筑工程学院土木工程材料课程是土木工程、水利水电工程、工程管理、建筑环境与能源应用工程等多个专业的学科核心课或专业基础课，一般在大二上学期或下学期开设。土木工程材料课程内容繁杂，且大多是记忆的内容，而课程学时相对偏少，容易导致学生学习效果不佳，给土木工程材料课程教师带来困惑。正因如此，绝大多数院校的土木工程材料课程都在或多或少地进行教学改革探索，华南理工大学苏达根[1]和杨医博[2]、重庆大学吴芳[3]、北京交通大学安明喆[4]、大连理工大学艾红梅[5]、西安建筑科技大学伍勇华[6]、北京林业科技大学冀晓东[7]等对土木工程材料课程教学改革进行了思考和实践，而浙江大学金南国[8]、上海交通大学陈兵[9]、华中科技大学张长清[10]、深圳大学丁铸[11]等对土木工程材料课程实验教学改革进行了探索和实践。

为进一步提高土木工程材料课程的教学质量，笔者进行了大量的调查研究和文献分析，对南昌大学土木工程材料课程进行教学改革，并获得了省级和校级教改课题的支持。本文从教学内容、教学模式、教学方法三个方面阐述土木工程材料课程的教学改革情况，并进行了教学改革的效果评价。

一、教学内容的改革

土木工程材料种类繁多，各类自成体系，教学内容大多数是叙述性和分析性内容；同时，土工工程材料发展迅速，新材料层出不穷，以致学生在土木工程材料课程学习中难以抓住重点，出现什么都学、什么都学不好的情况。为了进一步提高土木工程材料课程的教学质量，增强学生课程学习效果，笔者从教材编写、授课内容编排、课时分配等三个方面对土木工程材料课程的教学内容进行改革。

（一）教材编写

2013年，南昌大学与其他兄弟院校编写出版了教材《土木工程材料》[12]。新编教材充分考虑到现有教材的不足，强化混凝土章节内容，增加了轻质混凝土、高性能混凝土、纤维混凝土、再生混凝土、大体积混凝土、喷射混凝土、活性粉末混凝土等新型混凝土的相关知识；根据实际教学情况，弱化部分章节，将石材、木材、合成高分子材料等章节内容进行相应删减；紧跟土木工程材料发展趋势，增加建筑节能材料章节；设置案例，在各章节中多设案例，引导学生用理论知识分析问题，与实践相结合。

（二）授课内容编排

根据土木工程材料课程特点，对授课内容进行重新编排，力求做到以下几点：突出重点内容，授课时以水泥、混凝土、沥青、沥青混合料为主要重点，以土木工程材料基本性质、气硬性胶凝材料、建筑钢材、新型墙体材料、建筑节能材料为次要重点，同时兼顾建筑功能材料、合成高分子材料、砂浆、石材、木材等；体现专业特点，注意授课内容与不同专业方向的有机融合，土木工程工民建方向专业重点突出水泥与混凝土的内容，土木工程道桥方向专业则要求掌握沥青混合料的配合比设计；水利水电工程专业则要求详细讲解大体积混凝土及其施工；紧跟土木工程材料发展趋势，更新教学内容，授课时将土木工程新材料（如新型混凝土、新型墙体材料）、新技术（如隧道盾构技术、大型混凝土构件预制技术）以及教师自身科研课题成果引入课堂教学中；结合工程应用，将国内外典型工程（如新型混凝土技术在三峡大坝、杭州湾跨海大桥应用）融入课堂教学中。

（三）课时分配

土木工程材料课程是一门理论性、实践性、实验性都非常强的课程，而土木工程材料课程的学时有限，在教学中合理分配课时是保证土木工程材料课程教学质量的关键。南昌大学的土木工程材料课程共48学时，其中课堂授课32学时，实践2学时，实验14学时，具体安排见表1。

二、教学模式的构建

目前，土木工程材料课程的教学模式一般包括理论教学和实验教学两部分。笔者在重视理论教学的基础上，强调提高学生的实验实践能力。在土木工程材料课程中，除进行理论教学和实验教学改革外，还适当增加了实践教学环节。

（一）理论教学

土木工程材料课程需要让学生了解并掌握土木工程材料的组成、结构、生产、工艺、性能与应用的基本理论知识，为此，有必要将木工程材料课程的基本理论知识重组为土木工程材料的组成与结构、生产与工艺、性能与应用三大块进行统一讲授。同时可采用多媒体结合板书的方法进行理论教学，以达到缩减课时、增强教学效果的目的。

（二）实验教学

土木工程材料课程中现有的实验项目基本上是验证性实验，难以激发学生的学习兴趣和研究热情，因此在实验教学改革时，除了开展水泥实验、砂石实验、普通混凝土实验、沥青实验等验证性实验外，还设计了综合性实验和创新性实验。综合性实验是在设定原材料的基础上，进行不同强度等级、不同坍落度要求的高性能混凝土实验。创新性实验是让学生自选材料和自行设计实验。创新性实验前先将学生分为3～4个组并确定实验题目，要求小组同学查阅资料、集中讨论后完成创新性实验，比如减水剂与水泥相容性实验、缓凝剂对混凝土凝结时间影响实验、不同等级矿物掺合料对混凝土强度影响实验等。通过开展综合性实验和创新性实验，激发学生的研究热情，提高学生的自学能力。

（三）实践教学

在理论教学和实验教学的基础上，积极进行土木工程材料课程实践教学的探索与实践。组织学生到预拌混凝土搅拌站了解混凝土的生产运输过程，认知新拌混凝土的和易性，熟悉混凝土配合比设计，或组织学生到施工现场见识混凝土的浇注养护，了解建筑钢材的性能和加工，实现理性认识到感性认识的提升，从而大大提高了教学效果。

三、教学方法的改革

在教学方法上，土木工程材料课程教师在课堂上一般采用多媒体和板书相结合的授课方式进行教学，学生基本上都是被动接受知识，很少对土木工程材料进行更深入的思考。鉴于这一缺陷，笔者在课堂教学中，增加视频播放与课堂讨论环节，提供了网络辅助教学，完善考核方法。

（一）视频播放与课堂讨论

为让学生对土木工程材料的研究和发展有更深入的了解，特别是引导学生对土木工程材料进行更深层次的思考，笔者充分利用多年从事教学和科研工作的优势，特别制作了一段50分钟左右关于材料在仿生、智能领域研究和发展的视频资料，要求

学生提前自行观看，同时在课堂上也组织学生利用1个学时观看视频资料，之后用1个学时让学生走上讲台发表观后感想。

（二）网络辅助教学

网络辅助教学是高校数字化建设的重要体现，也是教师授课质量评价的重要组成部分。网络辅助教学为学生与教师之间搭建了一个很好的交流平台。教师可将很多相关的文档、幻灯片、视频资料上传到网络辅助教学平台上，让学生自行下载。学生也可在网络辅助教学平台向教师提问，教师可定期查看和回答学生问题。在教学方法上，网络辅助教学是对课堂授课方式的一种补充。

（三）考核方法

土木工程材料课程考核方法采用课堂考勤与课堂讨论、实验实践（报告）、期中考试（开卷）、期末考试（闭卷）四种形式相结合的全程考核方法，其中四种形式占总成绩的比例分别为15%、15%、20%和50%。四种形式相结合的全程考核方法，注重培养学生的自主学习能力和独立思考能力，全面评价学生的学习水平和课程的教学效果，对改变传统的一考定成绩、加强教学过程管理、分阶段检验教学效果、改革考试方法具有积极的意义。

四、教学改革的效果评价

土木工程材料课程经过上述教学内容、教学模式、教学方法的改革，可以让学生更好地掌握土木工程材料的理论知识，强化学生的自学能力

，增强学生科研动手能力，提高学生创新能力，取得了良好的效果。

（1）授课内容：教师讲课内容有主次之分，学生学习理论知识不仅简单轻松，而且也更有针对性。对此教师可以适当减少理论课时，让学生有更多的时间进行实验实践。

（2）上课形式：在课堂上播放相关视频并进行课堂讨论，引导学生自主学习并积极发言，既能提高学

生的表达能力，也能帮助学生对土木工程材料发展进行更深层次的思考，激发学生的创新思维，有利于学生养成独立思考问题的习惯。

（3）实验实践环节：除了部分验证性实验项目之外，还增设了综合性实验和创新性实验。综合性实验可以让学生在最短的时间内见识到各种不同要求的混凝土，创新性实验可以激发学生的研究热情。

（4）考核方法：采用上述四种形式相结合的全程考核方法，提高了学生上课的积极性，也有利于全面评价学生的学习水平和课程学习效果。

五、结语

土木工程材料课程是集理论、实验、实践于一体的课程，学好土木工程材料，对于后续课程的学习具有重要的作用。鉴于土木工程材料课程本身的特点和学时的限制，要提高教学效果，使学生掌握土木工程材料知识，学会合理运用土木工程材料，必须从教材编写、授课内容编排、课时分配等教学内容，理论教学、实验教学、实践教学等教学模式，以及视频播放与课堂讨论、网络辅助教学、考核方法等教学方法三个方面进行土木工程材料课程的教学改革。本文对土木工程材料课程教学改革的思考，在教学实践中已得到了实施，同时也需要在教学实践中不断充实和完善。参考文献：

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土工合成材料的性能篇5

关键词：碳纤维；混凝土；加固

中图分类号：TU599文献标识码：A文章编号：1006-8937（2013）08-0155-01

作为一种高性能的复合型材料，碳纤维一直用于体育、航空航天等产业的材料应用，随着经济和科研力度的不断提升，近年来，碳纤维的价格不断降低，这促使这种高性能的材料在房屋建筑、市政、道路桥梁等行业逐渐得到应用。由于该种复合型材具有耐久性强、耐腐蚀的特点，因此在建筑等行业中主要应用于改变构件受力性能以及结构补强。而混凝土作为目前使用最为广泛的建筑原材料，它的工程力学性能一直是人们关注的问题，随着科研技术地不断发展，混凝土逐渐向高强度、多功能以及智能化的方向发展，碳纤维混凝土的出现是无机材料和有机材料的高效融合，这是一种新型的智能材料，碳纤维的使用能够大大改良混凝土的特性。

1碳纤维材料的物化性质

碳纤维是含碳量高达90%的复合型材料，其具有耐高温、高强度、抗蠕变、耐酸碱腐蚀、可传热以及可导电等优良性质，其密度比铝小，但强度比钢材的强度还要大，它的耐腐蚀性要比不锈钢的耐腐蚀性还要优越，其耐高温性比耐热钢的还强，因此它是集力学、电学以及热学性能为一身的化工新材料。将碳纤维运用在混凝土中，对混凝土的延展性、抗冲击性等显著改善，尤其是能够显著改善传统混凝土脆性大的缺点，增强其韧性。和抗疲劳性。

2碳纤维复合材料对混凝土的加固原理

在混凝土中加入碳纤维对混凝土进行加固，这种方法从1996年就已经被引入到国内，并很快受到工程界的强烈关注。其加固原理是将碳纤维复合材料通过一定的技术粘贴在混凝土结构的表面，通过混凝土结构和碳纤维材料之间的协同作用，最终达到对混凝土结构构件加固补强，并有效改变混凝土结构性能的目的。

3碳纤维复合材料在混凝土加固中的应用

加固混凝土构件中使用的碳纤维材料通常有两种，一种是碳纤维材料，一种是配套树脂。正如上文提到的，碳纤维材料有高强度、自重轻、高弹性模量等优良特点；配套树脂包括有粘结树脂、找平树脂以及底层树脂，其中粘结树脂的作用是使混凝土和碳纤维材料形成统一的复合材料，而后两种树脂的作用则是提高混凝土构件和碳纤维材料。混凝土通过和碳纤维复合型材料的共同作用，达到提高混凝土抗剪承载力和混凝土构件的抗弯能力，进而达到了结构补强和加固的目的。

按照碳纤维原丝的不同能够将碳纤维布分成黏胶基、PAN基以及沥青基等三种类型的碳纤维布。在对混凝土构件进行加固时需要对构件的结构施工设计、构件腐蚀以及其实测强度等材料，利用碳纤维布对构件或者混凝土结构进行加固设计。加固用的胶粘材料包括三种：第一，底涂胶。将其涂在混凝土构件或结构的表层，能够使表层的强度得到加强，这样就能够有效提高碳纤维和混凝土的粘结性；第二，浸渍树脂，其能够使碳纤维片材相互结合在一起，并使其呈现出硬化的板状物，并能够使混凝土和碳纤维强力粘结在一起，使两者构成一个统一的复合体；第三，修补胶。该胶粘材料可以对混凝土表面进行平整，得到平整后的构件能够和碳纤维材料更好结合在一起。

4碳纤维复合材料加固设计计算

用于混凝土构件加固的碳纤维复合型材料主要是上文介绍的碳纤维布，其在实际工程中的应用技术已经比较成熟。其优点主要体现在提高混凝土结构的受剪承载力、受弯承载力、抗震力以及抗疲劳能力等。使用碳纤维布对混凝土结构进行加固时要坚持以下两个基本原则：

①对那些钢筋锈蚀程度比较小，并且外观相对完好，并且保护层没有开裂的混凝土结构或构件，对其计算承载力时，为了方便计算可以认为混凝土和钢筋间的粘结强度以及自身强度没有降低。针对这类构件进行加固处理时只需要对其进行防腐蚀预防加固就能够提高构件的抗腐蚀性能。即对这一类型的混凝土构件进行加固时只是结构性加固，并不需要计算使用碳纤维布的数量。

②对于那些表面防护层已经破裂，钢筋锈蚀程度比较深的混凝土构件，由于其钢筋严重锈蚀，所以钢筋截面减少严重，这导致钢筋的强度严重降低，并且其和混凝土之间的粘结强度降低。因此在针对这一类型的混凝土构件进行加强时要考虑实际的结构锈蚀程度，计算所需的碳纤维布的数量。通过计算横向和纵向使用的碳纤维布的数量，进而达到提高混凝土结构的抗剪承载力和抗弯承载力。这种类型的加固是对混凝土结构的强度的提高。

计算碳纤维布用量时，应按照受力相等的力学原理，通过等效转换的方法把碳纤维布的面积等效转化成钢筋面积，公式表达为：

其中，Ase是抵抗不足弯矩需要的钢筋截面积，Acfs是碳纤维布的横截面积，fcfs是碳纤维布容许拉应力，单位取MPa，fy是钢筋抗拉强度，令fcfs=φ×β×1800，φ在这里表示为碳纤维布利用系数，按照我国目前实际工程设计的情况，建议取其值为0.85，β是层数折减系数，取值时按照表1中的规定选择准确的值。

取碳纤维布的净面积，其计算公式为：

其中，tcfs表示的是碳纤维布的厚度，n是粘结层数，Bcfs表示的是碳纤维布的幅度。

5工程实例

某实验大楼建成时间是1988年，在2009年对该实验大楼的质量检测报告中显示大楼结构中有部分框架梁端出现了明显的裂缝，这对大楼造成了严重的质量安全隐患，因此要对出现质量问题的梁进行加固处理。考虑到该实验大楼的正常使用功能，设计人员选用具有高强度的碳纤维复合型材料对这部分梁进行加固，这样不仅能够方便施工，还能够大大缩短工期。经过对工程实际情况进行探明并对碳纤维材料进行综合考量后，决定选用FTS-CI-20碳纤维布对梁结构进行粘贴。

该碳纤维布的性能指标是：纤维布厚度0.112mm，重量为200g/m，纤维为单方向，其弹性模量是2.33×105MPa，抗拉强度是3545MPa。工程选用的胶粘性材料为FE胶、FP胶和FR胶，这几种树脂胶使用温度为6～34℃，粘贴强度是2MPa，抗剪强度是10MPa，使用时间在25～120min。由于本次加固属于结构性加固，因此不需要计算碳纤维布的层数，直接加固。加固采用的U型粘贴的方案直接进行梁结构加固。经过加固以后，梁的抗剪承载力比未加固前提高了42%～61%，施工期间没有妨碍大楼的正常使用，工期为2d。

通过该工程实例证明，采用碳纤维复合型材料不仅大大方便了施工，同时也显著提高了混凝土结构的强度。

6结语

总之，碳纤维复合材料的优越的物理、化学以及热学特性，在加上其价格上逐渐显现出来的优势，它在建筑领域中的应用必将逐渐广泛。尽管在目前建筑工程中的使用还有某些方面的不足，但是随着科研技术的不断发展，相信在不远的未来，这种新型的复合型材料在实际工程中的应用中必定会越来越广泛。

土工合成材料的性能篇6

关键词：土工合成材料；性能检测；标准规范；影响因素

中图分类号：S220.4文献标识码：A文章编号：

1.产品技术规范

目前土工布的检测较为频繁，常用的土工布产品国家标准有《GB/T17638-1998土工合成材料短纤针刺非织造土工布》、《GB/T17639-2008土工合成材料长丝纺粘针刺非织造土工布》、《GB/T17690-1999土工合成材料塑料扁丝编织土工布》、《GB/T17640-2008土工合成材料长丝机织土工布》；土工格栅的产品国家标准主要为《GB/T17689-2008土工合成材料塑料土工格栅》、《GB/T21825-2008玻璃纤维土工格栅》和公路标准《JT/T480-2002交通工程土工合成材料土工格栅》；土工膜主要送检聚乙烯土工膜和聚氯乙烯土工膜，其采用的产品国家标准分别为《GB/T17643-2011土工合成材料聚乙烯土工膜》和《GB/T17688-1999土工合成材料聚氯乙烯土工膜》；膨润土防水毯说采用的检测标准为《JG/T193-2006钠基膨润土防水毯》。此外，土工合成材料检测还可采用《JT/T513-521公路工程土工合成材料》公路标准，其主要包括的产品有土工网、土工加筋带、土工布和塑料排水板等。

2.检测参数及方法

土工合成材料的主要检测参数是拉伸性能的项目，其中土工布拉伸性能的检测方法有三种，《GB/T15788-2005土工布及其有关产品宽条拉伸试验》、《GB/T3923.1-1997纺织品织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》和《JTGE50-2006公路工程土工合成材料试验规程》。宽条法和条样法在试验准备的形状尺寸上有较大不不同，可依据相关的产品规范选择不同的拉伸试验方法，从而选择不同的样条进行拉伸；一般土工布拉伸性能的检测都采用GB/T15788-2005标准中宽条法，试样的宽度要求为（200±1）mm,夹具间距为100mm;而编织土工布则采用GB/T3923.1-1997标准中条样法，要求试验宽度为50mm，夹具间距为200mm。土工格栅主要检测项目是拉伸强度和伸长率，多数采用的是单肋试样，在公路标准《JT/T480-2002交通工程土工合成材料土工格栅》中拉伸性能的检测方法采用的是《JTGE50-2006公路工程土工合成材料试验规程》宽条法，即试样宽度至少为200mm宽，并有足够的长度。采用宽条试样和较慢的拉伸速率，可有效降低横向收缩，使得试验结果更加符合实际情况。土工合成材料的其他检测参数项目，如顶破强力、撕破强力等项目，对比国标试验方法和《JTGE50-2006公路工程土工合成材料试验规程》，主要在于拉伸速度不同，实验的原理和试样的尺寸是一致的。以梯形撕破强力为例，《GB/T13763-2010土工布梯形法撕破强力试验方法》中设定的拉伸速率为50mm/min，而《JTGE50-2006公路工程土工合成材料试验规程》中设定的拉伸速率为100mm/min±5mm/min。聚乙烯土工膜的撕裂强度检测方法则采用《QB/T1130-1991塑料直角撕裂性能试验方法》中直角型试样。

3.评定方法及选择

通常送检的土工合成材料，如土工布和土工格栅，一般采用相对应产品的国家标准进行检测和评定，除非委托方在委托单上注明用其他标准进行评定。以钢塑土工格栅为例，目前并没有此土工格栅产品相关的标准，根据其施工工艺来划分，是属于粘焊土工格栅的一种，因此在选择检评标准上，采用了《JT/T480-2002交通工程土工合成材料土工格栅》中粘焊土工格栅的检测方法和指标进行评定。而塑料排水板和膨润土防水毯则采用相对应的产品标准《JT/T521-2004公路工程土工合成材料塑料排水板（带）》和《JG/T193-2006钠基膨润土防水毯》。

表1对比GB/T17638-1998与JT/T520-2004标准规格为200g/㎡性能指标

4.检测过程中影响因素

4.1土工拉伸试验夹具

1、夹具内加衬垫；2、对夹在钳口内试样加以涂层；3、改进夹具钳口表面。目前使用的土工拉伸夹具已采用了带有齿型的夹口，以此增强摩擦，但在进行土工格栅200mm宽度试样的拉伸实验时，常会出现试样拉伸受力不均出现试样扭曲偏斜、滑移或是在钳口10mm以内断裂的情况。针对土工格栅的特殊性，曾尝试在两端夹口里的试样加了密封衬垫，并用胶加以固定和养护，但发现在拉伸过程中上述问题依旧存在，且出现试样脱离密封衬垫的情况；此外，在进行机织土工布拉伸实验时，容易出现在钳口5mm内断裂情况。

4.2拉伸试验样条的最终宽度

由于机织土工布和塑料扁丝编织土工布的试样在裁切时，切口的边线易脱落，因此在制备机织土工布拉伸试样时，需切至220mm宽，然后再从试样两边拆去数目大致相等的边线以达到（200±1）mm的名义宽度，有助于保证试样的完整性；制备编织土工布试样需切大于50mm宽度，在装置拉力机前，再从试样两边拆去一定的边线以确保达到规定宽度；而针刺非织造土工布的完整性不受裁切的影响，可直接切成最终宽度（200±1）mm。

4.3取样制样的位置

用于每次试验样品，应从样品长度和宽度方向上均匀裁取，但距样品幅边至少10cm，且同一个项目试验，应避免两个以上的试样处在相同的纵向或横向位置上。因为，在相同位置上裁取多个试样，容易导致所得数据结果趋于一致，而不能代表整块试样的平均水平，即可使得原本符合标准规范要求的样品，最终检验结果评定为不合格情况，因此在取样的阶段需要试验人员加以注意。

4.4拉伸试验机运行状态

拉伸试验机一般具有等速拉伸功能，并以恒定速率进行拉伸或是压缩，能测度拉伸试样的拉力和伸长量。然而，在进行土工布撕裂强力项目实验时，由于两夹具间距比较小，夹具间距离为25mm，拉伸速度为50mm/min，试样在未拉伸前是褶皱不平弯曲的，因此在拉伸开始后，试样未被夹具完全拉直拉紧前，容易出现受力间断情况，拉力机将会停止运作，记录的力值是试样未完全受力情况下数据，因此此数据是不可取的。通常遇到这种情况，实验员需要在未开始拉伸试验时，将试样的弯曲反向调整为统一向前或向后，这样可以尽量避免出现受力间断不均的现象，同时在拉伸的过程中注意观察记录的曲线，对照规范中的曲线形状，发现有异常的需要停止试验机，查找原因并重新制样。

4.5试样调湿和试验的环境

土工合成材料的环境要求是参照GB/T6529-2008纺织品调湿和试验用标准大气规范中标准大气，即温度20℃，湿度65%要求下调湿并进行实验。因此在裁切试样前，应将样品保存在洁净、干燥、阴凉避光处。若在试验前，样品已被水或其他液体浸蚀，则对单位面积质量的检测数据有较大的影响，也会对其他物理性能的检测造成一定的影响，使测得的数据不符合样品的实际情况。