《土木工程材料》学习指南

PAGEPAGE11《土木工程材料》学习指南StudyGuidetoCivilEngineeringMaterials一、课程性质和任务《土木工程材料》是一门理论与实践并重的专业基础课，是土木工程、建筑学、城市规划等专业学生进行后续课程学习或参加工作所必需的基础。主要内容包括气硬性胶凝材料、水泥、混凝土、建筑砂浆、建筑钢材、沥青混合料和建筑功能材料等土木工程材料的组成、结构、性能和应用。课程任务是使学生掌握土木工程中主要材料的技术性能、品种规格、适用范围、检验方法及储运等基本知识，使学生在设计中合理选材、在施工中正确用材，并为后继专业课提供土木工程材料学的基础理论和基本知识。二、基本学习方法本课程采用课堂授课、实验与实训、参与式教学相结合的方法进行学习，三部分的学时分别为理论课学时:27学时；实验学时:9学时，讨论课学时:4学时。每个章节前面都有知识点、教学要求和教学设计等，指出了教学大纲所要求学习的学习目标、学习重难点，同时，该课程的教学ppt、教学录像等也根据大纲做了适当的详略处理。同学们可参照课程安排有重点地进行本课程的学习。通过本课程的学习，除了要掌握材料具有哪些性质、有什么品种规格、适用于什么方面等，还要理解形成材料的各种性质的内在原因、外部原因，性能之间的相互关系，理论联系实际，从而学会更好地选择和应用材料。本课程为中英文双语教学，为同学们提供了青岛理工大学土木工程学院老师自编的英文演示文稿、英文电子教材，部分章节提供了英文教学录像，同学们可以对照中文课程进行学习，既有利于课程基本内容和最新的知识的掌握，又有利于综合素质的提升。本课程还针对教学重点与难点问题，设置了专题讨论环节，要求在已学知识的基础上，查阅相关的课内外资料，以5人左右为一组准备并在课堂上讨论。为了培养同学们的创新意识与创新能力，根据学科最新进展及本教学团队近年取得的研究成果，本课程添加了创新专题，介绍自密实混凝土、纳米混凝土、再生骨料和喷涂聚脲技术等前沿的土木工程材料和技术。上述材料和技术中，有的已经在土木工程领域发挥重大的作用，有的是符合土木工程材料发展趋势，将在该领域大有可为的新材料和新技术。这一环节设立的目的是要让同学们拓宽视野，开拓思维，了解土木工程材料的发展趋势，培养创新意识。对该专题的内容仅作了解要求。同学们在学习这一部分的过程中，如果遇到感兴趣的内容，建议通过网络和书籍查找相关资料进行深入了解，也可以与该方向的老师进行深入的交流讨论。学习本课程，不仅要掌握有关的专业知识和基本技能，还要培养分析、解决问题的能力，培养创新精神，提高综合素质。本课程通过实验及实训达到以上目的。实验部分采用由基本实验和开放式实验组成的实践教学新模式，增设了设计型、研究型和综合型等实验类型。其目的不仅是掌握基本的实验技能，更重要的是培养综合素质，为日后的科技工作打下基础。实训结合具体工程项目开展材料选择、配制与应用技术方案方面的训练。学习本课程还要多观察工程实际问题，关注新型材料的发展，强化环保意识和创新，提高工程综合素质。本课程提供了丰富的教学资源供同学们课后参考学习，这些资源包括多媒体CAI课件、网络课件、授课录像、电子教材、实验教学大纲、实验视频教材、课程基本要求、教学大纲、教学重点与难点、模拟试卷（含标准答案）、习题集、词汇表、拓展技术前沿、工程软件、标准语规范、参考教材、数学公式、实验视频素材、图片资料、课程论坛、相关专业网络链接等。其中网络课件有纯英文和中文2种文字的课件。上述资源可全部实现资源共享，从青岛理工大学主页的教学资源栏目查找，或从本课程的教学网站查找。三、各章基本内容、重点与难点第一章：绪论本章内容主要是为了学习本课程奠定基础，主要涉及学习本课程的重要性、学习内容及学习方法三大内容，具体内容有：土木工程材料的概念，分类和发展趋势，工程材料在社会发展中及土木工程中的作用地位，土木工程材料与建筑结构、施工的关系，本课程的学习方法和土木工程材料的发展趋势。在本课程的学习过程中，要注意了解材料的本质和内在联系，对于同一类材料，应了解其中材料不同品种的共性，以及各自的特性和产生这些特性的原因。材料的性能会受到外界因素的影响，如运输、储存条件及使用环境等，因此为保证工程的质量和使用寿命，我们还必须了解引起材料性质变化的外界条件和材料的内在原因。且能根据国建规范标准对所用材料进行相应的质量检测。本章重点内容包括土木工程材料的概念、常用种类及其特点，本课程的学习方法和土木工程材料的发展趋势。第二章：土木工程材料的基本性质在学习具体的土木工程材料之前，通过本章的学习，熟悉材料在物理、力学、化学等方面的共性，包括材料的基本物理性质、力学性质、材料与水作用的性质以及耐久性共四个部分，这些内容是为后续内容的学习基础。材料的基本物理性质、材料与水作用的性质取决于材料的成分及微观结构，对材料的力学性质和耐久性有很大的影响，而材料的力学性质和耐久性是土木工程材料选择与使用的理论依据，也是后续结构与施工课程的理论基础。特别注意这些性质之间的相互关系，建议在课堂学习的基础上，配合课后参考资料以及实验、习题进行学习。本章重点内容包括材料的密度等基本物理性质的概念、计算公式、测试方法及其相互关系；掌握材料强度公式和计算以及实验方法；材料亲水性、憎水性、吸水性、吸湿性、耐水性的概念，以及吸水率的计算公式；上述性质的相互关系。本章难点为材料性质之间的相互关系。例如根据材料的孔隙率及其构造分析判断材料的强度、隔热保温性、吸声性等。第三章：气硬性无机胶凝材料本章简要介绍胶凝材料、气硬性胶凝材料、水硬性胶凝材料概念、特点及应用，石灰、石膏的原料、生产、凝结和硬化原理、技术性质、特性及应用。尽管气硬性胶凝材料本身的性质及应用有很大的局限性，但其水化、凝结和硬化机理及特性对水泥等重要胶凝材料的学习具有很大帮助。因此，要求同学们在学习这部分内容时，多关注石灰和石膏等作为胶凝材料的特性、与其它胶凝材料性能上的差异及其对工程应用的影响等问题。第四章：水泥水泥是广泛应用于土木工程领域的基础原材料，本章内容不仅是学生学习后续混凝土及施工技术等专业课程的理论基础，也是混凝土结构工程中材料选择与使用的理论依据，因此，这部分内容是本课程学习的重点之一。本章内容包括硅酸盐水泥的熟料矿物成分与水化特性、水化、凝结与硬化机理等知识，硅酸盐水泥的技术性质及测试技术，水泥石的腐蚀的形式、原因及其预防措施，混合材料以及普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的概念、二次水化机理、技术性质、特性及其工程应用。建议同学们在学习时要注意熟料矿物成分与水化特性、水化、凝结与硬化机理之间内在联系及其对水泥技术性质、特性及其工程应用的影响规律，以及这些水泥品种之间的相互关系。除理论学习外，这部分内容将配合实验、课堂讨论以及习题进行学习。建议学生们课后根据参考资料、课程教学网站学习相关内容。本章重点内容包括通用硅酸盐水泥的概念，矿物成分，硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化，技术性质及测试技术，水泥石的腐蚀与防护，通用水泥的特性和应用。难点在于通用硅酸盐水泥性能差异及机理，以及根据工程及环境特点合理选用通用水泥。第五章：普通混凝土混凝土广泛应用于建筑、桥梁、道路等土木工程领域，因此，这部分内容是本课程学习的另一个重点内容。学习中要密切联系具体工程，掌握普通混凝土四大组成材料水泥、水、砂和石的作用、基本要求、品种选择，以及砂石骨料及混凝土第五大组份－矿物掺合料的主要技术性质，第六大组份－混凝土外加剂的常用品种、特性、作用机理和应用。熟练掌握水泥混凝土拌合物的和易性概念及选择，影响和易性的主要因素、和易性测定方法。掌握水泥混凝土强度与强度等级、强度公式、主要影响因素、提高的强度措施。掌握混凝土的配合比设计原理步骤与方法。了解混凝土的耐久性。需要特别注意普通混凝土组成材料、环境条件及施工因素与混凝土和易性、强度和耐久性等技术之间内在联系及其对混凝土结构及施工的影响规律。这部分内容将配合实验、课堂讨论以及习题，参考教材及参考资料以及课程教学网站进行学习。本章重点内容包括混凝土组成材料的技术性质；混凝土和易性、强度及耐久性的概念、指标及实验方法、影响因素及改善措施；混凝土配合比设计的原理、步骤及方法。本章难点为结合工程实际查找分析影响混凝土和易性和强度等技术性质的因素及相应的改善措施。第六章：砌筑砂浆在学习普通混凝土之后学习这部分内容，应注意学习并归纳、总结二者之间由于组成有无粗骨料的之不同而导致的性能及应用上的巨大差异，这样可达到事倍功半的学习效果。本章重点内容包括砌筑砂浆组成和技术性能。第七章：砌筑材料砌块材料承担围护结构的隔热保温、隔声吸声等功能以及部分结构承载功能。本章内容包括砌筑材料特点及发展方向，常用砌块材料的种类、性质、应用及其发展趋势，多孔砖、空心砖的技术性能与应用。学习这部分内容时，应注意从砌块材料在结构中所承担的功能这个角度进行学习，掌握常用砌块材料的相关性能与应用等内容。本章重点内容包括多孔砖、空心砖、混凝土小型砌块的性质和应用。第八章建筑钢材建筑钢材是土木工程领域重要的结构材料，本章内容包括建筑钢材基本知识、常用品种，拉伸性能、冲击韧性、冷弯性能等性质，标准及选用，冷加工与时效强化、腐蚀与防护等。建议同学们密切联系具体工程，系统地学习建筑钢材的拉伸性能、冲击韧性、冷弯性能等力学性质及测试技术，掌握建筑钢材常用品种、标准及其选用等知识。需要注意钢材的化学成分和脱氧程度等生产工艺因素对钢材质量及技术性质、特性及其工程应用的影响规律，以及钢材牌号与特性、技术性质与钢材选用之间的相互关系。还需要学生特别注意建筑钢材作为金属材料具有弹性、塑性及一定韧性，这一力学性能上的特性决定了其代表性质是拉伸性能、具有承受动载荷及冲击载荷等特性，这一点与此前学过的水泥、混凝土等其它结构材料完全不同。这部分内容将配合实验、课堂讨论以及习题进行学习。本章重点内容包括建筑钢材的拉伸性能、冲击韧性、冷弯性能。常用建筑钢材的标准及选用。第九章沥青混合料沥青混合料是重要的路面材料，本章学习沥青混合料的概念、常用类型、组成结构、强度理论及其应用，沥青混合料的组成材料、技术性质、设计的基本要求及方法等。学习过程中要注意沥青混合料与沥青混凝土的差异，以及与普通混凝土组成材料及技术性能上的异同。这部分内容将配合实验及习题进行学习。本章重点内容包括沥青混合料的技术性质，如高温稳定性、低温抗裂性、耐久性，以及沥青混合料设计方法。第十章建筑功能材料建筑功能材料的质量以及选材合适与否，是影响土木工程的质量及使用功能的重要因素，本章介绍防水材料、保温隔热材料和新型功能材料三部分内容。本章重点内容包括高聚物改性沥青防水卷材及合成高分子防水卷材的主要技术性质及应用。通过理论课堂学习防水材料、保温隔热材料和新型功能的概念、常用类型、性能、应用与发展趋势，以及防水基本成分、结构特点、技术性质及其测试技术、标准与应用等内容。通过实验和实训学习有关测试与应用技术。吸声隔声材料、防火材料等其它建筑功能材料的品种、技术性质、标准与选用等内容需要学生通过参考教材、课程教学网站自学。StudyGuidetoCivilEngineeringMaterialsⅠCourseCategoryandTaskCivilEngineeringMaterialsisthefoundationforthelearningofsuccessivecourseorforthejobs.Themaincontentsincludethecomposition,structure,propertiesandapplicationofcivilengineeringmaterials,suchasairhardeningbindingmaterials,cement,cementconcrete,constructionmortar,buildingsteels,waterproofingmaterial,bituminousmixtureandsoon.Thetaskistoletthestudentsknowthebasicinformationofthemainmaterials’technicalproperty,description,scopeofapplication,testmethodandstorage,etc,tomakestudentsabletochoosetherightmaterialsindesignandtousetherightmaterialswhenunderconstruction,andtoprovidebasictheoryandknowledgeofcivilengineeringmaterialsforthelearningofsuccessivespecializedcourses.ⅡBasicLearningMethodThelearningofthiscourseconsistsofclassroomteaching,experimentandpracticaltraining,andparticipativeteaching.Theclasshourfortheorycourseis27hours,classhourforexperimentis9hoursandtheclasshourforseminaris4hours.Beforeeachchapter,thecontents,basicrequirements,andtheteachingdesignwillbeillustrated,whichgivethelearningobjectivesandemphasisrequestedbythesyllabus.Atthesametime,thePPTforthiscourseandtheteachingvideohavealsobeenhandledproperlyaccordingtosyllabus.Studentscanarrangetheirstudyofthiscoursewithemphasisaccordingtocoursearrangement.Throughthestudyofthiscourse,besidesknowingtheexactproperties,specificationsandapplicationsofmaterials,studentsalsoneedtounderstandtheinternalcauseandexternalcausethatformthedifferentpropertiesofmaterials,theinterrelationsamongproperties,andlinktheorywithpractice,thus,theycanchooseandusethematerialsbetter.TheteachingofthiscourseisbilingualeducationinEnglishandChinese,withPPTandelectroniclearningmaterialsinEnglishself-designedbyteachersinSchoolofArchitectureandConstructioninQingdaoTechnologicalUniversity.Forcertainchapters,theEnglishteachingvideosarealsoprovided.StudentscanlearnthemwiththeChineseversionfortheirreference,whichcannotonlyfacilitatetheunderstandingofthebasiccontentsinthecourseandthelatestknowledge,butalsomakesfortheimprovementofcomprehensivequality.Fortheemphasisanddifficulties,seminarshavebeenset,whichrequiresthestudentsrefertotherelevantmaterialsbasedonwhattheyhavealreadylearnedanddiscusstheminclasswithateamofabout5persons.Basedthelatestdevelopmentofthisdisciplineandtheresearchresultstheteachingteamhavegainedintherecentyearsandtocultivatestudents’consciousnessandabilityofinnovation,specialsubjectsaboutthecutting-edgecivilengineeringmaterialsandtechnologies,suchasdenseconcretes,nano-concretes,recycledaggregatesandthetechniqueofsprayingpolyurea,havebeenaddedinthiscourse.Intheabovematerialsandtechnologies,somealreadyhaveplayedanimportantroleinthefieldofcivilengineering,whilesomeaccordwiththedevelopmenttrendofcivilengineeringmaterialsandwillbethenewmaterialsandtechnologieswithabrightfutureinthefield.Thepurposeforthissectionistobroadenthestudents’horizonandmind,toletthemknowthedevelopmenttrendofcivilengineeringmaterialsandtocultivatetheirconsciousnessofinnovation.Forthiscontent,thestudentsonlyneedtohaveabriefidea.Duringthelearningprocedure,ifthestudentsrunintoanyparttheyareinterestedin,theyaresuggestedtoknowthemdeeplybylookingontheinternetandbooks.Theycanalsohaveaintensivediscussionwithteacherswhodoresearchesinthisfield.Learningthiscoursedoesnotonlymeantograsptherelevantprofessionalknowledgeandbasicskills,butalsomeantocultivateabilitiesofanalyzingandsolvingproblems,tocultivateconsciousnessofinnovationandtoimprovetheoverallquality,whichcouldberealizedbyexperimentandpracticaltraining.Theexperimentusesthemodeofpracticalteachingwhichiscomposedofthebasicexperimentandopen-endedexperimentandaddsdifferentexperimentmodessuchasdesignmode,researchmodeandsynthesizingmode,etc.Thepurposeisnotonlytograspthebasicexperimentalskillsbut,mostimportantly,tocultivatetheoverallqualityandprovideasolidfoundationfortheresearchstudyinthefuture.Thepracticaltrainingisaboutthetrainingofmaterialselection,preparationandapplicationandtechnicalproposalcombinedwithspecificengineeringproject.Learningthiscoursealsorequiresthestudentstoobservethepracticalissuesintheproject,topayattentiontothedevelopmentofnewmaterials,toreinforceenvironmentalconsciousness,andtoimprovetheoverallqualityofengineering.Thiscourseprovidesplentyofteachingmaterialsforthestudents’referencefortheirstudyafterclass,whichincludesmultimediaCAIcourseware,e-learningcourseware,teachingvideos,electroniclearningmaterial,experimentalsyllabus,experimentalvideomaterials,basicrequirementforcurriculum,syllabus,emphasisanddifficulties,simulationtest(withthestandardanswer),workbook,glossary,advancedtechnology,engineeringsoftware,standardlanguagenorm,references,mathematicalformula,experimentalvideomaterials,pictures,courseforum,relevantnetlinking,etc.thee-learningcoursewarearesubtitledeitherinChineseorinEnglish.Foralltheabovematerials,resourcessharingcanberealized.StudentscandownloadthemfromthecolumnofteachingmaterialsonthehomepageofQingdaoTechnologicalUniversityorfromtheteachingwebsiteofthiscourse.ⅢBasicContent，EmphasisandDifficultyofEachChapterChapter1IntroductionBasicContent:theconceptandclassificationofcivilengineeringmaterial;theroleanddevelopmentofcivilengineeringmaterials,therelationshipsamongcivilengineeringmaterials,buildingstructuresandconstruction;thestudymethodofthiscourseandthefuturedevelopmenttrendofcivilengineeringmaterials.Emphases:thestudymethodofthiscourse;thefuturedevelopmenttrendofcivilengineeringmaterials.Chapter2BasicPropertiesofCivilEngineeringMaterialsBasicContent:thecompositionandstructureofmaterials;definitions,formulasandtestmethodsofbasicphysicalpropertiesofmaterialssuchasdensity,apparentdensity,bulkdensity,solidity,porosity,voidage;thedefinitionsofhydrophilicity,hydrophobicity,water-absorbingquality,hygroscopicity,andwaterresistance;theconceptsofstrength,elasticity,plasticity,brittlenessandtoughness;thedurabilityofmaterials.Emphases:definitions,formulasandtestmethodsofdensity,apparentdensity,bulkdensity,solidity,porosity,voidage;theequationsofstrengthandtestmethods;thedefinitionsofhydrophilicity,hydrophobicity,water-absorbingquality,hygroscopicity,andwaterresistance.Difficulty:therelationshipsbetweenporestructureandpropertiesofmaterials.Chapter3Air-hardeningBindingMaterialsBasicContent:theclassificationofbindingmaterials;thetechnicalpropertiesandapplicationofgypsum;thesettingandhardeningprocessofgypsum;thecuring,hardening,technicalpropertiesandapplicationoflime.Chapter4CementBasicContent:theconcept,classification,advantagesandapplicationofcement;therawmaterialsandproductionofPortlandcement;themineraladmixture,including:thedefinition,composition,hydration,settingandhardening,technicalpropertiesandtestofPortlandcement;thecorrosionandpreventionofPortlandcement;thetypes,mechanism,characteristicsandapplicationofadmixturesofcement;thetypes,composition,characteristicsandapplicationofPortlandcementwithadmixture,composition,characteristicsandapplicationofothercement.Emphases:themineralcomposition,mechanismofhydration,settingandhardening,technicalpropertiesandtestofPortlandcement;thecorrosionandprevention;thecharacteristicsandapplicationsofPortlandcement;thecharacteristicsandmechanismofadmixturesofcement;thecomposition,characteristicsandapplicationofPortlandcementwithadmixture.Difficulties:themechanismofhydration,settingandhardeningofPortlandcement;thesameanddifferencesof6kindsofPortlandcement.Chapter5ConcreteBasicContent:thedefinition,classificationanddevelopmentofconcrete;thecompositionandroleofingredientsofconcrete;therequirementsofingredients,typeselectionandmaintechnicalpropertiesofconcrete;thetype,mechanismandapplicationofchemicalagentsandmineraladmixture;theconcept,testmethod,influencefactors,selectionandadjustmentofworkability;theconceptofstrength,strengthgrade,formula,influencefactorsandstrengthimprovementmeasuresofconcrete;themixproportiondesignprinciple,processandmethod;graspconceptofdurability;theadvancedconcrete.Emphases:thetechnicalpropertiesofingredientsofconcrete;theconcepts,index,testmethod,influencefactorsandimprovementofworkability,strengthanddurability;themixproportiondesignprinciple,processandmethod.Difficulties:theanalysisofinfluencefactorstoworkabilityandstrengthoftheconcreteandtherelatedimprovementmeasures.Theteacherwilluseseighthoursofclassroomteaching,combinedwithdailylife,practicalengineeringandtechnologyinformation,employinglivelypictures,flashfilesandinstructivetestvideotodescribethebasiccontentofordinaryconcrete.Chapter6buildingmortarBasicContent:theconcepts,classificationanddevelopmentofconstructionmortar;thecomposition,technicalproperties,mixproportiondesign,applicationanddevelopmentofmasonrymortar.Emphases:theworkabilityandstrengthofmasonrymortarandtheinfluencefactorsofstrengthofmasonrymortar.Chapter7masonrymaterialsBasicContent:thecharacteristicsanddevelopmentofmasonrymaterials;thetechnicalpropertiesandapplicationofperforatedbrickandhollowbrick;thetypesandpropertiesofsmallconcretehollowblock.Emphases:thetechnicalpropertiesandapplicationofperforatedbrickandthehollowbrickandsmallconcretehollowblock.Chapter8constructionsteelBasicCo