《水泥基复合材料》课程教学大纲

《水泥基复合材料》课程教学大纲一、基本信息中文名称:水泥基复合材料英文名称：CementBasedComposites课程代码：19044302课程性质：专业核心课学分：2.5总学时：40（其中理论：40实验：0上机：0实践：0）适用学院及专业：材料科学与工程学院无机非金属材料工程专业先修课程：材料科学基础A、材料工程基础、无机材料物理性能、材料现代分析方法开课单位：材料科学与工程学院材料工程系无机非金属材料工程教研室二、课程地位与作用《水泥基复合材料》课程是无机非金属材料工程专业的专业核心课，与《无机非金属材料工学》、《无机非金属材料生产设备》、《混凝土工程与技术》、《建筑材料性能检测与分析》、《建筑物修复与加固技术》等共同构成无机非金属材料工程专业核心课程体系。本课程系统介绍水泥基复合材料的定义、分类和发展历史，水泥基复合材料的组成、结构、性能、设计以及应用的基本知识与基础理论，并重点讲授水泥的性质及其应用，以及混凝土的组成材料对新拌混凝土的性能、硬化混凝土性能的影响，以及混凝土配合比设计方法和步骤。为后续专业选修课程奠定理论基础，同时可满足建材行业生产、技术开发领域对高级技术人才的需求，利于学生在该行业领域从事生产、研发及管理工作，以实现为行业领域培养复合型应用人才的培养目标。三、课程教学目标本课程支撑无机非金属材料专业毕业要求指标1.1、2.1、2.2、2.3、3.1、3.2、3.3、4.2、4.3。学生通过我国水泥基复合材料的发展历程、工程应用等内容的学习，激发民族自豪感和爱国主义情怀，树立科学发展观和自主创新意识，强化职业规范和社会责任意识，并在今后的水泥基复合材料研发与应用过程中充分考虑社会、安全、环境等因素，达到“立德树人”的核心目标。通过本课程的学习要求学生掌握硅水泥基复合材料的组成、结构及性能之间的关系；重点掌握新拌混凝土的工作性及其表征方法，硬化混凝土的结构特点以及影响硬化混凝土力学和耐久性能的因素；能够综合运用所学知识进行混凝土配合比设计，以及分析解决水泥基复合材料在生产、制备、应用的过程中的工程问题，培养学生的开创思维和创新能力。通过本课程的学习，学生应具备以下能力：目标1：掌握水泥基复合材料基础知识和基本理论，能够综合运用材料科学与工程的基本原理和方法，用于水泥基材料的设计与制备。（支撑毕业要求指标点1.1）目标2：掌握水泥基复合材料制备过程的关键环节和影响因素。运用材料科学基本原理，对水泥基复合材料复杂工程问题提出解决方案，并进行论证与评价。对水泥基复合材料制备过程的复杂工程问题的解决方案进行表达。（支撑毕业要求指标点2.1、2.2和2.3）目标3：能够综合运用本专业工程基础知识和专业知识，针对水泥基复合材料的产品开发、设计、工程应用等复杂工程问题提出解决方案。了解水泥基复合材料相关制备与性能检测标准，能够根据解决方案进行工艺设计和实施。对技术问题解决方案进行技术分析、论证，并得出合理有效结论。（支撑毕业要求指标点3.1、3.2、3.3）目标4：能够对水泥基复合材料制备过程中的各类物理化学现象、材料特性进行研究和实验验证。能够针对水泥基复合材料制备过程中相关领域复杂工程问题制定实验方案并进行实验。（支撑毕业要求指标点4.2、4.3）课程教学目标与毕业要求的关系矩阵教学目标毕业要求指标点教学方式考核方式目标11.1掌握水泥基复合材料基础知识，用于水泥基复合材料的设计与制备。课堂讲授、典型案例、上网查阅相关资料和课程作业（微助教课堂答题和课后作业）、课后答疑、学科前沿和研究进展推送课程期末考试，课程作业目标22.1掌握水泥基复合材料制备过程的关键环节和影响因素。2.2运用材料科学基本原理，对水泥基复合材料复杂工程问题提出解决方案，并进行论证与评价。课堂讲授、典型案例、上网查阅相关资料和课程作业（微助教课堂答题和课后作业）、课后答疑、学科前沿和研究进展推送课程期末考试，课程作业目标33.1能够综合运用本专业工程基础知识和专业知识，针对水泥基复合材料的产品开发、设计、工程应用等复杂工程问题提出解决方案.3.2了解水泥基复合材料相关制备与性能检测标准，能够根据解决方案进行工艺设计和实施。3.3对技术问题解决方案进行技术分析、论证，并得出合理有效结论。课堂讲授、典型案例、上网查阅相关资料和课程作业（微助教课堂答题和课后作业）、课后答疑、学科前沿和研究进展推送课程期末考试，课程作业目标44.2能够对水泥基复合材料制备过程中的各类物理化学现象、材料特性进行研究和实验验证。4.3能够针对水泥基复合材料制备过程中相关领域复杂工程问题制定实验方案并进行实验。课堂讲授、典型案例、上网查阅相关资料和课程作业（微助教课堂答题和课后作业）、课后答疑、学科前沿和研究进展推送课程期末考试四、主要教学内容第1章水泥基复合材料概述（1学时，支撑毕业要求指标点1.1）本章应了解水泥基复合材料的定义与分类、用途、发展历程，水泥基复合材料的组成与特性。通过改革开放以来水泥基复合材料领域取得的巨大成就和工程实践，激发学生的爱国热情，践行社会主义核心价值观，弘扬中华优秀传统文化、民族精神和时代精神，践行工匠精神。第2章水泥（10学时，支撑毕业要求指标点1.1、2.1、2.2、3.1、3.2、3.3、4.2、4.3）本章应了解硅酸盐水泥的生产过程，掌握硅酸盐水泥的熟料矿物组成、水化机理、凝结硬化过程及其技术性质；理解掺加混合材的通用水泥及其技术特点；了解工程中常见的特种水泥的性质。通过水泥生产过程中的节能减排和技术进步的分析讨论，引导学生树立科学发展观和自主创新意识。重点：酸盐水泥的熟料矿物组成、水化机理、凝结硬化过程及其技术性质。难点：硅酸盐水泥水化和凝结硬化机理。第3章矿物掺和料（2学时，支撑毕业要求指标点1.1、2.1、2.2、4.2、4.3）本章应理解矿物掺和料的定义、作用及其对水泥基复合材料性能的影响；掌握常见的矿物掺合料粉煤灰、磨细矿渣、硅灰的特性及其对混凝土的影响，以及应用技术要点。通过分析矿物掺合料在混凝土中应用的意义，启发学生利用科学思维、工程意识、科学发展观去分析工程问题。重点：粉煤灰、磨细矿渣、硅灰的特性及其对混凝土的影响；第4章骨料（4学时，支撑毕业要求指标点1.1、2.1、2.2、4.2、4.3）本章应了解骨料的定义、分类以及技术性质；理解骨料特性包括空隙率、孔隙率、级配、粒形、强度、有害物质等对水泥基材料性能的影响。通过近年来我国骨料形势的发展变化，启发学生树立科学发展观和创新意识，引导学生增强社会责任感，强化专业意识和职业道德，并在无机材料开发和制备过程中充分考虑安全和环境等因素。。重点：骨料技术性质及其对混凝土性能的影响。第5章化学外加剂（2学时，支撑毕业要求指标点1.1、2.1、2.2、4.2、4.3）本章应了解各种化学外加剂的定义、品种、使用方法及特性，掌握减水剂及引气剂的作用机理及对混凝土性能的影响。通过外加剂推动混凝土的技术进步，启发学生树立科学发展观和创新意识，引导学生增强社会责任感，强化专业意识和职业道德，并在材料开发和制备过程中充分考虑安全和环境等因素。重点：减水剂及引气剂的作用机理及对混凝土性能的影响。难点：减水剂及引气剂的作用机理。第6章混凝土拌合物的性能（4学时，支撑毕业要求指标点1.1、2.1、2.2、3.1、3.2、3.3、4.2、4.3）本章应了解新拌混凝土的流变学特征；掌握新拌混凝土的工作性及其表征方法；掌握影响工作性的因素，离析、泌水的定义及其影响因素。通过新拌混凝土常见问题分析，使学生理解混凝土工作性对工程质量的重要影响，引导学生增强社会责任感，强化专业意识和职业道德。重点：工作性的表征测试方法及其影响因素。第7章混凝土力学性能（6学时，支撑毕业要求指标点1.1、2.1、2.2、3.1、3.2、3.3、4.2、4.3）本章应掌握硬化混凝土的结构特点，理解界面过渡区微结构的特征及其对混凝土性能的影响；掌握混凝土的各种抗压强度、抗拉强度及影响混凝土抗压强度的主要因素。理解混凝土在荷载和非荷载作用下的变形。通过“港珠澳大桥”、“青藏铁路”、“三峡大坝”等重点工程中混凝土的性能分析，培养学生的科学精神和创新精神，启发学生利用科学思维、工程意识、工匠精神、科学发展观去分析、求解复杂工程问题，强化学生专业意识和职业道德。重点：界面过渡区的结构特征；影响混凝土抗压强度的主要因素。难点：界面过渡区的结构模型；混凝土在荷载作用下的变形。第8章混凝土的耐久性（6学时，支撑毕业要求指标点1.1、2.1、2.2、3.1、3.2、3.3、4.2、4.3）本章应了解混凝土的耐久性现状；掌握混凝土的抗冻融、碳化、化学侵蚀、碱骨料病害及耐火的作用机理及其影响因素；理解钢筋混凝土结构的性能劣化机理；了解提高混凝土耐久性的主要技术措施。通过混凝土工程失效和侵蚀破坏案例，引导学生分析解决复杂工程问题，强化学生工程意识和职业道德。重点：混凝土的抗冻融、碳化、化学侵蚀、碱骨料病害的作用机理及其影响因素难点：不同环境因素下混凝土结构的劣化机理。第9章混凝土的配合比设计（4学时，支撑毕业要求指标点1.1、2.1、2.2、3.1、3.2、3.3、4.2、4.3）本章应理解混凝土配合比设计的理念、基本要求和步骤，掌握我国现行执行的混凝土配合比计算的方法及计算过程。通过综合考虑强度、工作性、耐久性和经济性，综合分析不同要求混凝土的配合比设计的方法和步骤，引导学生分析解决复杂工程问题。重点：普通混凝土配合比设计的步骤。难点：混凝土配合比设计的参数选择与确定。第10章混凝土的技术进展（1学时，支撑毕业要求指标点1.1、4.2、4.3）本章应了解高性能混凝土、轻质混凝土、大体积混凝土、自密实混凝土等的定义、基本原理、基本性能和工程应用。通过“港珠澳大桥”、“青藏铁路”、“三峡大坝”等重点工程的介绍，培养学生的科学精神和创新意识，启发学生利用科学思维、工程意识、工匠精神、科学发展观去分析、求解复杂工程问题。通过科学家、工程师献身科学、伟大工程的励精图治典型事迹的介绍，培养学生不畏艰险、勇于创新、锲而不舍的创新意识和工匠精神。五、教学方法1.课堂讲授（1）多媒体与板书相结合：通过思维导图、图片、视频等多媒体方式，使学生能够直观理解水泥基复合材料的特点及应用，加深对前沿科学知识的认识，增强对材料性能机理的理解和掌握；板书内容主要为课程内容提纲，有助于学生对所讲内容有整体化认识。（2）翻转课堂辅助教学：利用“微助教”教学APP资源、相关精品课程资源共享等方法，实现课前预习、问卷调查、考勤等学生学习状态的监测；通过课件推送、问题讨论、习题测验等实现学生对重点内容的巩固和加深；通过APP记录课堂效果，互动评价、成绩管理、教学反馈等方式，检测教学效果，并通过课后总结实现教与学的正反馈。2.课外辅导答疑及作业批改课后作业可采用综合性或启发性问题，便于学生归纳总结和延伸学习，通过线上或线下辅导答疑，提高学生学习效果。六、课程考核和成绩评定方式本课程采用闭卷考试和平时考核（包括作业和出勤情况）相结合的方式，总评成绩中闭卷考试成绩占70%，平时考核成绩占30%，以百分制计入总成绩。七、教材及参考文献1.教材宋少民，王林，混凝土