土木材料的發展性與教學內容的滯後性土木工程材料的新發展豐富了土木工程材料內容體系。如:傳統混凝土,包括水泥、粗、細骨料、水四大組分。由於混凝土外加劑能使混凝土性能和功能得到顯著改善和提高,因此,被稱為混凝土的第五組分,是混凝土技術的重大突破。當今,外加劑技術日新月異,聚羧酸系高性能外加劑普遍應用,對此大部分教材都未提及。對於外加劑部分內容,目前教材只停留在壹般性介紹這個層次,對外加劑對水泥的適應性機理、外加劑的合理摻量、外加劑與混凝土性能的聯系、外加劑的檢測等內容未作詳細介紹。同時,對於壹些外加劑對混凝土的負面影響有必要在教材中交代清楚,防止濫用和誤用。近年來,為了調節和改善水泥的性能,提高水泥產量,綜合利用工業廢渣,在磨制水泥時基本都加入了壹定比例的天然或人工無機礦物質混合材料。在混凝土配制時,常直接用磨細的無機礦物質材料取代部分水泥,稱為摻合料,使其成為混凝土的第六組分。20世紀90年代以來,中國對第六組分開展了廣泛研究,有學者提出六組分設計法。雙摻或多摻法在個別行業得到廣泛應用,並經實踐證明具有較好的效果和意義,這些內容值得引入教材加以闡述和學習。對於土木工程中的功能材料,如合成高分子材料、裝飾性材料、絕熱保溫材料、復合材料、綠色材料等內容,近年來發展較快,教材為縮短篇幅,對壓縮精簡內容在課堂中壹般不作深入講解,僅停留在概念介紹的層面,使得這部分內容的教學顯得抽象空洞。
教學中存在的問題土木工程材料教學目的在於使學生掌握主要土木工程材料的性質與應用,明確工程材料性質與材料結構的關系,為實現和改善材料的功能進行壹定的材料設計,在工程中能對材料進行檢測和質量控制。材料的結構與構造、材料的參數與性質、材料的設計與配制、現場的檢測與控制等環節具有很強的實際操作性。環境條件不同,材料選用不同,設計目標差異很大,這就要求該課程應偏重於材料及其在工程中的應用。
目前,土木工程材料在應用教學方面存在以下問題。壹是,重理論輕應用。土木工程材料教材內容體系主要集中闡述各種材料的性能特點與技術性質,工程應用雖有介紹,但結合實際工程特別是典型工程的案例實踐不多。如:混凝土的配合比與試配,即是同壹配合比,在不同的地方材料或環境條件下,三參數相同,配出的混凝土性能會大不相同。或者說,實現同壹目標的混凝土,在不同環境條件下,配合比會有較大區別。由此可以看出具體工程試配的重要性,同時也說明混凝土設計不是僅憑三參數就可以決定混凝土的多組分,配合比設計需與具體組成材料環境條件相結合。二是,教材提供的部分參數不壹定合理。如在混凝土坍落度的選擇上,由於現代機械化施工的普及,從實際工程應用看,教材提供的數據較少,在實際工作中難以借鑒。如在混凝土試配過程中,強度對水灰比非常敏感,水灰比變化0.01,強度就會有壹個等級的差別。對於確定的試驗室配合比,由於試驗室的試驗小樣與現場大樣存在差異,在實施時需要結合現場情況作調整,建議引入砂率、水灰比的界限值概念。三是,教材中試驗與檢測內容科學性、規範性有待提高。如水泥的細度試驗,教材未講清楚試驗結果修正的問題,結果使得同壹批次的水泥,不同的試驗組,試驗結果差別很大,與實際不符。又如混凝土試驗,試驗室養護條件不到位,學生試驗結果缺少說服力。這些在壹定程度上影響了學生科學工作態度和規範化操作習慣的養成。要使教材內容對工程實際有科學的指導作用,需要對教材中的不合理概念、理論、經驗數據進行修改和更正,加強材料的工程應用與試驗方面的調整與教學。
教學內容及其體系的分解、增減、深化和建設
筆者建議從以下幾個方面著手。
(壹)教學內容體系的擴展與組織為滿足國家建設形勢發展對土木工程專業人才的要求,需拓寬學生知識面。土木工程材料課程的教學要在建築工程專業、道路工程專業材料課程內容的基礎上進行必要補充。如:增加高性能混凝土壹章,內容包括高強度混凝土、大流動性混凝土、摻混合料混凝土、水泥凈漿等設計、生產、檢測;針對道路工程增加無機結合料、土工材料、速凝材料等內容;針對材料的耐久性,增設材料耐久性設計與控制章節。內容組織方式上可分冊設置教學內容,上冊設置土木工程材料各專業方向的***性內容,下冊安排高性能混凝土、新型土木材料(宜淡化“新型”二字)、瀝青混合料、無機穩定材料、土木材料的防腐與控制等內容,根據專業方向的不同要求學生分階段有選擇地進行選修學習。
(二)教學內容的分解由於水泥混凝土章節含有水泥的選擇、集料的性能要求、混凝土的和易性、混凝土力學及變形性能、耐久性、外加劑、混凝土的配比和檢測評定內容,內容篇幅長,課時量大,造成各章教學學時相差懸殊。筆者建議把集料部分與石材壹起單獨設章,充分體現集料在水泥混凝土、瀝青混合料和水泥穩定粒料等復合材料中的地位,對集料材料性能與應用可充分闡述。同樣,瀝青和瀝青基復合材料也可分為兩章,以適應不同專業方向選修需要。
(三)教學內容體系的深化對於高性能、高強混凝土而言,外加劑的性能與質量決定了混凝土的性能和質量,因此有必要深化混凝土外加劑的教學內容,增加外加劑與水泥的相溶性理論、外加劑選擇與檢測方法等教學內容。此外,適當增加儲能調溫新材料原理、性能、設計與應用等建築節能新技術、新材料的介紹。通過收集整理土木工程各條戰線上資深專家學者的理論成果、應用經驗,認真組織教材編寫,使教學內容既有壹定的深度和可操作性,又可分析和解決工程實際問題提供指導。
(四)加強應用與試驗檢測內容建設結合工程實例和試驗檢測部分內容,突出土木工程材料基本性能與工程應用教學,重點培養學生的工程概念與工程材料應用能力。加大工程材料應用例題設置,通過講述實際工程案例,幫助學生全面理解和掌握材料的基本性能與工程應用特性。對於試驗部分教學內容,應規範試驗程序、改善試驗條件、增加部分新試驗,培養學生科學、客觀、規範、嚴謹的思維方法。
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