工程材料的发展范文

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一、国内外土木工程材料的发展状况

1.发达国家土木工程材料的发展状况

①墙体材料。发达国家由于工业和技术水平的优势以及对墙体材料产品的性能与使用要求较高，墙体材料的发展起步较早，且在短期内迅速的发展起来。纵观发达国家墙体材料的发展，总的特点是：产品结构合理化；生产技术高层化；生产设备大型化、规模化；生产过程机械化、自动化。

②土木工程涂料。土木工程涂料无公害，功能全。水乳型涂料成为建筑涂料的主流。无机高分子涂料得到快速发展。

③土木工程塑料。塑料管道因质轻，、耐腐蚀、不结垢等优点，在工业发达国家已经广泛应用于住宅建筑、工程建筑和农业中，从生产到应用技术都已成熟，已成为建筑塑料中应用量最大的品种。塑料门窗因具有气密性好、隔热、隔声、防结露等优点，在国外发展很快。塑料地板是国外应用最广泛的铺地材料。

④土木工程防水材料。发达国家屋面防水材料以改性沥青油毡和高分子卷材为主。改性沥青防水卷材在美、法、意、日等国家占主导地位；高分子卷材因其优良的性能和施工简便，污染少，应用量呈增长趋势，并向复合化方向发展；防水涂料以橡胶为主，并向功能性方向发展高档防水涂料生产设备正规化，除可控温度、速度和搅拌装置外，还有研磨、生产预处理、自动称量、自动灌溉等装置，设备型号功能越来越全。

2.我国土木工程材料工业与世界先进水平的主要差距

①总体水平分析

我国土木工程材料就产量来说，可以称为世界大国。但无论是产品结构、产品品种、档次、质量、性能、配套水平，还是工艺，技术装备，管理水平等均与世界先进水品相差甚远，是一个“大而不强”，甚至是“大而落后”的典型产业。

土木工程装饰装修材料虽然起步较晚，但起点较高，因此，相对与其他几类材料而言，水平较高，与世界先进水平差距不很突出。

在防水材料方面，虽然国际市场上现有的主要产品国内都有生产，但先进产品的量并不大，而且生产技术和装备水平都十分落后。

在保温材料方面，无论就其产品结构还是技术水平等方面的差距都很大。

②土木工程材料工业与世界先进年水平的差距

我国是墙体材料的生产大国，但又是粘土砖的生产王国，就整体而言，与世界先进水平差距很大。主要表现在：产品落后，结构很不合理。装备陈旧落后、机械化程度低、劳动生产率低、产品强度低、质量差。

二、土木工程材料的发展趋势

随着科学技术的进步和建筑工业发展的需要，一大批新型土木工程材料应运而生，而社会的进步、环境保护和节能降耗及建筑业的发展，又对土木工程材料提出了更高的要求。因而，今后一段时间内，土木工程材料将向以下几个方向发展。

①复合化。单一的材料往往难以满足要求，复合材料应运而生。所谓复合技术是将有机和有机、有机和无机、无机和无机材料在一定的条件下，按适当的比例复合。然后经过一定的工艺条件有效地将几种材料的优良性结合起来，从而得到性能优良的复合材料。

②多功能化。随着人们生活水平的提高，对材料的功能的要求越来越高，要求新型材料从单一功能向多功能方向发展。即要求材料不仅要满足一般的使用要求，还要求兼具呼吸、电磁屏蔽、防菌、灭菌、抗静电、防射线、防水、防霉、防火、自洁智能等功能。

③节能化、绿色化。现代人们要求材料不但有良好的使用功能，还要求材料无毒、对人体健康无害、对环境不会产生不良影响，即绿色土木工程材料。所谓绿色土木工程材料主要是指这些材料资源能源消耗低，，大量利用地方资源和废弃资源；对环境对人体友好，能维持生态环境的平衡；同时，可以循环利用。

④轻质高强化。轻质主要指材料多孔、体积密度小。高强主要指材料强度不小于60MPa。

⑤工业化生产。工业化生产主要是指应用先进施工技术，采用工业化生产方式，产品规范化、系列化。这样，材料才能具有巨大市场潜力和良好发展前景。

三、土木工程材料发展的设想

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材料成型及控制工程本科专业是教育部1998年进行高等院校专业调整时新设立的一个专业.该专业涵盖了原来的部分机械类专业和部分材料类专业。材料成型及控制工程专业的设置旨在培养适应国家经济建设需要的德、智、体、美等方面全面发展的、具备机械科学、材料科学、自动化及计算机基础知识和应用能力，能够在材料加工原理、材料成形过程自动控制、成形工艺过程及装备设计及先进材料工程领域进行科学研究、技术开发、设计制造、生产组织管理，具有创新精神和实践能力的科学研究类型或工程技术和管理类型的高级人才。

高校经历了十多年的反复调整、建设与实践，一些涉及材料成型及控制工程专业培养与发展的问题得到逐步深入的探讨.使我们在坚持加强基础知识，扩展适应领域，进行宽口径的通才式培养模式的基础上，逐步明确了根据自身的条件和特点，根据国家、特别是区域经济发展的特点和需求来培养材料成型及控制工程的专业人才。

一、宽口径的“材料成型及控制工程”符合社会经济发展的要求

材料成型及控制工程专业是对原本按行业领域和材料加m m序设置专业的一次改革.对我们学校来讲这种改革是一种自上而下的。首先由教育部颁布专业目录，我们再根据新的专业内涵制定宽口径的培养方案，按照新的培养方案进行教学组织和实施，培养符合宽口径的专业人才。经历了十多年的专业建设与实践，我们认为，这一专业教育的改革客观上适应了经济建设和社会发展的需求，这主要体现在2个方面。

(1)新产品、新技术、新工艺的飞速发展。对应于原窄口径专业培养模式下的工业企业，其生产的产品更新换代非常缓慢，产品品种单调.一种规格型号的产品甚至连续生产几十年.企业的工程技术人员按照有限技术和工艺模式安排加工和生产.常常只需熟悉和掌握一种工序足矣。随着社会经济的飞速发展，企业产品的更新速度加快，在学科发展和交叉的带动下，新技术、新工艺大量涌现。这要求企业的工程技术人员具有更强的创新能力.更多地熟悉和掌握产品的各道生产加工艺。

(2)学生的适应性得到加强。目前学生就业不再是在原铸、锻、焊等相关老专业设置时按行业不同、实行专业对口、学以致用的订单式培养，而是一种双向选择。材料成型及控制工程专业涵盖铸、锻、焊等相关专业，学生在一定程度上可以根据自己的偏好，专业基础知识的掌握程度选择就业的专业。宽口径的材料成型及控制工程专业在满足市场需求的基础上，较大程度地兼顾了学生的个体发展，拓宽了学生兴趣、爱好的发展空间，体现了以人为本。

二、宽口径的材料成型及控制工程应与学校特点和区域经济特色相结合

虽然国内各高校在建立材料成型及控制工程专业时的基础不尽相同，在该专业设置初期，无论是研究型大学、教学研究型大学或是普通院校，在培养目标定位上高度一致。这种高度一致，不能满足市场对各类人才的需求，同时也不利于学校特色的发挥。

长江大学工程技术学院材料成型及控制工程专业建立初期.在专业课程设置上涵盖了原铸、锻、焊的专业主要课程，并不设置专业方向，其初衷是厚基础、宽专业。经过几年的实践，我们发现这种设置对原有的基础考虑不足，没有注重特色发展。在原铸、锻、焊3个专业的“锻”方向上，我校无论师资还是教学实验设备都比较薄弱，即使在我校的工业训练中心，塑性成型加工手段也是不足的。与“锻”不同，“铸”、“焊”两个方向上，我们的师资较强，教学实验设备仪器较为齐全，专业教师承担的研究课题也主要涉及“铸”、“焊”两个方向。

三、宽口径的材料成型及控制工程对专业教师的要求

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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

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Abstract: this paper mainly introduced the development process of civil engineering industry, steel and concrete building materials for the emergence of civil engineering the important meaning, civil engineering industry's future development trends and new steel structure of the present situation and development prospect. Discusses the superiority of emerging steel structure building and the prospect of development, for readers understand the steel structure building.

Keywords: civil engineering; Steel; Concrete; Construction materials; Steel structure

中图分类号： S969 文献标识码： A 文章编号：

前言：土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称。它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养维修等技术活动；也指工程建设的对象，即建造在地上或地下、陆上或水中 ，直接或间接为人类生活、生产、军事、科研服务的各种工程设施，例如房屋、道路、铁路、运输管道、隧道、桥梁、运河、堤坝、港口、电站、飞机场、海洋平台、给水和排水以及防护工程等。英文中，“土木工程”这一专业的对应翻译是“civil engineering”，即城市建设，亦称公民建设，可见，这一行业与我们每一位公民都是息息相关的。那么，接下来就让我们简单地对它进行了解。

土木工程的发展

土木工程历史上的三次飞跃

对土木工程的发展起关键作用的，首先是作为工程物质基础的土木建筑材料，其次是随之发展起来的设计理论和施工技术。每当出现新的优良的建筑材料时，土木工程就会有飞跃式的发展。

1.1早期发展

人们在早期只能依靠泥土、木料及其它天然材料从事营造活动，后来出现了砖和瓦这种人工建筑材料，使人类第一次冲破了天然建筑材料的束缚。中国在公元前十一世纪 的西周初期制造出瓦。最早的砖出现在公元前五世纪至公元前三世纪战国时的墓室中。砖和瓦具有比土更优越的力学性能，可以就地取材，而又易于加工制作。

砖和瓦的出现使人们开始广泛地、大量地修建房屋和城防工程等。由此土木工程技术得到了飞速的发展。直至18～19世纪，在长达两千多年时间里，砖和瓦一直是土木工程的重要建筑材料，为人类文明作出了伟大的贡献，甚至在目前还被广泛采用。

1.2 钢材的应用

十七世纪70年代开始使用生铁、十九世纪初开始使用熟铁建造桥梁和房屋，这是钢结构出现的前奏。

从十九世纪中叶开始，冶金业冶炼并轧制出抗拉和抗压强度都很高、延性好、质量均匀的建筑钢材，随后又生产出高强度钢丝、钢索 。于是适应发展需要的钢结构得到蓬勃发展。除应用原有的粱、拱结构外，新兴的桁架、框架、网架结构、悬索结构逐渐推广，出现了结构形式百花争艳的局面。

建筑物跨径从砖结构、石结构、木结构的几米、几十米发展到钢结构的百米、几百米，直到现代的千米以上。于是在大江、海峡上架起大桥，在地面上建造起摩天大楼和高耸铁塔，甚至在地面下铺设铁路，创造出前所未有的奇迹。

1.3混凝土的发展

十九世纪20年代，波特兰水泥制成后，混凝土问世了。混凝土骨料可以就地取材，混凝土构件易于成型，但混凝土的抗拉强度很小，用途受到限制。 十九世纪中叶以后，钢铁产量激增，随之出现了钢筋混凝土这种新型的复合建筑材料，其中钢筋承担拉力，混凝土承担压力，发挥了各自的优点。 二十世纪初以来，钢筋混凝土广泛应用于土木工程的各个领域。

从三十年代开始，出现了预应力混凝土。预应力混凝土结构的抗裂性能、刚度和承载能力，大大高于钢筋混凝土结构，因而用途更为广阔。土木工程进入了钢筋混凝土和预应力混凝土占统治地位的历史时期。混凝土的出现给建筑物带来了新的经济、美观的工程结构形式，使土木工程产生了新的施工技术和工程结构设计理论。这是土木工程的又一次飞跃发展。

土木工程的发展趋势

现代土木工程的特点是：适应各类工程建设高速发展的要求，人们需要建造大规模、大跨度、高耸、轻型、大型、精密、设备现代化的建筑物。既要求高质量和快速施工，又要求高经济效益。这就向土木工程提出新的课题，并推动土木工程这门学科前进。

随着建筑需求的不断提高，大量高强轻质的新材料不断出现。比钢轻的铝合金、镁合金和玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)已开始应用。对提高钢材和混凝土的强度和耐久性，已取得显著成果 ，而且还仍继续进展。

（二）新时期的建筑传奇---钢结构的兴起

与传统的钢筋混凝土结构相比，钢结构由于本身的自重较轻，强度较高，在经历震动时不仅不会发生太大的位移变形，反而还可以削弱地震波，从根本上确保了建筑的安全性。

在一些大中型城市，为了解决寸土寸金的实际情况以及人们对生存环境、生活空间等提出的高要求，钢结构建的推广应用将能够更快地实现城市化建设。这不仅体现在钢结构承载力高、密闭性好等优势上，更是由节能减排，绿色环保的国家政策所决定的。钢结构比传统结构更易拆除且用料省、回收利用率高，墙体也多用环保材料如防火涂料、节能砖等，因此降低了钢铁污染所带来的高风险。另外，由于钢结构的自身优势，其多用于超高层、超大跨度的建筑中，不但拓展了人们的生存空间，提高了人们的生活质量，也缓解了人多地少的矛盾，符合可持续发展的理念，是名副其实的绿色建筑。

1.钢结构建筑与传统的砖混结构和钢筋混凝土框架结构相比究竟有何优势

从总体上说，钢结构建筑代表了未来的建筑发展新模式，它与传统的砖混结构和钢筋混凝土框架结构相比，在使用功能、设计、施工、综合经济效益等方面具有明显的优势。

1.1钢结构重量轻、抗震性能好

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装饰工程的发展与装饰材料的发展是密不可分的，没有优质的材料，如何可以得到优质的装饰呢？在现代，科学技术的发展使得各种各样功能各异的装饰材料纷纷出现，这些装饰材料为建筑物的装饰带来了新的天地。而各种技术工艺的发展不仅使得装饰工程的工作效率大大提高了，还从各个方面使得装饰工程更加符合人们的品味，更加美观。

1、装饰工程新材料新工艺应用的意义

时代在进步，经济在发展，人们的生活水平在不断的提高，人们对建筑物的要求也越来越高，建筑中装饰又是非常重要的，它能从不同的方面提高建筑物的审美和功能，使得人们在使用建筑物时感受到建筑物的功能多样化，感受到建筑物带给人的审美，使得人们使用建筑物舒心安心。

装饰工程中新材料和新工艺的运用可以逐渐改变装饰工程的理念，促进建筑的现代化发展，在经济全球化的今天，不断促进我国建筑物的发展，建造出具有世界先进水平的建筑物，能带给人别具一格的视觉体验。

本文由收集整理运用新材料和新工艺，可以在建筑物中融入中国的地域特征和民族风情，让建筑物更加具有本土的味道，形成具有中国特色的建筑物装饰工程。

在当今以人为本的思潮下，建筑的装饰工程也是要体现以人为本的，在细小的地方体现以人为本，进行贴心的服务，让人们在看见建筑物的时候就能感受到贴心的服务，形成各种风格的建筑装饰，或大气或典雅，或平静淡雅或质朴淳厚。我国要不断研发装饰工程的新材料和新工艺，不断引进国外的新材料和新工艺，充分吸取国外先进的技术知识和装饰理念，将其与中国本土特色结合起来，形成具有中国风情的装饰工程。

2、装饰工程新材料新工艺的应用

在装饰工程中，从较宽泛意义上来说是由三个方面组成的，也就是材料、技术工艺、装饰理念。装饰理念是随着人们的需求和社会的发展而不断变化的，是人们更高层次的精神需求的体现。而材料和技术工艺则是随和科学技术的发展而不断创新的，新材料和新技术的应该是装饰工程发展的主要方面。

2.1新材料的应用分析

装饰材料的使用上一般是采取纯天然的无毒环保型材料，由于人是长期处于建筑物内的，建筑物的装饰材料会对人的身心健康起到一定的影响作用，所以要以人为本，选择对人的伤害最小的材料。比如说，在地板上选择木质地板，这种装饰材料一般是纯天然的，是没有毒性的，给人温暖柔和的感觉，而且对环境也不会产生污染和危害。再比如说：水磨石地面，有很好的耐磨性，光亮美观，可按设计做成各种花饰图案。

在建筑物的外墙装饰上也是有各种各样的材料的，比如说：水刷石、釉面砖、油漆、白水泥浆等，这些外墙装饰材料也是可以展现出不同的风格的，有一些外墙装饰材料有一定的环境污染，而且在施工的过程中会对施工工人的身体产生一定的不良影响。新的外墙装饰材料如涂料、聚合物水泥砂浆、石棉水泥板、玻璃幕墙、铝合金制品等。随着科学技术的不断发展和人类生活水平的不断提高，建筑装饰向着环保化、多功能、高强轻质化、成品化、安装标准化、控制智能化等方向发展。新型装饰材料是时展所需要的，最新装饰材料节能环保：生产过程无需高温高压，产品无毒、无害、无污染，无放射性，属绿色环保新型节能建材。

新材料的发展按照建筑物的装饰工程可以分为内墙装饰材料、外墙装饰材料、地面装饰材料。这些装饰材料逐渐朝着更加环保无毒害轻便典雅的方向发展。在未来，新材料的运用可以创造出很多风格的建筑物装饰，可以使得建筑物的审美效果更佳。新材料是随着社会经济的发展而发展的，人们的品味提高，审美需求提高，这要求新材料的研发和出现，而技术的发展又为装饰材料的研发提供一定的方向和基础，促进新材料的出现。

2.2新工艺的应用分析

在装饰工程中，新工艺的运用既是质量的保证，又是装饰风格的实现。很多时候，装饰不是仅仅有好的材料就够了的，它还需要技术工艺的支持，要使用适当的技术工艺以达到装饰的效果。比如说：吊顶，这是现代室内装饰中的常见装饰手法，既有美化空间的作用，又有区分室内空间的作用，在不同的环境中采用不同的吊顶方式，可以展现出不同的效果来。

比如说：江苏省徐州观音机场航站楼双曲弧形铝板幕墙工程就是通过新的工艺对双曲铝板进行设计及加工，通过以直代曲，对单元进行更细小的划分处理等新的工艺方法以达到双曲效果，结果节省时间费用又低，同时又能达到设计效果。室内弧形大厅通过新工艺设计加工成弧形专用主龙骨连接平面专用铝板以达到曲面效果。

比如说：木龙骨吊顶，将木方刨平，刷上防火涂料，然后在墙面上弹出吊顶水平线，并根据需要在顶上先固定几根纵向龙骨，接着制作龙骨框架，利用吊杆将木龙骨固定还，并注意调整水平和垂直度，当然，还有一点需要注意的，预留出灯座地板。将电线接好之后，就将裁切的石膏板用自攻钉固定。吊顶中也可以展现出不同的风格来，比如说弧形吊顶，这样可以让室内环境显得比较有动感，比较适合餐厅的装饰。

随着技术的发展，建筑物的装饰工程的工艺会不断更新，新技术的使用会使得工程更加的简便，也会使得装饰效果更加多彩多样。装饰工程的工艺朝着复杂化、多样化等方向发展，运用良好的装饰材料和装饰技术，可以实现非常好的装饰效果，可以使得建筑物更加符合人们的需求，促进建筑的现代化发展。

3、装饰工程新材料新工艺的发展

装饰工程中新材料和新工艺与建筑物的质量是紧密相关的，它不仅能够实现装饰的美感，还能在一定程度上进行建筑物质量的提高。另外，合理运用先进的装饰技术，可以缩减工期，提高工作效率和建筑物的质量。当然，新技术的运用需要技术人员对技术的彻底摸透，能够在实际施工中熟练的操作，将各种技术方法灵活变通，实现更好的装饰效果。

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中图分类号：G642 文献标识码：A

新能源主要包括太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能、氢能和核聚变能以及由可此衍生出来的各种非常规能源。相对于传统能源，新能源普遍具有储量大、可再生、污染少的特点。因而也常被称为可再生能源或清洁能源。在2010年制定的全省“十二五”能源发展规划中，积极推进可再生能源发电。重点发展生物质能发电和太阳能发电。以湖北省为例，预计2015年湖北电网发电装机容量6220万kw，其中水电装机3771万kw，火电装机2332万kw，新能源发电装机120万kw（风力发电20万kw、光伏发电30万kw、生物质能50万kw、垃圾发电20万kw）。①

新材料与新能源是国民经济和社会发展的命脉，广泛渗透于人类的生活之中，影响着人类的生存质量。新材料是高新技术与产业发展的基础性与先导性行业，每一次材料技术的重大突破都会带动一个新兴产业群的发展，其研发水平及产业化规模已成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。新能源的迅速发展，最终离不开新材料推进。新能源材料的开发已经越来越引起世界各国研究机构的广泛重视，新的技术和成果不断涌现。可以说，新能源材料的开发和利用已成为社会可持续发展的重要影响因素。

为适应时代的需要，国家大力培养这一新兴产业的专业人才。工学材料类专业的调整幅度最为突出。新设置的材料类冶金工程、金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料工程等四个专业从原则上覆盖了原来的（1993年教育部颁布的高等学院本科专业目录）材料类的有色金属冶金、冶金物理化学、冶金、金属材料与热处理、金属压力加工、粉末冶金、复合材料、腐蚀与防护、铸造、塑性成形工艺及设备、焊接工艺及设备、无机非金属材料、硅酸盐工程高分子材料与工程以及化工类的高分子材料及化工等近十五个专业。近几年来我国材料科学教育改革的迅速发展，几乎全国所有设有有关材料专业的院校均已程度不同地参与了材料学科教育改革，并且开始出现了力图根本突破原教育模式的新思路新方案。教育部2010年7月批准在浙江大学、华中科技大学、中南大学等十一所高校设立新能源科学与工程专业，在四川大学、中南大学、湘潭大学等十五所高等院校设立新能源材料与器件专业。目前，湖北省武汉市共有高校26所，大部分的工科院科都设置有材料学科，且教学和科研实力都较强。其材料专业中以金属材料、无机材料、高分子材料为主，华中科技大学、武汉大学等一流大学已经进入了新能源材料的研究。

1 当前课程体系存在的问题

自1998年国家教育部将原铸造、锻压、焊接、热处理等专业合并成为“材料成型及控制工程”专业后，原铸造、锻压、焊接、热处理等老专业变成了新专业所包含的学科方向。我国新的“材料成型及控制工程”专业的专业课程设置、教学计划、教学大纲等，总体上的一致之处是压缩了原来的专业知识的教学内容，但目前还没有形成统一模式。②“材料成型及控制工程”是宽口径的新专业，办学历史很短，完善的课程体系尚处于初始探索阶段。现行的材料成型及控制工程专业课程体系中以金属材料为主要方向，与新能源产业的高速发展不适应，对学生的就业也造成一定影响。

1.1 学科导论课定位不准

在目前“材料成型及控制工程专业”的课程体系中，金属材料仍占有较大的份量，教学内容对非金属材料，特别是新型复合材料的阐述较少，没有体现新能源的发展对新材料的重大影响。

1.2 课程分配没有结合新材料的发展

虽然在现行的课程体系中，理论课时较多，但专业课程中力学基础理论课时少，相关的基础理论支持性理论不全面，综合性和设计性实验项目较少，致使学生面对大型结构件材料的认识不足，对新能源领域中计算机软件的接触机会较少。

1.3 所开课程与实际应用联系不够紧密

目前开设的课程中，学生的实际应用环节较少，生产实习中，学生大多以参观的形式进入相关企业，时间仓促，无法深入地认识企业。实验设备有限，与新能源材料相关的实验设备更少。学生很难理解课程内容，实际应用更难。在课程体系中，只注意传统材料科学与技术教学的设置，不能满足现代工程教育的需要。

1.4 实践教学目标不明确

实验教学中采用金属材料工程的设置内容较多，大多数为对理论教学内容与知识的验证。实践教学的系统性不强，缺乏创新性的设计性强的动手实践内容，不能对学生进行全方位系统的工程思维进行训练。实践课程设置形式单一，理想状态下的实验实训脱离了“面向岗位”的宗旨。③

2 面向新能源发展的优化方向

为满足社会需求，材料成型及控制工程专业培养的人才应比原来单一专业的人才所具备的知识结构应更合理，知识面应更宽，所具备的综合素质应更好，适应性应更强。④课程体系的可从以下几个方面进行优化。

2.1 面向新能源的快速发展，提升专业的方向特色

随着新能源的不断发展，新型复合材料及大型材料结构件的覆盖面越来越广，与其他学科间的交叉渗透也在不断加强，本学科目前的专业设置和学科研究方向要能满足本学科相关行业今后对人才的需求，结合地理优势加强特色内容的教学，不断通过专业课程的调整和改革，培养出合格人才，推动区域经济的发展。

2.2 优化课程体系，培养综合素质，突出“实践、实用”

课程体系可按图1的模式进行优化，在完善现有的培养方案的基础上，注重知识体系的构建和课程内容的设计，体现培养的科学性和专业化。从知识结构、能力培养来满足新能源发展的素质要求，同时抓好课程内容和实践环节，梳理完整的学科结构，重视生产技术的应用和获取知识的科学方法，以综合能力的提高为目标，并推动专业建设的可持续性发展。

2.3 模块分类强化，突出“实践、实用”教育理念

对课程体系进行模块分类（如图2）后，逐一完善和改进。新的课程体系强化核心基础课程，形成理论力学——材料力学——结构力学——工程热力学等不同层次的力学知识体系。引进新能源材料的热点，加入杆塔设计、大型材料结构件设计方向的课程。实践学习类课程加强对当前新能源科技发展信息的吸取，增加应用软件的学习，以工程软件实训的形式加强计算机应用能力。在人文社会科学类模块中，加入锻炼学生的沟通及表达能力的课程，如学术讲座、论文写作、沟通与交流等内容，培养未来现代工程的职业精神。优化的课程体系既夯实基础又提高综合素质，学生也具有了相应的材料应用维护、管理所必需的设计和测试能力，突出了“实践、实用”教育理念。

2.4 探讨专业新需求，实现本专业的可持续发展

对“材料成型及控制专业”毕业生的社会就业情况进行全面的社会调查，研究本学科专业的发展态势和对专业人才的知识结构、能力结构、人文素质、创新素质的具体要求，探讨新能源的发展对“材料成型及控制工程专业”的课程新需求，一方面实现可持续发展的专业办学特色；另一方面，通过课程体系的优化，促进教学思想的不断更新，以“新材料”推动师资培训的“新发展”，以合理的课程体系帮助学生顺利就业。

3 结语

在结合当前新能源快速发展的条件下，探索“材料成型及控制专业”课程体系特色，新的专业培养模式既要体现国内外的“大材料”思想，又要具有较为鲜明的新能源和地方特色，以适应专业发展的要求。优化的课程体系既满足“大材料”通才教育，又合理规划好新能源发展条件下“材料成型及控制工程”专业的新内涵和外延，突出金属材料、复合材料的在新能源行业的应用和设计专业范围，探索新的专业课程结构和完整的培养体系。

注释

① 周世平.新能源技术与湖北能源发展综述[J].湖北电力，2011.35（5）：1-6.

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Abstract: China is facing serious resource and environmental problems, the development of ecological architecture brook no delay. The rapid development of economy and the improvement of people's living standard, provides a good opportunity and a broad market for the development of new building materials. Ecological technology in traditional, due to the limitations of the times, many already can not adapt to the contemporary architectural needs, so it is necessary to use modern technology, in does not affect the economy and ease of use of the premise, the use of new building materials, transformation and development of the proper.

Key words: ecological construction; ecological technology; climate adaptability; new building materials

中图分类号：TU2

一、新型建筑材料的发展

1. 新型墙体材料

我国新型墙体材料发展较快，品种较多，主要包括砖、块、板，如粘土空心砖、掺废料的粘土砖、非粘土砖、建筑砌块、加气混凝土、轻质板材，复合板材等。墙体材料的生产工艺采用现代技术，并将钢铁的耐磨技术移植到墙材生产设备中；生产向大规模、集约型方向发展；生产方法自动化程度更高，普遍采用电脑控制生产全过程。要想新型墙体材料占墙材总量的比例上升，重点是建设上档次、上水平、上规模的主导产品生产线。空心砖重点发展利用废渣的掺加量、高空洞率、高保温性能、高弧度的承重多孔砖、外墙饰面的清水墙砖混凝土砌块，重点发展双排孔或多排孔的保温承重砌块、外墙饰面砌块。重点发展机械化挤压式生产的轻质多孔条板、外墙复合保温或带饰面的装配式板材，并配合建设部门推广应用轻钢结构体系，发展各种装配式条板。

2. 保温隔热材料

保温隔热材料是以减少热损失为目的，通常情况下，导热系数小于 0.14W/（mK）的材料，导热系数在 0.05w/（mK）以下的材料称为高效保温材料。1980 年前，我国保温材料的发展十分缓慢，为数不多的保温材料厂只能生产少量的膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、矿渣棉、超细玻璃棉、微孔硅酸钙等产品，无论从产品品种、规格还是质量等方面都不能满足国家建设的需要。目前较广泛使用的有矿棉、岩棉、玻璃棉、聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、膨胀珍珠岩、微孔硅酸钙等主要产品及其制品。

墙体是房屋建筑围护结构中的主要组成部分，也是室内外热量交换的主要途径。所以研制高效保温墙体材料、设计合理的墙体结构形式是节能减耗的关键。节能墙体按其材料及组成方式可分单一材料节能墙体、复合节能墙体和采用新型节能复合墙板。单一材料节能墙体是采用空心粘土砖、加气混凝土气块、普通混凝土气块以及以粉煤灰、煤矸石、浮石等混凝土空心小砌块等砌体材料，采用保温砂浆作为砌体胶凝材料。复合节能墙体是由保温隔热材料与传统的如实心粘土砖、混凝土等墙体材料或空心砖、空心砌块等新型墙体材料复合而成的墙体。而新型节能复合墙板目前主要品种有钢丝网岩棉夹芯复合板 （简称 GY 板）、GRC 夹芯复合板、钢板岩棉夹芯复合板、硅钙板、保温层、石膏板复合板材等等。

3. 防水密封材料

防水材料是建筑业及其它有关行业所需要的重要功能材料，是建筑材料工业的一个重要组成部分。随着高层建筑的快速发展，对防水材料提出了高质量的防水密封要求。防水材料已摆脱了纸胎油毡一统天下的落后局面，目前拥有包括沥青油毡（含改性沥青油毡）、合成高分子防水卷材、建筑防水涂料、密封材料、堵漏和刚性防水材料等五大类产品。1995 年新型防水卷材产量 4 200 万平方米，约占防水卷材产量的 5%，我国防水材料基本上形成了品种门类齐全，产品规格、档次配套，工艺装备开发已初具规模的防水材料工业体系，国外有的品种我们基本都有。

4. 新型建筑装饰材料

我国建筑装饰装修材料的发展，虽然起步较晚，但起点较高，1995年我国装饰装修材料年产值约为400亿元。1991—1995年，我国装饰装修材料年递增速度30%左右。1996年主要产品产量为：壁纸、墙布2.1亿平方米，塑料地板3600万平方米，建筑涂料65万吨，塑料管道9万吨，塑料门窗近1000万平方米，化纤地毯450万平方米。目前三星级的宾馆装饰装修基本做到自己生产，四至五星级宾馆的装饰装修有 30%至 40%可以做到自给。将来建筑装饰材料应重点发展丙烯酸类乳胶、高档内外墙涂料、复合仿木地板等一些适销对路产品，朝着功能化、高档化、无害化方向发展，做到新颖、美观、实用、方便。

二、生态住宅建筑技术的应用

1. 获取生态建筑技术的三种途径

生态建筑要实现它的主要目标，只有生态建筑理论是远远不够的，还必须要有能够实现设计目标的方法和技术的支持。如何才能获得这些技术呢？在人类的学习和认知行为中，模仿是人类获取知识及技能的一种重要途径，古今中外的建筑都存在各种模仿，如古希腊建筑中的多立克柱式和爱奥尼柱式分别模仿男性和女性的体态，现代建筑中埃罗·沙里宁设计的环球航空公司候机楼则模仿飞鸟的形态。现在我们所使用的各种生态技术大多是模仿学习的结果。

篇8

FRP，是Fiber Reinforced Polymer的缩写，意为纤维增强塑料，是对胶合后的连续纤维材料经过一定的加工工艺后而组成的复合材料。相对于早期的加固方法，FRP由于具有轻质、适用面广、高强、抗疲劳、耐腐蚀、耐久性好和易加工等优良的技术特点，近年来，已经越来越多地应用在土木工程领域，尤其是结构的补强加固领域中。

一、FRP种类及特性

在建筑领域中常用的FRP材料主要包括碳纤维（carbon fiber，简称CFRP）、玻璃纤维（glass fiber，简称GFRP）以及芳纶纤维（aramid fiber，简称AFRP）等。这几类纤维材料的物理力学性能十分优越，如拉伸强度与比重的比值，即我们所说的“比强度”是钢材的几十倍，轻质高强的特点十分突出。它们的拉伸模量与比重的比值，即我们所说的“比模量”也明前高于钢材。CFRP的比模量是钢材的10倍，AFRP的比模量是钢材的2～3倍。除上述提到的种类外，还有一种叫做混杂复合纤维（hybrid fiber简称HFRP），它是由两种或两种以上不同纤维、不同基体、不同形状的纤维材料混合加工而成的。混杂纤维兼具各组成成分的优点。

总之，与钢材等传统的加固材料相比，FRP材料具有明显的优势，具体体现在以下几个方面：（1）比强度较高，即具有轻质高强特性。与传统的钢材加固相比，采用FRP材料能有效减轻结构自重；（2）耐酸、耐碱、耐潮湿、抗疲劳性能好；（3）可设计性强，通过使用不同类型的纤维材料、含量和铺设方向设计出不同强度指标、弹性模量以及其它特殊性能要求的 FRP产品，满足不同角度的需求；（4）具有良好的线弹性性能，应力应变曲线接近线弹性；（5）具有易于加工、运输及储藏等优点，FRP的成型产品还特别适合工业化施工，这极大提高了加固工程的质量、促进了劳动效率和建筑工业化。

虽然如此，FRP材料也有其不足之处。如材料各向异性导致其受力性能不均匀，弹性模量较低及抗火性能差也限制了其应用。

二、FRP材料优点

FRP在建筑工程结构的主要应用形式为纤维布，而纤维布主要用于结构工程加固。FRP材料与传统结构材料相比，具有极其大的优势：

1.轻质高强。这种特性大大降低了结构自重，在建筑工程中，若采用FRP材料的大跨空间结构体系，其理论极限跨度是传统材料结构大2～3倍。在桥梁工程中相同条件下采用传统结构材料，理论上的极限跨度在5000m以内；如果换作使用FRP，极限跨度可达8000m以上。此外，在抗震结构中，FRP材料因为轻质高强，结构自重大大减轻，能有效减小地震作用，且可显著改善结构的耐疲劳性能。

2.耐腐蚀。纤维增强复合材料适用于不同的环境，在酸性、碱性、氯盐和潮湿环境中均可使用。这也是纤维增强复合材料被广泛用于化工建筑、海洋工程、盐渍地区的地下工程和水下工程的原因之所在。据统计，我国每年有相当数量的桥梁因钢材锈蚀而造成的损坏修复费用极高，而且这个维护费用正逐年攀升。，因此，从可持续发展战略考虑出发，强烈建议在寒冷地区和沿海地区桥梁、建筑结构尽量采用FRP结构或FRP配筋混凝土结构，这样可以延长结构使用年限，降低维护费用，节约社会资本。

3.可设计性强。纤维增强复合材料不同于传统的结构材料，FRP的强度指标、弹性模量是可以根据工程需要而变化的，通过采用不同纤维材料、纤维含量以及铺陈方式的改变等不同的设计工艺，生产出不同的FRP产品，以满足特定工程的特殊性能要求。

三、FRP材料在土木工程中的研究和应用现状

美国是首先研发FRP材料的国家。但由于GFRP用于混凝土中效果并不理想而一度中断。而后，随着FRP筋在日本的成功运用，得到世界各国的普遍重视，纷纷加入到FRP筋应用的研究领域，并相继取得了一些可喜的成果。在最近5年内，美国己建成近百座FRP桥梁。

近几年来，FRP筋混凝土结构和预应力混凝土结构在国外发达国家相继取得成功，极大地调动了我国技术人员的研究热情，多家科研单位和高校纷纷开展了对FRP筋的研究。我国在FRP筋应用方面尚未颁布相关的指导意见和规范，采用FRP筋建成的混凝土结构还很少。近期，国内第一座CFRP斜拉桥和CFRP体外预应力简支粱桥将分别于江苏镇江和淮安建成，两座桥梁均由东南大学设计完成。

四、FRP材料的广泛应用

1.FRP用于钢结构的加固应用还有好些方面。如采用FRP加固后，钢结构会存在疲劳损伤，那么它的剩余疲劳寿命均成倍增长，加固效果良好。但应注意到，对FRP加固钢结构采用FRP加固后，会改变钢结构原有受力状态，原来全部荷载由钢结构承受，在加固后通过胶粘剂的传递，由钢结减应力或正应力存在应力集中，容易引起胶层的破坏。为了避免胶层的剥离破坏，常采用把FRP板两端做成45。角的方式以有效减小胶层的应力；也可把FRP布两端固定，用以抵抗端部较大的正应力和减应力，同时，应着眼于开发性能高成本低、适用于钢结构加固的胶粘剂材料。

2.FRP加固修复钢结构。其一，用于受弯构件的加固。如果钢梁没有初始损伤，此时用FRP修复加固会一定程度的提高其承载能力，但是不对其刚度造成影响。如果受弯构件本身已经损伤，再用FRP加固修复，其刚度是能够很大程度恢复的，最好的情况下可恢复未损伤状况下钢梁刚度的90%以上，钢结构极限承载力同时受到加固量和损伤程度影响。对损伤钢梁采用FRP加固后，FRP材料在损伤部位与钢梁将发生剥离破坏，从而从分发挥出FRP材料的高强作用。但是也有可能过早发生剥离破坏，在实际施工中，重点是把握好剥离破坏发生的时间，并采取措施延缓或避免剥离破坏的发生。其二，FRP布加固受拉构件。这种方式可有效提高钢构件的屈服荷载和极限荷载，且破坏大多发生在断面附近或FRP布端部的脱胶破坏，破坏极限是FRP不被拉断。钢构件的极限承载能力随脱胶的位置和程度的改变而改变。因此，胶粘剂在FRP用于受拉构件的加固中起着十分重要的作用。FRP对于受压构件的加固中，一般情况下采用沿柱子环向粘贴FRP布，这样粘贴效果好于纵向粘贴的加固，极限承载力可提高15%～18%。同时，采用环向FRP布加固，不会出现FRP布断裂和钢构件与FRP布之间的剥离现象，最后破坏仅出现在钢柱局部屈曲破坏；如果采用纵向加固，则会出现FRP布与钢构件之间的剥离破坏。

五、FRP应用展望

随着经济高速发展和技术飞速进步，传统建筑材料很难满足这种发展要求。FRP 复合材料，具有轻质、适用面广、高强、抗疲劳、耐腐蚀、耐久性好和易加工等多种优点，在一些比较重要的土木工程中具着巨大的优越性，将会极大地推动现代土木工程的技术进步.它还将为现代复合材料产业开辟出巨大的应用市场，因而具有非常广阔的发展应用前景。

篇9

一、复合材料成型工艺的概述

根据复合材料的使用情况来看，质量较好的复合材料，性能、可设计性等都比较好，可以在医疗、化工等行业中得到合理应用。一般在进行复合材料的成型工艺生产时，需要对制品的尺寸、性质、表面质量等给予高度重视，才能确保材料可以按照预设好的要求进行合理设置，从而保证制品的整体性能。通过上述操作，结合面、增强材料能够很好的结合在一起，并将挥发出来的气体排出，最终有效降低制品的孔隙率。但是，受到操作技能、操作人员专业水平等多种因素的影响，复合材料成型工艺生产过程会出现很多问题，大大降低制品的质量、性能等。所以，根据制品的情况，做好生产前的准备工作，选择合适的工艺、设备等，才能真正降低生产陈本，最终满足各行业的发展需求。

二、常见的几种复合材料成型工艺

对复合材料成型工艺进行全面分析发现，其与制品的使用效果、生产水平等有着直接联系，因此，必须根据制品的实际情况，选择最合适的复合材料成型工艺，才能达到制品的预期效果。目前，最常见的几种复合材料成型工艺有如下几种：

（一）模压成型工艺

通常情况下，模压成型工艺是在预先加热过的模具内放入已经处理好的模压材料，然后将比较合适的压力施加到模压材料上，以确保模具内腔充满有模压材料，从而在一定温度下使模压材料被固化，最终将固化后的制品从模具内部取出，并进一步进行加工。在整个生产过程中，很多因素都会给制品的质量带来不良影响，其中，压制工艺产生的影响最大。目前，模压成型工艺有着生产效率快、尺寸非常精确、可大量生产、表面光滑与整洁等多种特点，因此，在中小型复杂制品的生产上非常适用。但是，模具的设计、制造都有着较强复杂性，第一次进行模具制造需要较高的投资，并且，在受到设备限制的情况下，只能制作出比较小型的模具。在先进技术不断推广的现代社会中，增强材料大部分变成了长短纤维，基础性材料基本上是热塑性、热固性树脂，从而促进上述符合材料模压成型工艺不断发展，不但可以提高制品的性价比、生产效率，还能减少环节污染，其中，树脂传递技术是非常重要的一种模压成型技术，在满足汽车、航天等多个领域的需求上有着重要影响。

（二）挤压成型工艺

在实践应用中，复合材料的挤压成型工艺是指在牵引结构拉力的作用下，将浸泡过树脂胶液的、连续的纤维束制作成产品的过程，通常是在固化炉或模具中固化，以将复合材料连续引。通常情况下，这种挤压成型工艺有着产品稳定性强、工艺控制较容易、生产效率较高的特点，但是，制品的横向强度很弱，不能轻易中断生产过程，生产设备有着较强复杂性，生产型材是限定的。随着社会不断发展，复合材料的挤压成型工艺有着新的发展，其制品的性能得到了有效提高，不但具有一定可设计性，还能满足更多行业的发展需求。

（三）缠绕成型工艺

从1946年纤维缠绕技术被注册开始，这项技术在导弹头锥、压力容器、发动机壳体等多种产品的制造上得到了广泛应用，从而在社会不断发展的过程中，其成为了聚合物基复合材料的重要成型工艺。一般情况下，缠绕成型工艺是指将已经浸胶过的增强材料，按照相关规律在芯模上进行缠绕，待其固化后成为制品。因此，通过缠绕成型工艺制作出来的制品，纤维可以伸直，并能按照相关规律进排列，从而将纤维的强度充分发挥出来。所以，通过缠绕成型工艺制作出来的产品，有着较强的比刚度、比强度，其选择的材料大部分是纤维和布带，而纤维基本上玻璃纤维，再者是碳纤维和芳纶纤维。在自动控制技术不断推广的情况下，纤维缠绕已经发展到纤维铺放，其制品可以是回转体、表面呈现凹凸状，也可以是有很大曲率变化的产品，对于扩大纤维力学设计的自由度有着重要影响。

结束语：

综上所述，在社会、经济快速发展和不断变化的情况下，复合材料的成型工艺正在快速向着自动化、智能化、现代化方向前进，在一定程度上促进复合材料成型工艺不断创新。因此，复合材料构件生产自动化、快速固化技术等的推广，给复合材料成型工艺不断发展提供了重要支持，对于促进各行业更好发展有着极大作用。

参考文献

篇10

中图分类号：TV985 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）16-0271-01

一、概述树脂基复合材料成型工艺

树脂复合材料工艺的技术核心是：在保障制品形状、尺寸、质量的前提下，使增强材料最大程度沿着预定方向铺设，并保证铺设的均匀程度不变，性能不会下降，达到让基体材料充分进行固化的目的。此外，通过排挤界面和增强材料间的挥发气体，让它们间结合的更紧密，保证制品具有较低的空隙率。

树脂基复合材料已经成为一种十分优良的结构材料与功能材料，因为其独特的优点和价值，为现代航空、航天业制造领域提供了关键材料，并被广泛地应用于汽车、船舶、建筑和体育用品等行业。经过几十年的科研人员的努力，树脂基复合材料成型方法多达几十种，其设备和工艺不断迎合市场发展的需求，单件平均成本逐渐降低。这些成型工艺各有优劣，适应范围也不尽相同，因此我们在研究时需要区别对待。

二、树脂基复合材料成型工艺的发展

（一）RTM成型工艺

RTM技术也就是树脂传递模塑技术，其历史悠久，自20世纪50年代开始被应用在飞机雷达罩成型过程以来，已经更广泛地被应用于生产各类纤维增强复合材料的过程中。具体说来，RTM是一项通过将树脂注入闭合模具，由此浸润增强材料使其进行固化的工艺技术。它适合生产多品种、高质量且中批量的先进复合材料制品，也是目前欧洲树脂基复合材料成型工艺的主要发展方向之一。

RTM成型工艺的主要优势有：

1、在不具备胶衣涂层的条件下，也能够让构件具有双面的光滑表面；2、制作出来的复杂构架能具备良好的表面品质和高精度结构；3、高成型率，能保障复合材料制品的产出率较高；4、将计算机作为模具和产品设计的工具引入进工作流程；5、采用此种技术能减少成型过程中的挥发性物质，利于工作人员的身心健康并保护环境。

但RTM成型工艺也存在一些缺陷，比如树脂对纤维的浸润效果不好，成品里的空隙率居高不下，纤维含量低，不适用于大型模具进行模塑（树脂的流动效果差），不适合生产大型复合材料等。

（二）真空辅助RTM（VARTM）成型工艺

针对RTM成型工艺的缺陷，近些年国内外进行了一系列的研究，让真空辅助RTM（VARTM）成型工艺得到了广泛应用。该工艺正是在RTM技术的基础上改进而来，通过在树脂注入过程中从闭合模具出口处抽取真空，增强模具充模的压力，不但能够排除纤维束中挥发的气体，还能够增强模具内腔中树脂的流动速度，从而加强树脂对纤维的浸润程度。不过真空辅助RTM对于模具密封性提出了更高的要求，上下模具间不可漏气，否则制作很容易失败。

该工艺与基础RTM工艺相比，具有这些优点：

单面模具即可完成整个工艺，促使模具制作更简便；抽取真空的步骤有利于提高制品的纤维含量，有利于增强树脂对纤维的浸润，并使得浸润更充分；真空还有利于充分排除纤维束中的空气，降低空隙率；适用于大尺寸复合材料的制作，改善了基础基础RTM工艺不能够让树脂在结构更大、更复杂的模具中顺畅流动的缺陷，能生产大型复合材料。

（三）轻型RTM成型工艺

轻型RTM成型工艺保留了基础RTM工艺的所有的优点，却又在其基础上拥有自己独特的优点，例如模具制作更简单、低廉，使用轻质半刚性模为上模即可让脱模工作更加简单便利；具有注射压力低的特点，通过在上模四周设置专门的流道，加速树脂的流动速度；不限制生产制品的尺寸大小，不管大小都能够适用。当然它也有缺点，那就是其模具的使用寿命较小，需要经常更换。

（四）热膨胀RTM成型工艺

热膨胀RTM成型工艺是通过改变压力源对于基础RTM工艺进行了改进，采用了对闭合刚性阴模中的芯模进行热膨胀的方式，达到对复合材料进行加压固化的目的。

传统的加压固化手段是通过外压源例如负压、热压罐、压力袋、模压等对复合材料进行加压，热膨胀工艺却反其道行之，利用线胀系数较大的芯模对复合材料进行加压固化。通过将复合材料放置在刚体材料（阴模）与合芯模之间，芯模材料在受热后热膨胀所产生的巨大压力，对复合材料试压，从而实现对复合材料进行加压固化的作用。

该方法的技术核心即是芯模热膨胀所产生的压力，在不使用外压源的情况下就能实现复合材料的固化过程。比较适应于架构比较复杂的制品，对于传统RTM成型工艺不能生产的复杂架构制品，具有不可替代的工艺优势。

三、复合材料成型工艺中各个步骤的发展趋势

（一）原材料与预浸料的优化

1、增强材料的丰富和发展。

碳纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、芳纶纤维、硼纤维、高密度聚乙烯纤维这些材料都被作为高性能增强材料应用在复合材料的生产过程中，增强了复合材料的各级性能。另外，增韧环氧树脂、双马树脂、聚酰亚胺树脂逐渐取代环氧树脂被广泛使用，具有韧性强、耐温更高的优点。

2、预浸料的优化。

预浸料作为复合材料生产中的重要半成品，预浸料制备技术也越来越受到关注，这直接促进其制备设备有了极大发展。例如在预浸料制备工艺方面出现了溶液浸渍法、熔融浸渍工艺、粉末混合工艺、纤维混合法、薄膜叠层法H等创新型工艺技术，都最大程度地适应了复合材料成型工艺的发展和突破。

（二）固化过程和模具的优化

1、固化过程关系着复合材料制品是否能够具备较高的固化度和基体流动程度，以及气泡的形成。传统的热压罐固化技术存在周期长、误差大的缺陷，不但对操作者的要求高，也无法避免人为因素导致的误差。现代计算机技术的引入，让新型传感器被应用在固化过程中，又因为人工智能技术的开发，提高了热压罐技术的准确性。超声技术、电阻应变技术和介电技术的发展则为在线固化的检测提供了可能。

2、模具的发展

模具材料已经朝着材料更轻便、膨胀系数更精准的方向发展。模具结构相对于过去也更为科学合理，不但热容量小，也更方便于装卸。

（三）设备和生产线的优化

智能化技术的发展带来了一系列的节省成本和提高生产率的手段，这些技术包括有：建立数学模型和在线监控系统。一些大型设备例如碳纤维预浸料自动切割机、精密控制热压罐、自动铺放设备则促使生产步骤更高效，也保障了高速生产机体结构的发展。

结束语

现阶段我国的树脂基符合材料成型工艺仍然在不断发展，我们根据市场需求应当更准确地把握定位，继续创新开拓，从设备、工艺、技术人员、体制等各方面着手提高复合材料的生产水平，争取为航天科工领域提供更多性能卓越的复合材料，推动我国复合材料工业的发展。

参考资料

[1] 何亚飞，矫维成，杨帆等.树脂基复合材料成型工艺的发展[J].纤维复合材料，2011，（2）

[2] 孙冠宏.碳纤维增强树脂基复合材料表面氧化铝层制备及性能研究[D].2013.

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中图分类号：S969.1 文献标识码：A文章编号：

进入21世纪，人类所面临的生存及生活环境日益严峻，环境问题也成为全世界最为关心的话题。土木工程作为我国经济建设的重要支柱产业，极大的满足了社会发展和经济发展的需要；但是在这个过程中，废旧建筑物拆除后留下的固体废弃物正以每年几十亿吨的量在不断增加，而且受我国政策、观念、资源的影响，土木工程材料垃圾综合利用及可持续发展始终没有得到我们的足够重视，致使很多废弃物直接堆积起来，占用了大量的土地，造成了土地的极度浪费。那么，在土木工程建设中实施可持续发展，就应把发展生态土木工程材料放在首位；生态土木工程材料代表着未来土建工程发展的方向，推广和使用生态土木工程材料及研制发明新型的生态土木工程材料就迫在眉睫。作为土木工程材料方面的学员，我们必须认清当前面临的严峻形势，在今后的工作和学习中加大生态土木工程材料的宣传，下面就关于土木工程材料的可持续发展做简要的分析。

土木工程材料的现状及生态土木工程材料的特点

土木工程材料根据来源分为人造材料和天然材料，根据其用途分为建筑结构材料、防水防腐材料、隔热保暖材料、装修装饰材料等。在18世纪以前，人类主要是天然材料建造房屋等土木工程，随着砖瓦烧制和石灰的出现，土木工程材料才进入人造材料阶段。进入18世纪后，随着交通运输和工商业的快速发展，原有的材料已不能满足人类土木工程建设的需要，而随着工业革命的发展，土木工程材料也有了更新的发展，钢筋、混凝土、防火耐热、耐腐防爆等各种各样的土木工程材料的相继出现，使得土木工程建设进入了一个全新的时代，也就是现代土木工程年代。近几十年中，在我国现代工程建设阶段，仍然是高能耗、高污染、高破坏、高投入、低产出等不可持续发展道路，仍然使用大量的耕地土壤、水泥、玻璃陶瓷、钢铁塑料等传统的土木工程材料，而这些材料难以与环境形成有机的协调发展，不能得到有效的回收和利用。所以，伴随着环境的日益破坏，生态土木工程材料的出现就成为必然；生态土木工程材料的主要特点就是环保、与环境发展协调、可以再生利用、对人类没有危害、可以为人类创造舒适的环境。生态土木工程材料的出现为人类开拓了更为广阔的空间，也使得建筑建设和环境相对协调起来，不但减少了环境的负担，也最大限度的减少了能源的消耗。

二、生态土木工程材料发展措施

现阶段，发展生态土木工程材料主要体现在以下几个方面：

1、加大科研投入，利用高科技技术开发具有环境净化功能的土木工程材料，比如空气净化功能材料、防腐、防霉、防红外、抗菌材料。

2、采用新工艺对原有的固体废弃物进行处理再生产，如利用废渣、煤矸石、废旧砖块等作为材料，生产空心砖等产品取代原有的粘土砖；又如使用勃土、铁粉、石灰石等原料进行一定的比例的混合，可生产出无公害的生态水泥。

3、钢材使用的生态化，钢材在土木工程建设中有着广泛的用途，在我国的土木工程建设中，钢材的使用量一直排在世界第一位，但是低强度的钢材使用比例远远高于发达国家的平均水平，造成了目前我国消费钢材的结果不合理，这就要求我们应加大防腐高强度钢材及塑料钢材的研究。

4、高性能水泥的发展。高性能水泥是对水泥用途提出了更高的要求，如水泥强度、抗渗、抗冻、速凝等，尤其是面对恶劣的施工环境时，水泥的高性能就显得尤为重要。

5、在传统土木工程材料中加大新技术的投入，使得传统土工工程材料在生产过程中减少能源的消耗和污染的排放，比如多孔材料和纳米级颗粒等生产制备技术。

三、生态土木工程材料的发展意义

加大生态土木工程材料发展的意义主要体现在几个方面。一、传统的土工工程材料对环境的破坏已经刻不容缓，生态土木工程材料有先进的实用性、可再生性。二，经济、社会的可持续发展要求土木工程材料必须走可持续发展的道路，不管是哪一方面，只要是违背社会可续发展的，都应无条件的遵守可持续协调发展之路。

综上所述，可持续发展作为国家战略，作为全人类目前所面对的头等课题；在土木工程材料发展中，应加大推广生态土木工程材料的应用，从技术层面及人类意识层面加大宣传，尽快摆脱高耗能的传统材料，多用节能环保的新材料。

参考文献：

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中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）09-0196-02

一、土木工程行业发展与材料的关系

土木工程属于国民经济发展支柱性产业，它包括建筑工程，桥架工程，水利工程及港口工程等[1]。资源短缺、土地缩减、植被减少等问题越来越严重，传统的土木工程行业模式已逐渐显现出自身的不足，急需要新技术，新材料的支撑[2]。目前，世界各国的城市规划、建筑设计都强调以绿色建筑为宗旨的绿色环境[3]。人们在发展的同时，更要注重可持续发展。

土木工程材料构成整个工程的物质基础，决定着土木工程的质量及使用寿命。土木工程材料的发展，亦是整个土木工程界发展和前进的基础和动力[4]。为适应土木工程发展趋势，绿色环保的建筑材料必将得到广泛应用[3-4]。

二、全国主要高校土木工程专业有关材料类课程设置

目前，全国主要高校对土木工程本科生培养模式大体相同[5-6]。以清华大学、同济大学、厦门大学的土木工程材料课程为例，材料类课程设置如表1。表1表明，土木工程专业的学生在本科阶段基本要求学习一门有关土木工程材料的必修课程及开展相关建筑材料实验。

三、土木工程专业增设材料类课程必要性

近二十年来，出现了多种新型土木工程材料，并在很多工程中得到了成功的应用。为此，绝大多数企业正在着力进行技术改造与引进土木工程与材料工程复合型人才[7]。学校土木工程专业的人才培养方案应该与社会需求实际相吻合[8]。市场对土木工程与材料工程复合型人才的需求增加，增设材料类课程很有必要。问卷调查表明（图1），绝大部分同学认为现有的材料课程知识无法满足将来就业的需要，希望开设更多的材料类课程。

四、“土木工程+材料工程”复合型人才培养模式

目前我校土木工程专业的学生只在本科阶段学习《土木工程材料》这一门有关土木工程材料的必修课程。对于将来从事土木工程行业的学生来说，有必要深入地了解材料的性能、特点、施工等方面的基本知识。因此，本专业在依托学校现有的资源和在土木工程专业的人才培养大框架下，整合相关的材料课程，提出了“土木工程+材料工程”复合人才培养模式。

结合学院土木工程专业的特点，通过对原有计划的调整，形成“土木工程+材料工程”复合型人才的培养计划，主要措施如下。

（1）增加材料类课程：增设建筑材料科学与技术、建筑材料实验与检测技术、建筑功能材料、建筑结构材料、再生混凝土作为“土木工程+材料工程”复合型人才试验班的必修课程。各课程学分及学时要求如表2所示。

（2）增加相关实验：防水材料性能的测定；防火材料性能的测定；绝热材料性能的测定；共振、敲击法检测混凝土动弹模量实验；混凝土模拟缺陷超声波探伤实验。

五、结论

（1）未来土木工程行业更加重视绿色、健康、环保建筑材料应用。因此，开展“土木工程+材料工程”复合型人才培养非常有必要。（2）基于调研结果，提出了“土木工程+材料工程”复合型人才培养材料类课程及有关要求。

参考文献：

[1]段蔚.土木工程行业现状与未来发展趋势分析[J].建筑知识，2016，（06）：271.

[2]粟彬，李松，丁世宁.浅谈土木工程材料的发展趋势[J].科技致富向导，2010，（23）：75-87.

[3]王丽丽，张向荣，王丽.土木工程材料的应用及发展趋势[J].建材技术与应用，2011，（08）：17-32.

[4]许晓岚.浅谈土木工程材料[J].信息化建设，2016，（07）：153.

[5]清华大学2015-2016学年度土木工程专业本科课程介绍[EB].http：///publish/newthu/newthu_cnt/education/pdf/edu-1-2/2016_6.pdf.

[6]厦门大学2015-2016学年度土木工程系本科课程地图课表查询[EB].http：///timetable#/page/1/16/

1638//20152///

[7]刘镇，周翠英.多学科交叉渗透的复合型土木工程人才培养模式探索[J].高等建筑教育，2014，（02）：12-15.

[8]祁贵国，鲁可乙.土木工程应用型人才培养模式探讨[J].高等建筑教育，2013，（01）：28-29.

Exploration on the Compound Talent Training Mode of Civil Engineering and Materials Engineering

YANG Ping1，WANG Mu-chen1，SUN Zhen-ping2，XIAO Jian-zhuang1，SU Jing1

（1. College of Civil Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China；