時(shí)間：2023-04-08 11:30:33
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土木工程學(xué)科的發(fā)展，在很大程度上依賴于性能優(yōu)異的新材料新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。在已有結(jié)構(gòu)的加固改造領(lǐng)域，不僅要求材料經(jīng)濟(jì)美觀、便于施工，且要求施工后的結(jié)構(gòu)承載力能夠明顯提高。而FPR復(fù)合材料以其優(yōu)異的力學(xué)性能和廣泛的適用性發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
FRP（fiberreinforcedplastics）復(fù)合材料主要有碳纖維（CFRP）、芳綸纖維（AFRP）及玻璃纖維（GFRP）等，其材料形式主要有片材、棒材和型材。FRP的共同優(yōu)點(diǎn)是：輕質(zhì)高強(qiáng)、高彈模、抗疲勞、耐腐蝕耐久性能好、熱膨脹系數(shù)低等。另外，F(xiàn)RP復(fù)合材料可以節(jié)省材料、自由裁剪、施工方便且速度快，雖然其前期投資較大，但維護(hù)成本低，經(jīng)濟(jì)效益明顯。因此，F(xiàn)RP（片材）復(fù)合材料在土木結(jié)構(gòu)加固工程中應(yīng)用潛力巨大。
1、FRP復(fù)合材料的基本特性
隨著增強(qiáng)纖維材料的發(fā)展，碳纖維、芳綸纖維及玻璃纖維已經(jīng)成為當(dāng)前結(jié)構(gòu)工程中加固補(bǔ)強(qiáng)的重要材料。一些典型的FRP（片材）復(fù)合材料的基本力學(xué)性能見(jiàn)下表。
FRP復(fù)合材料的性能各異，在拉伸強(qiáng)度及拉伸模量方面，玻璃纖維和芳綸纖維一般比碳纖維低1/3左右；在斷裂延伸率方面，芳綸纖維一般是碳纖維的2倍左右，玻璃纖維一般比碳纖維高70%左右；在韌性、抗沖擊性能方面，芳綸纖維和玻璃纖維要比碳纖維好得多；在抗堿腐蝕方面，芳綸纖維和玻璃纖維則不如碳纖維好。關(guān)于其它方面的性能差異，這里不再贅述。
2、FRP復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)加固工程中應(yīng)用領(lǐng)域
2.1民用建筑、橋梁及工業(yè)廠房
FRP復(fù)合材料因其優(yōu)異的力學(xué)性能，在民用建筑及工業(yè)廠房的加固中應(yīng)用很多，主要有：①梁加固。加固的作用包括抗彎和抗剪。在進(jìn)行抗彎加固時(shí)，F(xiàn)RP復(fù)合材料的纖維方向與梁的軸向一致，一般貼在梁的受拉側(cè)，已提高梁的承載能力。據(jù)有關(guān)試驗(yàn)得出，只要該梁不是超筋梁，貼一層AK-60可以提高承載力30%左右，貼兩層可以提高40%左右；在進(jìn)行抗剪加固時(shí)，F(xiàn)RP復(fù)合材料的纖維方向與梁的軸向垂直；②板加固。一般對(duì)于板的加固凈空要求比較高，而且加固后不影響其外觀，所以用厚度很薄且柔軟的FRP復(fù)合材料進(jìn)行加固是一種理想的選擇；③柱加固。芳綸纖維布、玻璃纖維布是比較理想的柱加固材料。因?yàn)樗鼈兊膹椖Ｐ?，相?duì)于碳纖維（彈模235Gpa），其延性較好；并且，在進(jìn)行棱角打磨時(shí)一般只需要10mm左右，一般不需打磨，而碳纖維則需要30mm左右，若采用芳綸纖維就可以節(jié)約很多工時(shí)。
2.2地鐵、隧道
因地鐵和隧道是一種在地下工作的結(jié)構(gòu)，所以它的受力與地面結(jié)構(gòu)是不一樣的。在洞頂和洞側(cè)，它都有土壓力的作用，而且也有凈空的要求，所以進(jìn)行裂縫修補(bǔ)時(shí)，傳統(tǒng)的加固方法不可行，而用芳綸纖維布（不導(dǎo)電）進(jìn)行加固維修就可以滿足它的各方面要求，因?yàn)樵诘罔F或隧道的拱頂或側(cè)壁的裂縫一般是多向且不規(guī)則的，這就要求修復(fù)材料必須具有良好的抗剪性能，而且還是一種不導(dǎo)電的材料，所以芳綸布在隧道地鐵工程中是一種最佳的選擇。
2.3煙囪、水塔
由于煙囪水塔這樣向高空發(fā)展的結(jié)構(gòu)，加固維修特別困難，傳統(tǒng)加固方法（如擴(kuò)大截面法、粘鋼法）基本上很難解決這樣的問(wèn)題，而采用輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、耐久性能都很好的復(fù)合材料（尤其是芳綸纖維）進(jìn)行加固，就是一種很好的方法。
3、幾種加固方法的比較
3.1擴(kuò)大截面法
這種加固方法是通過(guò)增大受力面積來(lái)提高結(jié)構(gòu)的承載力，一般用在一些較小且對(duì)凈空沒(méi)要求不高的結(jié)構(gòu)中。這種方法雖然具有成本較低的優(yōu)點(diǎn)，但是增加了原結(jié)構(gòu)的自重，同時(shí)減小了凈空，工期長(zhǎng)，有很大的局限性。目前，在較大的工程中很少用。
3.2粘鋼法
在用鋼板加固時(shí)，一般將鋼板貼在被加固的結(jié)構(gòu)受力部位的外邊緣，同時(shí)封閉粘貼部位的裂縫和缺陷，約束混凝土的變形。粘鋼法加固的特點(diǎn)：①既可提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又可提高剛度；②適應(yīng)結(jié)構(gòu)（鋼結(jié)構(gòu)）又粘又鉚，適應(yīng)節(jié)點(diǎn)加固；③延伸率大，適應(yīng)沖擊、振動(dòng)結(jié)構(gòu)加固；④鋼板表面處理要求嚴(yán)格，粘結(jié)面易生銹；⑤厚鋼板端點(diǎn)處應(yīng)力集中，混凝土易剝離。
由上述可知，采用這種方法加固必須注意幾點(diǎn)：①對(duì)鋼板的尺寸要求很?chē)?yán)格?？箯潟r(shí)宜薄點(diǎn)，以保證它和原結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)；抗剪時(shí)不僅宜厚點(diǎn)，而且在錨固時(shí)應(yīng)使端部鋼板延伸到應(yīng)力較小區(qū)，防止應(yīng)力集中造成對(duì)結(jié)構(gòu)承載力的損害；②貼完后，必須對(duì)鋼板邊緣裂縫進(jìn)行處理；③還要對(duì)鋼板進(jìn)行防腐處理，這也是一項(xiàng)長(zhǎng)期的任務(wù)。所以其造價(jià)很高，而且它的使用范圍還有一定的局限性，一般只用在剛度要求很?chē)?yán)格的地方。
3.3FRP復(fù)合材料法
FRP復(fù)合材料法加固的特點(diǎn)：①高強(qiáng)度、高彈模，厚度薄、重量輕；②材料可任意長(zhǎng)度，任意交叉，適應(yīng)任意曲面和任意形狀結(jié)構(gòu)；③耐腐蝕，抗疲勞性能好；④施工簡(jiǎn)便，與混凝土結(jié)合密實(shí)；⑤材料防潮要求嚴(yán)格，且不宜加固節(jié)點(diǎn)區(qū)域。
在目前的FRP材料加固市場(chǎng)中，碳纖維占的比例最多。碳纖維是一種導(dǎo)電、易發(fā)生脆性破壞的材料，可以承受很大的靜載，但在絕緣性要求很高的電氣化鐵路、地鐵及隧道工程中，不宜采用；同為高強(qiáng)高彈模的芳綸纖維不存在這樣的局限，能經(jīng)常承受沖擊載荷，芳綸纖維的極限破壞形式為塑性破壞，而且還是它的優(yōu)勢(shì)所在，其在抗剪方面也有很大的優(yōu)勢(shì)，在加固墩子時(shí)一般也是利用它優(yōu)異的抗剪性能，但芳綸纖維在裁剪時(shí)須用專門(mén)的陶瓷剪刀。
4、FRP復(fù)合材料的選擇
4.1環(huán)境影響
在高堿度和濕度的地區(qū)，宜選擇碳纖維復(fù)合材料，不宜選擇玻璃纖維復(fù)合材料；在溫度變化較大的地區(qū)，玻璃纖維的熱膨脹系數(shù)與混凝土相似，宜選擇玻璃纖維；玻璃纖維和芳綸纖維是良好的絕緣體，而碳纖維是可導(dǎo)電體，為避免鋼筋的潛在電流腐蝕，碳纖維材料不應(yīng)與鋼筋直接接觸。
4.2荷載影響
對(duì)于經(jīng)常承受沖擊或振動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)，應(yīng)優(yōu)先選擇芳綸纖維和玻璃纖維復(fù)合材料，它們的韌性、抗沖擊性能都比碳纖維復(fù)合材料好；對(duì)于要求耐蠕變和疲勞的結(jié)構(gòu)，應(yīng)優(yōu)先選擇碳纖維復(fù)合材料，碳纖維材料耐蠕變和疲勞的能力比芳綸纖維和玻璃纖維材料好得多。
4.3保護(hù)層影響
保護(hù)層的厚度和類型應(yīng)根據(jù)FRP復(fù)合材料的要求選擇。對(duì)環(huán)境的抗力（如潮濕、溫度、沖擊、曝曬等）、施工現(xiàn)場(chǎng)抗力、人為破壞的抗力等，應(yīng)采取有效的保護(hù)措施，以免使FRP復(fù)合材料的力學(xué)性能減退。保護(hù)層通常采用兩種方法：①在FRP復(fù)合材料外加厚樹(shù)脂膠層，提供有彈性的保護(hù)層；②在FRP復(fù)合材料外粉抹一層高強(qiáng)水泥砂漿，保護(hù)FRP復(fù)合材料不受損害。
關(guān)鍵詞：復(fù)合加筋 排水褥墊 路基沉降 側(cè)向位移
中圖分類號(hào)：U213.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
復(fù)合加筋排水褥墊是一項(xiàng)在排水固結(jié)法加固路基的工程中代替水平排水砂墊層，同時(shí)具備加筋作用與水平排水的新技術(shù)。該技術(shù)同傳統(tǒng)排水技術(shù)相比，具有空隙率大利于排水、高柔性且抗拉性極強(qiáng)、重量輕、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。從目前來(lái)看，路基的變形是一個(gè)非常棘手的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在了路基的沉降以及水平側(cè)向位移等方面。本文先介紹了負(fù)荷加筋排水褥墊技術(shù)的原理，其次分析了復(fù)合加筋排水褥墊加固路基的機(jī)理與影響因素，最后提出了負(fù)荷加筋排水褥墊加固路基的排水設(shè)計(jì)方法。
一、復(fù)合加筋排水褥墊技術(shù)概述
復(fù)合加筋排水褥墊在加固路基中的運(yùn)用，在一定程度上替代了以往的水平排水砂料墊層，它對(duì)于路堤有著加筋的作用，它主要包括了條狀塑料褥墊、連接槽、扒釘以及針刺無(wú)紡布。
這種復(fù)合加筋排水褥墊的特征是：選用聚丙烯作為原料，在一定強(qiáng)度的高溫下熱溶，然后通過(guò)模具擠出塑料細(xì)絲（直徑為1mm），將塑料細(xì)絲進(jìn)行有序的纏繞（猶如方便面狀），從而形成截面為矩形的條狀排水褥墊；在排水褥墊之外用針刺無(wú)紡?fù)凉げ及?，并在其上打孔形成相?yīng)的連接槽，便于塑料排水板順利插入地基中；通過(guò)扒釘將條狀的塑料褥墊串接成“井”字形狀的復(fù)合加筋排水褥墊。
負(fù)荷加筋排水褥墊的具體施工工序如下：1）平整路基及周邊的場(chǎng)地，清除一切雜物，并且保證相關(guān)施工器械要及時(shí)到位；2）塑料排水板的施工；3）沿著路堤的橫縱向分別鋪設(shè)條狀的塑料褥墊，便于排水板插入連接槽之中；4）在塑料褥墊的相互交接處，安裝扒釘促使塑料褥墊連接成“井”字形狀的復(fù)合加筋排水褥墊；5）進(jìn)行路基的相關(guān)填筑工作。
二、影響加固效果的因素分析
（一）計(jì)算條件
一般情況下，為了便于計(jì)算，在加固模擬試驗(yàn)中，都會(huì)對(duì)地基的條件做一些相應(yīng)的簡(jiǎn)化。通過(guò)一系列的設(shè)置以及試驗(yàn)，取得了相關(guān)的數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)便能很好的分析實(shí)際操作中的加固效果。在相關(guān)的計(jì)算中，為了簡(jiǎn)化計(jì)算流程，會(huì)將排水板的密度、模型的參數(shù)都設(shè)置與同層土的相應(yīng)參數(shù)保持一致。換句話說(shuō)，沒(méi)有考慮塑料排水板在打設(shè)過(guò)程中引起的地基剛度變化，而只是純粹考慮了塑料板本身的排水作用。但在實(shí)際的操作過(guò)程中，往往與這種“試驗(yàn)”相去甚遠(yuǎn)，計(jì)算條件是否合理科學(xué)有效，在很大程度上影響著施工的加固效果。
（二）地基強(qiáng)度
在有關(guān)路基工程中使用了復(fù)合加筋排水褥墊層，這在一定程度上會(huì)改變地基的位移場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)，而地基的模量大小也會(huì)對(duì)復(fù)合加筋排水褥墊層的加筋效果產(chǎn)生巨大的影響。地基模量的變化值主要有0.5MPa、1MPa及1.5MPa三種，而復(fù)合加筋排水褥墊層對(duì)于路堤的影響與砂墊層對(duì)路堤的影響之間有著莫大的差異。一般而言，地基模量對(duì)于路堤底部的豎向位移與堤趾的垂線下地基位移水平的深度有著巨大的影響，比如說(shuō)施工結(jié)束時(shí)，模具分別為0.5MPa、1MPa與1.5MPa的情況下，復(fù)合加筋排水褥墊層與砂墊層相比而言，路堤的底部中心沉降百分點(diǎn)，前者分別低了大約10.8％、7.2％和5.6％；而在堤趾垂線下的最大側(cè)移方面前者則分別低了大約40.2％、4.8％和4.8％。由此表明，復(fù)合加筋排水褥墊層對(duì)于路基有著較強(qiáng)的適應(yīng)能力，尤其對(duì)于軟路基而言，若地基越軟，則更適合于復(fù)合加筋排水褥墊層的有效發(fā)揮。
（三）填土的高度
分別取路堤的填土高度為3m、5m、7m進(jìn)行比較，一般而言，路堤的底部沉降以及堤趾垂線下側(cè)移會(huì)隨著填土高度的增加而變大。當(dāng)路堤的堆載結(jié)束之后，分別在前述三種填土高度下對(duì)兩種方式下效果進(jìn)行比較，大約可以得到以下的數(shù)據(jù)：復(fù)合加筋排水褥墊層路堤與砂墊層路堤相比，前者在沉降方面減少了大約24.2％、14.6％和6.9％；在堤趾垂線下最大側(cè)移方面，前者比后者減少了大約5.5％、2.9％和0.3％。從這里也可以看出，復(fù)合加筋排水褥墊層的加筋效果明顯優(yōu)于砂墊層加筋效果，并且隨著路堤的高度越來(lái)越小，復(fù)合加筋排水褥墊層的加筋效果就更好更明顯。
（四）土層的厚度
在不同厚度的土層中，復(fù)合加筋排水褥墊層路堤相較于砂墊層路堤而言，其底部的沉降和堤趾垂線下側(cè)移均有著一定的減小。同理，我們把土層厚度分別取為5m、10m、20m進(jìn)行分析與探討。當(dāng)路堤堆載結(jié)束之后，把兩種類型的結(jié)果加以比較，前者在沉降方面低了大約0.2％、14.6％和4.9％，而在堤趾垂線下最大側(cè)移方面，前者低了大約3.O％、2.9％和2.1％。從這組對(duì)比數(shù)據(jù)分析得知，當(dāng)在中等土層中時(shí)，采用復(fù)合加筋排水褥墊層能夠有效限制地基的沉降，并且在改善側(cè)向位移方面也有一定的成效。
三、復(fù)合加筋排水褥墊技術(shù)的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性分析
為了進(jìn)一步分析復(fù)合加筋排水褥墊層對(duì)于路堤及其邊坡的穩(wěn)定性影響，我們可以利用強(qiáng)度折減彈塑性有限元計(jì)算方法分析復(fù)合加筋排水褥墊路堤及其邊坡，然后通過(guò)一些科學(xué)計(jì)算方法將結(jié)果計(jì)算出來(lái)之后，與砂墊層路堤工程進(jìn)行對(duì)比。比如在一個(gè)案例中，土體選用的模型是Mohr—Coulomb，然后計(jì)算相關(guān)的參數(shù)。在具體的計(jì)算過(guò)程中，可以設(shè)定三維計(jì)算模型的厚度方向取為1.5m，并且對(duì)土體以八結(jié)點(diǎn)四面體單元的形式進(jìn)行剖分。通過(guò)分析與計(jì)算，在同等條件下，復(fù)合加筋排水褥墊層加固路堤及其邊坡的安全系數(shù)要高于砂墊層加固的路堤及其邊坡?？梢?jiàn)，復(fù)合加筋排水褥墊技術(shù)有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)，加筋效果非常好。對(duì)于復(fù)合加筋排水褥墊技術(shù)的穩(wěn)定性而言，它對(duì)于路基及其邊坡的影響非常重要，這不僅關(guān)系到了路基的沉降變化以及水平側(cè)向位移，更關(guān)系到了工程的質(zhì)量與安全，更進(jìn)一步來(lái)講，它關(guān)系著人類的生存與發(fā)展。
復(fù)合加筋排水褥墊技術(shù)同砂墊層的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析來(lái)看，復(fù)合加筋排水褥墊技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性確實(shí)要高很多。比如說(shuō)上海的北環(huán)高速公路在路基的處理上便采用了堆載預(yù)壓加固方式，在水平的排水墊層上方案一：采用的是鋪墊50cm砂墊層；方案二：采用復(fù)合加筋排水褥墊層，并且在褥墊層中間還鋪素填土，而且塑料排水板之間的距離為1.5m，用正方形來(lái)布置。根據(jù)當(dāng)?shù)氐脑靸r(jià)來(lái)計(jì)算，可以看出，方案一花費(fèi)的單價(jià)大約為60元/m2；而方案二中，利用復(fù)合加筋排水褥墊設(shè)置的話，通過(guò)詳細(xì)的計(jì)算，這種方案花費(fèi)的單價(jià)大約為34.33元/m2。從這里不難看出，采用方案二更加劃算。
四、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，在路基的變形處理上，我們可以采用復(fù)合加筋排水新材料，也就是排水褥墊層的使用。復(fù)合加筋排水褥墊層具有適應(yīng)能力強(qiáng)，并且路基越軟其效果越佳；路堤的高度相對(duì)較低時(shí)，利用復(fù)合加筋排水褥墊層的加筋效果更明顯；復(fù)合加筋排水褥墊層對(duì)中等和深厚的路基有著更明顯的加筋效果等優(yōu)勢(shì)。此外，與傳統(tǒng)的砂墊層路堤相比，復(fù)合加筋排水褥墊路堤邊坡穩(wěn)定性提高，并且復(fù)合加筋排水褥墊可節(jié)省造價(jià)，減少工程開(kāi)支，從而最大化地實(shí)現(xiàn)工程利益。
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當(dāng)材料的尺寸進(jìn)入納米級(jí)，材料便會(huì)出現(xiàn)以下奇異的物理性能：
1、尺寸效應(yīng)
當(dāng)超細(xì)微粒的尺寸與光波波長(zhǎng)、德布羅意波長(zhǎng)以及超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度或投射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，晶體的邊界條件將被破壞，非晶態(tài)納米微粒的顆粒表面附近原子密度減小，導(dǎo)致聲、光電、磁、熱、力學(xué)等特性呈現(xiàn)出新的小尺寸效應(yīng)。如當(dāng)顆粒的粒徑降到納米級(jí)時(shí)，材料的磁性就會(huì)發(fā)生很大變化，如一般鐵的矯頑力約為80A/m，而直徑小于20nm的鐵，其矯頑力卻增加了1000倍。若將納米粒子添加到聚合物中，不但可以改善聚合物的力學(xué)性能，甚至還可以賦予其新性能。
2、表面效應(yīng)
一般隨著微粒尺寸的減小，微粒中表面原子與原子總數(shù)之比將會(huì)增加，表面積也將會(huì)增大，從而引起材料性能的變化，這就是納米粒子的表面效應(yīng)。
納米微粒尺寸d（nm）包含總原子表面原子所占比例（%）103×1042044×1034022.5×1028013099從表1中可以看出，隨著納米粒子粒徑的減小，表面原子所占比例急劇增加。由于表面原子數(shù)增多，原子配位不足及高的表面能，使這些表面原子具有高的活性，很容易與其它原子結(jié)合。若將納米粒子添加到高聚物中，這些具有不飽和性質(zhì)的表面原子就很容易同高聚物分子鏈段發(fā)生物理化學(xué)作用。
3、量子隧道效應(yīng)
微觀粒子貫穿勢(shì)壘的能力稱為隧道效應(yīng)。納米粒子的磁化強(qiáng)度等也具有隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢(shì)壘而產(chǎn)生變化，這稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應(yīng)。它的研究對(duì)基礎(chǔ)研究及實(shí)際應(yīng)用，如導(dǎo)電、導(dǎo)磁高聚物、微波吸收高聚物等，都具有重要意義。
二、高聚物/納米復(fù)合材料的技術(shù)進(jìn)展
對(duì)于高聚物/納米復(fù)合材料的研究十分廣泛，按納米粒子種類的不同可把高聚物/納米復(fù)合材料分為以下幾類：
1、高聚物/粘土納米復(fù)合材料
由于層狀無(wú)機(jī)物在一定驅(qū)動(dòng)力作用下能碎裂成納米尺寸的結(jié)構(gòu)微區(qū)，其片層間距一般為納米級(jí)，它不僅可讓聚合物嵌入夾層，形成“嵌入納米復(fù)合材料”，還可使片層均勻分散于聚合物中形成“層離納米復(fù)合材料”。其中粘土易與有機(jī)陽(yáng)離子發(fā)生交換反應(yīng)，具有的親油性甚至可引入與聚合物發(fā)生反應(yīng)的官能團(tuán)來(lái)提高其粘結(jié)。其制備的技術(shù)有插層法和剝離法，插層法是預(yù)先對(duì)粘土片層間進(jìn)行插層處理后，制成“嵌入納米復(fù)合材料”，而剝離法則是采用一些手段對(duì)粘土片層直接進(jìn)行剝離，形成“層離納米復(fù)合材料”。
2、高聚物/剛性納米粒子復(fù)合材料
用剛性納米粒子對(duì)力學(xué)性能有一定脆性的聚合物增韌是改善其力學(xué)性能的另一種可行性方法。隨著無(wú)機(jī)粒子微細(xì)化技術(shù)和粒子表面處理技術(shù)的發(fā)展，特別是近年來(lái)納米級(jí)無(wú)機(jī)粒子的出現(xiàn)，塑料的增韌徹底沖破了以往在塑料中加入橡膠類彈性體的做法。采用納米剛性粒子填充不僅會(huì)使韌性、強(qiáng)度得到提高，而且其性價(jià)比也將是不能比擬的。
3、高聚物/碳納米管復(fù)合材料
碳納米管于1991年由S.Iijima發(fā)現(xiàn)，其直徑比碳纖維小數(shù)千倍，其主要用途之一是作為聚合物復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。
碳納米管的力學(xué)性能相當(dāng)突出?，F(xiàn)已測(cè)出碳納米管的強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值為30－50GPa。盡管碳納米管的強(qiáng)度高，脆性卻不象碳纖維那樣高。碳纖維在約1%變形時(shí)就會(huì)斷裂，而碳納米管要到約18%變形時(shí)才斷裂。碳納米管的層間剪切強(qiáng)度高達(dá)500MPa，比傳統(tǒng)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料高一個(gè)數(shù)量級(jí)。
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關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；改革
復(fù)合材料學(xué)是材料科學(xué)與工程學(xué)院的一門(mén)院級(jí)專業(yè)基礎(chǔ)課程，它是研究復(fù)合材料的成分、結(jié)構(gòu)、加工與材料性能及材料應(yīng)用之間的相互關(guān)系及其變化規(guī)律的一門(mén)科學(xué)。其中實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)是復(fù)合材料專業(yè)教學(xué)體系中的一個(gè)重要組成部分，對(duì)鞏固學(xué)生所學(xué)的復(fù)合材料專業(yè)相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，擴(kuò)大學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生在該方向的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、實(shí)踐意識(shí)和提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力具有不可替代的作用。另外，對(duì)于復(fù)合材料專業(yè)方向的本科生就業(yè)來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)也是理論聯(lián)系實(shí)際、運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題、搭建學(xué)校與企業(yè)橋梁、提高動(dòng)手能力和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的一種手段?？墒菑?fù)合材料實(shí)驗(yàn)在教學(xué)過(guò)程中也存在著一些問(wèn)題，例如實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過(guò)多，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中主動(dòng)性較差等問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)適應(yīng)新時(shí)代應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，結(jié)合我校實(shí)際情況，我們本著提高學(xué)生實(shí)踐能力的原則，以理論指導(dǎo)為基礎(chǔ)，合理的選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，基礎(chǔ)和綜合實(shí)驗(yàn)相結(jié)合以保證實(shí)驗(yàn)知識(shí)的系統(tǒng)與全面，盡可能采用綜合性或設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。對(duì)學(xué)生的能力培養(yǎng)要貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，要讓學(xué)生明確培養(yǎng)目標(biāo)。要根據(jù)能力結(jié)構(gòu)和層次，有計(jì)劃地實(shí)施教學(xué)。
1.實(shí)驗(yàn)體系建立原則
復(fù)合材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)提供方法理論和實(shí)踐指導(dǎo)。為了使學(xué)生更好的理解復(fù)合材料專業(yè)課程的基本理論知識(shí)，真正掌握復(fù)合材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)的基本原理、操作等，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的體系建設(shè)中應(yīng)遵循以下原則[1-5]。
1.理論與實(shí)踐相結(jié)合的原則。專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中要遵循實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)相結(jié)合，以理論指導(dǎo)實(shí)踐，以實(shí)踐驗(yàn)證理論。
2.實(shí)驗(yàn)體系完善、少而精的原則。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要與復(fù)合材料專業(yè)基礎(chǔ)課程相輔相成，實(shí)驗(yàn)知識(shí)覆蓋面要寬，以保證實(shí)驗(yàn)知識(shí)的系統(tǒng)與完整。同時(shí)要精選實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，切實(shí)加強(qiáng)具有先進(jìn)性、典型性和規(guī)律性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提高質(zhì)量。
3.提高學(xué)生綜合能力為主的原則。實(shí)驗(yàn)課要有利于強(qiáng)化學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合綜合性或設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。對(duì)學(xué)生的能力培養(yǎng)要貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，要讓學(xué)生明確培養(yǎng)目標(biāo)。要根據(jù)能力結(jié)構(gòu)和層次，有計(jì)劃地實(shí)施教學(xué)。
2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容和模式
2.1 完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容
復(fù)合材料試驗(yàn)是要讓學(xué)生掌握基本技能，培養(yǎng)獨(dú)立思考、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，加深對(duì)復(fù)合材料試驗(yàn)技術(shù)基本原理和概念的認(rèn)識(shí)與理解，培養(yǎng)理論和實(shí)際相結(jié)合的良好作風(fēng)。目前復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)多以高分子實(shí)驗(yàn)為主，具體有環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧值測(cè)定、不飽和聚酯樹(shù)脂酸值測(cè)定、樹(shù)脂澆注體制作及其巴科爾硬度測(cè)試、絲束（復(fù)絲）表觀強(qiáng)度和表觀模量測(cè)定、糊成型工藝實(shí)驗(yàn)、復(fù)合材料模壓工藝試驗(yàn)和復(fù)合材料層壓工藝試驗(yàn)。涉及復(fù)合的實(shí)驗(yàn)只有手糊成型及模壓和層壓實(shí)驗(yàn)，因此我們?cè)O(shè)計(jì)出了適合我校復(fù)合材料專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，增加玻璃纖維/環(huán)氧復(fù)合材料纏繞成型、玻璃纖維/不飽和聚酯樹(shù)脂復(fù)合材料拉擠成型、玻璃纖維/不飽和聚酯樹(shù)脂傳遞模塑成型工藝試驗(yàn)，該體系是以復(fù)合材料試驗(yàn)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和復(fù)合材料試驗(yàn)技術(shù)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。強(qiáng)化了對(duì)學(xué)生的復(fù)合材料專業(yè)技能基礎(chǔ)訓(xùn)練和創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)，能夠引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
2.2 完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法
影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的重要因素是實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、主觀能動(dòng)性，并給予學(xué)生充分的科研思考時(shí)間，本項(xiàng)目采用靈活多變的教學(xué)方法，在新的教學(xué)模式下，我們強(qiáng)調(diào)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，盡可能的讓學(xué)生自己動(dòng)手、動(dòng)腦尋求解決問(wèn)題的辦法。改變過(guò)去原料、配方、工藝等等固定，只是驗(yàn)證課堂上老師講解結(jié)果的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，而是靈活配方和工藝。這樣不同組別、不同學(xué)生做出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差顯著，給學(xué)生留下思考的空間。比如拉擠成型工藝實(shí)驗(yàn)，只提供原材料，全部由學(xué)生自己設(shè)計(jì)配方和工藝，老師只是總體指導(dǎo)、釋義、解惑。配方設(shè)計(jì)不合理，鼓勵(lì)學(xué)生找出原因，重新設(shè)計(jì)； 工藝不合理，幫助學(xué)生分析問(wèn)題，重新實(shí)驗(yàn)，直至做出滿意結(jié)果。這樣學(xué)生實(shí)驗(yàn)成就感很強(qiáng)、積極性非常高，無(wú)形中也鍛煉了動(dòng)手、想象和創(chuàng)造力。
2.3增加綜合性和研究性實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生科研能力[4-6]
近年來(lái)，我校完善基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，增加了大量綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生積極參與到教師的科研工作中，將科研工作的內(nèi)容、研究方法和手段融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)， 使實(shí)驗(yàn)教學(xué)真正成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和提高大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的重要環(huán)節(jié)。
基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)雖然能夠使學(xué)生迅速理解教材講授的基本內(nèi)容，但這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)只能是理論教學(xué)的輔助手段。其教學(xué)模式為“預(yù)習(xí)報(bào)告—課堂實(shí)驗(yàn)—提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告—教師評(píng)閱”。這種模式下，學(xué)生雖然通過(guò)實(shí)驗(yàn)鞏固了理論課程的基本知識(shí)，但是學(xué)生都是照單抓藥、按照老師的安排進(jìn)行機(jī)械性試驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)往往流于形式，缺乏探索性和自主性，不利于引發(fā)學(xué)生的興趣和思考，動(dòng)腦少、不具備開(kāi)發(fā)創(chuàng)新性。因此開(kāi)設(shè)綜合性、研究性實(shí)驗(yàn)，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生主動(dòng)去想、去做。比如對(duì)于設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)，老師只給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、設(shè)計(jì)要求等。要求學(xué)生自己通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料選擇原材料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)路線、選擇成型方法等，使學(xué)生真正成為實(shí)驗(yàn)的主角，提高學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)、獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。給學(xué)生提供了極大的自由發(fā)揮的空間，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。
并且我校還實(shí)行了“導(dǎo)師制”，學(xué)生大二開(kāi)始就進(jìn)入研究實(shí)驗(yàn)室，配合老師做科研工作，這樣就充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，使學(xué)生掌握如何查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、展開(kāi)實(shí)驗(yàn)、撰寫(xiě)科技論文等。使大學(xué)生成為真正的“科研主人”。很多同學(xué)發(fā)表了具有一定影響力的論文，獲得了科技競(jìng)賽獎(jiǎng)項(xiàng)。充分提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、科研能力。為學(xué)生以后的工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
3.充分利用課程實(shí)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生認(rèn)知能力
生產(chǎn)實(shí)習(xí)在高等理工院校的整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中占有十分重要的地位。通過(guò)實(shí)習(xí)，要達(dá)到兩個(gè)目的：一是鞏固所學(xué)的理論知識(shí)， 并使理論緊密結(jié)合實(shí)踐， 為專業(yè)課學(xué)習(xí)打下必要的基礎(chǔ)；二是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生開(kāi)闊視野、與社會(huì)接軌[7]。同時(shí)，課程實(shí)習(xí)是實(shí)驗(yàn)課的重要補(bǔ)充形式，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)意義較大。復(fù)合材料課程實(shí)習(xí)安排在北京玻璃鋼研究院，先請(qǐng)企業(yè)技術(shù)管理人員分別介紹各種成型工藝生產(chǎn)流程、相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)等，然后同學(xué)們?nèi)ドa(chǎn)車(chē)間參觀，向企業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)管理，技術(shù)生產(chǎn)工作人員學(xué)習(xí)請(qǐng)教相關(guān)知識(shí)；最后有相關(guān)老師組織同學(xué)們分組討論、發(fā)言，通過(guò)交流實(shí)習(xí)體會(huì)方式，加深和鞏固實(shí)習(xí)內(nèi)容。使學(xué)生開(kāi)拓了視野，增強(qiáng)了專業(yè)意識(shí)，理解和鞏固了專業(yè)知識(shí)。
4.結(jié)語(yǔ)
完善了復(fù)合材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和模式進(jìn)行了改革和細(xì)化，在培養(yǎng)實(shí)踐能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力上取得了一定成效。但是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革沒(méi)有止境，它需要結(jié)合自身專業(yè)特點(diǎn)和本領(lǐng)域的科學(xué)發(fā)展不斷的進(jìn)行改進(jìn)和完善，進(jìn)而培養(yǎng)出符合復(fù)合材料領(lǐng)域需求的多層次、高素質(zhì)、全面發(fā)展的科學(xué)研究或工程技術(shù)人才。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：電子封裝,SiCp/Al,澆鑄滲透
1. 前言
SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料因其具有廣泛的、潛在的應(yīng)用價(jià)值，是在目前非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中研究較多，較為成熟的復(fù)合材料。SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度和比剛度、耐磨、耐疲勞、低熱膨脹系數(shù)、低密度、高熱導(dǎo)性、良好的尺寸穩(wěn)定性和高微屈服強(qiáng)度等優(yōu)異的力學(xué)和物理性能，被應(yīng)用到汽車(chē)、航天、軍事、電子和其他工業(yè)領(lǐng)域。從二十世紀(jì)八十年代初，世界各國(guó)開(kāi)始競(jìng)相研究開(kāi)發(fā)這種新型高性能材料。SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料正受到越來(lái)越廣泛的重視。
2. SiCp/Al復(fù)合材料在電子封裝中的應(yīng)用
隨著電子裝備的日益小型化、多功能化，LSI、VLSI不但集成度越來(lái)越高，而且基板上各類IC芯片的組裝數(shù)及組裝密度也越來(lái)越高(如MCM),也就是說(shuō)，功率密度(輸出功率／單位體積)越來(lái)越大。20世紀(jì)80年代末的功率密度為2．5W/cm 3 （40 W／in 3 )，而90年代己達(dá)6W／cm 3 (100 W／in 3 )以上。如何將產(chǎn)生的大量熱量散發(fā)出去，這是電子裝備在一定環(huán)境溫度條件下能長(zhǎng)期正常工作的保證，也是對(duì)電子裝備的可靠性要求。在這類功率電路的電參數(shù)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及熱設(shè)計(jì)三部分中，熱設(shè)計(jì)顯得更為重要。因?yàn)闊岷纳⒌暮脡闹苯佑绊懼娮友b備的電性能和結(jié)構(gòu)性能，甚至可引起重要電件能失效和結(jié)構(gòu)的破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在電子產(chǎn)品失效中，由熱引起的失效所占比重最大，為55％。由此可見(jiàn)，解決好熱耗散是功率微電子封裝的關(guān)鍵。
為從根本上改進(jìn)產(chǎn)品的性能，全力研究和開(kāi)發(fā)具有高熱導(dǎo)及良好綜合性能的新型封裝材料顯得尤為重要。熱膨脹系數(shù)（CTE），導(dǎo)熱系數(shù)(TC)和密度是發(fā)展現(xiàn)代電子封裝材料所必須考慮的三大基本要素，只有能夠充分兼顧這三項(xiàng)要求，并具有合理的封裝工藝性能的材料才能適應(yīng)電子封裝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的要求。而SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料則恰恰是既具有鋁基體優(yōu)良的導(dǎo)熱性又可在相當(dāng)廣的范圍內(nèi)與多種材料的CTE相匹配的復(fù)合材料。 [1 ～ 2]
對(duì)表1中列出的芯片材料 Si、GaAs 以及各種封裝材料的性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，不難看出，傳統(tǒng)的材料如Al、Cu、Invar合金、Kovar 合金、W/Cu 合金、Mo/Cu 合金等 ,不能滿足先進(jìn)電子封裝應(yīng)用中低膨脹、高導(dǎo)熱、低成本的嚴(yán)格要求。而Al 2 O 3 和BeO材料是廣為使用的電子封裝材料，但由于綜合性能、環(huán)保、成本等因素，已難以滿足功率微電子封裝的要求。SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有與Si、GaAs相匹配的熱膨脹系數(shù)(CTE)以及強(qiáng)度高、重量輕、工藝實(shí)施性好、成本較低等特點(diǎn)。
因此，既具有優(yōu)良的物理、機(jī)械性能，又具有容易加工、工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、適應(yīng)環(huán)保要求的新型微電子封裝材料——SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料——已能全面滿足高密度電子封裝技術(shù)的要求，成為最具有發(fā)展前景金屬基復(fù)合材料。
表1 常用封裝材料性能指標(biāo) [3]
材料 熱膨脹系數(shù) （10-6/K） 熱導(dǎo)率 （W/(m*K）) 密度 (g/cm3) Si 4.1 150 2.3 GaAs 5.8 39 5.3 Al2O3 6.5 20 3.9 BeO 6.7 250 2.9 AlN 4.5 250 2.9 Al 23 230 2.7 Cu 17 400 8.9 Steel（4140） 13.5 50 7.8 Mo 5.0 140 10.2 W 4.45 168 19.3 Kovar 5.9 17 8.3 Invar 1.6 10
[摘 要]文章通過(guò)介紹復(fù)合材料專業(yè)課的特點(diǎn)，從專業(yè)背景、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、考核方式等方面闡述了針對(duì)該課的教學(xué)改革實(shí)踐，以培養(yǎng)具有扎實(shí)理論和工程基礎(chǔ)的學(xué)生。
[
關(guān)鍵詞 ]復(fù)合材料，教學(xué)改革，適航技術(shù)
中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-0568(2014)35-0083-01
復(fù)合材料是有別于傳統(tǒng)金屬材料的一種新型結(jié)構(gòu)和功能材料，具有高比強(qiáng)度、比剛度、抗腐蝕性、可設(shè)計(jì)性、便于整體成型等優(yōu)點(diǎn)。隨著復(fù)合材料在工業(yè)、生活中的大量應(yīng)用，復(fù)合材料的特性及應(yīng)用已成為材料、化學(xué)、制造、力學(xué)等專業(yè)的學(xué)生亟需掌握的基本知識(shí)之一。
《復(fù)合材料設(shè)計(jì)》是北京航空航天大學(xué)飛行器適航技術(shù)專業(yè)本科生的專業(yè)課程之一，課程涵蓋了復(fù)合材料的基本結(jié)構(gòu)、基體和增強(qiáng)體的性能、力學(xué)特性、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與航空航天應(yīng)用等方面的內(nèi)容，具有內(nèi)容豐富、應(yīng)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。由于課程需要比較扎實(shí)的力學(xué)基礎(chǔ)，部分學(xué)生反映有些課程內(nèi)容駁雜，難以理解。另外，復(fù)合材料的制造、性能、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)與實(shí)踐緊密關(guān)聯(lián)，但限于教學(xué)和實(shí)驗(yàn)條件，很難通過(guò)實(shí)際接觸讓學(xué)生對(duì)其有直觀的感受和認(rèn)識(shí)，影響了學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容的理解和知識(shí)的掌握。為增強(qiáng)學(xué)生對(duì)未來(lái)工作的適應(yīng)能力和就業(yè)的針對(duì)性，必須不問(wèn)斷地提高教學(xué)水平，有意識(shí)地進(jìn)行教學(xué)改革與創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的預(yù)期效果。 為此，筆者根據(jù)最近幾年的教學(xué)經(jīng)歷，結(jié)合以往學(xué)生的反饋，并參考其他教師、課程的經(jīng)驗(yàn)，陶在教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行改革嘗試，取得了一定的效果。
一、結(jié)合專業(yè)方向，增加背景知識(shí)和最新科研成果介紹
隨著材料工業(yè)的發(fā)展和飛機(jī)結(jié)構(gòu)減重的需求日益增加，復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸加大。在歐美航空發(fā)達(dá)國(guó)家，波音公司的787飛機(jī)復(fù)合材料用量占飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的50%，空客公司正在研制中的A350寬體客機(jī)復(fù)合材料用量達(dá)到了52%。在直升機(jī)等領(lǐng)域，部分機(jī)型的結(jié)構(gòu)重量占比達(dá)90%以上。近年來(lái)，我國(guó)復(fù)合材料的設(shè)計(jì)能力、試驗(yàn)驗(yàn)證手段、制造工藝水平、維修能力也取得了很大發(fā)展，與國(guó)外的差距日益減小，但在先進(jìn)復(fù)合材料的研制和使用方面尚有很大欠缺。這些背景知識(shí)，應(yīng)始終貫穿于本課程的具體教學(xué)內(nèi)容中，讓學(xué)生能夠?qū)?fù)合材料的工程應(yīng)用有廣泛的認(rèn)識(shí)。
與傳統(tǒng)的金屬材料相比，復(fù)合材料的應(yīng)用成熟度較低，其在飛機(jī)上的應(yīng)用也給飛行器適航設(shè)計(jì)、審定工作帶來(lái)諸多問(wèn)題，直接影響飛機(jī)的安全性。如何滿足飛機(jī)的適航性要求，已經(jīng)成為航空適航管理局、工業(yè)部門(mén)及材料供應(yīng)商關(guān)注的焦點(diǎn)，有待于相關(guān)專業(yè)的學(xué)者、工程人員去探索和解決。教師應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)復(fù)合材料研究的最新成果，并結(jié)合自己的科研成果，將相關(guān)知識(shí)由淺入深地介紹給學(xué)生，讓學(xué)生能夠?qū)?fù)合材料領(lǐng)域有深刻的理解。
二、合理選擇教學(xué)內(nèi)容
學(xué)校很多工科專業(yè)都有關(guān)于復(fù)合材料的課程，由于培養(yǎng)目的和專業(yè)方向的不同，其教學(xué)內(nèi)容也不宜相同，應(yīng)當(dāng)合理選擇教學(xué)內(nèi)容，因?qū)I(yè)施教。飛行器適航技術(shù)在國(guó)內(nèi)是一個(gè)嶄新的專業(yè)，適航是該專業(yè)的核心和主要特色。針對(duì)飛行器適航技術(shù)專業(yè)的學(xué)生， 《復(fù)合材料設(shè)計(jì)》課程應(yīng)明確復(fù)合材料的適航性設(shè)計(jì)，審定和驗(yàn)證，這是學(xué)習(xí)重點(diǎn)；最終教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，并培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，使其能夠勝任復(fù)合材料的適航符合性設(shè)計(jì)、審定和工程驗(yàn)證相關(guān)的工作。
為此，結(jié)合傳統(tǒng)專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容，將本課程的授課側(cè)重點(diǎn)調(diào)整為復(fù)合材料的典型結(jié)構(gòu)及應(yīng)用、力學(xué)性能分析方法、強(qiáng)度計(jì)算與判定準(zhǔn)則，以及與傳統(tǒng)金屬材料的力學(xué)特性的區(qū)別，并增加了復(fù)合材料適航符合性設(shè)計(jì)、審定的技術(shù)發(fā)展歷史，以幫助學(xué)生掌握復(fù)合材料的基本概念和理論，進(jìn)而理解復(fù)合材料與金屬材料在適航設(shè)計(jì)與審定中的差別與技術(shù)難點(diǎn)。
三、改進(jìn)課堂教學(xué)手段
現(xiàn)在多媒體教室已經(jīng)普及，日常教學(xué)通常是把課程內(nèi)容制成多媒體課件，在課堂上給學(xué)生講解。多媒體課件教學(xué)的好處是直觀、教學(xué)效率高，但是由于省去了書(shū)寫(xiě)的時(shí)間，有時(shí)講解速度難免與課堂講解內(nèi)容不匹配，另外，由于形式枯燥，容易導(dǎo)致學(xué)生在理解、掌握知識(shí)方面產(chǎn)生困難，這一現(xiàn)象在力學(xué)公式推導(dǎo)方面尤其突出。為此，采用多媒體課件與黑板書(shū)寫(xiě)相結(jié)合的方式，通過(guò)課件展現(xiàn)公式、黑板書(shū)寫(xiě)、講解推導(dǎo)過(guò)程，并在一些重要推導(dǎo)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生提問(wèn)，吸引他們的注意力，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性以加深印象。這種互動(dòng)方式，既能夠幫助學(xué)生主動(dòng)思考問(wèn)題，又能保證課堂講解速度與內(nèi)容的協(xié)調(diào)性，其效果是單純的也是多媒體課件教學(xué)難以達(dá)到的。
每個(gè)老師都明白， “興趣是學(xué)生最好的老師”。但是如何提高學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容的興趣，這讓每一位老師都煞費(fèi)苦心。采用視頻教學(xué)、案例教學(xué)等方式， 即可以有效提升學(xué)生的課堂樂(lè)趣，加深對(duì)知識(shí)的理解。例如，采用動(dòng)畫(huà)的形式展示復(fù)合材料機(jī)翼、各種成型工藝的制造過(guò)程，讓學(xué)生對(duì)其有直觀的認(rèn)識(shí)；采用視頻錄像敘述飛行器因復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、維護(hù)故障導(dǎo)致的空難事故，幫助學(xué)生了解復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、維護(hù)重點(diǎn)，并借對(duì)空難導(dǎo)致的嚴(yán)重后果的直觀感受，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任心和正確的價(jià)值理念；采用工程案例，分析復(fù)合板、蜂窩、編制等不同復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的區(qū)別及其適用范圍，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，提高獨(dú)立思考能力及解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。
四、改變課程考核方式
傳統(tǒng)的教學(xué)考核方式通常為閉卷考試，這種方式可以促使學(xué)生在短期內(nèi)記憶、鞏固所學(xué)知識(shí)，但不可否認(rèn)，它容易導(dǎo)致學(xué)生死記硬背，在一定程度上束縛了學(xué)生分析、創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。因此，亟需在考核方式上進(jìn)行創(chuàng)新改革，如課堂開(kāi)卷考試、課外論文等。
開(kāi)卷考試由于考試命題的多樣化，有利于引導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)、資料、背景、數(shù)據(jù)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，并增強(qiáng)其理解和綜合分析問(wèn)題的能力。由于既督促了學(xué)生平時(shí)認(rèn)真學(xué)習(xí)、積累知識(shí)，又避免了死記硬背卻很難學(xué)以致用的尷尬，在近幾年的教學(xué)嘗試階段取得了良好效果，頗受學(xué)生歡迎。在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，正在逐步嘗試將開(kāi)卷考試與其他方式相結(jié)合。例如，在學(xué)期中安排一次學(xué)生的課堂演講報(bào)告，內(nèi)容既可在教師給定范圍內(nèi)，也可自擬。由于時(shí)間所限，演講時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，但要有清晰的條理和匯報(bào)內(nèi)容。從實(shí)際效果看，學(xué)生不僅增加了對(duì)相關(guān)知識(shí)的興趣，而且培養(yǎng)了演講和獨(dú)立思考能力。在最終的成績(jī)?cè)u(píng)定上，演講成績(jī)與試卷考試成績(jī)各占一定比例，綜合考查了學(xué)生的各方面素質(zhì)，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)也相對(duì)比較客觀。
關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；教學(xué)內(nèi)容；方法手段；設(shè)計(jì)規(guī)劃
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）16-0205-02
材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。復(fù)合材料對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有著十分重要的作用。復(fù)合材料注重各組分材料之間相互取長(zhǎng)補(bǔ)短、協(xié)同作用，具有組元選擇可設(shè)計(jì)性和結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性[1]?！稄?fù)合材料》是貴州大學(xué)針對(duì)礦物資源工程本科專業(yè)所設(shè)置的一門(mén)專業(yè)選修課程，意在擴(kuò)展學(xué)生的專業(yè)知識(shí)。本文在近年來(lái)對(duì)該課程教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段以及課程考評(píng)方式等方面提出自己的一些設(shè)想，以供相關(guān)同仁參考。
一、課程背景及基本概況
調(diào)查發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)高校針對(duì)相關(guān)專業(yè)設(shè)置的與復(fù)合材料相關(guān)的課程除了《復(fù)合材料》之外，還有《復(fù)合材料學(xué)》、《復(fù)合材料學(xué)基礎(chǔ)》、《復(fù)合材料概論》等，單從課程名稱上看，前兩者屬于系統(tǒng)講授的必修類大課，后者屬于概論類課程。本校礦物資源工程專業(yè)所設(shè)置的《復(fù)合材料》僅32學(xué)時(shí)，具體講授中按照概論的思路開(kāi)展，務(wù)求做到對(duì)相關(guān)基本概念和知識(shí)點(diǎn)都能夠講到。
當(dāng)前我校的專業(yè)選修課還沒(méi)有像其他公共選修課那樣按照個(gè)人興趣真正地自主選擇，而是根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案要求，在限定的學(xué)分?jǐn)?shù)及課程范圍內(nèi)以專業(yè)、班級(jí)為單位，按照指導(dǎo)性原則有針對(duì)性地集體選擇。這樣就會(huì)出現(xiàn)部分學(xué)生對(duì)所“強(qiáng)制”選修的課程不感興趣、缺乏學(xué)習(xí)主動(dòng)性等現(xiàn)象。另外，我校礦物資源工程專業(yè)原本非材料類專業(yè)，近年來(lái)雖然對(duì)課程設(shè)置體系有所調(diào)整，但在學(xué)分?jǐn)?shù)限定下，對(duì)于材料學(xué)科的課程無(wú)法系統(tǒng)化，所設(shè)置的課程無(wú)法全面覆蓋學(xué)生在學(xué)習(xí)《復(fù)合材料》時(shí)所要求先修的材料科學(xué)與基礎(chǔ)、材料合成與制備、高分子材料、材料物理、材料化學(xué)、金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、材料界面等材料學(xué)科主要基礎(chǔ)課程[2]，這就給《復(fù)合材料》課程的授課帶來(lái)了一定困難，經(jīng)常會(huì)遇到學(xué)生對(duì)于相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)空缺的現(xiàn)象。當(dāng)前筆者課題組正在進(jìn)行礦物資源工程專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育教學(xué)研究，如何開(kāi)展好專業(yè)選修課程的教學(xué)工作并達(dá)到預(yù)期目標(biāo)也是需要亟待解決的問(wèn)題，值得我們認(rèn)真研究和思考。
二、對(duì)本課程的教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)規(guī)劃
《復(fù)合材料》課程涵蓋的知識(shí)體系寬廣、內(nèi)容豐富，是一門(mén)實(shí)用性非常強(qiáng)的課程[3]。作為一門(mén)選修課，要在培養(yǎng)方案中所限定的32學(xué)時(shí)內(nèi)系統(tǒng)地完成全部課程內(nèi)容教學(xué)任務(wù)幾乎不可能，因此必須對(duì)教學(xué)內(nèi)容根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)要求進(jìn)行合理調(diào)整。本課程主要內(nèi)容包括復(fù)合材料的定義及發(fā)展歷史、分類及基本性能、基體和增強(qiáng)體的結(jié)構(gòu)與種類、復(fù)合材料界面、復(fù)合材料的制備及應(yīng)用等。結(jié)合近年的教學(xué)實(shí)踐，擬按照下述思路著手教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整和設(shè)計(jì)。
1.按照專業(yè)定位和人才培養(yǎng)目標(biāo)確定教學(xué)重點(diǎn)。在教學(xué)之初，首先制定課程教學(xué)大綱，明確教學(xué)目標(biāo)及要求，確定教學(xué)內(nèi)容及重點(diǎn)。確定教學(xué)重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)的前提，只有在明確了教學(xué)目標(biāo)的前提下才能在教學(xué)過(guò)程中抓住重點(diǎn)、突破難點(diǎn)。針對(duì)礦物資源工程專業(yè)偏向礦物材料的特點(diǎn)，在課程內(nèi)容中對(duì)于金屬基復(fù)合材料部分作簡(jiǎn)要概述，而對(duì)于聚合物基復(fù)合材料，由于其增強(qiáng)材料大多為礦物顆粒、纖維以及晶須，應(yīng)該和陶瓷基復(fù)合材料等進(jìn)行重點(diǎn)、詳細(xì)介紹。
2.結(jié)合專業(yè)目標(biāo)要求合理設(shè)計(jì)課程講授體系。雖然在各類教材中，復(fù)合材料的各章節(jié)看似獨(dú)立，但實(shí)際上章節(jié)內(nèi)容之間聯(lián)系非常緊密，在教學(xué)中要特別注重各章節(jié)之間的銜接以及知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在邏輯和關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中從整體上把握課程學(xué)習(xí)方向，最終能形成一個(gè)完整的知識(shí)體系。比如課程概述部分關(guān)于復(fù)合材料組成的基體和增強(qiáng)體，在后續(xù)各類型復(fù)合材料的教學(xué)中都有所涉及，并且都可以按照基體材料、增強(qiáng)材料、界面性能、加工制備、復(fù)合材料性能的邏輯次序來(lái)展開(kāi)，前四個(gè)方面都會(huì)對(duì)復(fù)合材料最終的性能及用途有所說(shuō)明。所以，在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，都要嚴(yán)格把握材料組分、結(jié)構(gòu)與性能以及性能決定應(yīng)用等關(guān)系，把每章節(jié)的內(nèi)容和整門(mén)課程的內(nèi)容聯(lián)接為一個(gè)知識(shí)整體。
3.教學(xué)中注重理論聯(lián)系實(shí)際。隨著復(fù)合材料在日常生活和社會(huì)生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用領(lǐng)域不斷發(fā)展擴(kuò)大，使得平時(shí)我們?cè)谝?、食、住、行各方面能夠看得到、摸得著的東西都能夠和復(fù)合材料搭上關(guān)系，甚至還是親密關(guān)系，比如我們所穿的衣服布料、吃飯用的碗碟和水杯、各類建筑材料等，都可分別歸類為課程中相應(yīng)的聚合物基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料等大類。在課程講授中時(shí)常穿插這些生活中的實(shí)例有助于加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的記憶和提高學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生對(duì)此也非常喜歡。
4.及時(shí)更新與課程相關(guān)的知識(shí)和內(nèi)容。復(fù)合材料自從研究發(fā)現(xiàn)以來(lái)，一直處于迅速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，每時(shí)每刻都會(huì)誕生新的復(fù)合材料，涌現(xiàn)出新的研究成果。因此在教學(xué)內(nèi)容中也要不斷地推陳出新，將之前的陳舊內(nèi)容進(jìn)行更新?lián)Q代，時(shí)常添加一些在復(fù)合材料領(lǐng)域發(fā)表的最新研究成果，尤其是把新型復(fù)合材料在航空航天、新能源、醫(yī)療、環(huán)境等尖端領(lǐng)域中的應(yīng)用實(shí)例貫穿到課堂教學(xué)中。
5.筆者目前正攻讀材料學(xué)礦物材料方向的博士學(xué)位，在課程內(nèi)容講解中，可以結(jié)合攻讀博士期間的研究?jī)?nèi)容、方法以及所查閱的大量文獻(xiàn)資料等對(duì)課堂知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)充完善。
三、教學(xué)方法及教學(xué)手段的豐富和創(chuàng)新
現(xiàn)在的教學(xué)大多都采用多媒體方式教學(xué)，但是多媒體教學(xué)過(guò)程也不僅僅就是做個(gè)PPT給學(xué)生演示講解一下就完事了，在教學(xué)中要不斷豐富和創(chuàng)新自身的教學(xué)方法和教學(xué)手段。
1.精心制作多媒體課件。當(dāng)今高校課堂，PPT課件已經(jīng)是最基本的要求了。即便如此，我們對(duì)這個(gè)最基本的PPT也要認(rèn)真對(duì)待。我們要做到課件美觀精練、圖文并茂，盡量避免大段文字堆積和由于粗心大意而產(chǎn)生的錯(cuò)別字等小問(wèn)題，還要避免為圖省事而隨意在網(wǎng)上下載別人現(xiàn)成的課件，即使是教材隨帶的課件，也得按照自己設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容和思路精心調(diào)整和修改，還要將好的視頻和音頻等素材融入到演示課件中。在計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)快速發(fā)展的今天，還要將已經(jīng)很成熟的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）系統(tǒng)引入到自己的教學(xué)過(guò)程中，增大教學(xué)信息，給學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)有經(jīng)歷感的學(xué)習(xí)環(huán)境。
2.調(diào)整和創(chuàng)新教學(xué)方式。首先，在教學(xué)過(guò)程中開(kāi)展教師指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生真正成為教學(xué)環(huán)節(jié)的主題?？傮w而言，該課程多為陳述性內(nèi)容，以往的“灌注式”教學(xué)模式使得課堂氣氛沉悶，學(xué)生也覺(jué)得枯燥乏味[4]。因此課堂教學(xué)中無(wú)需做到面面俱到，針對(duì)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)講解，對(duì)于容易理解的內(nèi)容讓學(xué)生在教師指導(dǎo)下自學(xué)，進(jìn)行學(xué)生匯報(bào)或提問(wèn)式檢查等。其次，采用討論式教學(xué)，加強(qiáng)課堂互動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生提問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生思考，讓學(xué)生主動(dòng)參與到教學(xué)中去。最后，每一章教學(xué)中期給學(xué)生布置題目，讓學(xué)生自主查閱文獻(xiàn)資料，在課堂上進(jìn)行分組報(bào)告，也鼓勵(lì)學(xué)生針對(duì)自己感興趣的主題或內(nèi)容進(jìn)行報(bào)告，報(bào)告后其他同學(xué)進(jìn)行提問(wèn)、點(diǎn)評(píng)和討論，此舉可以鍛煉學(xué)生利用各種媒介進(jìn)行文獻(xiàn)查閱和語(yǔ)言報(bào)告表達(dá)能力，使學(xué)生了解復(fù)合材料的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，接觸學(xué)科前沿領(lǐng)域，并提升自身綜合能力。同時(shí)也要借鑒國(guó)內(nèi)外其他高校在相同課程教學(xué)中好的思路和方法。
四、采取多元化的課程考評(píng)機(jī)制
課程考核是教學(xué)質(zhì)量管理體系中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的純知識(shí)記憶考試方式在很大程度上約束了學(xué)生的思維，也會(huì)對(duì)學(xué)生造成一定的壓力，最終的結(jié)果就是造成學(xué)生整天為了通過(guò)考試而學(xué)習(xí)，缺乏學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性[3]。教學(xué)中，我們要意識(shí)到考試從來(lái)都只是衡量和評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)所學(xué)課程知識(shí)掌握情況以及使用所學(xué)知識(shí)理解問(wèn)題、分析問(wèn)題和回答解決問(wèn)題能力的一種手段，并非教學(xué)的最終目的。鑒于此，本課程開(kāi)始之初就倡導(dǎo)學(xué)生輕松學(xué)習(xí)，最終采取多種形式相結(jié)合的考查方式，主要包括開(kāi)卷筆試、課堂報(bào)告、課程論文等，同時(shí)在很大程度上還兼顧考查學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)能力等綜合素質(zhì)。這種多元化的考評(píng)機(jī)制既達(dá)到了學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握情況，也注重對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程、創(chuàng)新思維以及綜合素質(zhì)的考查，符合學(xué)生在學(xué)習(xí)上的心理要求，也達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果，學(xué)生對(duì)此也表示滿意和贊同。
五、結(jié)語(yǔ)
教學(xué)過(guò)程是一個(gè)日積月累、不斷完善和熟練的過(guò)程。課程教學(xué)改革并非只是口頭上的說(shuō)詞，還是一項(xiàng)長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程，需要在長(zhǎng)期的教學(xué)過(guò)程中不斷探索和總結(jié)。我們要改變選修課曾不被很多老師和同學(xué)所重視的不良現(xiàn)象。通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)和總結(jié)，提高自身的教學(xué)水平，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，最終達(dá)到提高學(xué)生綜合能力、培養(yǎng)社會(huì)所需的綜合素質(zhì)人才的目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)：
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[2]馬慶宇.《復(fù)合材料概論》教學(xué)改革淺析[J].教育教學(xué)論壇，2013，（2）：48-50.
關(guān)鍵詞： 纖維混凝土；電鏡；增強(qiáng)機(jī)理；聚丙烯
中圖分類號(hào)：TU375文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
復(fù)合材料理論則是將多種單一材料結(jié)合或混合之后所構(gòu)成的材料整體看作一個(gè)多相系統(tǒng)，其性能乃是各個(gè)相的性能的加和值?；炷翉谋举|(zhì)上說(shuō)就是一種復(fù)合材料。我國(guó)混凝土科學(xué)技術(shù)的先驅(qū)和奠基人、工程院院士吳中偉教授在水泥基復(fù)合材料的科學(xué)研究方面提出了具有創(chuàng)建性的思路。早在1959年，吳中偉教授發(fā)表“中心質(zhì)效應(yīng)假說(shuō)”，把水泥基復(fù)合材料的不同層次結(jié)合在一起。吳中偉教授認(rèn)為，中心質(zhì)效應(yīng)是可以疊加的。這種思路的內(nèi)核，正是復(fù)合材料理論的精髓。復(fù)合材料之所以需要復(fù)合，目的是為了改善材料的力學(xué)性能。而材料復(fù)合的前提是那些基礎(chǔ)材料分別具有不同的性能特點(diǎn)，同時(shí)它們?cè)谙嗷ソY(jié)合的時(shí)候沒(méi)有或者基本上沒(méi)有不良的后果。
1 纖維對(duì)混凝土性能的影響分析
聚丙烯纖維被稱為混凝土的“次要加強(qiáng)筋”，適用于路面、橋面等工程，摻入纖維后對(duì)水泥混凝土性能的主要改善在于增強(qiáng)混凝土的韌性。美國(guó)聯(lián)邦公路戰(zhàn)略計(jì)劃(SHRP)通過(guò)大量試驗(yàn)研究和工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出：在混凝土中摻入聚丙烯纖維改善混凝土的品質(zhì)，使混凝土的綜合使用性能得到提高，因此將聚丙烯纖維等有機(jī)纖維增強(qiáng)混凝土當(dāng)作路面高性能混凝土的一種途徑。
聚丙烯纖維加入水泥基體中，理論上會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生以下幾種性能影響：（1）增稠作用；（2）影響基體的強(qiáng)度；（3）阻止基體中原有缺陷（微裂縫）的擴(kuò)展并延緩新裂縫的出現(xiàn)；（4）影響基體的耐久性。
1.1聚丙烯纖維的增稠效應(yīng)
加入聚丙烯纖維后，混凝土的工作性方法改變，坍落度降低、離析和泌水減少。在新拌混凝土中，均勻散布的聚丙烯纖維在混凝土中呈現(xiàn)三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，起到了支撐集料的作用，其作用效果為阻止了粗、細(xì)集料的相繼沉降，即粗集料首先下沉，然后是細(xì)集料。由于聚丙烯纖維的存在，同時(shí)也可以減少混凝土表面的析水。在混凝土中，水、料分開(kāi)的現(xiàn)象稱為“離析”，其不僅影響混凝土的勻質(zhì)性，同時(shí)因混凝土表面層存在較多的水泥凈漿或含有較細(xì)集料的水泥砂漿，使得表層失水迅速而發(fā)生較大的收縮，從而導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)比較多的裂縫，這種裂縫通常被稱為“沉降裂縫”。
1.2關(guān)于聚丙烯纖維在混凝土中對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)
根據(jù)目前己經(jīng)收集到的資料，可以觀察到性質(zhì)完全相反的兩種結(jié)論。有報(bào)告稱，摻加聚丙烯纖維的混凝土比未摻加聚丙烯纖維的混凝土無(wú)論是抗壓強(qiáng)度還是抗折強(qiáng)度都有明顯提高。但是也有觀點(diǎn)聲明：在混凝土中摻加一般的低彈性模量的化學(xué)纖維通常并不能提高混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度，低摻量纖維對(duì)混凝土的抗壓、抗拉與抗彎強(qiáng)度以及楊氏彈性模量均無(wú)明顯的影響.并認(rèn)為那些表明低摻量的纖維即可適度提高混凝土的抗壓、抗拉、抗彎等強(qiáng)度的指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果“很可能是帶選擇性的”。有些研究報(bào)告結(jié)果甚至反映由于聚丙烯纖維的加入使其混凝土的抗壓強(qiáng)度還有所降低。
根據(jù)前面力學(xué)性能試驗(yàn)研究結(jié)果可知，對(duì)于聚丙烯纖維而言，摻入一定量時(shí)混凝土的抗折和抗壓強(qiáng)度有一定程度的提高，這并不意味著在混凝土中摻加聚丙烯纖維對(duì)于混凝土強(qiáng)度，就一定是增強(qiáng)作用。據(jù)此推斷的結(jié)論應(yīng)該是：首先，聚丙烯纖維對(duì)混凝土的力學(xué)強(qiáng)度的改性作用與纖維本身的物理性能，如長(zhǎng)徑比、抗拉強(qiáng)度，纖維摻量及纖維的形式有關(guān)。其次，由前面試驗(yàn)可知，纖維混凝土的施工工藝，即拌和方式、攪拌時(shí)間、振動(dòng)時(shí)間對(duì)混凝土的強(qiáng)度也有一定的影響；再次，混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)和觀測(cè)結(jié)果的離散性及纖維混凝土配比對(duì)強(qiáng)度的影響，可能影響聚丙烯纖維本身對(duì)改變混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)能力。雖然聚丙烯纖維混凝土的主要研究方向?yàn)槟途眯约捌谛阅艿确矫?，但是了解聚丙烯纖維對(duì)混凝土的力學(xué)性能的貢獻(xiàn)，有利于路面纖維混凝土的工程應(yīng)用。
1.3聚丙烯纖維的作用
聚丙烯纖維在水泥混凝土中阻止基體中原有缺陷（微裂縫）的擴(kuò)展并延緩新裂縫的出現(xiàn)在混凝土中加入一定量的聚丙烯纖維，可降低微裂縫尖端的應(yīng)力集中，防止微裂縫擴(kuò)展，并可防止連通裂縫的出現(xiàn)。當(dāng)混凝土原生裂隙在擴(kuò)張過(guò)程中遇到纖維時(shí)，纖維將迫使裂縫改變延伸方向或跨越纖維形成更細(xì)小的裂紋，在此過(guò)程中裂縫擴(kuò)張的能量得以消耗。當(dāng)混凝土中出現(xiàn)破壞性裂縫時(shí)，由于裂縫的前端與纖維相交，纖維起到跨裂縫傳遞荷載的橋梁作用，鈍化了裂縫尖端的應(yīng)力集中，使得引起裂縫的拉應(yīng)力得以消弱或消除。由于聚丙烯纖維在混凝土中呈三維亂向分布，故可使裂縫的發(fā)展得到有效的抑制，達(dá)到了抗裂的目的。
1.4聚丙烯纖維的加入，影響基體耐久性
纖維的加入，使混凝土的疲勞性、抗沖擊能力、耐磨性能得到良好的改善?；炷林屑尤刖郾├w維凝固后，握裹水泥的高強(qiáng)纖維絲相互粘接成為致密的、亂向分布的網(wǎng)狀增強(qiáng)系統(tǒng)，有利于防止并控制微裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，并增強(qiáng)了混凝土的韌性。同時(shí)由于有效改善了泌水性，對(duì)于早期養(yǎng)護(hù)大有裨益。試驗(yàn)表明，水泥水化早期，聚丙烯纖維混凝土比普通水泥混凝土可保持更多的水分，這樣水泥的水化反應(yīng)更徹底，離析減少，級(jí)配更加均勻，其表面強(qiáng)度較之普通混凝土更強(qiáng)。聚丙烯纖維獨(dú)特的表面處理工藝使得纖維可以和水泥基料緊密地結(jié)合在一起，極大地保持了混凝土的整體強(qiáng)度，混凝土在受到?jīng)_擊時(shí)聚丙烯纖維吸收了大量能量，從而有效減少了應(yīng)力集中的作用，阻礙了混凝土中裂縫的迅速擴(kuò)展，增強(qiáng)了混凝土的耐磨性能、疲勞性能、抗沖擊能力。
2 微觀形貌研究(SEM)
電子顯微鏡是利用電子與物質(zhì)作用所產(chǎn)生的訊號(hào)來(lái)鑒定微區(qū)的晶體結(jié)構(gòu)、微觀組織、化學(xué)成份、化鍵和電子分布情況的電子光學(xué)裝置。進(jìn)行電子顯微分析時(shí)要把具有一定能量的電子會(huì)聚成細(xì)小的電子束，與樣品物質(zhì)相互作用，激發(fā)出可以表征材料微區(qū)特征的各種信息，檢測(cè)并處理這些信息。
本試驗(yàn)選用S-3400N掃描電子顯微鏡對(duì)試樣進(jìn)行顯微分析，如圖4.1。該儀器技術(shù)參數(shù)如下：
（1）二次電子SE分辨率：3.0nm (高真空，30KV)，10nm(高真空，3KV)
（2）背散射電子BSE分辨率：4.0nm (低真空，30KV)
（3）倍率：5~300000倍
圖1 S-3400N掃描電子顯微鏡
試塊破壞內(nèi)部纖維基本被拉斷，說(shuō)明水泥與材料之間結(jié)合緊密，試塊比較密實(shí)，見(jiàn)圖1。
（a）普通混凝土（b）超韌性纖維混凝土
圖2 電鏡掃描結(jié)果
從圖2可以看出，（1）基準(zhǔn)混凝土試件中有大量明顯的纖維狀的C-S-H晶體和片狀鈣釩石晶體，說(shuō)明在基準(zhǔn)試件中水泥的水化不充分。從SEM圖看出，基準(zhǔn)試件空隙大，結(jié)構(gòu)不甚致密，且存在明顯的裂紋痕跡。（2）從加纖維混凝土試件的SEM照片中，并不能看出明顯的C-S-H和鈣釩石，而且混凝土的結(jié)構(gòu)較為致密，無(wú)明顯裂痕。這表明聚丙烯纖維對(duì)砂漿的改性作用效果是明顯的，纖維的保水性使混凝土水化充分，因而形成的水化產(chǎn)物致密。（3）從圖2中也可清晰的看出，纖維的表面有部分水泥基體殘余，表明纖維與水泥基體能緊密結(jié)合，進(jìn)而提供更好的力學(xué)性能。
3 結(jié)論
（1）加入聚丙烯纖維后，混凝土的工作性方法改變，坍落度降低、離析和泌水減少。
（2）纖維與水泥基體能緊密結(jié)合，進(jìn)而提供更好的力學(xué)性能。
參考文獻(xiàn)
論文摘要：導(dǎo)電聚合物的突出優(yōu)點(diǎn)是既具有金屬和無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的電學(xué)和光學(xué)特性，又具有有機(jī)聚合物柔韌的機(jī)械性能和可加工性，還具有電化學(xué)氧化還原活性。MacDiamid，Heeger和白川英樹(shù)因在導(dǎo)電聚合物的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展中作出的突出貢獻(xiàn)共同獲得2000年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。聚苯胺因具有制備簡(jiǎn)單（可通過(guò)化學(xué)氧化聚合批量生產(chǎn)）、成本低廉、穩(wěn)定性好、可制備成導(dǎo)電聚苯胺溶液等突出優(yōu)點(diǎn)，成為最有應(yīng)用前景的導(dǎo)電聚合物之一。
1 聚苯胺衍生物
聚苯胺(PAn) 具有優(yōu)良的電化學(xué)活性和環(huán)境穩(wěn)定性，但加工性能、溶解性能、物理力學(xué)能差等問(wèn)題極大的限制了PAn的應(yīng)用與發(fā)展，對(duì)PAn的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性和修飾可有效改善以上缺陷，因而成為當(dāng)前PAn研究的主要方向。
在苯胺環(huán)鄰位上引入介晶基元是獲得液晶聚苯胺衍生物的一種重要方法。該類液晶聚苯胺衍生物的制備是先合成帶有介晶基團(tuán)鄰位環(huán)取代苯胺單體，然后通過(guò)界面聚合得到液晶性的聚鄰位環(huán)取代苯胺。 將液晶化合物1-溴-10-（對(duì)-4-正戊基-環(huán)己基-苯酚基）-癸烷引入到苯胺環(huán)鄰位上，可使其與鄰羥基-N-乙?；桨吠ㄟ^(guò)醚化反應(yīng)，得到介晶基團(tuán)鄰位環(huán)取代苯胺。聚合反應(yīng)是在水和有機(jī)溶劑層的界面之間進(jìn)行的，水中含有過(guò)硫酸銨和高氯酸，有機(jī)溶劑為氯仿。典型的聚合反應(yīng)示例如下:0℃下，將鄰位環(huán)取代苯胺、高氯酸和氯仿等放在燒瓶中攪拌混勻，將過(guò)硫酸銨溶液逐滴加到該混合液中，反應(yīng)24h后即得氧化態(tài)聚苯胺衍生物。用氨水溶液還原后可獲得中性的聚苯胺衍生物，所得聚合物都具有很好的溶解性，能溶于氯仿、四氫呋喃、NMP等有機(jī)溶劑中。
如果在亞甲基橋上引入液晶基元，也將合成出液晶性的聚苯胺衍生物。其合成方法通常是基于Rothemund 反應(yīng)，將二苯胺和末端基為苯甲醛的液晶化合物在硫酸存在下進(jìn)行脫水縮聚反應(yīng)。
2 聚苯胺共聚物
應(yīng)用聚苯胺的優(yōu)良導(dǎo)電性能，通過(guò)多種方式與其他結(jié)構(gòu)，功能材料共聚，能夠的到多種多樣的新型高分子材料，并用于航空航天，汽車(chē)，微電子，通信，紡織等諸多領(lǐng)域，逐漸成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。
2．1 煤基聚苯胺導(dǎo)電復(fù)合材料
西安科技大學(xué)首先利用煤的特殊芳環(huán)結(jié)構(gòu)特征(電性質(zhì))、孔結(jié)構(gòu)特征(溶脹性)及酸性側(cè)基官能團(tuán)結(jié)構(gòu)特征，以煤為基體并作為一種大分子質(zhì)子酸摻雜劑，引發(fā)苯胺的原位聚合制得煤基聚苯胺導(dǎo)電復(fù)合材料。這種復(fù)合材料有望成為一種新型廉價(jià)的導(dǎo)電填料，用來(lái)填充各種聚合物制備導(dǎo)電復(fù)合材料，從而解決聚苯胺在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的加工性不好的問(wèn)題。
2.2 PAn-PEG6000-PAn三嵌段共聚物
PEG為柔性聚合物，其引入有利于聚苯胺摻雜。毛聯(lián)波等將三嵌段共聚物分別溶于N-甲基吡咯烷酮（NMP），N，N-二甲基酰胺（DMF）、CHCl2（DCM）和乙醇中，配成濃度約1.5mg/Ml的稀溶液，室溫下磁力攪拌4h，掃描電鏡下觀察了其自組裝行為，看出，在不同溶劑類型中，三嵌段共聚物可以組裝成不同的形貌， 主要取決于溶劑與兩種鏈段的相容性差異。
2．3 碳納米管/聚苯胺復(fù)合材料
北京化工大學(xué)的曾憲偉等通過(guò)原位聚合方式制得了碳納米管/聚苯胺復(fù)合材料。將適量的碳納米管放人盛自去離子水的三口燒瓶中，高速攪拌一段時(shí)間。取適量苯胺溶解在50mL去離了水中。 用HCl調(diào)節(jié)pH為1～2，然后加入三口燒瓶中充分?jǐn)嚢杈鶆?。取適量(NH4)2S2O8，用去離了水配成5OmL溶液，控制聚苯胺和(NH4)2S2O8的摩爾比約為l：l，在冰水浴條件下向苯胺和碳納米管的混合溶液中緩慢摘加(NH4)2S2O8的水溶液，使之在0O C條件下反應(yīng)30min反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物進(jìn)行過(guò)濾洗滌，在真空條件下干燥，制得碳納米管/聚苯胺復(fù)合材料?？闯?，在碳納米管/聚苯胺復(fù)合材料中，聚苯胺將碳納米管完全包住，在碳納水管表面形成一聚苯胺層。 轉(zhuǎn)貼于
2．4 PVA/PANI導(dǎo)電復(fù)合纖維
由導(dǎo)電纖維制成的導(dǎo)電織物，具有優(yōu)異的導(dǎo)電、電熱、屏蔽、吸收電磁波等功能，廣泛應(yīng)用于電子、電力行業(yè)的導(dǎo)電網(wǎng)、導(dǎo)電工作服；醫(yī)療行業(yè)的電熱服、電熱繃帶；亦廣泛用于航空、航天、精密電子行業(yè)的電磁波屏蔽罩等方面。
四川大學(xué)的李磊等將具有良好力學(xué)性能的聚乙烯醇(PVA)纖維在溶脹狀態(tài)下浸漬苯胺(ANI)，制取了PVA/PANI導(dǎo)電復(fù)合纖維。PVA纖維試樣放入1 mol/L的ANI單體的鹽酸(1mol/L)溶液中，浸泡3h后取出，迅速放入盛有過(guò)硫酸銨(1.0g)與1mol/L的鹽酸溶液中，在0-5oC下聚合反應(yīng)2h得到PVA/PANI導(dǎo)電復(fù)合纖維。
2．5 聚苯胺包覆短碳纖維
直接用聚合物包覆改性SCF(PASCF)表面松散，在機(jī)械作用下產(chǎn)生了剝離，氧化處理后用聚苯胺包覆改性后的SCF(PAOSCF)表面致密、呈現(xiàn)凹凸不平狀，表面的粗糙度明顯增大，從而增大SCF表面與基料樹(shù)脂之問(wèn)的有效接觸面積，有利于樹(shù)脂的浸潤(rùn)，物理錨定作用顯著增強(qiáng)．這主要是由于硝酸氧化處理的SCF表面增加－C00H，－0H等官能團(tuán)的含量，提高纖維表面的潤(rùn)濕性和極性，增加了化學(xué)鍵合點(diǎn)，從而提高了原位聚合過(guò)程中苯胺單體在纖維表面的潤(rùn)濕和化學(xué)鍵合作用，有效改善了聚苯胺在纖維表面的附著性，形成了比較致密的包覆層。
參考文獻(xiàn)
[1]Hiromasa Goto and Kazuo Akagi Synthesis and Properties of Polyaniline Derivatives with Liquid Crystallinity，Macromolecules 2002：35，2545-2551