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建筑材料分析与测试技术(土木工程核心课程)

时间:2020-11-02 22:05:18     发布者:

建筑材料分析与测试技术

0814土木工程一级学科研究生核心课程指南

一、课程概述

建筑材料是人类社会建造各类建筑物的基础材料,也是最大宗的人造材料。一方面,土木建筑物结构越来越复杂化,且服役环境多样化,这对建筑材料的性能提出了新的挑战;另一方面,全球环境问题日益严重,建材行业节能减排需求突出,绿色建材技术成为研究热点。因此,高性能、功能化、低环境负荷是建筑材料的发展趋势。为适应新趋势,需要深入地理解建筑材料的本质,并进一步创新发展。先进的测试技术是理解并发展建筑材料的必要手段,为推动建筑材料行业科学与技术的进步提供基础。

本课程将涵盖建筑材料原材料表征、新拌浆体以及硬化浆体的各种测试技术,着重从测试原理、取样/样品制备、测试过程及注意事项、数据采集与结果处理、结果的解释与应用、不同方法对比等几个方面对测试方法进行全面阐释。本课程既阐述测试方法的基本原理,又介绍测试方法的实际操作,结合理论与实践,为研究生的科研探索提供有力支撑。本课程是研究生核心课程,在研究生的课程体系中具有重要地位。

二、先修课程

建筑材料,水泥基材料化学与物理,建筑材料物理化学。

三、课程目标

了解不同测试方法的基本原理;熟练掌握建筑材料领域研究过程中常用的分析方法与测试技术;具备综合运用多种分析方法和测试技术进行科研探究的能力。

四、适用对象

博士研究生和硕士研究生。

五、授课方式

(1)课堂讲授:授课老师课堂讲授测试仪器的基本原理以及常用的分析方法与测试技术;

(2)实验操作:实验室实验仪器实际操作;

(3)课后交流:研究生结合各自研究方向进行展示与交流。

六、课程内容

第一讲建筑材料科学基础

主要内容:建筑材料(以水泥基材料为主)的主要种类;介绍混凝土原材料的各个组分和微观结构;介绍水泥基材料的水化机理和基本性能。

第二讲 颗粒材料尺寸测试分析

主要内容:介绍颗粒材料尺寸测试方法(主要包括激光粒度分析法、比表面积一气体透过法及BET比表面积法)的基本原理;取样/样品制备过程;测试过程的注意事项以及数据结果的解释和应用。

重点:不同测试方法的适用条件和准确程度。

第三讲 新拌浆体流变性能测试

主要内容:水泥基材料流变学的基本参数和基本模型;流变参数的测试方法以及流变仪的测试原理;测试过程的注意事项以及结果分析方法;典型实例分析。

重点:采用BML流变仪系列中的TCAR叶片流变仪和 ConTec Visco 5流变仪测试水泥基材料的流变性能。

第四讲水泥基材料变形测试方法

主要内容:变形测试方法的分类及测试原理;体积测试法和长度测试法的样品制备和仪器操作;结合采集的实验数据,讨论混凝土变形零点的测试和确定以及实验结果的处理方法。

重点:体积测试法和长度测试法。

第五讲 水化热测试技术

主要内容:两种常见量热仪器(等温量热仪和半绝热量热仪)的基本原理;样品制备以及测试过程中仪器校准和搅拌测量的注意事项;结合实际胶凝体系的水化热实验,讲解实验数据的处理方法。

重点:测量水泥基材料在反应过程中热量变化和吸放热速率的测试手段。

第六讲 H核磁共振谱测试技术

主要内容:核磁共振的基本原理以及弛豫现象的理论与机理;样品的制备以及测试过程和注意事项;实例的解释和应用。

重点:氢质子低场核磁共振技术。

第七讲 固体核磁测试技术

主要内容:固体核磁共振的基本原理;样品的制备以及测试过程和注意事项;基于实验结果进行解释和应用;分析典型实例。

重点:原材料和反应产物的结构信息的表征

第八讲 水泥基材料孔结构测试方法

主要内容:新拌水泥基材料气孔结构测试方法,硬化混凝土气孔结构分析方法,超景深数字里微镜测孔方法(孔的三维参数)等多种孔隙结构表征手段;压派法的基本理论及目前三种常用由量凋派压入体积的方法;样品制备方法、试验操作方法以及测孔的误差分析;水泥基材料孔结构分析常用的表征参数。

重点:测定新拌水泥基材料和硬化浆体孔隙率及孔径分布。

第九讲 微观形貌分析

主要内容:扫描电子显微镜二次电子成像(SE)和背散射电子成像(BSE)的原理以及环境扫描电镜的基本原理;SEBSE样品的制备要求以及测试过程中的注意事项;应用实例分析。

重点:结合实例,重点讲解利用扫描电镜进行物相识别、微区成分分析以及图像处理分析的

方法与技巧。

第十讲X-CT测试技术

主要内容:X-CT系统的主要构成部分及测试原理;X-CT技术应用及注意事项;比较X-CT技术与其他测试方法的优劣,介绍X-CT的适用性;分析典型实例。

重点:介绍X-CT技术在孔结构测试、硬化装体碳化测试、原位监测水分传输以及纤维增强水泥基材料纤维空间分布四个方面的应用及对应的测试方法和注意事项。

第十一讲 X射线衍射技术

主要内容:X射线的产生、X射线粉磨衍射、物相定性分析和物相定量分析的基本原理;样品制备方法,包括颗粒尺寸要求、装载方式、终止水化方式、样品碳化等;与其他方法的比较,包括水化程度、氢氧化钙含量、钙矶石含量和非晶体含量等;分析典型实例。

重点:Rietveld方法的基本原理。

第十二讲 水泥基材料物相的热分析

主要内容:热重分析仪器的构成和测试原理;样品的制备方法,包括终止水化及十燥方式、避免碳化的方法、样品量、样品形态等;测试过程的注意事项,包括浮力及对流的影响、升温速率、试验气氛等;介绍结果的处理方法,包括基线校正和数据处理。

重点:结合实例,重点讲解热重数据的分析方法,包括化学结合水、非蒸发水量和氢氧化含量的定量分析等。

第十三讲 水泥基材料红外光谱分析

主要内容:红外吸收的基本原理、技术指标、测试参数等;样品制备和测试过程中的注意事项;红外光谱的定性分析和定量分析的方法及注意事项;结合实例,讲解红外光谱的具体应用。

重点:红外光谱在水泥基材料测试中的具体应用,包括分析水泥熟料、水化过程、水化产物等。

第十四讲纳米压痕测试技术

主要内容:纳米压痕仪器的构成和测试原理;纳米压痕测试样品的制备方法;测试过程中的加载制度;比较纳米压痕技术与其他力学性能测定技术的优劣,介绍纳米压痕技术的适用范用。

重点:纳米压痕测试技术原理与应用。

第十五讲 水泥基材料电化学测试方法

主要内容:交流阻抗谱和电阻率的测试原理和具体应用领域;样品制备方法和测试过程注意意事项;交流阻抗谱和电阻率的结果采集过程和数据分析处理方法。

重点:交流阻抗谱(ACIS)和电阻率(ERM)

第十六讲 水泥基材料测试分析方法综合实例

主要内容:针对建筑材料研究前沿,综合运用多种测试手段进行分析,得出科学结论。

七、考核要求

考核方式:平时作业+期末大作业。

考核标准:

(1)平时作业:能够阐述清楚主要测试方法的原理;清楚测试方法的误差;处理并正确分析实验数据。

(2)能够针对一个研究目标设计完整的宏观+微观测试体系;能够对一整套实验数据进行分析,得出科学的结论。

八、编写成员名单

王强(清华大学)、王茹(同济大学)、杨英姿(哈尔滨工业大学)、王宝民(大连理工大学)