纳米材料在化工生产中的应用材料工程学论文

纳米材料在化工生产中的应用材料工程学论文（通用10篇）

纳米材料在化工生产中的应用材料工程学论文篇1

纳米材料（又称超细微粒、超细粉未）是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统，其结构既不同于体块材料，也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等，拥有一系列新颖的物理和化学特性，在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。

纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工生产领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力。

1.在催化方面的应用

催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。

纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。

光催化反应涉及到许多反应类型，如醇与烃的氧化，无机离子氧化还原，有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成，固氮反应，水净化处理，水煤气变换等，其中有些是多相催化难以实现的。半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。例如纳米TiO2，既有较高的光催化活性，又能耐酸碱，对光稳定，无毒，便宜易得，是制备负载型光催化剂的最佳选择。已有文章报道，选用硅胶为基质，制得了催化活性较高的TiO／SiO2负载型光催化剂。Ni或Cu一Zn化合物的纳米颗粒，对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂，可代替昂贵的铂或钮催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从600℃降至室温。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究，是未来催化科学不可忽视的重要研究课题，很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。

2.在涂料方面的应用

纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇，使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层，耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层，导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。

3.在其它精细化工方面的应用

精细化工是一个巨大的工业领域，产品数量繁多，用途广泛，并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。国外已将纳米SiO2，作为添加剂加入到密封胶和粘合剂中，使其密封性和粘合性都大为提高。此外，纳米材料在纤维改性、有机玻璃制造方面也都有很好的应用。在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的SiO2，可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的；而加入A12O3，不仅不影响玻璃的透明度，而且还会提高玻璃的高温冲击韧性。一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能，而且质地细腻，无毒无臭，添加在化妆品中，可使化妆品的性能得到提高。超细TiO2的应用还可扩展到涂料、塑料、人造纤维等行业。最近又开发了用于食品包装的TiO2及高档汽车面漆用的珠光钛白。纳米TiO2，能够强烈吸收太阳光中的紫外线，产生很强的光化学活性，可以用光催化降解工业废水中的有机污染物，具有除净度高，无二次污染，适用性广泛等优点，在环保水处理中有着很好的应用前景。在环境科学领域，除了利用纳米材料作为催化剂来处理工业生产过程中排放的废料外，还将出现功能独特的纳米膜。这种膜能探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能对这些制剂进行过滤，从而消除污染。

4.在医药方面的应用

21世纪的健康科学，将以出入意料的速度向前发展，人们对药物的需求越来越高。控制药物释放、减少副作用、提高药效、发展药物定向治疗，已提到研究日程上来。纳米粒子将使药物在人体内的传输更为方便。用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织；使用纳米技术的新型诊断仪器，只需检测少量血液就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病，美国麻省理工学院已制备出以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物，称之为“定向导弹”。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物，注射到人体血管中，通过磁场导航输送到病变部位，然后释放药物。纳米粒子的尺寸小，可以在血管中自由流动，因此可以用来检查和治疗身体各部位的病变。对纳米微粒的临床医疗以及放射性治疗等方面的应用也进行了大量的研究工作。据《人民日报》报道，我国将纳米技术应用于医学领域获得成功。南京希科集团利用纳米银技术研制生产出医用敷料——长效广谱抗菌棉。这种抗菌棉的生产原理是通过纳米技术将银制成尺寸在纳米级的超细小微粒，然后使之附着在棉织物上。银具有预防溃烂和加速伤口愈合的作用，通过纳米技术处理后的银表面急剧增大，表面结构发生变化，杀菌能力提高200倍左右，对临床常见的外科感染细菌都有较好的抑制作用。

微粒和纳粒作为给药系统，其制备材料的基本性质是无毒、稳定、有良好的生物性并且与药物不发生化学反应。纳米系统主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的药物的给药。

纳米生物学用来研究在纳米尺度上的生物过程，从而根据生物学原理发展分子应用工程。在金属铁的超细颗粒表面覆盖一层厚为5～20nm的聚合物后，可以固定大量蛋白质特别是酶，从而控制生化反应。这在生化技术、酶工程中大有用处。使纳米技术和生物学相结合，研究分子生物器件，利用纳米传感器，可以获取细胞内的生物信息，从而了解机体状态，深化人们对生理及病理的解释。

5.结语

纳米材料在化工生产中的应用材料工程学论文篇2

1.1 力学性质

高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低,位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型,其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大,增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大,所以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生,这就是纳米晶强化效应。

1.2 磁学性质

当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2,在这情况下,感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%,已不能满足需要,而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%,可以用于信息存储的磁电阻读出磁头,具有相当高的灵敏度和低噪音。

1.3 电学性质

由于晶界面上原子体积分数增大,纳米材料的电阻高于同类粗晶材料,甚至发生尺寸诱导金属———绝缘体转变(SIMIT)。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点,有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。

1.4 热学性质

纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值,这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。

2 纳米材料在化工行业中的应用

2.1 在催化方面的应用

催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用,它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低,而且其制备是凭经验进行,不仅造成生产原料的巨大浪费,使经济效益难以提高,而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多,为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂,可大大提高反应效率,控制反应速度,甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10~15倍。

纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂,特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒,可近似地看成是一个短路的微型电池,用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时,半导体纳米粒子吸收光产生电子———空穴对。在电场作用下,电子与空穴分离,分别迁移到粒子表面的不同位置,与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。

2.2 在涂料方面的应用

纳米材料由于其表面和结构的特殊性,具有一般材料难以获得的优异性能,显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇,使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术,添加纳米材料,可获得纳米复合体系涂层,实现功能的飞跃,使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性;功能涂层是赋予基体所不具备的性能,从而获得传统涂层没有的功能。在涂料中加入纳米材料,可进一步提高其防护能力,实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等,在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层,可利用其光学特性,达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料,可以达到减少光的透射和热传递效果,产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料,所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子,在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性,因而能起到静电屏蔽作用,而且氧化物纳米微粒的颜色不同,这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色,克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变,还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中,将纳米Ti O2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中,能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果,从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米Si O2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米Si O2,可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景,将为涂层技术带来一场新的技术革命,也将推动复合材料的研究开发与应用。

2.3 在精细化工方面的应用

精细化工是一个巨大的工业领域,产品数量繁多,用途广泛,并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音,并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域,纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米Si O2,可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3,和Si O2,加入到普通橡胶中,可以提高橡胶的耐磨性和介电特性,而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料,可以提高塑料的强度和韧性,而且致密性和防水性也相应提高。

纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学,主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。21世纪将是纳米技术的时代,为此,国家科委、中科院将纳米技术定位为“21世纪最重要、最前沿的科学”。纳米材料的应用涉及到各个领域,在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生,将对人类社会产生深远的影响,并有可能从根本上解决人类面临的许多问题,特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。

摘要：充满生机的二十一世纪,以知识经济为主旋律和推动力正引发一场新的工业革命,节省资源、合理利用能源、净化生存环境是这场工业革命的核心,纳米技术在生产方式和工作方式的变革中正发挥重要作用,它对化工行业产生的影响是无法估量的。这里主要介绍纳米材料在化工领域中的几种应用。

关键词：纳米材料,化工领域,应用

参考文献

[1]张立德,牟季美.纳米材料和纳米结构[M].北京:科学出版社,2001.

[2]严东生,冯端.材料新星纳米材料科学[M].长沙:湖南科学技术出版社,1998.

[3][德]H.Gleiter.纳米材料[M].崔平,方永,葛庭燧,译.北京:原子能出版社,1994.

关于新型防水材料在工程中的应用篇3

关键词：新型材料；防水材料；应用；

引言

随着中国城乡建设的发展，建筑数量可以剧增，建筑能耗的比例越来越大，建筑降耗在我们国家应该成为一个问题认真对待。在我国，建筑节能发展前景广阔，科技创新使人们有可能创新建筑节能。本文阐述了新材料在屋面保温节能和保温防水中的具体应用以及和传统方法相比，以及在设计、施工中的优势。

1.建筑屋面节能材料的应用

1.1种植屋面

有很多建筑屋面的节能与环保采取了屋面种植的形式，此种形式一般分为筱土种植式屋面、无土种植式屋面，以及屋顶绿化排水蓄水隔根板（又称屋顶绿化隔板）三种。筱土种植式屋面是采用覆盖种植土壤而实现隔热保温的效果，但是此种方法会加重屋面的承重力。无土种植式屋面是采用一些较轻的种植层覆盖在屋面，比如水渣，蛙石等，这样减轻屋面荷载的同时，也更大的实现了隔热保温的目的。重要的是降低了能源的消耗，但是这种方式的后期保养费用较高工序繁琐。屋顶绿化隔板，具备蓄存水分湿润植根、（架空）二层排水道，排除雨季积水、架空透气、保温隔热和隔断植根等主要功能，解决了传统屋面种植绿化的屋面荷载重、排水不便、很难蓄水等问题，是建筑技术与绿化技术相衔接的环保节能创新产品，也将成为一种新型的节能屋面。

1.2吸湿被动蒸发隔热屋面

吸湿被动蒸发隔热屋面是利用吸湿剂的吸放湿气（实质是利用水的液-气相变蓄热）的过程实现蓄热功能，而这种吸湿剂一般选用膨胀珍珠岩作为蓄热材料。此种材料吸湿性强、价格优惠，保温隔热能力强等优点，并且其来源广泛，在建筑围护结构中获得了大量应用。在大多建筑屋面的吸湿材料中，一般选用以抓化钙为掺合料、水泥为粘结剂、膨胀珍珠岩为骨料复合而成的吸湿多孔材料，这种材料能始终保证与室外大气之间进行物质交换。吸湿被动蒸发隔热屋面的施工工艺简单，等同于传统的架空通风屋，只需要在原有的屋面上铺加一层吸湿多孔材料层即可。此层面上可再做架空保护层，以此达到节能改造的效果，简单易行，在我国建筑节能工程中得到了推广和应用。

1.3稻草板屋面

稻草板屋面是利用纯天然的稻草或麦秸为主要原料，经过热挤压成型，表面粘贴纸张，制成的秸秆板的屋顶。这种层顶也可作为一些地区的节能屋面，在一些地区也可作为节约能源的屋面，具有重量轻、强度高、保温隔热、建立的房屋具有在夏季凉爽和冬季温暖和的特点。稻草板屋顶的房子具有重量轻和良好的抗展性能。从生态保护方面考虑，稻草板原材料丰富，价格低廉，其社会效益与经济效益可见一斑。当前，在东北农村地区应用较多。

2.屋面保温防水材料的应用

2.1聚氨酯屋面保温防水一体化技术

聚氨酯保温防水一体化技术是当前性价比最优的屋面保温防水体系。我们通常采用的聚氨酯硬泡材料具有耐久性、防水性、保温性、隔热性、无缝性、粘接性、环保性、经济性等多种性能，其喷涂施工也比较简易。一般采用高压（大于10 MPa）无气喷涂机喷涂聚氨酯两种黑白料胶体，通过混合式高速旋转以及剧烈撞击在几秒钟内产生微小的相连但独立的封闭泡孔结构喷涂于物体表面，连续喷涂使整个屋面形成封闭泡孔结构（聚氨酯硬微小泡体闭孔率≥95%，吸水率≤1%，节能、隔热效果最好），粘接牢固且无渗透无缝隙，通常施工厚度大于等于40 mm 就可以达到节能65%的要求。为满足不同工程的需要，聚氨酯硬泡体的抗压强度一般要保证超过300 kPa。还可以根据工程的实际需要，加大抗压强度到600 kPa 以上。另外，聚氨酯硬泡体可以与众多材料牢固粘结在一起，比如木材、金属、砖石、混凝土等。其粘结强度超过聚氨酯硬泡体本身的撕裂强度，从而使硬泡层与屋面基层成为一体，不易发生脱层，避免了屋面水沿层面缝隙渗透。而且聚氨酯硬泡体在低温-50℃情况下不脆裂，在高温+150℃情况下不流淌，不粘连，可正常使用，且耐弱酸、弱碱等化学物质侵蚀。

2.2建筑材料保温隔热与防水一体化

（1）阻隔性隔热涂料

阻隔性隔热涂料是采用低导热系数的原料作填料，如采用空心玻璃微珠作填料。空心玻璃微珠是在玻璃材料中预混入高温下能气化的金属微粒，玻璃被加热熔融后，金属微粒气化，将液态玻璃吹成微球。这些微球流出料口被气体吹出，形成均匀、散落的玻璃微珠。伴随温度的降低，在空心玻璃微珠中的金属均匀地沉积在玻璃微珠内表面，成为反射层。并在玻璃微珠内产生一定真空度，可减少热传导率、热对流、热辐射，高效隔热。但这种阻隔性和热绝缘涂层的形成由内部产生的热量闷在里面无法散出，造成热量累积，使得该封闭系统内的最终温度是非常高的。

（2）反射性隔热涂料

反射性隔热涂料选择高折射率的白色颜料，这种颜料能实现反射作用（如二氧化钛等）。此种材料可在波长400～1 800 nm 的范围之内，对可见光和红外太阳能进行高反射，而这种高反射可降低物体表面温度。但这种涂料与阻隔性隔热涂料一样，会将热量长时间封锁在封闭体系内部，使热量无法散发出去。

（3）辐射性隔热涂料

辐射性隔热涂料可通过发射形式将波长8～13.5 μm 形式的热量辐射掉，以降低本身温度。这种涂料的功能来源于其体系内的多种金属氧化物具有热反射率高的特点，从而达到隔热目的。

由此可见，将以上三种隔热机理结合于涂料，是最理想的隔热保温涂料。

2.3光伏建筑一体化（BIPV）屋面系统技术

光伏建筑一体化（BIPV）屋面系统技术是太阳能屋面的发展趋势，通常所见的光伏建筑是将光伏系统设置在建筑物的屋顶。工程中的首选材料一般是柔性基板的薄膜太阳能光伏电池组件，此种电池能够与建筑屋面完全贴合。安装时简单易操作，无需穿孔，无需破坏原有屋面结构，能完整保存屋面使用功能。可见，柔性基板的薄膜太阳能光伏电池组件既是建筑材料的优选，也是发电的能手，从而使光伏发电成本得以降低。如将光伏电池组件封装到瓦状的电池板中，用来做光伏瓦，将薄膜电池与防水卷材结合作为光伏卷材，可以实现光伏和建筑更深层次的结合。在整个光伏建筑中，光伏屋面发电量约占75%。因为在建筑中，屋面有更多的受光面积，同时也便于安装。光伏发电与建筑物结合不会给居民带来任何不便，人们都比较乐意接受。另外，光伏与建筑相结合可以实现发出的电力自发自用或分布式上网，不用额外架设远程输电线路，可减少输电线路的投资和损失，实现低能耗或零能耗建筑。作为分布式屋面光伏电站需要选择大型工业厂房，其大部分为大跨度钢结构屋面无法承受晶体硅电池及玻璃基板的重量，这方面，柔性薄膜电池具有先天性的优势。

3.小结

综上所述，随着经济的不断发展，现代人的生活也是越来越安逸了，建筑的建设也是越来越完善，越来越人性化了。防水材料以及防水技术的应用在建设中起到了很大的作用，相信在不久的将来，这些技术和材料将会得到更好的应用，而且将会有很多更完善的技术和材料出现和被应用。

参考文献

[1]黄剑智.浅谈节能保温材料在建筑工程中的应用 [J].经营管理者，2010（18）.

纳米材料在化工生产中的应用材料工程学论文篇4

摘要：对混凝土（高性能混凝土、活性微粉混凝土、低强混凝土、轻质混凝土、钢纤维混凝土、自密实混凝土、智能混凝土等）以及混凝土增强材料(非金属配筋、新型预应力钢棒等)近年的应用与发展，作了简要的论述.关键词：结构材料混凝土

混凝土是现代工程结构的主要材料，我国每年混凝土用量约10亿m3，钢筋用量约2500万t，规模之大，耗资之巨，居世界前列。可以预见，钢筋混凝土仍将是我国在今后相当长时期内的一种重要的工程结构材料，物质是基础，材料的发展，必将对钢筋混凝土结构的设计方法、施工技术、试验技术以至维护管理起着决定性的作用。本文对构成钢筋混凝土的主要材料--混凝土及其增强材料的应用与发展，从工程应用角度作简要介绍。混凝土

组成钢筋混凝土主要材料之一的混凝土的发展方向是高强、轻质、耐久（抗磨损、抗冻融、抗渗）、抗灾（地震、风、火〕、抗爆等。1.1 高性能混凝土（high performance concrete，HPC）HPC是近年来混凝土材料发展的一个重要方向，所谓高性能：是指混凝上具有高强度、高耐久性、高流动性等多方面的优越性能。从强度而言，抗压强度大于C50的混凝土即属于高强混凝土，提高混凝土的强度是发展高层建筑、高耸结构、大跨度结构的重要措施。采用高强混凝土，可以减小截面尺寸，减轻自重，因而可获得较大的经济效益，而且，高强混凝土一般也具有良好的耐久性。我国己制成C100的混凝土。已有文献报道1)，国外在试验室高温、高压的条件下，水泥石的强度达到662MPa（抗压）及64.7MPa（抗拉）。在实际工程中，美国西雅图双联广场泵送混凝土56 d抗压强度达133.5MPa。

在我国为提高温凝土强度采用的主要措施有[1]：(1)合理利用高效减水剂，采用优质骨料、优质水泥，利用优质掺合料,如优质磨细粉煤灰、硅灰、天然沸石或超细矿渣。采用高效减水剂以降低水灰比是获得高强及高流动性混凝土的主要技术措施；(2)采用525,625,725号的硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥及相应的外加剂，这是中国建筑材料科学研究院制备高性能混凝土的主要技术措施；(3)以矿渣、碱组分及骨料制备碱矿渣高强度混凝土，这是重庆建筑大学在引进前苏联研究成果的基础上提出的研制高强混凝土的技术措施；(4)交通部天津港湾工程研究所采用复合高效减水剂，用525号水泥320kg／m3，水灰比0.43，和425号水泥480kg／m3，水灰比0.32，在试验室中制成了抗压强度分别为68MPa和65MPa的高强混凝土。

文献[2]报告了采用某些金属矿石粗骨料如赤铁矿石、钛铁矿石等，可以比用普通石料作粗骨料获得强度更高、耐久性和延性更好的高性能混凝土。

高强混凝土具有优良的物理力学性能及良好的耐久性，其主要缺点是延性较差。而在高强混凝土中加入适量钢纤维后制成的纤维增强高强混凝土，其抗拉、抗弯、抗剪强度均有提高，其韧性（延性）和抗疲劳、抗冲击等性能则能有大幅度提高。此外，在高层建筑的高强混凝土柱中，也可采用X形配筋、劲性钢筋或钢管混凝土等结构方面的措施来改善高强混凝土柱的延性和抗震性能[3]。

1.2 活性微粉混凝土（reactive powder concrete，RPC）[4]

RPC是一种超高强的混凝土，其立方体抗压强度可达200-800MPa，抗拉强度可达25～150MPa，断裂能可达30KJ／m2，单位体积质量为2.5-3.0t／m3。制成这种混凝土的主要措施是：（1）减小颗粒的最大尺寸，改善混凝土的均匀性；（2）使用微粉及极微粉材料，以达到最优堆积密度（packing density）；（3）减少混凝土用水量，使非水化水泥颗粒作为填料，以增大堆积密度；（4）增放钢纤维以改善其延性；（5）在硬化过程中加压及加温，使其达到很高的强度。

普通混凝土的级配曲线是连续的，而RPC的级配曲线是不连续的台阶形曲线，其骨料粒径很小，接近于水泥颗粒的尺寸。RPC的水灰比可低到0.15，需加入大量的超塑化剂，以改善其工作度。RPC的价格比常用混凝土稍高，但大大低于钢材，可将其设计成细长或薄壁的结构，以扩大建筑使用的自由度。在加拿大Sherbrook已设计建造了一座跨度为60m、高3.47m的B200级RPC的人行-摩托车用预应力桁架桥。

1.3低强混凝土[4]

美国混凝土学会（AC1）229委员会，提出了在配料、运送、浇筑方面可控制的低强混凝土，其抗压强度为8MPa或更低。这种材料可用于基础、桩基的填、垫、隔离及作路基或填充孔洞之用，也可用于地下构造，在一些特定情况下，可用其调整混凝土的相对密度、工作度、抗压强度、弹性模量等性能指标，而且不易产生收缩裂缝。荷兰一座隧洞工程中曾采用了低强度砂浆（1ow-strength mortar，LSM〕，其组分为：水泥150kg／m3，砂；1080kg／m3，水570kg／m3，超塑化剂6kg／m3，膨润土35kg／m3，所制成的LSM的抗压强度为3.5MPa，弹性模量低于500Mpa。LSM制成的隧洞封闭块，比常规的土壤稳定法节约造价50％，故这种混凝土可望在软土工程中得到发展应用。

1.4轻质混凝土[5]

利用天然轻骨料（如浮石、凝灰岩等）、工业废料轻骨料（如炉渣、粉煤灰陶粒、自燃煤矸石等）、人造轻骨料（页岩陶粒、粘土陶粒、膨胀珍珠岩等）制成的轻质混凝土具有密度较小、相对强度高以及保温、抗冻性能好等优点利用工业废渣如废弃锅炉煤渣、煤矿的煤矸石、火力发电站的粉煤灰等制备轻质混凝土，可降低混凝土的生产成本，并变废为用，减少城市或厂区的污染，减少堆积废料占用的土地，对环境保护也是有利的。

1.5纤维增强混凝土[6]

为了改善混凝土的抗拉性能差、延性差等缺点，在混凝土中掺加纤维以改善混凝土性能的研究，发展得相当迅速。目前研究较多的有钢纤维、耐碱玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚丙烯纤维或尼龙合成纤维混凝土等。

在承重结构中，发展较快、应用较广的是钢纤维混凝土。而钢纤维主要有用于土木建筑工程的碳素钢纤维和用于耐火材料工业中的不锈钢纤维。用于土木建筑工程的钢纤维主要有以下几种生产方法：（1）钢丝切断法；（2）薄板剪切法；（3）钢锭（厚板）铣削法；（4）熔钢抽丝法。当纤维长度及长径比在常用范围，纤维掺量在1％到2％（体积分数，本文中的掺量均指体积分数）的范围内，与基体混凝土相比，钢纤维混凝土的抗拉强度可提高40％~80％，抗弯强度提高50％~120％，抗剪强度提高50％~100％，抗压强度提高较小，在0~25％之间，弹性阶段的变形与基体混凝土性能相比没有显著差别，但可大幅度提高衡量钢纤维混凝土塑性变形性能的韧性。

中国工程建设标准化协会于1992年批准颁布了由大连理工大学等单位编制的《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》（CECS 38：92），对推广钢纤维混凝土的应用起到了重要作用。

钢纤维混凝土采用常规的施工技术，其钢纤维掺量一般为0.6％～2.0％。再高的掺量，将容易使钢纤维在施工搅拌过程中结团成球，影响钢纤维混凝土的质量。但是国内外正在研究一种钢纤维掺量达5％～27%的简称为SIFCON的砂浆渗浇钢纤维混凝土，其施工技术不同于一般的搅拌浇筑成型的钢纤维混凝土，它是先将钢纤维松散填放在模具内，然后灌注水泥浆或砂浆，使其硬化成型。SIFCON与普通钢纤维混凝土相比，其特点是抗压强度比基体材料有大幅度提高，可达100~200MPa，其抗拉、抗弯、抗剪强度以及延性、韧性等也比普通掺量的钢纤维混凝土有更大的提高[7]。

另一种名为砂浆渗浇钢纤维网混凝土（SIMCON）的施工方法与SIFCON的基本相同，只是预先填置在模具内的不是乱向分布的钢纤维，而是钢纤维网，制成的产品中，其纤维掺量一般为4％~6％，试验表明，SIMCON可用较低的钢纤维掺量而获得与SIFCON相同的强度和韧性，从而取得比SIFCON节约材料和造价的效果。

虽然SIFCON或SIMCON力学性能优良，但由于其钢纤维用量大、一次性投资高，施工工艺特殊，因此它们只是在必要时用于某些特殊的结构或构件的局部，如火箭发射台和高速公路的抢修等。

在砂浆中铺设钢丝网及网与网之间的骨架钢筋（简称钢丝网水泥）所做成的薄壁结构，具有良好的抗裂能力和变形能力，在国内外造船、水利、建筑工程中应用较为广泛。近年来，在钢丝网水泥中又掺人钢纤维来建造公路路面、渔船、农船等，取得了更好的双重增韧、增强效果。

1.6自密实混凝土（self-compacting concrete）

自密实混凝土不需机械振捣，而是依靠自重使混凝土密实。混凝土的流动度虽然高，但仍可以防止离析。配制这种混凝土的方法有[4]：（1）粗骨料的体积为固体混凝土体积的50％；（2）细骨料的体积为砂浆体积的40%；（3）水灰比为0.9-1.0；（4）进行流动性试验，确定超塑化剂用量及最终的水灰比，使材料获得最优的组成。

这种混凝土的优点有：在施工现场无振动噪音；可进行夜间施工，不扰民；对工人健康无害；混凝土质量均匀、耐久；钢筋布置较密或构件体型复杂时也易于浇筑；施工速度快，现场劳动量小。

1.7智能混凝土（smart concrete）[4]

利用混凝土组成的改变，可克服混凝土的某些不利性质，例如：高强混凝土水泥用量多，水灰比低，加入硅灰之类的活性材料，硬化后的混凝土密实度好，但高强混凝土在硬化早期阶段，具有明显的自主收缩和孔隙率较高，易于开裂等缺点。解决这些问题的一个方法是，用掺量为25％的预湿轻骨料来替换骨料，从而在混凝土内部形成一个“蓄水器”，使混凝土得到持续的潮湿养护。这种加入“预湿骨料”的方法，可使混凝土的自生收缩大为降低，减少了微细裂缝。高强混凝土的另一问题是良好的密实性所引起的防火能力降低．这是因为在高温（火灾〕时，砂浆中的自由水和化学结合水转变为水气，但却不能从密实的混凝土中逸出，从而形成气压，导致柱子保护层剥落，严重降低了柱的承载力，解决这个问题的一种方法是，在每方混凝土中加2kg聚丙烯纤维，在高温（火灾）时，纤维熔化，形成了能使水气从边界区逸出的通道，减小了气压，从而防止柱的保护层剥落。

1.8预填骨料升浆混凝土1）

国内在大连中远60000t船坞工程中，因地质条件复杂，船坞底板首次采用了坐落于基岩上的预填骨料升浆混凝土，即用密度较大的厚4~5m的铁矿石作为预填骨料，矿石层下再铺设1m厚的石灰石块石。矿石层上是厚60～80cm的现浇钢筋混凝土板在预填骨料层中布置压浆孔注入砂浆，形成预填骨料升浆混凝土。采取这种工艺，缩短了工期，取得了良好的经济效益。

1.9碾压混凝土[8]

碾压混凝土近年发展较快，可用于大体积混凝土结构（如水工大坝、大型基础）、工业厂房地面、公路路面及机场道面等。用于大体积混凝土的碾压混凝土的浇筑机具与普通混凝土不同，其平整使用推土机，振实用碾压机，层间处理用刷毛机，切缝用切缝机，整个施工过程的机械化程度高，施工效率高，劳动条件好，可大量掺用粉煤灰，与普通棍凝土相比，浇筑工期可缩短1／3~1/2，用水量可减少20％，水泥用量可减少30％~60％。碾压混凝土的层间抗剪性能是修建混凝土高坝的关键问题，国内大连理工大学等单位曾开展这方面的研究工作。在公路、工业厂房地面等大面积混凝土工程中，采用碾压混凝土，或者在碾压混凝土中再加入钢纤缝，成为钢纤维碾压混凝土，则其力学性能及耐久性还可进一步改善。

1.10再生骨料混凝土

新中国建国至今己逾50年，建国前后修建的不少混凝土结构，因老化或随着经济的发展，需拆除重建，其拆除量十分巨大，在拆除的混凝土中，约有一半是粗骨料，应该考虑如何使之再生利用。以减少环境垃圾，变废为用。文献[4]报道，在荷兰的德尔夫特，一个272所住宅的方案中，所有的混凝土墙均利用了再生骨料，该方案下一步的计划，是在混凝土楼板中也利用再生骨料。当然，在利用这些再生骨料时，需对这种馄凝土的性能进行试验，例如，文献[9]报道了有关再生轻质混凝土收缩和徐变较为显著的试验成果，值得重视。配筋及增强材料 2.1纤维筋[6]

钢筋混凝土结构的配筋材料，主要是钢筋最近在国际上研究较多的是树脂粘结的纤维筋（fiber reinforced plastics，FRP）作馄凝土及预应力混凝土结构的非金属配筋，常用的纤维筋有树脂粘结的碳纤维筋（GFRP）、玻璃纤维筋（GFRP）及芳纶纤维筋（AFRP）国外研究指出，这几种纤维筋的强度都很高，只是玻璃纤维筋的抗碱化性能较差。纤维筋的突出优点是抗腐蚀、高强度，此外，还具有良好的抗疲劳性能、大的弹性变形能力、高电阻及低磁导性，其缺点是断裂应变性能较差、较脆、徐变（松弛）值较大，热膨胀系数较大。

国外已有日本、德国、荷兰等国将纤维筋用于预应力混凝土桥，包括体外预应力桥的实例[4]。

2.2双钢筋[1]

为了减小裂缝宽度和构件的变形，国内在一些工程中，采用焊成梯格形的双钢筋，在构件内平放或竖放布置。

2.3冷轧变形钢筋[1]

纳米材料在化工生产中的应用材料工程学论文篇5

谈到复合材料应用于船舶行业，就会想到它与大量水的关系。

为什么复合材料用于船舶和海洋工程结构的建造中

事实上，复合材料用于船舶和海洋结构建造比以往任何时候都要广泛。与其他大多材料相比，比如钢铁和铝，复合材料从重量上具有较高的刚度和强度。复合材料应用于商业船或游船各个部分，其结果是一艘重量非常轻的船比由铝和钢制成的同类型船速度要高。更重要的是，保持较轻的重量可以降低燃料成本。对于容纳数百甚至数千加仑燃料的船只，减少消耗燃料是非常有意义的。

重量优势

除了减少燃料消耗，还有另外一个与重量有关系的因素，那就是速度。一个很好的例子就是高速客轮Jet Rider，在挪威的操作中可运载244名乘客以每小时48英里的速度航行。由于大部分结构是由复合材料制成，这种轻质船与同类金属制船相比，不仅花销成本低，而且航行速度快。

其他由复合材料制成船体的船包括一艘259英尺的渡轮，它可以承载570名乘客和137辆轿车以每小时54英里的速度航行。

复合材料在船体中的应用

目前来说，复合材料的使用越来越广。而大约20多年前，复合船体只限于较小的船只的使用，例如游艇和小型商业渔船。复合材料应用于大船只的成本过于昂贵。

复合材料在扫雷舰中的应用

早期最普遍的复合材料在大型船舶上的应用是由玻璃纤维制成船体的军事扫雷舰。今天，许多大型船只都是用复合材料制成的，在船只的各个领域，包括船壳、地板、墙壁板、甲板和舱壁，以及管道系统、油箱、废水箱、声呐罩、管道、泵、阀门和上部结构。

复合材料在船舶上部建筑中的应用

特别是，复合材料被广泛用在船舶的上层建筑中（船舶甲板以上的部分）。复合材料的使用减少了重量，这意味着更多的设备可以在不牺牲倾侧稳定性的情况下安装在吃水线上面。虽然船只的目的是维持一定的倾侧而不翻覆，但是对于头重脚轻的结构，一个足够强大的力量就会导致其翻船。较大的上部建筑可以由复合材料制成，从而减少倾覆的危险。

复合材料的抗腐蚀性

复合材料应用于船舶制造和各种海洋工程的另外一个原因是因为复合材料无腐蚀性。不同金

属的腐蚀性，复合材料可以持续很多年。因此，复合材料是对抗极端的温度和海水这些非大气环境的理想选择。像螺旋桨轴、救生圈和灯塔这些海洋装备长时间的停留在水中，容易被腐蚀，采用复合材料制成，可以确保它们有长的寿命。

复合材料船舶应用的材料测试

然而，即使拥有所有的优越性能，复合材料还是要经受和钢铁、金属部件同样严格的测试。为确保复合材料满足适航船舶的需求，模拟海洋影响的各种测试都要进行。总的来说，船舶都有一个很长的使用寿命，预计20年或以上。对于复合材料如何在船舶建造中使用，测试变得必不可少，而且在这方条路上将经历许多年的时间。

冲击试验

冲击试验用来预测复合材料如何应对与碎波中码头和载荷的碰撞、触礁的破坏以及水下爆炸碎片损坏。进行复合材料冲击试验可展示重要的数据，比如韧性到脆性的转变点、受到巨大撞击后的剩余强度。

疲劳性、压缩度和弯曲度测试

在上千次航行中，船舶行驶在海洋上的动作类似于弯曲和扭曲。疲劳性、压缩度和弯曲度测试必须执行，以确保材料不会在这种情况下衰退。疲劳度测试用来检测复合材料在循环加载应用中的耐久性和它们变质的时间。压缩测试用来表明破坏的模式，比如分层破坏或压曲破坏，同时用来检测压缩强度。弯曲和扭转测试用来确定复合材料将什么时候“休息”。

黏合剂测试

同样的道理，因为复合材料的结构和组件经常由黏合剂黏合在一起，所以黏结点也必须经过检测。静态的和循环的测试检测黏合强度、去黏合模式和疲劳寿命。

破坏承受度

测试也可以帮助检测破坏承受度。测试结果确定是否一个极端事件将造成灾难性的损害或是否多年积累下来的损伤证明船是不安全的。

总结

造船业复合材料测试的短期目标是为了设计一款重量轻、坚固、成本低、不会倾覆或因过早被腐蚀增加维修成本的适航船舶。长远的目标是获得数据为进一步完善和改进船舶设计提供帮助。

改性沥青材料在路桥工程中的应用篇6

关键词：改性沥青,路桥工程,应用

我国现有的路桥工程当中多以沥青混凝土为路面。沥青对温度较为敏感, 高温条件下回变粘, 而低温则会变脆易裂。虽然近些年沥青混凝土的性能有所提高, 但使用效果仍旧差强人意。改性沥青混合料的配合比设计很重要, 应遵循《公路沥青路面施工技术规范》中关于热拌沥青混合料配合比设计的目标配合比、严格控制施工流程, 进而确定矿料级配及最佳改性沥青用量。

1 公路工程中改性沥青施工技术要点

通常情况下, 改性沥青施工都是在公路路基和路面基层施工完成后进行的, 路基和路面基层的质量对改性沥青施工质量有着直接影响, 因此应严格控制好路基和路面基层的质量。改性沥青的施工要点如下:

1.1 施工准备

1) 材料准备。施工开始前应将各类材料准备好, 并做好原材料进场前的检验工作, 一旦在检验过程中发现质量不合格的材料, 应不允许其进入施工现场, 确保材料质量合格是保障工程质量的根本。

2) 施工设备。改性沥青施工过程中, 需要使用较多的设备, 如沥青混合料拌和设备、摊铺设备、运输设备以及碾压设备等等, 施工前必须认真做好各种设备的安装和调试工作, 以免施工进行中因设备问题而影响施工质量或延误工期。

3) 岗前培训。应对施工人员、技术人员以及试验人员等进行必要的岗前培训工作, 避免由于人为原因造成质量问题。

1.2 沥青运输

这是改性沥青施工中一个比较关键的环节, 该环节直接影响改性沥青的质量, 因此必须严格控制。运输车辆应尽可能选择带有自卸功能的, 数量应按照现场摊铺设备的数量以及摊铺能力予以确定, 这样能够确保摊铺还是运料车辆连续不间断。运料车在进行装料时, 应采用前后移动方式来避免粗细料发生离析现象。运输车上应备有防雨工具, 防止下雨时雨水对混合料的性能造成影响。

1.3 摊铺施工

改性沥青混合料的摊铺基本都是采用摊铺进行的, 摊铺机的型号可根据工程实际情况进行选择, 若条件允许的前提下, 笔者建议可选择ABG525型号的摊铺机, 该设备的实际摊铺宽度能够达到13m左右, 并且配有触点式平衡装置各方面均较为良好。摊铺开始前, 等候在施工现场的卸料车不得少于5辆, 这样能够有效地防止摊铺过程中, 因混合料供应不上而造成摊铺间断的情况发生;摊铺过程中, 应在熨平板前的沥青混合料布置均匀后, 方可向前缓慢运行, 而此时则应关闭夯锤, 待垫木取出后在开启夯锤夯实, 同时应在起步前10m的摊铺中将找平设备调至最为理想的状态。此外, 摊铺机的运行速度应尽可能控制每分钟2m左右, 并且应设置专职人员对摊铺完成段的外观、几何尺寸等进行检查。若摊铺中发生粗细集料集中的情况时, 应在初压完成后进行筛补。

1.4 压实施工

改性沥青的压实在整个施工环节中较为重要, 是确保施工质量的关键性环节之一。为此必须对其进行严格控制。压实过程主要是由压路机完成, 压路机的具体数量、类型等应根据实际工程中路面的厚度、宽度以及改性沥青的类型等进行确定。需注意的是初压和复压必须采用同类型的压路机, 尽量不要采用首尾相接排列形式进行压实, 碾压速度应按照JTJ032-94的有关要求执行。

1.5 接缝施工

接缝位置的施工应采用一台摊铺机完成, 横缝应采用热接缝的方法进行施工, 摊铺完成后应进行人工整平, 然后碾压致密实即可。

2 几种常见改性沥青在公路工程中的具体应用

2.1 SBS改性沥青材料

这种改性沥青材料主要是以基质沥青为原料, 并加入适当比例的SBS改性剂, 然后通过搅拌等方法使改性剂均匀地分散在沥青原料当中, 进而形成SBS混合材料。其具有如下特性:其一, 在温差较大的环境中, 耐高温及抗低温能力较强;其二, 具有良好的韧性和弹性, 抗车辙性能较好;其三, 能够有效地提高路面的抗疲劳能力, 尤其是在路面超载情况严重的公路中应变能力良好, 可降低路面永久性变形的产生;其四, 具有超强的粘结能力, 可以提高路面遇水后的抗拉强度;其五, 能够增强路面的抗滑及承载能力。在确保施工质量的基础上, 在公路工程中合理应用SBS改性沥青材料, 能够有效地延长公路的使用年限。

2.2 MAC改性沥青材料

与其它的一些改性沥青材料相比, MAC的各方面性能更为优良。该材料具有较强的稳定性, 一般情况下存放6个月左右不会出现离析现象, 具体应用是无需再添加任何稳定剂;由于MAC中不含有硫等有毒有害物质, 属于比较典型的环保型材料;抗车辙能力较强, 高温下仍可保持较高的粘度;由该材料所形成的沥青膜相对较厚, 从而不容易出现析漏现象, 故此抗水及抗油能力较强。因MAC改性沥青具有良好的弹性, 目前已被被广泛应用于公路的面层当中。同时该材料还可用于公路养护及路网改造中。在实际应用中需注意的是, 该材料的使用温度较之普通改性沥青材料要高10~20度左右, 并且碾压温度也相对较高, 应控制110度左右为宜。

2.3 废胶粉改性沥青材料

这类改性沥青材料具有稳定性强、抗氧化、抗低温、能有效防止低温开裂、适应性强、抗水抗油、硬化速度较慢、负载承受能力强等特性。在公路工程应用该材料能够有效地提高公路的抗疲劳能力, 从而延长公路的使用寿命。近年来, 随着我国大力提倡对可再生资源的利用, 废料的循环再利用受到人们越来越多的关注, 废胶粉改性沥青恰恰符合这一需求。这也一定程度上为废胶粉改性沥青的推广使用提供了有利条件。该材料的广泛应用不仅能够增强公路本身的耐用性, 同时还能够有效地解决环境污染问题。

3 结论

纳米材料在化工生产中的应用材料工程学论文篇7

【摘要】运用能力本位项目化教学的现代先进教学理念，从根本上改造《道路工程材料》这门专业核心课程，突出能力本位，强化职业岗位活动指导，满足“工学结合，校企合作，产学研结合”的职教要求。

【关键词】能力本位项目化道路工程材料

【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）03-0133-02

《道路工程材料》课程是路桥类专业的一门重要的专业核心课，内容多而杂，整体性、逻辑性、严密性和连贯性均较差，老师讲课的难度大，课堂教学效果差，学生学习的兴趣不高，针对这样的现状，并结合项目化课改的学习与实施，提出了以下改革方案。

一、项目化课改基本思路

项目化课改是把传统的课程设计成真实的项目，鼓励学生在完成项目的过程中自主探究，激发学生的创造性思维，学生不再把学习当作任务，而是根据项目需要来学习，由被动地接受知识转变为主动地寻求知识。

本课程的基本设计思路是：课程定位分析，道桥工程试验人员岗位分析，课程目标设计，课程项目设计，课程考核评价设计。

二、课程改革设计

1.课程定位分析

进行《道路工程材料》课程设计，首先要了解本课程在专业课程体系中的定位和要求。

（1）课程基本情况

《道路工程材料》课程是道路桥梁工程技术、工程造价、工程监理等专业的必须课程，学时为72课时，其先修课程有《工程力学》、《工程制图与CAD》、《公路工程概论》等，后续课程有《路基路面施工》、《桥梁工程施工》、《工程项目管理》等。本课程为4课时/周，教学周为18周，总学时为72学时。

（2）教学层次分析

中职层次重点培养学生能够熟练地进行道路工程领域中常规试验的操作，注重仪器操作熟练度，定位于技能操作层面，理论知识程度较低，毕业后可从事试验工岗位。

高职院校重点培养学生能根据规范要求对数据进行计算、分析和整理，判定数据是否合格，毕业后可直接从事试验员岗位。

普通高校主要以道路工程材料的基本理论、基本知识讲解为主，主要是原材料的特性、原理、技术性质等，毕业后学生能够从事与道路工程材料有关的应用研究、生产管理等工作。

技能培训班侧重于上岗技能的专项培训，目的性、指向性强，不具备系统的专业知识和人文素质培养。

2.道桥工程试验人员岗位分析

（1）岗位方向

本课程对应学生初次就业岗位为试验员；经过2至3年工作锻炼后，二次晋升岗位为项目试验负责人；再经过5至10年工作经验的积累，未来有机会涉足项目技术负责人、项目经理等岗位。

（2）职称方向

学生毕业1至3年后，可考取试验员；工作5年以上，可取考取试验检测工程师。

3.课程目标设计

系统的把理论知识与试验操作集合了起来，贯穿在一个完整的实际工程项目当中，使学生能够根据现行的标准规范，为工程提供准确合理的试验检测报告。

（1）能力目标

1）学生能根据现行标准规范评定土体的各项技术指标。

2）学生能根据现行标准规范评定无机结合料的质量及各项原材的技术指标。

3）学生能现行标准规范评定钢筋的各项性能指标。

4）学生能初步完成混凝土的配合比设计，能根据现行标准规范评定混凝土的质量及各项原材料的技术指标。

5）学生能优化沥青混合料的配合比，能根据现行标准规范评定沥青混合料的质量和各项原材的技术指标。

（2）知识目标

1）掌握道路工程材料的基本组成、检测方法和技术标准

2）掌握土质材料技术性质与技术标准及在工程中的应用

3）掌握钢筋主要技术性能和技术标准及应用

4）掌握砂石材料技术性质与技术标准及在工程中的应用

5）掌握石灰、水泥和稳定材料的技术标准、存储运输、实践应用

6）掌握混凝土配合比设计

7）掌握沥青及沥青混合料技术标准及其应用

（3）素质目标

1）培养学生积极思考，乐于实践的学习态度；

2）培养学生发现、分析和解决问题的基本能力

3）培养学生的团队合作精神和创新意识

4）注重学生考取试验检测员和参加技能大赛能力的培养

4.教学项目设计

本课程内容的设置上，打破传统《道路工程材料》课程的结构和内容，以实际工程施工顺序和要求为原则，教学设计过程中以宋郎路（北运河左堤路-京津公路）道路工程材料质量评价为主线，设立了五个教学项目：

5.考核评价方案设计

本课程的评价综合考虑国家的行业标准以及企业用人标准，评价内容分为：平时成绩（形成性评价，占总评成绩的20%）、试验报告成绩（过程性评价，占总评成绩的20%）、技能考核（终结性评价，占总成记的20%）、理论及计算考核（终结性评价，占总成绩的40%）。

平时形成性评价包括：出勤情况、课上纪律、学习态度、团队合作，各占总评成绩的5%。

试验报告成绩：以学生完成每个教学项目时上交的试验报告作为评价依据，再根据各子项目的权重（见表1）计算该学生的试验报告成绩。

技能考核：从本课程学过的试验当中随机抽取两个试验作为实操项目，每个项目占总评成绩的10%。

理论考核：以闭卷笔试的形式进行。卷面为100分，客观题60分，主观题与计算题40分。各子项目的命题分值比重参照表1。

三、教学效果分析与建议

1.教学效果分析

在10级道路桥梁工程技术专业两个教学班中进行试点教学，其中1班采用传统的教学方式，2班采用项目化课改教学。结课后采用调研问卷的方式，对教学效果进行分析。

（1）该教学模式提高了学生的学习兴趣

通过以上数据可以看出，“能力本位项目化”的教学模式激发了学生学习本课程的浓厚兴趣，让学生不再把自己置身课堂之外，真正成为课堂的主体。

（2）该教学模式提高了课堂效率

1班40.4%的学生认为自己在高职阶段学好了本课程，2班这个数字已经达到95.9%，这是学生对课堂效率的肯定。在“能力本位项目化”教学模式的引导下让学生有目的的自主学习，充分利用课余时间进行学习活动，完成学习任务，提高课堂学习的效率。

（3）该教学模式提高了学生的学习能力

利用“能力本位项目化”教学模式，让学生逐渐养成独立分析问题、解决问题的习惯，也对他们日后的职业发展能产生巨大的帮助。

2.建议

（1）书本在课改中的重新定位

教材重要，内容应具体明了，但在课改过程中要抛弃书本的现有模式，完全按照工作流程设计课程，书本的作用是方便学生在课后做预习和复习，提高教学效率。

（2）教师课程改造中起主导作用

课程设计过程中，必须加强教师自身的专业知识，建立完善的知识体系结构，将课程与实际工程紧密相联系，建立连续、实际、可操作的教学项目。

参考文献：

[1]丁华.道路建筑材料课程教学改革探讨[J].西南农业大学报（社会科学版），2011（5）.

[2]卜长明，黄林青，陈明政.建筑材料"课程教学改革探讨与实践. [J].重庆科技学院学报（社会科学版），2014（4）.

[3]汪小平，潘建平，吴建奇. 基于工程能力的土木工程材料教学改革与实践[J].山西建筑学报2012.38（26）.

[4]戴士弘，职教院校整体教改[M].北京清华大学出版社，2012.5.

浅谈纳米材料在电池中的应用篇8

[论文关键词]：纳米材料电池复合材料

[论文摘要]：纳米材料的小孔径效应和表面效应与化学电源中的活性材料非常相关，作为电极的活性材料纳米化后，表面增大，电流密度会降低，极化减小，导致电容量增大，从而具有更良好的电化学活性。特别是最富特征的一维纳米材料纳米碳管在作为新型贮锂材料、电化学贮能材料和高性能复合材料等方面的研究已取得了重大突破，因而开辟了全新的科学研究领域。

一、碱性锌锰电池材料

（一）纳米级γ-ＭｎＯ2

夏熙等利用溶胶凝胶法、微乳法、低热固相反应法合成制得纳米级γ-ＭｎＯ2用作碱锰电池正极材料。发现纯度不佳，但与ＥＭＤ以最佳配比混合，可大大提高第2电子当量的放电容量，也就是可出现混配效应。若制得的纳米γ-ＭｎＯ2纯度高时，本身的放电容量即优于ＥＭＤ。

（二）掺Ｂｉ改性纳米ＭｎＯ2

夏熙等通过加入Ｂｉ2Ｏ3合成得到改性ＭｎＯ2，采用纳米级和微米级改性掺Ｂｉ、ＭｎＯ2混配的方法，放电容量都有不同程度的提高，并且存在一个最佳配比。通过掺Ｂｉ在充放电过程中形成一系列不同价态的Ｂｉ、Ｍｎ复合物的共还原和共氧化，有效抑制Ｍｎ3Ｏ4的生成，可极大地改善电极的可充性。

（三）纳米级α-ＭｎＯ2

采用固相反应法合成不含杂质阳离子的纳米αＭｎＯ2，粒径小于50nｍ，其电化学活性较高，放电容量比常规粒径ＥＭＤ更大，尤其适于重负荷放电，表现出良好的去极化性能，具有一定的开发和应用潜力。

（四）纳米级ＺｎＯ

碱锰电池中的电液要加入少量的ＺｎＯ，以抑制锌负极在电液中的自放电。ＺｎＯ在电液中的分散越均匀，越有利于控制自放电。纳米ＺｎＯ在我国已应用于医药等方面。由于碱锰电池朝着无汞化发展，采用纳米ＺｎＯ是可选择的方法之一。应用的关键是要注意纳米

ＺｎＯ材料的表面改性问题。

（五）纳米级Ｉｎ2Ｏ3

Ｉｎ2Ｏ3是碱锰电池的无机代汞缓蚀剂的选择之一，目前已开发并生产出无汞碱锰电池用高纯纳米Ｉｎ2Ｏ3，该材料具有比表面积大，分散性好，缓蚀效果更佳的特点，应用于无汞碱锰电池具有良好的抑制气体产生的作用。

二、在ＭＨ/Ｎｉ电池中的应用

（一）纳米级Ｎｉ（ＯＨ）2

有人用沉淀转化法制备了纳米级Ｎｉ（ＯＨ）2，并发现纳米级Ｎｉ（ＯＨ）2比微米级Ｎｉ（ＯＨ）2具有更高的电化学反应可逆性和更快速的活化能力。采用该材料制作的电极在电化学氧化还原过程中极化较小，充电效率高，活性物质利用更充分，而且显示出放电电位较高的特点。赵力等人用微乳液法制备纳米β Ｎｉ（ＯＨ）2，粒径为40～70ｎｍ。该方法较易控制纳米颗粒粒径大小，并且所制得的纳米材料呈球型或椭球形，适用于某些对颗粒状有特殊要求的场合，如作为氢氧化镍电极的添加剂，按一定比例掺杂，可使Ｎｉ（ＯＨ）2的利用率显着提高，尤其当放电电流较大时，利用率可提高12%。

（二）纳米晶贮氢合金

陈朝晖等利用电弧熔炼高能球磨法制备出纳米晶ＬａＮｉ5，平均粒径约20ｎｍ，采用该材料制备的电极与粗晶ＬａＮｉ5制备的电极相比，具有相当的放电容量，更好的活化特性，但其循环寿命较短。

三、锂离子电池材料

（一）阴极材料纳米ＬｉＣｏＯ2

夏熙等用凝胶法制备的纳米ＬｉＣｏＯ2，放电容量为103ｍＡｈ/ｇ，充电容量为109ｍＡｈ/ｇ，长平台在39Ｖ处，有明显提高放电平台的效果，循环稳定性也大为提高，但未见有混配效应。低热固相反应法合成纳米ＬｉＣｏＯ2，发现了混配效应:以一定比例与常规ＬｉＣｏＯ2进行混配，做成电池测试，充电容量可达132ｍＡｈ/ｇ，放电容量为125ｍＡｈ/ｇ，放电平台在39Ｖ，由于纳米颗粒增大了比表面积，令Ｌｉ+更易嵌入和脱出，削弱了极化现象，循环性能比常规ＬｉＣｏＯ2明显提高，显示出较好的性能。

（二）纳米阳极材料

中国科学院成都有机化学研究所“碳纳米管和其它纳米材料”的研究工作取得了阶段性成果。制得的碳纳米管层间距离为0.34ｎｍ，略大于石墨的层间距0.335ｎｍ，这有利于Ｌｉ+的嵌入和脱出，它特殊的圆筒状构型不仅可使Ｌｉ+从外壁和内壁两方面嵌入，而且可防止因溶剂化Ｌｉ+的嵌入引起石墨层剥离而造成负极材料的损坏。实验表明，用该材料作为添加剂或单独用作锂离子电池的负极材料均可显着提高负极材料的嵌Ｌｉ+容量和稳定性。中国科学院金属研究所等用有机物催化热解法制备出单壁纳米碳管和多壁纳米碳管。他们的研究表明用纳米碳管作为电极，比容量可达到1100ｍＡｈ/ｇ，且循环性能稳定。香港科技大学用多孔的沸石晶体作载体，首次成功研制出尺寸最小，全球最细且排列规整的0.4nｍ单壁纳米碳管，继而又发现在超导温度15℃以下呈现出特殊的一维超导特性。

四、电容器材料

由可充电电池和电容器共同组合的复合电源系统引起了人们的浓厚兴趣，特别是环保电动汽车研究的兴起，这种复合电源系统可在汽车启动、爬坡、刹车时提供大功率电源，因而可以降低电动车辆对蓄电池大功率放电的限制要求，大大延长蓄电池循环使用寿命，从而提高电动汽车的实用性。近年来以纳米碳管为代表的纳米碳材料的研究和作为电极材料的应用，为更高性能的电化学超级电容器的研究开辟了新的途径。清华大学用催化裂解丙烯和氢气混合气体制备碳纳米管原料，再采用添加粘结剂或高温热压的工艺手段制备碳纳米管固体电极，通过适当的表面处理，制得的碳纳米管电极具有极高的比表面积利用率。用纳米碳管和ＲｕＯ2的复合电极制备双电层法拉第电容器，在纳米碳管比表面积为150ｍ2/ｇ时，电容量可达20Ｆ/ｇ左右。清华大学已经制备出电容量达100Ｆ的实验室样品。在充分利用纳米材料的表面特性和中空结构上，纳米碳管是目前最理想的超级电容器材料。

五、结束语

纳米材料在化工生产中的应用材料工程学论文篇9

材料员相当于区队的管家，随着我矿从基建矿井到生产矿井的转型，材料管理工作也要更系统。结合我矿实际情况，必须切实加强对材料员的日常管理，杜绝责任心不强，劳动纪律涣散的材料员，通过材料员管理考核的实施，新田煤矿材料管理混乱的局面彻底改变。所有材料员一改以往的惰性，都能主动地做好材料管理工作，各类台账、数据不断健全，且都能经常深入井下，现场管理在材料员努力下也不断规范，全矿材料成本得到了有效控制。

一、环境背景

材料员相当于区队的管家，区队材料的超节与材料员的工作态度、工作方法息息相关。在原有的区队材料管理工作中材料员责任心不强，劳动纪律涣散，没有发挥管家应有的作用。每月生产经营计划所下达的材料计划也不去认真分析、分解，材料计划对其而言等同虚设。在领用材料时因为对井下生产情况不了解，造成了领料的盲目性。对于月底材料超支了也是漠不关心，不去主动分析、总结原因、寻找突破，而是放任这种情况继续持续。对于日常消耗材料的领用，总想一劳永逸，一次性领用一个月的量，图省事。材料领用台账、发放台账、库存台账也不健全，不能形成“三帐”对应，材料管理混乱。各区队材料月初考核结果公布后，材料员不因材料超支而惭愧，却因为比其它区队超支少而自喜，比上不足、比下有余思想严重。

要想改变材料员现状，提高材料员材料管理积极性，必须实施新的管理考核办法。

二、采取措施

1.成立材料员考核小组，实行材料员专管

在今后材料员的管理中，我们奖对材料员实行跟踪考核。设立材料员考核小组，组长由企管部部长兼任，考核小组成员为企管部分管材料相关人员。

2.加强井下现场检查，规范材料现场管理

考核小组每月9日、19日、29日集中组织材料员下井对各个巷道进行全面检查，并对各个巷道检查结果进行现场打分、评比。凡发现区队现场有材料浪费现象的扣该区队材料员3分；现场材料使用不规范的扣2分；每发现一次材料或工器具乱扔乱放的扣1分；井下材料库存量超过三天的扣3分；井下可回收材料未回收的扣3分；没有工具箱或材料架的扣1分；井下材料码放不整齐的每发现一处扣1分；井下回收材料超过一车未升井的扣2分。考核基准分为90分，高于90分奖励材料员100元，90分不奖不罚，低于90分罚材料员100元，奖罚从工资中直接兑现，逢9考核，每月进行兑现。对现场管理优秀的区队进行学习。并由该区队材料员谈谈材料管理经验，然后考核小组对各个巷道本次检查情况做全面的通告，大家互相讨论、学习材料管理经验，对本次区队检查出的问题提出整改方案或材料管理合理化建议。

3.加大地面库房管理力度，推行对标评比

对地面材料库房的材料存量实行动态、定量管理。每月9日、19日、29日考核小组组织生产技术部、机电部对区队地面二级材料库进行检查。材料库房材料必须归类码放整齐，并贴上标签。此外材料库库存量不得超过当月材料计划的20%。材料台账必须健全，形成领用、发料、库存“三帐”对应。回收复用材料必须专门建立台账。对于月度材料计划必须认真分解。库房里积压的物资必须及时联系企管部、供应部予以调解。以上要求每月有1次以上没有完成的区队，对材料员当月罚款100元；当月3次检查均完成的区队，奖励区队材料员100元。

4.规定材料员下井次数和隐患查处次数，形成材料管理齐抓共管

为了提高材料员材料管理积极性，我们将各区队材料管理纳入隐患买卖，并要求各区队材料员每月至少下井6次互相检查，每次至少向考核小组提出4条材料相关隐患或1条材料管理合理化建议。我们按隐患买卖相关规定对材料员进行奖励。提出的合理化建议被采纳后，在月度对标评比成绩中加5分。材料员下井查材料隐患积极性提高，对本区队的现场材料管理也不断加强。现场材料的使用和码放不断规范化。

5.加大材料员材料奖罚承担比例

同时我们加大了对各区队的材料考核力度，材料考核严格按照月度材料消耗计划兑现。材料的奖罚由材料员承担10%，考核小组负责跟踪、监督区队在二次分配中兑现。对于不按规定分配的区队不予结算工资。通过加大材料员承担材料奖罚所占比例，跟踪落实区队二次分配是否到材料员身上。材料员对材料的重视意识逐渐加强，材料管理力度不断加大，惰性明显好转，材料管理混乱的局面彻底改变。

三、取得的效果

通过新的材料员管理考核的实施，新田煤矿材料管理混乱的局面彻底改变。所有材料员一改以往的惰性，都能主动地做好材料管理工作，各类台账、数据不断健全，且都能经常深入井下，现场管理在材料员努力下也不断规范，全矿材料成本得到了有效控制。

四、总结

纳米材料在化工生产中的应用材料工程学论文篇10

摘要：文章通过分析现有建筑工程项目材料管理过程所面临的管理效率低下，材料质量难以控制等问题，利用建筑信息模型和物联网技术构建项目材料管理系统，结合材料管理的主要环节阐释了两项关键技术在建筑工程项目材料管理中应用的核心价值是实现信息采集和利用的自动化、准确化和可视化。

关键词：建筑信息模型（BIM）；物联网；工程项目；材料管理；物料管理

中图分类号：TP391.44；TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）15-0043-03

建筑工程施工成本构成中，建筑材料成本所占比重最大，占工程总成本的60%以上。建筑施工项目材料管理的成效和效率在施工项目资源管理中占有重要的地位，是降低工程造价，减少工程浪费，节能减排的重要途径。工程项目管理的关键是信息，信息的获取，加工，分析，整合，充分利用与透明沟通贯穿工程项目管理全过程，充分利用先进的信息化管理手段是提升工程项目材料管理效率，降低材料管理成本的重要途径。

1 建筑工程项目材料管理中的问题

1.1 建筑工程项目材料管理的内涵和目标

建筑工程项目材料管理是以施工进度为依据，管控与追踪材料的设计、采购与收发、使用等的数量与时间，使材料的供应能够达到实时且供需平衡，以确保工程依项目计划顺畅进行。其主要内容包括材料的计划管理、材料的进场验收、材料的储存与保管、材料的领用与发放、材料使用的监督、材料的回收及周转材料的现场管理。

建筑工程项目材料管理的目标是将合同范围内所有质量合格的材料适时、适量、适质、适地的提供给材料的使用者，并降低项目总成本，使正确的材料，在正确的时间，用在正确的位置上。其最终的目的节约材料费用，降低工程成本。

1.2 工程项目材料管理困难

若工程项目部要达到以上材料管理的目标，从材料的采购到材料的回收及统计核算，工程项目部的材料管理人员需要进行大量管理工作，并和项目部其他工作多有交叉配合，比如预算员的成本核算和计划员的资源计划，在工作的交接界面上也容易造成诸多诸如工作量分配、工作进度配合等问题，这项工作在人力资源成本不断上升的情况下，会显著的提高人力成本，或者降低材料管理的目标。这一过程可从项目现场材料管理的流程进行分析。

1.2.1 材料计划管理

准确的材料的使用计划是材料管理的基础。开工前的一次性计划可以以投标时施工图预算中汇总的材料用量为基础向企业的材料采购部门提出，作为备料的依据。但是在施工中，需要根据施工的进度，提出供料的月度计划，这个计划需要配合施工进度计划的编制统计每个月的资源需求，还要结合工程变更调整，在实际施工过程中还会发生一些不确定的情况，传统的手算方法很难跟上工程进度的调整，最终导致工地现场的库存很难控制，进而导致材料供应计划名存实亡，被搁置不用。

发生这样问题的核心在于使用传统手算根据实时进度计算和调整材料供应的工作量较大，传统预算的编制方法是为了得到整个工程项目的总费用和整体的材料的用量，在进行施工时，材料用量按照进度和施工局部进行归集时会遇到困难，工作量大。

1.2.2 材料进场验收

材料进场时必须根据进料计划、送料凭证、质量保证书或产品合格证，对材料的数量和质量进行验收，但是在当前的市场环境下，项目人员往往缺乏可靠的工具检验材料是否存在假冒伪劣，一般的证件防伪手段都比较容易被仿冒。

所以现在除了验收品种、规格、型号、数量、证件外，主要的材料还需要见证取样，但是为了防止中途化验样品更换，检验过程一般应由项目管理人员全程跟踪。过程比较繁琐，需要等待检验合格报告后才可以进场，而如果项目施工人员在拿到正式的材料检验报告前施工，一旦材料检验报告不合格，施工单位则需要承担责任。

1.2.3 材料的储存与保管

工地现场需要按材料的规格、类型、性能分类储存仓库或者特定的储存场所。仓库需要安全、干燥，满足材料的储存条件。但是如果材料丢失或者被盗，则很难发现，因为材料员整理清点材料很难做到每天清点，而发现材料不够时可能已经错过查找的时机。在现在施工用地越来越紧张的情况下，工地上很难有集中的场地用作仓库，需要有更加可靠的措施保障材料的安全。

1.2.4 材料领发与回收

限额领料是控制材料超额领用的好方法，但前提是准确的预估领料的数量，根据定额领料固然是好的，但是在企业没有自己的企业定额的情况下，参照国家定额与实际施工是有误差可能误差较大。

另外，材料管理员如果对每天的工程进度和实时的施工情况不了解，则无法判断领料人员是否超额领料，只能进行事后的总量控制，而不是在领料时进行预控。限额领料单的填制与记录也耗时耗力，由此建立的领发料台账记录，很难进行多角度的核算和分析，从而确定领发状况、节超状况和使用效率。特别是异形建筑，预估材料的使用就更加困难，而对于超高层建筑，因为害怕少领材料会多次使用电梯，浪费时间，多余的材料通过施工电梯或者起重机再运送下来也较困难。

1.2.5 材料使用监督

现场材料管理人员应对现场材料的使用进行分工监督，检查是监督的手段，检查要做到情况有记录、原因有分析、责任有明确、处理有结果。但是若各个局部同时施工，监督需要大量的人力资源，监督管理成本会上升。

2 材料管理中BIM和物联网技术的应用价值

2.1 BIM与物联网技术的概念

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM），是当前建筑企业信息化的核心技术，它将一个建筑项目整个生命周期，从规划、设计、施工到运营维护内的各种信息和建筑的空间三维信息相联系，形成一个多维数据库。这个数据库通常是在建筑项目整个生命周期内，通过项目各方结合自己工作，提取建筑的三维信息，并将产生的新信息与之相关联而逐步完善的，比如添加建筑材料相关材质、价格、供应商等各种信息，形成建筑工程项目材料信息库。BIM为建筑工程项目提供了良好的信息利用的平台。

物联网技术是通过射频识别（Radio Frequency Identificati

on，RFID）、GPS全球定位系统、传感器、激光扫描等设备，将现实世界中的物体以网络的形式连接起来，实现物体与网络间的信息交互，最终达到对物体的识别、定位、跟踪、监控和管理等功能的技术。在物联网技术提供的无线传感、物品标识等技术支持下，工程项目各阶段的信息可以实现互联、传递、分析、处理和反应等过程，为项目决策者提供辅助决策的信息支持。

2.2 BIM与物联网技术在项目材料管理中应用

2.2.1 物联网技术的应用

物联网技术正广泛的运用在物流和供应管理、生产制造和装配、航空行李处理、邮件/快运包裹处理、道路自动收费等领域。物联网技术的快速普及在于物联网的RFID技术能够快速、实时、准确采集与处理信息，从而节省劳动力成本。通过采用RFID，美国沃尔玛每年可以节省约80亿美元，其中大部分是因为不需要人工查看进货的条码而节省的劳动力成本。

RFID有助于解决零售业商品断货和因盗窃和供应链被搅乱而损失的产品损耗的难题，据研究机构估计，RFID技术能够帮助把沃尔玛失窃和存货水平降低25%。

对于建筑工程项目，对重要的材料在厂商生产的时候就植入RFID芯片或贴上电子标签，对施工过程中的材料运输、进场、出入库、盘点、领料等都可以采用RFID电子标签的阅读器进行信息的快速读取，通过物联网进行跟踪和监控，方便物流、仓库管理。

在实际应用中，可进一步通过应用软件集成Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。

2.2.2 利用BIM技术和物联网技术的结合

BIM技术的出现不仅可整合建筑工程的图形化及非图形化资料，提供虚拟建筑实境模型，并纳入流程的观念，降低规划、设计、施工、运维各阶段转移工程资料的信息遗漏问题。BIM5D是在三维建筑信息模型基础上，融入“工程进度信息”与“成本造价信息”，形成由3D模型+ 1D进度+ 1D造价的五维建筑信息模型。BIM 5D集成了工程量（包括材料）信息、工程进度信息、工程造价信息，不仅能统计工程量，还能将建筑构件的3D模型与各种工作的施工进度相链接，动态地模拟施工变化过程，实施进度控制和成本造价的实时监控。

①材料使用计划编制。

材料的用量可以利用工程量计算模型在BIM 5D中根据匹配的定额库直接计算得出。这个用量主要是按照构件实体的材料统计的，所以可以随意切割BIM模型，BIM软件即可统计出切割下局部的工程材料用量。并且根据BIM5D关系数据库的特点，若发生工程变更，在修改工程3D模型的同时，工程量会随之发生改变，材料数据库会始终保持在最新的状态。在和工作分解结构（Work Breakdown Structure ，WBS）以及工程进度结合后，可以方便的按照时间进度统计材料用量并编制月度材料计划。如果每天将工程进度录入系统，还可预估出第二天的材料用量。

②材料进场验收。

利用对RFID标签的认证和加密，保证材料来源的唯一性，并在电子标签中添加材料的各种生产信息，比如生产时间、重量、成分组成信息、使用注意事项、甚至生产环节的重要加工信息，这种电子认证可以伴随质量保证书一起提供，从而保证产品的来源，中途不会被更换，从而杜绝假冒伪劣产品。在见证取样过程中，同样因为RFID标签的唯一性，有效防止中途化验样品更换，检验过程不再项目管理人员全程跟踪，节省劳动力成本。检测人员可将信息写入检测报告的电子标签，并将加密的信息传回项目部，项目部即可使用材料。

③材料的储存与保管。

在材料储存的过程中，因为有了电子标签，对材料进行盘点，变得非常容易，只需用阅读器直接阅读电子标签，并可将马上整理出材料的规格、类型、性能分类等列表和领用表进行对比，发现材料数量、规格是否有异常变化，可以做到日清日结，并且监控材料的库存水平，既不会因为材料的短缺造成停工与误工，又不会储存大量材料，增加库存面积和周转资金。若材料被盗，工地周围的自动信息阅读器，一旦检测到电子标签，则会触动报警装置，保障材料安全。

④材料领发与回收。

材料管理员在BIM软件的帮助下，可以判断领料人员是否超额领料。因为每次领料的记录会自动录入到系统，如果领料人员所领取的材料超过了正常使用量与正常损耗之和，系统则会提醒。限额领料单也不需要填写，可以在系统中选取相关材料规格和数量，在由BIM模型所生成的3D建筑界面中直接选取材料相关的位置，系统自动显示相互材料位置，出库阅读器自动阅读电子标签，即可完成材料出库。和视频监控配合，甚至可以做到材料自助出库。由材料的出库记录和与之相连的建筑构件信息，可以领发料台账记录，并进行多角度的核算和分析，从而确定领发状况、节超状况和使用效率，通过计划与实际工程材料的消耗进行对比，分析之间产生差值原因，提高项目材料管理能力，并且，积累的数据为逐步形成或者修正企业自己的材料定额提供充分的依据，提高施工单位整体的材料管理能力。

⑤材料使用监督。

在工地现场，材料管理人员可以使用阅读器对材料的电子标签进行验证，确认材料的使用，在后台的系统中可以看到材料被使用的记录，对于某些特殊的材料，还可以将电子标签嵌入到结构构件之中，后期可以进行读取以监控材料的使用状态。

所以，BIM技术的可视性、可模拟性以及形成多维数据库是物联网在建筑工程中应用的理想平台和基础数据模型。而物联网作为互联网的有效延伸，包含并兼容了互联网所有的应用和资源。工程项目材料管理作为连接建筑项目供应链的纽带，并且具有多目标、多维度管理的特点，是BIM技术和物联网技术应用的良好平台。

3 BIM与物联网技术在建设工程项目材料管理中的应用案例分析

3.1 2008年北京奥运村内物流管理系统的应用

“奥运村空间规划及物资管理信息系统”即是在物联网和BIM联合应用的雏形。

首次在奥运村信息系统中使用的BIM技术，与传统的物资管理信息系统难以直观、准确、快捷相比，BIM实现了在虚拟的世界中进行现实的奥运村的物流管理，显著提升了庞大物流管理的直观性、降低了操作难度，得以让奥运村物流管理在物资品种多、数量大、空间单元复杂、空间单元及资产归属要求绝对准确、物资进出频繁、作业集中度高的情况下高效、有序和安全地运行。

奥运村房间的格局、所有物资器材信息等都被数字化的导入到奥运村的三维模型中。设计师创建奥运村空间规划及设施的建筑信息模型，在完成奥运村空间规划的同时，自动产生与奥运村三维模型对应的物资、设施数据库，确保了奥运村的资产管理、物流服务可视化和高效性。这可以让非专业人员直观、可视地看到所服务目标的各种变化带来的影响和要求。

3.2 上海中心项目

上海中心项目中，通过以BIM技术，以管道预制化为基础，实现了物资归类统计、分区段配送与错峰运输的垂直运输方案。

首先，利用鲁班BIM软件对各类建筑材料进行按系统、按施工作业区域进行归类统计，并要求材料供应商按统计结果将管道、配件进行分装后运送到材料配送中心。改变了以往供应商按规格配送，施工人员领用后自行运送至作业面的现象，改用以作业面为包装及配送单位的物流办法。

这种办法通过BIM模型对材料进行的精确归类统计，大幅度地减少了材料发放审核的管理工作。

其次，以系统与作业区域相结合的配送方式可以有效控制材料领用的误差，减少了不必要的人员与材料运输成本。并通过夜间运输、错峰运输等手段，可以最大限度地解决施工高峰期垂直运输矛盾。对于市区工程，有助于提升材料的预制加工件现场装配比例，减少现场对加工场地的空间需求、减少噪音污染和能耗、降低生产事故比例。

4 结语

通过构建并应用基于BIM和物联网技术的建筑工程项目材料管理体系，可以实现大量材料信息的录入，保证材料统计计算的准确和及时，通过材料的全程监控控制材料质量，提高材料管理工作效率，方便施工单位对工程材料和成本进行管理控制。

目前，BIM模型研究还偏重于设计阶段的应用，RFID等物联网技术还只是片段化应用，整个建筑产业链还未实现数字化管理，围绕材料的制造、运输、现场管理、建造的全过程动态可视化管理，还需要进一步研究。

参考文献：

[1] 陈兴海，丁烈云.基于物联网和BIM的建筑安全运维管理应用研究

—以城市生命线工程为例[J].建筑经济，2014，（11）.

[2] 应健，曾志富.物联网技术在智能化建筑领域的发展[J].智能建筑与城市信息，2012，（2）