化學(xué)材料科學(xué)與工程精選(九篇)

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第1篇：化學(xué)材料科學(xué)與工程范文

關(guān)鍵詞：新建本科院校；化學(xué)化工；實(shí)踐教學(xué)；工業(yè)仿真

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2012）08-0140-02

進(jìn)入21世紀(jì)，我國高等教育已由精英教育走向大眾化教育。新建本科院校是指1999年我國高校實(shí)行擴(kuò)招以來，隨著我國高等教育規(guī)模的擴(kuò)張和高等教育體制改革的不斷深化，專科學(xué)校通過合并、重組或獨(dú)立升格的普通本科高校。如今，新建本科院校已成為我國高等教育中重要的組成部分，在推進(jìn)我國高等教育向大眾化發(fā)展過程中發(fā)揮了重要的作用。新建本科院校的主要任務(wù)是培養(yǎng)適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的應(yīng)用型人才，要求這類應(yīng)用型人才能夠較好地掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，并且將理論轉(zhuǎn)化為應(yīng)用。即既可以將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)，又具有應(yīng)用專業(yè)理論分析和解決生產(chǎn)實(shí)際問題的能力。為培養(yǎng)應(yīng)用型人才，新建本科院校普遍采取理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的方法，努力培養(yǎng)學(xué)生具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和靈活的實(shí)踐運(yùn)用能力。[1]

一、實(shí)踐教學(xué)目前存在問題

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基本理論、基本知識(shí)，分析解決實(shí)際問題的重要環(huán)節(jié)。通過實(shí)踐教學(xué)使學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)具有一定的感性認(rèn)識(shí)，并為后繼課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)[2、3]。但是，通過廣泛調(diào)研、走訪兄弟院校及參加相關(guān)會(huì)議交流，在化學(xué)化工及材料專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)過程中，存在一些共性問題：

1.沒有建立穩(wěn)定的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)基地。一方面，企業(yè)面臨著很大的競爭壓力，生產(chǎn)任務(wù)繁重，再加上學(xué)生人數(shù)眾多，企業(yè)怕學(xué)生實(shí)習(xí)影響安全生產(chǎn)，不愿接受學(xué)生的實(shí)習(xí)；另一方面，學(xué)校為保證實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，要考慮專業(yè)對(duì)口、技術(shù)水平高的大型企業(yè)，所以尋找穩(wěn)定的實(shí)習(xí)單位較為困難。另外，沒有穩(wěn)定的實(shí)習(xí)基地，指導(dǎo)老師無法提前進(jìn)行實(shí)習(xí)準(zhǔn)備工作，大大影響實(shí)習(xí)的質(zhì)量。

2.傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式的弊端。傳統(tǒng)實(shí)習(xí)模式是單純的現(xiàn)場參觀實(shí)習(xí)，這種模式雖然能增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，在一定程度上激勵(lì)學(xué)生的實(shí)習(xí)積極性。但是參觀實(shí)習(xí)虛多實(shí)少，學(xué)生只是單一的參觀，不能動(dòng)手操作，加上怕影響企業(yè)生產(chǎn)，大部分學(xué)生幾乎就是走馬觀花，很難對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)工藝、具體設(shè)備的結(jié)構(gòu)和原理有較全面的了解，嚴(yán)重制約了認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)質(zhì)量的提高。

3.學(xué)校經(jīng)費(fèi)投入不足。由于近年來的不斷擴(kuò)招，使得學(xué)院的實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重短缺。在這種情況下，只得壓縮實(shí)習(xí)時(shí)間，實(shí)習(xí)質(zhì)量難以保證，再加上學(xué)生的不斷增多，教師資源和實(shí)習(xí)場所配置出現(xiàn)相對(duì)短缺，難以達(dá)到預(yù)期的實(shí)習(xí)效果。

這樣的實(shí)踐教學(xué)模式使學(xué)生只能在表面上大致了解企業(yè)的生產(chǎn)情況與工藝流程，無法接觸到實(shí)際工程問題，更不能動(dòng)手處理生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，無法激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更不能提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。面對(duì)實(shí)踐教學(xué)中存在的種種問題，要求新建本科院校堅(jiān)持教育教學(xué)改革為動(dòng)力，拓展實(shí)踐教學(xué)途徑，全面提升教學(xué)水平。

二、改革思路及措施

近幾年，常熟理工學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院不斷研究和探索，針對(duì)實(shí)踐教學(xué)中出現(xiàn)的這些問題，努力尋找提高教學(xué)質(zhì)量的途徑，在實(shí)踐教學(xué)過程中采取“三合一”實(shí)踐教學(xué)新模式，即引入“雙百工程”成果、引入工業(yè)仿真軟件和企業(yè)現(xiàn)場實(shí)習(xí)相結(jié)合，優(yōu)化傳統(tǒng)實(shí)踐課程教學(xué)體系，形成優(yōu)勢互補(bǔ)。

第2篇：化學(xué)材料科學(xué)與工程范文

關(guān)鍵詞：紡織新材料；安全防護(hù)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：X956 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

進(jìn)入21世紀(jì)，能源短缺已經(jīng)成為一個(gè)問題，這是大多數(shù)國家所關(guān)心的一個(gè)問題，也是世界所面臨的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題。隨著人類對(duì)能源的過度消耗，不可再生資源急劇減少，部分國家的煤炭等不可再生資源已經(jīng)接近匱乏的邊緣，資源利用中所產(chǎn)生的環(huán)境污染問題也愈發(fā)突出，當(dāng)今能源的高效利用和可再生資源是一個(gè)十分迫切的話題。很多時(shí)候，能源應(yīng)用帶有很強(qiáng)的實(shí)踐性，如何將這些能源儲(chǔ)存起來，然后再釋放，實(shí)現(xiàn)能源的充分利用，提高能源利用的高效性，大力發(fā)展新型能源材料成為了一個(gè)重要的手段。紡織技術(shù)和材料科技取得了迅猛的發(fā)展，新型紡織材料接踵出現(xiàn)，有利于安全防護(hù)，保護(hù)了作業(yè)勞動(dòng)，是一次新的契機(jī)。部分新型材料已經(jīng)投入到了生產(chǎn)實(shí)踐中，保障了作業(yè)的安全生產(chǎn)，提高了安全防護(hù)的質(zhì)量，有長遠(yuǎn)的發(fā)展前景，能夠促進(jìn)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，有一定的積極意義。新科技材料出現(xiàn)在安全防護(hù)和勞動(dòng)保護(hù)領(lǐng)域，為社會(huì)帶來了利益，也是出現(xiàn)的新課題。本文選擇了兩種具有典型代表的新型科技材料作為探討的對(duì)象：一種是相變材料，一種是納米紡織材料。探討紡織新材料在職業(yè)安全防護(hù)中的運(yùn)用有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

一、相變材料

相變材料是一種化學(xué)材料，主要用于貯存能量和釋放能量。變相材料按成本分為無機(jī)變相材料、有機(jī)相變材料和復(fù)合相變材料。這種材料和外界環(huán)境變化有著密切的關(guān)系，能夠隨著環(huán)境的變化而變化，實(shí)現(xiàn)材料本身不同狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，如：實(shí)現(xiàn)固態(tài)向固態(tài)的轉(zhuǎn)化和實(shí)現(xiàn)固態(tài)向液態(tài)的轉(zhuǎn)化，在這種狀態(tài)改變過程中，會(huì)釋放大量的能量。在對(duì)該材料實(shí)際作業(yè)過程中，要采用正確的作業(yè)方式，保持與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)相對(duì)平衡。相變材料運(yùn)用在紡織品上，能夠成為性能優(yōu)異的耐熱調(diào)溫產(chǎn)品，這種產(chǎn)品被稱為“智能調(diào)溫紡織品”，該材料是利用相變過程中所產(chǎn)生的大量的熱能，這種熱能能夠形成一種外在的微氣候，縈繞在紡織品周圍，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的調(diào)節(jié)。這種材料產(chǎn)品能夠針對(duì)周圍不同的溫度變化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，自身溫度控制在最佳狀態(tài)。如果周圍的溫度升高了，借助固液狀態(tài)相變所儲(chǔ)存的能量，減少熱量內(nèi)部供應(yīng)，在一定程度上，調(diào)節(jié)了內(nèi)部溫度的升高幅度，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部自動(dòng)制冷的效果。如果外界溫度降低時(shí)，該材料能夠通過固液狀態(tài)相變過程更中所儲(chǔ)存的能量，調(diào)節(jié)過低的溫度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)紡織產(chǎn)品的保溫。該材料具有優(yōu)異的性能，不僅具有較低的質(zhì)量，節(jié)約成本，而且能夠減少能量的消耗，容易操作等性能。能夠適應(yīng)不同條件下的作業(yè)要求，無論是炎熱的夏季，還是寒冷的冬季，作業(yè)難度較大的管道作業(yè)，還是有色金屬的冶煉過程中，都能看到這種材料的身影，能夠滿足不同作業(yè)崗位人員的需求。目前市場上的任何一種方法都會(huì)產(chǎn)生成本消耗，輕質(zhì)量的產(chǎn)品和過低的能源消耗，在高溫惡劣環(huán)境的影響下，這種材料能夠?qū)ψ鳂I(yè)人員形成一種外在的保護(hù)。隨著相變蓄熱材料的出現(xiàn)，為高溫危險(xiǎn)作業(yè)人員提供了一種保護(hù)性的可能。該材料的一種重要應(yīng)用是在高溫礦井的營救救援，能夠及時(shí)應(yīng)對(duì)這種危害帶來的困難。當(dāng)?shù)V難發(fā)生的時(shí)候，營救受困人員的生命成為了工作的重心。對(duì)救生艙的使用有一定的要求，保證受困人員能夠在120小時(shí)以上的生存條件。如果救生艙內(nèi)的溫度持續(xù)上升，需要保障受困人員處于最佳的舒適范圍之內(nèi)，也是保障受困人員的生命時(shí)間，贏得最終的營救時(shí)機(jī)。蓄能相變材料能夠從根本上解決這樣的問題。該材料有較低的維護(hù)成本，根據(jù)礦井的不同實(shí)際情況，合理調(diào)整溫度。該材料在平時(shí)的時(shí)候處于固態(tài)的狀態(tài)，不必?fù)?dān)心成本的維護(hù)費(fèi)用，減少了營救工作所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。該材料較大的密度能夠保障對(duì)周圍熱量的最大吸收，合理調(diào)控溫度，控制溫度所處的時(shí)間，有較高的換熱效率。該材料占用空間較少，不會(huì)爭奪救生艙內(nèi)的狹小救援空間，為救援人員提供寶貴的空間。

二、納米紡織材料

隨著科技的不斷發(fā)展，納米紡織材料逐漸引起了人們的關(guān)注。納米紡織材料因小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)等的影響，產(chǎn)生巨大的變化，形成很特別的功能。和常規(guī)材料相比，該材料有著特殊的防護(hù)功能，該技術(shù)發(fā)展較為迅速，已經(jīng)在多種領(lǐng)域得到了應(yīng)用。納米紡織材料所衍生出來的的紡織材料能夠?qū)棺贤饩€的照射。我們都知道紫外線在輻射過程中會(huì)對(duì)人的身體造成一定的傷害。而納米四氧化三鐵和二氧化硅等等和納米云能夠吸收太陽的這種輻射波，這些波容易對(duì)人的身體造成傷害。化學(xué)纖維摻入納米微粒，這種整合后的織物能夠有效的阻擋紫外線的照射。制成的這種紡織材料能夠?qū)敉庾鳂I(yè)人員形成一種外在的防護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)人員的實(shí)際保護(hù)。該材料借助于納米技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)紡織物的處理，應(yīng)用特殊加工工藝，在該材料表面形成了納米分子層，該納米分子層能夠有效的屏蔽外來的傷害，最終形成了了防液體沾染和防污等功效。所制成的納米紡織材料能夠有效的紡織污染，保護(hù)處于污染環(huán)境作業(yè)中的人員，有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

結(jié)語

材料科學(xué)涉及的學(xué)科種類較多，是一種交叉性的學(xué)科，與現(xiàn)代工程技術(shù)有著密切的聯(lián)系。隨著材料技術(shù)的不斷發(fā)展，已經(jīng)成為了和生物技術(shù)和信息技術(shù)并肩的高新技術(shù)。這些材料只是科學(xué)技術(shù)發(fā)展下的一些局部性運(yùn)用，這些領(lǐng)域在安全防護(hù)方面有較大的現(xiàn)實(shí)意義。材料科學(xué)本身有特殊性，涉及了多種學(xué)科之間的結(jié)合。如何推進(jìn)不同學(xué)科之間研究工作的融合發(fā)展以及在應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，盡快提高這些新材料與新技術(shù)在安全生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用水平，并拓展其應(yīng)用范圍，是材料科學(xué)工作者與安全生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)＜颐媾R的當(dāng)務(wù)之急。我國協(xié)作發(fā)展模式還不成熟，受到各種主客觀因素的影響，新技術(shù)應(yīng)用不充分。當(dāng)前工作的重心是加強(qiáng)對(duì)材料科技的和安全防護(hù)的研究，使產(chǎn)生的科技材料在實(shí)踐中得到充分的利用。材料設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)從材料設(shè)計(jì)和激勵(lì)機(jī)制等方面進(jìn)行入手，早日實(shí)現(xiàn)這種發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

第3篇：化學(xué)材料科學(xué)與工程范文

合成化學(xué)的發(fā)展史可以追溯至古代的煉金術(shù)和煉丹術(shù)。1828年，德國化學(xué)家維勒用人工方法成功合成了尿素，標(biāo)志著有機(jī)合成化學(xué)的誕生。中國科學(xué)院院士徐光憲曾列舉了20世紀(jì)六大發(fā)明與技術(shù)，包括信息技術(shù)、生物技術(shù)、核科學(xué)與核武器技術(shù)、航空航天與導(dǎo)彈技術(shù)、激光技術(shù)、納米技術(shù)，并指出這些領(lǐng)域的進(jìn)步無一例外地需依靠化學(xué)手段來合成新的材料，如果沒有化學(xué)合成技術(shù)，上述六大發(fā)明與技術(shù)根本無法實(shí)現(xiàn)。進(jìn)入21世紀(jì)以后，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)4次授予了合成化學(xué)，反映了這個(gè)學(xué)科的創(chuàng)造力和活力，以及對(duì)人類社會(huì)的貢獻(xiàn)。

生命源于合成

合成化學(xué)為探索生命科學(xué)規(guī)律提供了重要方法和物質(zhì)基礎(chǔ)。

蛋白質(zhì)、核酸和碳水化合物，在這三大物質(zhì)誕生生命的過程中，合成化學(xué)作出了巨大的貢獻(xiàn)。生命誕生的過程需要基因?qū)Φ鞍踪|(zhì)進(jìn)行調(diào)控，蛋白質(zhì)擔(dān)負(fù)著新陳代謝的作用，這里面合成化學(xué)依然會(huì)發(fā)揮作用。隨著人類基因組草圖的完成，蛋白質(zhì)組的研究成為一個(gè)重要的方向。合成化學(xué)家可以通過有機(jī)小分子作為工具，解決生物學(xué)的問題，通過干擾和調(diào)節(jié)生物正常過程了解蛋白質(zhì)的功能。比如有一個(gè)基因是致癌的，如果用有機(jī)小分子來替代這樣的基因，就可以獲得皮膚的干細(xì)胞，為治療疾病提供一種新的可能。

而合成細(xì)胞的問世，使得人類在未來有可能通過這種合成的方法，產(chǎn)生人造生命。1965年，我國完全人工合成結(jié)晶牛胰島素，標(biāo)志著人工合成蛋白質(zhì)時(shí)代的開始。到了1981年，我國科學(xué)家又首次人工合成酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸。所以說，人類生命的誕生是合成化學(xué)、分子生物學(xué)，以及其他一系列學(xué)科共同作用的結(jié)果。

守護(hù)人類健康

除了幫助誕生生命，合成化學(xué)在人類健康方面的影響也是巨大的。

20世紀(jì)，人類社會(huì)發(fā)展發(fā)生了很大的化，特別是從20世紀(jì)50年代以后，人類的壽命和健康水平得到了空前的提高，這與醫(yī)療儀器的進(jìn)步有很大的關(guān)系，但是跟藥物的發(fā)展也是分不開的。

抗菌素就是一個(gè)很好的例子1932年，德國I.G.染料工業(yè)研究所病理學(xué)主任杜馬克在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，一種被稱為“百浪多息”的紅色的偶氮類染料對(duì)于感染溶血性鏈球菌的小白鼠以及兔、狗等都具有很好的療效，并以此染料挽救了身患鏈球菌敗血病的女兒，一個(gè)人工合成抗感染疾病化學(xué)治療藥物的新紀(jì)元由此開啟。科學(xué)家通過對(duì)這一藥物作用機(jī)理的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，“百浪多息”的殺菌作用實(shí)際上是由于其在體內(nèi)發(fā)生降解所生成的產(chǎn)物4-氨基苯磺酰胺（也就是我們熟知的磺胺）產(chǎn)生的，從而誕生了磺胺類藥物，并挽救了無數(shù)人的生命。由此可見，如果沒有合成化學(xué)，磺胺這樣非常平常的藥物是不可能被發(fā)現(xiàn)的，更不用說結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的其他合成藥物。

另一個(gè)典型例子是對(duì)青霉素的改造。青霉素作為自然界里發(fā)現(xiàn)的一類抗生素藥物挽救了無數(shù)人的生命，但是隨著微生物對(duì)抗生素耐藥性的增加，抗生素使用的壽命越來越短。而且，由于細(xì)菌抗藥性的發(fā)展，現(xiàn)在青霉素的給藥劑量已經(jīng)比60年前增加了數(shù)十萬倍。然而，從天然來源發(fā)現(xiàn)新結(jié)構(gòu)類型、效果更好的抗生素越來越困難。但合成化學(xué)家運(yùn)用化學(xué)合成方法，在青霉素的基礎(chǔ)上，通過結(jié)構(gòu)修飾創(chuàng)造出了更多的、效果更好的抗生素系列，比如我們熟知的阿莫西林這樣一類“西林”類的抗生素，有效地解決了這一問題。

此外，維生素B12、海葵毒素等藥物的出現(xiàn)都是合成化學(xué)的功勞。2009年，全世界銷售最高的200例藥物里面，超過140種都是化學(xué)合成類藥物。可以說，沒有合成化學(xué)，人類的健康就不能達(dá)到現(xiàn)在的水平。而從藥物的角度講，雖然我們解決了一些問題，但是很多重大的疾病還沒有解決，科學(xué)家需要朝著藥物合成的方向繼續(xù)努力，在相當(dāng)長的時(shí)間里，化學(xué)合成的藥物仍然是當(dāng)代新藥研發(fā)的主題。所以說，合成化學(xué)是藥物制造工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的源頭。

解決人類口糧

合成化學(xué)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中發(fā)揮著非常重要的作用，合成氨就是一個(gè)例子。

19世紀(jì)以前，農(nóng)業(yè)上所需氮肥的來源主要是有機(jī)物的副產(chǎn)品，如糞類、種子餅及綠肥等，這顯然不能滿足當(dāng)時(shí)農(nóng)業(yè)的需求。德國化學(xué)家哈伯從1902年開始研究由氮?dú)夂蜌錃庵苯雍铣砂薄?909年，他改進(jìn)了合成方法，氨的轉(zhuǎn)化率得到提升。合成氨技術(shù)被評(píng)為20世紀(jì)最重要的發(fā)明，因?yàn)闆]有合成氨，全人類的糧食就會(huì)出現(xiàn)很大問題。

大量事實(shí)表明，農(nóng)用薄膜、滴灌管材、合成農(nóng)藥等同樣為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)作出了巨大貢獻(xiàn)。如果不施用農(nóng)藥，世界糧食產(chǎn)量將因受病、蟲、草害的影響而損失1/3。如果不用除草劑，人工除草不僅會(huì)大大增加農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，土壤流失的風(fēng)險(xiǎn)也將急劇增加。如果不用殺菌劑，不僅花生的產(chǎn)量將下降60%多，由病菌產(chǎn)生的天然毒素（毒性可能強(qiáng)于某些農(nóng)藥）的量也可能會(huì)急劇增加，對(duì)人類的健康產(chǎn)生威脅。而隨著世界越來越開放，外來生物的入侵愈演愈烈，如果一個(gè)外來生物入侵，不用化學(xué)農(nóng)藥應(yīng)急處理，而使用生物方法則很難在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全控制。

當(dāng)然，農(nóng)藥、化肥的不合理使用，會(huì)帶來一些環(huán)境問題，DDT發(fā)生在上世紀(jì)的例子就是一個(gè)很大的教訓(xùn)。但是出現(xiàn)這樣的問題，合成化學(xué)家沒有選擇回避，而是勇于迎接挑戰(zhàn)，用技術(shù)來實(shí)現(xiàn)農(nóng)資產(chǎn)品的環(huán)保安全。從所謂的第一代農(nóng)藥到第五代農(nóng)藥，特別是第三代的昆蟲生長控制劑、第四代的昆蟲行為控制劑和第五代的昆蟲心理控制劑，由過去的殺生、高毒、廣譜到現(xiàn)在的控制、低毒、選擇性農(nóng)藥，這是合成化學(xué)與其他科學(xué)共同相互協(xié)作、相互促進(jìn)的結(jié)果。 同時(shí)我們也應(yīng)該看到，近些年來提倡的“回歸天然”“有機(jī)食品”等概念已經(jīng)深入人心，使得農(nóng)藥似乎成了一個(gè)公眾敏感的詞匯，尤其是在當(dāng)今食品安全堪憂的語境下，兼以不斷涌現(xiàn)在公眾面前的晦澀的化學(xué)名詞，更是將化學(xué)推向了“妖魔化”的境地。于是有人建議：人們不要食用任何一種連它的化學(xué)名字都讀不出來的東西。若真的遵循這樣的規(guī)則，恐怕沒有一個(gè)人能存活下去，因?yàn)榫瓦B我們平日食用的白砂糖都不是所有人能讀得出它的化學(xué)名稱。將一些化學(xué)物質(zhì)用于食品領(lǐng)域并不是化學(xué)學(xué)科的錯(cuò)誤，這不僅需要執(zhí)法機(jī)關(guān)的嚴(yán)格篩查，也需要化學(xué)家的科普宣傳，以減少公眾對(duì)化學(xué)的誤解和負(fù)面印象。

改變生活方式

合成化學(xué)與材料科學(xué)的交叉融合，則徹底改變了人類的生活方式。我們在廚房中幾乎找不到什么和合成化學(xué)材料沒有關(guān)系的東西。從塑料到纖維，再到合成橡膠，這些都屬于合成材料。

人類歷史上第一種完全人工合成的塑料是在1909年由貝克蘭用苯酚和甲醛制造的酚醛樹脂，又稱貝克蘭塑料。1935年，以繭絲結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，卡羅瑟斯首次成功地合成了尼龍66。這一發(fā)明促進(jìn)了有機(jī)高分子合成化學(xué)的發(fā)展。20世紀(jì)40年代，乙烯類單體的自由基引發(fā)聚合迅速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了包括氯乙烯、聚苯乙烯和有機(jī)玻璃等的工業(yè)化生產(chǎn)。在第一次世界大戰(zhàn)期間，迫于橡膠缺乏，德國人采用二甲基丁二烯聚合合成了甲基橡膠。進(jìn)入20世紀(jì)50年代，從石油裂解而得到的烯烴主要包括乙烯與丙烯，德國人齊格勒與意大利人納塔分別發(fā)明用金屬絡(luò)合催化劑合成低壓聚乙烯與聚丙烯的方法，并分別于1952年和1957年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，這是高分子合成化學(xué)的歷史性突破，他們因此獲得1963年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。20世紀(jì)60年代，由于登月工程的需求驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致了可作為太空服原材料、航天飛機(jī)高溫黏合劑以及超音速飛機(jī)的復(fù)合材料等耐高溫合成材料的誕生。科學(xué)家還合成了很多其他有機(jī)高分子材料，如涂料、離子交換樹脂等，并制成了很多新的產(chǎn)品。

第4篇：化學(xué)材料科學(xué)與工程范文

（呼倫貝爾學(xué)院建筑工程學(xué)院，呼倫貝爾 021008）

摘要： 現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是比較普遍的質(zhì)量通病，通過分析混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因來分析，提出針對(duì)裂縫的處理方法。

關(guān)鍵詞 ： 混凝土；裂縫；處理中圖分類號(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2015）03-0113-03

作者簡介：樸紅梅（1972-），女，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)橥聊竟こ淌┕ぜ肮こ添?xiàng)目管理。

0 引言

混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要地位，應(yīng)用極為廣泛，而混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)裂縫也較為普遍。現(xiàn)代建筑工程中，現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生裂縫是一個(gè)比較普遍的質(zhì)量通病，不僅影響觀感，嚴(yán)重的裂縫會(huì)引起鋼筋的銹蝕，降低建筑結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性，也將破壞建筑物、構(gòu)筑物的整體性，甚至?xí)?dǎo)致重大的質(zhì)量事故。正確分析裂縫出現(xiàn)的原因，切實(shí)加以防治，針對(duì)出現(xiàn)的裂縫采取相應(yīng)的處理方案，具有重要意義，也是十分必要的。

1 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因

現(xiàn)代建筑施工中采用的混凝土均已為商品混凝土，商品混凝土是由水泥、骨料、水和外加劑、摻合料組成的材料，俗稱商混。商混較原有現(xiàn)場混凝土攪拌質(zhì)量更易保證，施工更方便，形成的結(jié)構(gòu)構(gòu)件質(zhì)量也較原有現(xiàn)場攪拌混凝土要高些。但這些并沒有徹底改變混凝土結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生裂縫，要探究混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因，就要從設(shè)計(jì)、材料、施工和環(huán)境管理等方面分析。

1.1 設(shè)計(jì)的原因 在設(shè)計(jì)階段，由于設(shè)計(jì)存留的隱患造成混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。比如：

①設(shè)計(jì)中對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面突變或是洞口引起應(yīng)力集中，若相應(yīng)的構(gòu)造措施處理不當(dāng)，必然引起完工后構(gòu)件產(chǎn)生裂縫；②設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力不當(dāng)；③設(shè)計(jì)時(shí)鋼筋配置不合理；④設(shè)計(jì)時(shí)未充分考慮混凝土構(gòu)件的收縮變形；⑤設(shè)計(jì)時(shí)采用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)過高；⑥設(shè)計(jì)時(shí)變形縫、沉降縫或抗震縫設(shè)置不當(dāng)，產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力：

1.2 材料的原因 ①骨料粒徑的影響，商混均采用粒徑較小的骨料，單位水泥用量和拌和水用量多。在混凝土的組成中，粗骨料是制約水泥石收縮的主要成分，因此粒徑較小的粗骨料和較少的粗骨料用量對(duì)制約混凝土收縮是不利的，易出現(xiàn)裂縫；②骨料含泥量的影響，泥降低了骨料與水泥漿之間的粘結(jié)，弱化了水泥石的緊密度，骨料的含泥量越高，混凝土的收縮性就越大，也越容易造成開裂；③水泥品種的影響，普通硅酸鹽水泥收縮比礦渣硅酸鹽水泥收縮大、粉煤灰水泥收縮值較小、快硬水泥收縮大。為了提高施工效率，商品混凝土中的水泥用量往往比普通混凝土要大，而且又因加了外加劑，造成初期的水化速度快，產(chǎn)生的水化熱也較多，從而降溫時(shí)因自身約束引起的溫度應(yīng)力也比普通混凝土要大得多。在大體積混凝土中尤為顯著，極易造成積聚于內(nèi)部的水化熱不易散發(fā)的情況，形成與表面溫差較大的梯度而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的淺表裂縫；④坍落度的影響，商混的坍落度普遍較大，造成商混的收縮值較大，易導(dǎo)致商混裂縫的產(chǎn)生；⑤外加劑的影響，在商混攪拌過程中會(huì)添加外加劑，大多是兼有減水、泵送、緩凝等綜合作用的高效復(fù)合外加劑，易產(chǎn)生裂縫。

1.3 施工方面的原因 ①現(xiàn)場澆筑混凝土?xí)r，振搗不當(dāng)，影響混凝土的密實(shí)性和均勻性；②混凝土終凝前未仔細(xì)收光，商混坍落度大，水泥漿含量高，在終凝前因表面收縮極易出現(xiàn)收縮裂縫，對(duì)于摻加了活性摻和料的混凝土就尤為顯著。如果在終凝前未仔細(xì)收光，則收縮裂縫不會(huì)自行閉和，導(dǎo)致混凝土非結(jié)構(gòu)性淺表裂縫的產(chǎn)生；③現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)措施不到位，混凝土早期脫水，引起收縮裂縫；④模板支撐拆除過早和結(jié)構(gòu)受荷載過早；⑤施工天氣的影響。

1.4 使用中的原因 ①地基沉降，地基的不均勻沉降造成開裂；②溫度變化，混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì)，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度變形，由此產(chǎn)生附加應(yīng)力，當(dāng)這種應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫；③濕度變化，混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)，體積會(huì)逐漸減小，一般謂之干縮。收縮裂縫較普遍，通常是因?yàn)轲B(yǎng)護(hù)不良造成。混凝土的收縮值一般為0.2～0.4‰，其發(fā)展規(guī)律是早期快、后期緩慢；④結(jié)構(gòu)受荷，施工中和使用中都可能出現(xiàn)裂縫。如：拆模過早或方法不當(dāng)、構(gòu)件堆放、運(yùn)輸、吊裝時(shí)的墊塊或吊點(diǎn)位置不當(dāng)、施工超載、張拉預(yù)應(yīng)力值過大等等均可能產(chǎn)生裂縫；⑤徐變，混凝土徐變造成開裂或裂縫發(fā)展；⑥周圍環(huán)境影響，酸、堿、鹽等對(duì)構(gòu)筑物的侵蝕，引起裂縫；⑦意外事件，火災(zāi)、輕度地震等引起構(gòu)筑物的裂縫；⑧野蠻裝修，隨意拆除承重墻或鑿洞等，引起裂縫。

混凝土開裂影響很大。混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)越高，混凝土脆性越大、越易開裂。

2 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制措施

應(yīng)分別從產(chǎn)生混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的原因進(jìn)行控制，如注意盡量避免結(jié)構(gòu)斷面突變帶來的應(yīng)力集中；注意容易開裂部位的構(gòu)造措施；注意材料的選擇和混凝土強(qiáng)度等級(jí)的選用。

在施工方面，注意模板的安裝和拆除；注意商混的運(yùn)輸、澆筑和養(yǎng)護(hù)；注意施工時(shí)的天氣的影響因素；提高改善商品混凝土質(zhì)量和性能，對(duì)減少現(xiàn)澆混凝土板的裂縫也起到控制作用。在使用時(shí)，注意加強(qiáng)管理，避免出現(xiàn)產(chǎn)生混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的因素。

3 混凝土裂縫的處理方法

混凝土裂縫的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛性和整體性，同時(shí)還會(huì)加速混凝土碳化、鋼筋銹蝕，降低混凝土的抗疲勞能力等性能。因此，針對(duì)裂縫產(chǎn)生的具體情況要采取必要的措施，從而確保建筑物結(jié)構(gòu)的剛性、穩(wěn)定性、整體性，實(shí)現(xiàn)安全使用。

針對(duì)混凝土裂縫產(chǎn)生的情況不同，可采取以下幾種方式：表面修補(bǔ)法，灌漿、嵌逢封堵法，結(jié)構(gòu)加固法，混凝土置換法，電化學(xué)防護(hù)法以及仿生自愈合法。

3.1 表面修補(bǔ)法 對(duì)于混凝土表面裂縫、深進(jìn)裂縫，或大面積細(xì)裂縫的防滲漏，以及裂縫不會(huì)影響到建筑的承載力的情況下，可采用表面修補(bǔ)法。

①在裂縫表面涂抹水泥砂漿。施工時(shí)，鑿毛裂縫周邊的混凝土表層，或?qū)⑸钸M(jìn)裂縫鑿成V型或U型槽，將裂縫清掃干凈并將水灑入浸濕，刷水泥凈漿一遍后涂抹水泥砂，用工具將水泥砂漿抹光壓密。②表面涂抹環(huán)氧膠泥。在涂抹環(huán)氧膠泥前先用鋼絲、砂布等工具將表面清除干凈，如果有油污可用二甲苯或丙酮將其擦洗干凈，也可用噴燈將潮濕的表層烤干預(yù)熱，以確保混凝土與環(huán)氧膠泥更好的粘結(jié)，如果基層有潮濕，可選用環(huán)氧煤焦油膠泥（涂料）涂抹。③在混凝土面層干燥后，在其面層涂刷油漆、瀝青。

3.2 內(nèi)部修補(bǔ)法 內(nèi)部修補(bǔ)法是將膠結(jié)材料借助壓漿泵擠壓入開列的裂縫中，通過膠結(jié)材料凝結(jié)硬化實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縫的目的，從而使建筑結(jié)構(gòu)保持整體性。此種修補(bǔ)方式適用于對(duì)防水防滲有要的裂縫修補(bǔ)，以及對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的整體性有影響的裂縫修補(bǔ)。一般使用水泥和化學(xué)材料作為灌漿膠結(jié)材料，材料的實(shí)際選擇要按照裂縫的要求和施工狀況來定。而對(duì)于裂縫寬度小于0.5mm，一般采用化學(xué)灌漿，而對(duì)于裂縫寬度大于0.5mm的裂縫，一般選擇水泥灌漿。

3.2.1 水泥灌漿 對(duì)于大體積混凝土結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)工藝程序是先鉆孔、沖洗，再止?jié){、堵漏，然后埋管、試水，最后灌漿。

鉆孔一般孔深要穿過裂縫面0.5m以上，孔間距約為1m～1.5m，而鉆孔軸線與裂縫一般呈30°～40°斜角，當(dāng)根據(jù)裂縫的要求需要有兩排或多于兩排的孔時(shí)，鉆孔布置就為交錯(cuò)或呈梅花形；當(dāng)鉆孔完畢后要對(duì)孔進(jìn)行沖洗，沖洗的要求是逐孔沖洗按豎向排列自上而下進(jìn)行；在孔縫沖洗干凈后，在裂縫表面使用水泥砂漿或環(huán)氧膠泥進(jìn)行涂抹，實(shí)現(xiàn)止?jié){、堵漏；埋管安裝前應(yīng)在管外壁裹上舊棉絮同時(shí)用麻絲纏緊，然后將其旋入鉆孔，再用舊棉絮或麻絲將鉆孔口管壁周圍的孔隙塞緊，再用水泥砂漿或硫硫酸砂漿進(jìn)行封堵，避免從孔口溢出灌漿或冒漿；試水是用0.098MPa～0.196MPa壓力水作滲水試驗(yàn)，采用排氣孔排水、灌漿孔壓水的方法來檢查裂縫和管線通暢狀況，再將排氣孔關(guān)閉，再檢驗(yàn)止?jié){堵漏情況，同時(shí)將裂縫面濕潤，便于更好的粘結(jié)；灌漿時(shí)所使用的水泥一般為425號(hào)以上的普通水泥，灌漿壓力應(yīng)控制在0.294MPa～0.491MPa，壓將完成后漿孔內(nèi)應(yīng)被灰漿充滿并填入濕凈砂，再用工具按壓漿順序依次搗實(shí)，在搗實(shí)的堵漏，繼續(xù)壓漿。

3.2.2 化學(xué)灌漿 化學(xué)灌漿的特點(diǎn)是，粘結(jié)強(qiáng)度高，彈性恢復(fù)力強(qiáng)，同時(shí)能更好的控制凝結(jié)時(shí)間，使建筑物的整體性結(jié)構(gòu)效果更好。應(yīng)用廣泛，適用于各種情況下裂縫修補(bǔ)及堵漏、防滲處理。灌漿材料的選用，應(yīng)根據(jù)裂縫的寬度、干燥情況、開裂性質(zhì)作為參考。常用的灌漿材料有環(huán)氧樹脂漿液（能修補(bǔ)縫寬0.2mm以下的干燥裂縫）、甲凝（能灌0.03mm～0.1mm的干燥細(xì)微裂縫）、丙凝（用于堵水、止漏及滲水裂縫的修補(bǔ)，能灌0.1mm以下的細(xì)裂縫）等，環(huán)氧樹脂漿液具有粘結(jié)強(qiáng)度高、施工操作方便、成本低等有點(diǎn)，應(yīng)用最廣。

化學(xué)灌漿施工的工藝程序是，首先進(jìn)行表面處理（布置灌漿嘴和試氣），然后進(jìn)行灌漿、封孔操作，一般采取騎縫直接用灌漿嘴施噴，不另設(shè)鉆孔。

3.3 結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固法 當(dāng)混凝土裂縫影響到建筑結(jié)構(gòu)性能時(shí)，需要考慮對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固處理，從而控制裂縫進(jìn)一步開裂，恢復(fù)建筑結(jié)構(gòu)的整體性。一般采用鋼板、錨桿等材料對(duì)建筑結(jié)構(gòu)作補(bǔ)強(qiáng)加固。

①采用錨桿加固時(shí)，灌注材料通常選用水泥砂漿或樹脂，而錨桿與縫面夾角越大越好。待灌漿漿液凝固后，錨桿自然與結(jié)構(gòu)結(jié)合，同時(shí)能使混凝土彌合，從而使結(jié)構(gòu)的承載能力得到加強(qiáng)。②鋼板補(bǔ)強(qiáng)法，是先通過粘合劑將鋼板粘結(jié)在混凝土表面上，再采用錨桿固定安裝。為達(dá)到更好的粘合效果，可先將鋼板固定，再用灌漿的方式使混凝土與鋼板間的孔隙更好地彌合。③鋼筋混凝土補(bǔ)強(qiáng)法，是在原混凝土結(jié)構(gòu)的表層澆筑鋼筋混凝土，以實(shí)現(xiàn)裂縫封閉，提高結(jié)構(gòu)的承載力，更好地扼制裂縫的繼續(xù)發(fā)展。

3.4 混凝土置換法 混凝土置換法是針對(duì)一些混凝土損壞比較嚴(yán)重的一種有效措施。首先，剔除原有混凝土，再置換入新的材料。常用的置換材料有：普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。

3.5 電化學(xué)防護(hù)法 電化學(xué)防腐是利用施加電場在介質(zhì)中的電化學(xué)作用，改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環(huán)境狀態(tài)，鈍化鋼筋，以達(dá)到防腐的目的。陰極防護(hù)法、氯鹽提取法、堿性復(fù)原法是化學(xué)防護(hù)法中常用而有效的三種方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是防護(hù)方法受環(huán)境因素的影響較小，適用鋼筋、混凝土的長期防腐，既可用于已裂結(jié)構(gòu)也可用于新建結(jié)構(gòu)。

3.6 仿生自愈合法 仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法，它模仿生物組織對(duì)受創(chuàng)傷部位自動(dòng)分泌某種物質(zhì)，而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機(jī)能，在混凝土的傳統(tǒng)組分中加入某些特殊組分（如含粘結(jié)劑的液芯纖維或膠囊），在混凝土內(nèi)部形成智能型仿生自愈合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，當(dāng)混凝土出現(xiàn)裂縫時(shí)分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。

4 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫處理案例分析

4.1 混凝土結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)法 某玻璃制造企業(yè)的設(shè)備—豎窯，在使用10年后，發(fā)現(xiàn)一層結(jié)構(gòu)樓板底和梁底、兩側(cè)出現(xiàn)了裂縫，且相當(dāng)一部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了混凝土脫落、漏筋、鋼筋銹蝕現(xiàn)象。經(jīng)全面檢測，一層樓板上表面沒有明顯裂縫，裂縫均出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)底部，最嚴(yán)重的是梁，主筋Φ25銹蝕達(dá)2mm，箍筋Φ8銹蝕達(dá)1.5mm；梁的混凝土保護(hù)層厚度為18mm，夾雜有木塊等雜物出現(xiàn)；梁的裂縫沿著主筋方向較大，垂直于主筋方向的裂縫大致在箍筋位置；板底也均是沿鋼筋布置方向出現(xiàn)較明顯裂縫，混凝土呈酥松狀。

按實(shí)際情況進(jìn)行了分析結(jié)論為：混凝土在澆筑時(shí)振搗不密實(shí)，施工時(shí)現(xiàn)場環(huán)境較差，施工不認(rèn)真，有雜物夾雜，造成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫；使用現(xiàn)場環(huán)境較潮濕，含堿量較大；常年的使用，混凝土結(jié)構(gòu)的不密實(shí)造成了有害介質(zhì)的侵入，混凝土碳化，引起鋼筋銹蝕，當(dāng)銹層加厚達(dá)到張裂混凝土保護(hù)層時(shí)，混凝土保護(hù)層脫落。

對(duì)鋼筋的銹蝕情況做進(jìn)一步的分析，檢測了結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度，承載力降低，為安全使用，采用了結(jié)構(gòu)加固法進(jìn)行裂縫的處理。經(jīng)計(jì)算，決定在梁底、兩側(cè)和板底加固鋼筋網(wǎng)。

處理方法：先將原結(jié)構(gòu)做好固定支撐，原酥松混凝土全部鑿除，剔除鋼筋銹蝕層，高壓水沖刷干凈，固定加固鋼筋網(wǎng)，噴射C30混凝土。經(jīng)處理后使用效果很好。

4.2 混凝土灌漿 一冬季施工的建筑結(jié)構(gòu)，梁板的澆筑為冬季施工，后采用封閉覆膜和電加熱的方式養(yǎng)護(hù)。在第二年春季拆模時(shí)發(fā)現(xiàn)，梁板節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)了大量的空洞和蜂窩，經(jīng)檢測和分析，冬季施工時(shí)的溫度為-25℃，施工現(xiàn)場結(jié)構(gòu)表面有冰凍現(xiàn)場，在澆筑混凝土?xí)r未及時(shí)處理，形成空洞，決定采用澆灌混凝土進(jìn)行處理。將蜂窩處鑿除，并形成U形表面，用高壓水沖刷干凈；先噴涂一遍素水泥漿，后用C40細(xì)石混凝土（添加少量膨脹劑）澆灌。處理后使用效果很好。

減少鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，必須從設(shè)計(jì)、材料、施工、使用等方面加以控制。同時(shí)要對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對(duì)待，采用合理的方法進(jìn)行處理，保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定地工作。

綜上所述，對(duì)于混凝土裂縫的控制是一個(gè)綜合性的問題，需要經(jīng)過設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工及使用方等多方面的配合。隨著當(dāng)今我們對(duì)混凝土耐久性研究的不斷深入，材料科學(xué)的不斷發(fā)展和建筑技術(shù)水平的不斷提高，相信混凝土裂縫問題將會(huì)逐漸得以圓滿地解決。

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