混凝土技术教材现况与革新之策

1、混凝土技术教材现况与革新之策当前中国混凝土工程建设的规模和新技术的应用都是史无前例的。混 凝土正经历着从传统技术向绿色高性能混凝土技术转化的重要时期。 新旧观念的碰撞与冲突在工程界和学术界普遍存有。虽然说混凝土工 程技术的进步是显而易见的，但是问题之多也是有目共睹。很多混凝 土工程问题的背后都有其教育背景，例如很多人认为混凝土以28 天强度进行工程验收是天经地义的，不可改变，其实是不理解依据混凝土 强度发展规律确定标准龄期的原则；结构设计人员持续追求高强度， 造成配筋率高，对混凝土流动性要求越来越高，其实是不了解现代混 凝土坍落度过大，匀质性不易保证的道理；有些地区仍然倾向于在混 凝土中使用高

2、水泥用量，其实是很多教科书中还在不加解释地传授标 准中对水泥最低用量的限制。本文针对混凝土工程中折射出的教育问 题作如下分析。1 教材编写缺乏新意与特点在教材编写方面，很多教师坚持的一个重要原则就是写入教材的一定 是经典的理论和成熟的技术。但是，现在是知识爆炸的时代，近十几 年混凝土技术理念和工程技术发展迅速，可以用“眼花缭乱”来形容。 于是教材编写绝大多数采用以不变应万变的对策，固守着所谓的成熟 观点和结论，罗列着未变的标准规范。1.1 教材内容严重落后于工程实践例如，一本国家级“十一五”规划教材土木工程材料中在“影响 混凝土强度的因素”这一部分，仍然将水泥强度列在第一条，而且只 提水灰比，

3、没有提到水胶比的概念；在“提升混凝土耐久性措施”这 一部分还是“合理选择水泥品种、采用较小水灰比、保证水泥用量” 这些传统说法；在“混凝土配合比设计”这一部分没有涉及泵送混凝 土知识。另一本国家级“十一五”规划教材土木工程材料中在 “提升混凝土强度的主要措施”这一部分根本没有提及低水胶比的技 术措施；在“提升混凝土耐久性的措施”这一部分也仅仅提出提升密 实度等技术原则，不够明确和详细。在粗骨料部分，仍然提到“要求 岩石强度与混凝土强度之比应该不小于 1.5 ”，忽略了现代混凝土是以 预拌泵送混凝土为主，石子在混凝土中呈悬浮状态，混凝土强度基本 上与骨料强度无关 1 的现状。还有几乎所有教科书在

4、耐久性这一部分 中，碳化仅仅提一下钢筋锈蚀，但对于混凝土钢筋锈蚀的原因、机理 与环境条件却不予说明，而这对于混凝土结构耐久性是最重要的。应 该强调的是成熟不等于落后，当混凝土技术已经进入预拌大流态时代， 教科书还在大讲干硬性、塑性混凝土，这怎么能使我们的学生适应现 代工程建设？1.2 教材编写千篇一律，没有特色，不敢创新目前，土木工程材料全国有几十个版本，可谓“大家编建材”。 但是在教材结构体系、内容、叙述等方面相差不大，很多内容抄来抄 去，没有创意与个性。不管张教授还是李教授写的建材大都一个样。 这样做有几个明显问题：第一，做学问是一种感悟、归纳和提炼的过 程，教材应该体现编写者的学术水平和

5、工程能力，应该把自己悟出的 道理写入教材，有助于引导学生在短时间内把握和理解课程重点与难 点。如果不是这样，编写教材就没有学识问题。学生想看看参考书都 觉得区别不大，不利于培养学习能力和提升教学效果；第二，对学生 造成不良引导，向学生展示一种错误做法，就是习惯于不变的东西。 没有创新勇气和创新思想，教材没有生命，没有活力。这一点我们应 该学习国外学者，举个例子，混凝土技术一书中在讲述水泥水化 产物时，就提出氢氧化钙在混凝土中有什么作用的问题，然后进行解 答。当前的土木工程材料教材对现代混凝土技术与理念系统介绍 的很少，原因之一是从众心理和不敢也不愿为人先。这似乎是中国人 的做事习惯。但教师不能

6、这样，因为如果我们希望学生具有创新意识， 我们自己就首先应该有创新精神。1.3 教材不注重理论联系实际毛主席说过：“精通的目的全在于应用。”教材不能理论联系实际是 我们很多教材的弊病。讲述一个知识点如果结合一个工程案例则效果大不相同。例如：讲到混凝土碳化导致钢筋锈蚀这一部分，结合案例， 北京十大建筑中的美术馆、人民大会堂等建筑因为混凝土水灰比较高、 冬季施工使用氯盐、保护层相对较薄，目前不同水准出现混凝土钢筋 锈蚀问题，学生肯定会记忆深刻。如果通过案例分析西部地区虽然具 备碳化需要的相对湿度环境，但是年相对湿度比较低，混凝土钢筋锈 蚀的可能性很小。学生就会更深刻地了解混凝土容易导致碳化和钢筋

7、锈蚀的环境条件。反之，像现在的教材这样，仅仅条款式地进行叙述， 对于没有很多混凝土感性认识的学生而言，教学效果就不好。2 教师的工程能力和专业学识需要锻炼与继续教育2.1 教师必须持续学习以免“以其昏昏，使人昭昭”“一个人一生中能遇到一个好教师，就很幸运了；如果你有不止 一个好教师，你也许会成为天才。”的确，很多“天才”并非天 生，正是优秀教师的悉心教导才使得他们的潜能得到最大的开发；反 之，水平低下的教师却有可能误人子弟、埋没人才。所以对于教师而 言学习是终身的任务。我们经常在一些场合听到一些教师的学术发言 中出现错误概念和观点，例如“粉煤灰不能多掺，否则会造成混凝土 泌水”，“混凝土中粉煤

8、灰掺量大，氢氧化钙减少，所以混凝土碳化 快”，“石子起骨架作用，传递应力。骨料的强度是保证混凝土强度 的前提”。在混凝土技术日新月异的今天，如果我们的教师不增强专 业新知识、新技术的学习，仅仅看看教材就去讲课，就会造成“以其 昏昏，使人昭昭”的现象。还原论对当代自然科学与技术科学的发展已产生很大作用，但其缺点 是分得愈细，愈易脱离整体和实际，因此无法从整体来全面有效地解 决问题或认识事物的本质。对于混凝土这种非常复杂的材料，用分解 论进行量化分析造成的局限性是显而易见的3。例如拌合物的工作度，通常采用坍落度试验来评价，但是掺与不掺外加剂和掺和料的拌合物， 坍落度一样并不意味着工作度等同。大掺量

9、粉煤灰混凝土拌合物可以 用较小的坍落度良好地泵送。据 Mehta 报道 4，高掺粉煤灰的混凝土拌 和物坍落度为125mn8寸，可相当于180mm勺普通混凝土。因为用水量很低，它不离析或泌水。所以在讲授大掺量粉煤灰混凝土应用于大体 积混凝土时应该提醒适当控制混凝土坍落度以免影响匀质性。2.2 参与工程实践和科学研究是教师提升教学效果的必由之路不久前，全国首届大学生混凝土材料设计大赛在大连理工大学成功举办，比赛题目要求学生配制 C40混凝土。结果47支代表队配合比相差 之大令人印象深刻。例如就单方水泥用量而言，最低160Kg,最高460Kg;单方用水量最高284Kg,最低140K学生表现的背后映射

10、出 指导教师的专业技术水平和素养落差很大。有些教师对混凝土产业的 技术现状不了解，所掌握的配制技术明显落后。其实是教师很少参与 混凝土工程实践的缘故。学以致用是教与学过程中必须围绕的一条主 线，要想将我们的学生培养成应用型人才，高校教师就必须解决自身 工程能力问题，在工程中锻炼自己，提升解决实际问题的能力，掌握 现代混凝土技术。教师只有积极参加科学研究，持续更新专业知识和理念，提升学术水 平才可以提升教学效果。比如，混凝土配合比设计方法中的粉煤灰超 量取代法提出，粉煤灰超量取代法中的粉体增加部分等体积减砂原则， 实际上因为细度量级的差别在功能上粉煤灰并不是砂，不可能代砂， 仍然是胶凝材料，却因

11、为超量而变相增加浆体含量。有人认为掺粉煤 灰后的混凝土抗裂性改善不明显，浆骨比增大是其原因之一。建议今 后不再采用这种实际上增加浆骨比的计算方法 2，教师在讲授超量系数 法时应该说明相关准确理念。3 高校学生实践教学环节必须改变现状3.1 课程实验内容和安排需要改革目前，全国绝大多数高校混凝土相关教学实验仍然按照传统模式进行， 实验内容包括水泥胶砂强度、标准稠度用水量、砂筛分、砂石表观密 度、堆积密度、塑性混凝土试配。存有的问题是首先实验没有以六组 分流态混凝土为目标，与混凝土工程实际不符合。其次实验安排不利 于学生自主学习和感知现代混凝土。比如实验材料是实验室指定的， 水泥、骨料、掺合料、外

12、加剂没有选择和优化的可能，学生就不可能 比较和控制各组分品质对混凝土的影响。举个例子，如果我们给出不 同材质、不同粒形、粒径和级配的骨料，让学生自主选择和堆积搭配， 教学效果就会大大提升。3.2 实践教学环节需要增强目前，土木工程材料课程实验一般为 8 学时，个别学校学时还要 低。在课内实验中让学生理解、初步掌握现代混凝土配制技术难度很 大。像土木工程专业很多课程设置课程设计周一样，土木工程材料 课也需要设置混凝土配制与性能技能训练周以强化学生专业实践能力， 促进学生对课程知识的理解意义重大。这里涉及教育理念问题，在培 养体系有限的学时安排中，必须舍得减少理论课程所占比例。我国高 校理论课程门

13、类过多，所占比例过大，说深了，其实浪费了学生大量 的自主学习时间，很多理论课程少上也罢，不上也罢，对于今后意义 不大。实践教学是人才培养的重要手段，其意义并不低于理论教学， 尤其对于以应用型人才培养为目标的高校，更是如此。实践教学环节不仅包括校内的专业技能类训练，还必须包括校外工程 中的实践锻炼，让学生了解到实验室中测试的混凝土性能( property ) 的优劣并不能代表结构中混凝土的性能( performance )。所以有人得 出“掺粉煤灰的混凝土早期强度低 , 抗碳化性、抗冻性差”的结论，除 配合比、原材料的原因外 , 很可能是试验方法问题。例如试验龄期等， 一方面很多混凝土结构提前劣

14、化，另一方面在试验室检测性能很差的 混凝土，在现场却有很好的表现 5。通过工程实践学生要逐步理解从原 材料、配合比设计、生产、施工、结构、环境等环节的因素对最终结 构混凝土表现的影响。3.3 教学实验形式应该改变以丰富的、开放的、自主的形式取代目前刻板的实践教学模式值得尝 试。还以首届全国大学生混凝土设计大赛为例， 180 名全国大学生的激 情点燃了这次赛会，说明大家很有兴趣，积极性很高，这次竞赛形式 的实践教学活动会极大地提升了学生的专业素质，激发了学生对混凝 土的热爱，促使他们有理想、有信心改变中国混凝土与水泥制品行业 的未来。同时还可以以专题、任务、实操考核形式设置实验内容，最 大限度促

15、使学生自主设计、思考，激发学生的兴趣和创新精神，锻炼 学生试验技能，这些都是实践教学环节改革应该尝试的形式与方法。4 土木工程专业人才培养应该重视材料知识的学习目前，土木工程界仍然存有一种轻视混凝土材料以及相关知识的现象 体现在很多土木工程学科都将材料方向看做是一个次要方向。结构工 程专业研究生选择研究方向一般不会想到选择材料方向。有的土木工 程学院院长直接向教授材料课程的教师讲，我们土木工程的学生，对 混凝土知道一点儿就行了。对材料在土木专业与学科的地位和作用缺 乏认同感。材料是工程的基础，不同材料有不同的设计理论和方法以及不同的施 工方法设计和施工方法，必须跟随材料的变更或更新而变更或更新

16、。 工程中的主要问题是如何处理使用材料时所遇到的各种相互矛盾的因 素，最大限度地做到对立的统一，以实现“百年大计”。混凝土是今 后相当长时期主要的、大宗的材料，人们对混凝土材料这种复杂多相 体的认识仍在持续地发展。在校期间所学的材料知识不过硬会造成知 识的缺陷和局限性，工作中只能机械地执行规范，不利于甚至防碍混 凝土工程技术的进步。目前，工程设计人员、工程监理人员大都来自于土木工程专业，因为 对现代混凝土材料缺乏系统的了解和学习，在实际工程中经常出现错 误的管理、设计和监理行为。南方某省建筑工程质检机构下发文件称： “因为掺加较大比例粉煤灰的混凝土，早期存有塑性收缩的问题，易 导致开裂，所以禁

17、止使用粉煤灰”；很多施工企业在混凝土结构设计 中倾向于促使混凝土追求高早强、大流动，造成混凝土结构体积稳定 性变差；在东北某铁路建设项目上原材料明显发生变化，项目指挥部 仍然禁止混凝土搅拌站对混凝土配合比作出调整，说如果调整，应先 去委托试验，这种外行且不顾实际的做法令人无语；监理人员经常教 条地“认真执行”明显过时的标准条款，给混凝土生产造成困惑；检 测人员经常利用“回弹”来发现混凝土结构的所谓“质量问题”，搞 得混凝土企业和施工单位焦头烂额。再举一例，某桥梁工程因施工单 位提出：“ C50箱梁混凝土的到场坍落度为160mm180mn入泵坍落度 不超过160mm的要求，现场施工队伍又没有相对

18、应的思想准备，肆意 加水，混凝土严重离析，匀质性很差，造成工程事故。事故分析时， 施工单位理直气壮地提出搅拌站没有执行不许掺加粉煤灰的要求是造 成工程事故的主要原因。至于目前在行业内引起热议的“混凝土阴阳 配合比现象”在很大水准上是部分标准、规范没有及时更新混凝土技 术理念，仍然保留所谓最低水泥用量要求造成的。以上现象说明只有 混凝土材料生产企业懂混凝土是不够的。保证混凝土结构质量需要设 计、混凝土原材料制备、混凝土生产、施工、监理、检测等单位的人 员都对现代混凝土有准确的认识，大家统一思想、协作完成。可见土 木工程专业人才培养中不但不可轻视混凝土知识的学习，反而应当予 以强化。这一现状实际上正在持续改善，例如土木工程专业学位研究生培养计 划已经将现代建筑材料为学位必修课程。 2008-2009土木工程学 科发展报告中“桥梁学科发展研究”一文中将材料创新列为桥梁工 程师所肩负的五个使命和