自主设置交叉学科论证方案.docx

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1、附件2-2：自主设置交叉学科论证方案学位授予单位名称：福州大学学位授予单位代码：10386交叉学科名称土木工程材料交叉学科代码99J1所涉及一级学科代码名称学位授权级别0814土木工程博士口硕士0805材料科学与工程博士口硕士4博士口硕士口博士口硕士口博士口硕土口接受质询联系电话接受质询电子邮箱注：1.请填写相关项目，并在相应的“”划“小；2.本方案将上网公示。2016年10月30日一、该学科基本概况（一）学科内涵“土木工程材料”是“土木工程”学科和“材料科学与工程”两个一级学科的交叉学科，该学科由结构工程、道路工程、桥梁工程、岩土工程、材料科学、水利工程、给排水、信息技术、物联网技术以及相应

2、的其它工程学科所组成，围绕构建我国节能、环保和低碳等国家需求，主要研究超高性能建筑材料与复合材料、环保水泥基材料与耐久性、固体废弃物再生与应用技术和高分子材料与功能材料等方面的新理论和工程新技术，实现土木工程与资源、环境和生态的协调可持续发展。（-）国内外设置该学科的状况和发展情况国外有关“土木工程材料”的研究均为“土木工程”一级学科和“材料科学与工程”两个一级学科的增设学科和交叉学科，在主要的国外大学中该专业大都独立设置在土木工程系或环境与材料系下。在国内知名高校中，只有东南大学增设了目录外的0814Z1土木工程（土木工程材料）硕士点和河海大学的力学与材料学院增设了目录外的0814Z2土木工

3、程材料硕士点。其他知名高校均将“土木工程材料”作为一个研究方向设在土木工程学院和材料与工程学院的一级或二级学科点下，详见表1。表1国内知名高校在一级和二级学科下设“土木工程材料”的情况序号学校学院一级学科代码与名称二级学科名下设的研究方向1清华大学建筑工程学院0814土木工程081402结构工程土木工程材料2哈尔滨工业大学土木工程学院081400土木工程土木工程材料3同济大学材料科学与工程学院080500材料科学与工程专业土木工程材料4浙江大学建筑工程学院0814土木工程081402结构工程土木工程材料5中南大学材料科学与工程学院0805材料科学与工程专业080502材料学土木工程材料6东南大

4、学材料科学与工程学院080500材料科学与工程土木工程材料7湖南大学土木工程学院081400土木工程土木工程材料8北京科技大学土木与资源工程学院081400土木工程土木工程材料及应用9武汉理工大学材料科学与工程学院080500材料科学与工程土木工程材料10重庆大学材料科学与工程学院080500材料科学与工程土木工程材料土木工程材料是材料学与土木工程的交叉学科。目前.，我国正处于土木工程建设的高速发展时期，土木工程材料作为土木工程建设的物质基础和技术先导，具有良好的发展前景。尤其是结构设计的新构思及施工的新工艺、新技术与新型建筑材料的关系日益密切，使得土木工程建设领域对同时具有土木工程专业及材料

5、学专业的基本知识、并能从事土木工程材料及应用研究和开发的高级技术人才，具有广泛的社会需求。在以福建省为中心的海峡西岸，还没有“土木工程”和“材料科学与工程”这两个一级学科交叉的学术型硕士点。福建省海岸线长度居全国第二，许多桥梁和房屋建筑结构处于海水腐蚀环境中，这对土木工程结构寿命造成影响。“土木工程材料”这个学术型硕士点设在土木工程学院有利在将土木工程材料与实际工程的紧密结合，能使材料充分为重大工程服务。利用土木工程学院的工程背景和材料学院的学科优势，进行学科交叉，成立“土木工程材料”学术型硕士点，将推动福建省并带动我国沿海地区建材业和与土木工程有关各种产业升级和规模化，推动“生态省”建设，以

6、及促进国家节能、环保和低碳和可持续事业的发展，推动“一路一带”政策的实施，具有重要的社会经济意义。（三）该学科的主要研究方向及研究内容主要研究方向包括超高性能建筑材料与复合材料、环保水泥基材料与耐久性、固体废弃物再生与应用技术、高分子材料与功能材料等。（1）超高性能建筑材料与复合材料研究基于工程应用的最优性价比的超高性能混凝土（UHPC）制备技术研究；UHPC纤维细观力学研究；UHPCFST组合材料与结构受力性能研究；预制与现浇UHPC体积稳定性对结构性能影响与性能匹配设计；UHPC梁在不同环境下钢筋保护层的厚度研究；UHPC拱受力性能与全寿命费用研究；UHPC构件联接构造和预应力锚固处局部受

7、力性能；花岗岩石粉为主的福建替代材料的UHPC制备技术研究；UHPC制备设计的计算机算法研究；闽台高温高湿、海洋气候对UHPC的特殊要求及对制备技术影响研究；UHPC力学指标和体积稳定性研究。超韧性UHPC配方及性能研究。碳纤维、玻璃纤维和PVA等在UHPC中的作用机理研究等。（2）环保水泥基材料与耐久性环保水泥是指采用碱（NaOH、水玻璃等）来激发矿渣制成的水泥。因为它减少了CO2的排放，利用了固体废弃物，延长了结构的使用寿命（即环保水泥制成的结构具有较好的耐腐蚀性能），其环保效益明显。与传统隧道防火涂料相比，环保水泥隧道防火涂料具有：1）凝结时间短（2h以内），可连续喷涂25mm,施工效率

8、高；2）粘结耐久性好，在风震、冻融和硫酸盐腐蚀下不脱落。3）采用无机粘结剂制成，与隧道同寿命。4）具有较好的抗裂、抗渗和防火性能。研究水滑石对环保水泥隧道防火涂料防火和减噪机理；研究C-A-S-H对环保水泥隧道防火涂料粘结耐久性的影响。研究环保水泥混凝土桥梁基础、桥墩和箱梁的性能。环保水泥具有很好的耐腐蚀性能，可用于腐蚀性环境桥梁基础的建造。现有桥梁的桥墩和箱梁均处于碳化环境，碳化会导致桥梁的桥墩和箱梁混凝土中性化，最终导致桥墩和箱梁中钢筋的锈蚀。采用环保水泥技术，在自然碳化环境下，在混凝土表面形成一层致密的碳化层和吸附碳酸根的水滑石层，此处的显微硬度是内部混凝土的3倍左右，因此空气中的Co2

9、很难再进一步对环保水泥混凝土桥墩和箱梁进行碳化，这样碳化就得到了抑制；且环保水泥混凝土内部为高碱性环境，保护了钢筋的钝化膜，避免了钢筋锈蚀。此外，环保水泥凝结时间较快（可调控），采用现浇法施工箱梁时可提高施工效率。对这方面开展一些量化研究，并将其在工程中推广应用。研究单组分环保水泥、环保水泥加气混凝土砌块、装配式构件环保水泥灌浆料、环保水泥快速修补砂浆（针对道路和钢筋锈蚀）和环保水泥人工鱼礁等产品等，并对这些环保水泥产品的力学性能、抗裂性和在碳化、海水腐蚀和生物等腐蚀下的耐久性开展系统深入的研究,从分子结构、水化产物等层次解释其机理。（3）固体废弃物再生与应用技术现有的固体废弃物包括再生骨料、

10、粉煤灰、矿渣、银渣和生活焚烧垃圾炉渣等。研究再生骨料混凝土在荷载和外界腐蚀性介质耦合作用下的性能，再生骨料界面过渡区特性与再生骨料混凝土宏观性能和构件性能的关系，再生骨料混凝土在动力荷载作用下的损伤劣化机理。研究将银渣用于预制构件，研究生活焚烧垃圾炉渣在实心砖、空心砌块和加气混凝土砌块的应用。（4）高分子材料与功能材料在土木工程中，高分子材料和功能材料有着与普通土建材料无以伦比的优点。高分子材料及其复合材料具有质轻、高强、耐腐蚀、易成型等优点，使结构物耐久性得到显著的提高,更加轻便，美观。高分子材料方面就聚苯乙烯而言，高分子聚苯乙烯的出现，带动以聚苯乙烯为主要原料的PC轻质墙板产业的发展。泡沫

11、混凝土功能材料，随着泡沫混凝土的研究深入，强度进一步提高，可代替普通混凝土的比例增加，将产生更大的经济效益。自修复混凝土对存在潜在损坏危险的混凝土表面进行有效保护、对造成裂纹和损伤的混凝土结构进行自修复，使混凝土结构具备自防护功能。对这些功能材料开展研究，提高了结构物的安全性，并且延长了结构物的耐久性，产生很大经济和社会效益。对这些高分子材料与功能材料开展系统深入的研究，将进一步推动我国产业的发展。（四）该学科的理论基础“土木工程材料是以“土木工程”和“材料科学与工程”一级学科为基础的新兴交叉学科。其理论基础包括土木工程材料、钢筋混凝土结构原理、钢结构、计算机科学、微纳观测试技术、量子力学、物

12、理化学、纳米材料和凝胶材料等。（五）该学科与其相近学科的关系【重点说明与其相近学科的区别】“土木工程材料”是“土木工程”和“材料科学与工程”一级学科的新兴交叉学科。材料科学与工程下设3个二级学科，分别是：材料物理与化学、材料学、材料加工工程。”材料科学与工程研究的材料应用面很广（钢材、制造业、汽车业，陶瓷、水泥、家电等），土木工程只是它的一个分支。土木工程材料主要包括水泥基材料、沥青材料和复合材料等。它是采用“材料科学与工程，的测试技术和理论，从分子和水化产物角度对土木工程材料进行升级改造，提高其性能和性价比，研究成果可以用于土木工程的二级学科岩土工程、结构工程、市政工程、防灾减灾工程及防护工

13、程和桥梁与隧道工程等。为土木工程（房屋建筑、桥梁工程、地铁工程、隧道工程、海洋工程和道路工程等）力学性能、体积稳定性和耐久性等的提高提供高性能材料。因此，在“土木工程”和“材料科学与工程”相交叉成立“土木工程材料”，可以将两个学科的优势相结合，使先进的土木工程材料能更好的为土木工程结构服务。二、设置该学科的必要性和可行性（一）社会对该学科人才的需求情况【重点说明社会对该学科高层次人才的需求情况】土木建筑材料的发展与土木工程的发展，是互相推动，密切相关的。新的材料常常带来工程的新变革，工程变革的需要又促进新材料的诞生。土木工程材料是土木工程的物质基础,土木工程材料的发展与土木工程技术的进步有着不

14、可分割的联系，他们相互制约、相互依赖和相互推动。新型土木工程材料的诞生推动了土木工程设计方法和施工方法的变化，而新的土木工程设计方法和施工工艺对土木工程的材料品种和质量提出更高和多样化的要求。随着人类的进步和社会的发展，更有效的利用的地球有限的资源，全面改善及迅速扩大人类工作与生存空间势在必行，未来的土木工程必将需要在各种苛刻的环境条件下，实现多功能化，甚至智能化，满足愈来愈高的安全、舒适、美观、耐久的要求，土木工程在原材料生产工艺、性能及产品形式诸方面均将面临可持续发展和人类文明进步的严酷挑战。今后，在原材料方面要最大限度的节约有限资源，充分利用再生资源及工农业废料；在生产工艺方面要大力引进

15、现代技术，降低原材料及能源消耗，减少环境污染；在性能方面要求轻质、高强、耐久、多功能及结构-功能（智能）一体化；在产品形式方面积极发展预制技术，逐步提高构件、单元化。因而对于超高性能混凝土、复合材料、环保水泥、高性能沥青、高分子和功能材料的研究就显得尤为重要。我国大宗工业固体废物有尾矿、粉煤灰、煤砰石、冶炼废渣、炉渣、脱硫石膏等。20002014年工业固体废弃物总产生量289亿吨。当前我国正处于城镇化、工业化快速发展阶段，基础设施和房地产等各类建筑项目遍地开花，随处可见。这些项目既对GDP作出了贡献，也产生了大量废弃物，成为制约城市有序发展的问题。根据中科院的研究报告显示，我国每年产生的建筑垃圾24亿吨左右，占城市垃圾总量的40%。建筑垃圾数量持续增长是我国城市化进程中的一个伴生问题。目前采用的常规建筑材料是普通硅酸盐水泥、沥青、河砂和天然石子等。混凝土的主要组成材料之一是普通硅酸盐水泥。据欧洲水泥协会的数据显示，2013年，全球普通硅酸盐水泥产量达到40亿吨，其中中国为24.2亿吨，占全球总产量的58.6%。生产I吨普通硅酸盐水泥大约排放约1吨的CO2,消耗45GJ的能源；普通硅酸盐水泥行业是第3大温室效应的影响者（占58%