多種環境下混凝土材料性能虛擬仿真實驗

本項目藉助虛擬現實技術高度仿真中子成像、海水侵蝕或凍融、火災爐高温等先進的科研實驗裝置,虛擬再現多種環境下混凝土劣化實驗過程,使學生掌握多種實驗方法,並準確分析不同環境下混凝土材料的劣化機理,培養學生分析問題、解決問題能力以及科技創新能力,切實提高教學實效，為土木I程行業培養高素質專業技術後備人才。本項目主要適用於土木I程專業、材料科學與I程專業，還適用於工程管理、建築學、城市地下空間工程等專業。

混凝土材料性能可調，耐久性較高，是現代土木工程中用量最大，應用最廣泛的材料。然而，在特殊環境下服役過程中，受到海水侵蝕、凍融循環及高温等作用，混凝土性能會產生劣化。這些特殊環境下的相關材料性能測定非常重要，但是這些實驗或由於投入高、高端技術無法在普通試驗室開展，如動態監測水分傳輸過程；或由於部分實驗耗時長，如混凝土抗海水侵蝕性能實驗；或由於危險性高、不易觀察等，如高温環境混凝土材料受壓性能實驗。這些實驗難以對大批量本科學生進行開放真實實驗教學，難以讓本科生廣泛、深入的參與。青島理工大學土木工程學院堅持“虛實結合、能實不虛”的原則，通過校企合作開發了《土木工程綜合實驗(含虛擬仿真)》課程的優質虛擬實驗教學資源一--多種環境下混凝土材料性能虛擬仿真實驗。

該項目藉助虛擬現實技術高度仿真中子成像、海水侵蝕或凍融、火災爐高温等先進的科研實驗裝置，虛擬再現多種環境下混凝土劣化過程，引導學生自主學習和掌握多種實驗方法以及混凝土材料的劣化機理，培養學生分析問題、解決問題能力以及科技創新能力，切實提高教學實效，為土木工程行業培養高衰質專業技術後備人才。

該項目的主要內容和目的包括:1、通過混凝土材料水分滲透性能可視化虛擬仿真實驗教學，讓學生了解水分侵入混凝土材料的過程，掌握混凝土毛細吸水機理；2、通過混凝土抗海水侵蝕性能可視化虛擬仿真實驗教學，使學生掌握混凝土材料抗海水侵蝕的機理；3、通過對混凝土進行抗凍性實驗的虛擬仿真實驗教學，瞭解混凝土試樣在長期凍融循環環境下的破壞過程，學會分析影響抗凍性.能的因素；4、通過海水鏽蝕鋼筋與混凝土粘結強度的虛擬仿真實驗教學，使學生了解鋼筋鏽蝕對混凝土粘結應力的影響；5、通過高温混凝土力學性能的虛擬仿真實驗教學，讓學生了解混凝土材料在高温下和高温後受壓破壞的全過程及其破壞機理。

本項目虛擬仿真實驗各項教學內容之間的相互關係以及教學目的整體關係如圖1所示。建議教學內容選用以下幾種組合方式:1、混凝土材料水分傳輸+混凝土抗海水侵蝕性能，主要讓學生充分理解和掌握我國沿海環境下混凝土工程的劣化基礎知識及其原理；2、混凝土材料水分傳輸+抗凍融循環性能，主要讓學生理解和掌握我國北方地區混凝土材料的凍融破壞過程及其機理；3、混凝土抗海水侵蝕性能+海水鏽蝕鋼筋與混凝土粘接性能，主要讓學生理解和掌握由海水侵蝕引起的材料性能劣化現象；4、抗凍融循環性能(混凝土抗海水侵蝕性能)+高温環境混凝土受壓性能，主要讓學生理解和掌握“冰火(水火)”環境下混凝土材料的抗壓強度的變化規律,具備實際耦合環境下的創新實驗能力。學生可根據個人的學習情況和興趣，結合上述建議在5個子實驗中至少選擇2個子實驗進行學習。 ^[1]