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1、北京工业大学毕业论文答辩演讲,00041106李楠,外墙外保温系统聚合物砂浆低温性能研究,指导老师:路永华 副教授,第1章 绪论,随着历次能源危机的出现,能源问题,已成为当今世界所最为关注的问题之一;“节能”,被越来越频繁地被提起。对于建筑物来说,在节能方面所存在的不足是很突出的。传统的保温方式,只能保障有大约40%的能源被有效地节约,而大部分都从墙体、屋顶、地面等渠道逸散了。北京市建委今年提出的新的节能指标之中,规定要求将能源的节约程度提高到60%以上。在这种情况下,在更广泛范围内应用外墙外保温技术,是十分必要的。,本章主要内容,1.1课题背景1.2外墙外保温体系的组成1.3 外墙外保温的优
2、势所在 1.4外墙外保温技术的展望 1.5外墙外保温技术工艺现状、存在问题及建议 1.6本课题研究的目的、意义以及相关研究内容,外墙外保温体系的结构示意简图,存在的问题,地方规范不健全,缺少标准图集;关键材料聚合物砂浆的性能当前尚不能满足不同季节的施工条件;施工尚未形成国家统一的操作规程和质量验收标准,缺乏专业施工队伍;冬季施工:聚合物砂浆在这种恶劣环境下的综合性能尚不能得到有效的保障;而在此之前,也没有任何相关的低温、负温下施工对聚合物砂浆性能影响的研究,无相关资料可查,从而无从指导具体施工,进而令施工质量无法得到保障,甚至可能存在安全隐患。,相关研究内容,为了研究冬季施工的可能性,本文对在
3、低温、负温下的聚合物砂浆进行研究,以期可以在较为恶劣的环境之下进行施工,使聚合物砂浆的综合性能满足国家标准的要求,从而指导施工。本文所研究的聚合物砂浆性能主要为抗折、抗压以及粘结性能。,抗折抗压部分:,A、低温不同养护下对聚合物砂浆力学性能(抗压、抗折强度部分)的研究:拟采取的养护制度如下:标准条件,即温度232,湿度505%,养护3、7、14、28天温度5,养护3、7、14、28天温度58h,-5/16h,正负温交替养护3、7、14、28天温度-5/7d,然后5,养护3、7、14、28天温度58h,-5/7d,然后5,养护3、7、14、28天B、不同静停时间对聚合物砂浆力学性能(抗压、抗折强
4、度部分)的影响:在5、1 5的温度或室温下静停0、4、8个小时,然后转入-5的温度下养护3、7、14、28天。,粘结强度部分:,A、低温不同养护下对聚合物砂浆力学性能(抗压、抗折强度部分)的研究:拟采取的养护制度如下:a.标准条件,即温度232,湿度505%,养护3、7、14、28天b.温度5,养护3、7、14、28天c.温度58h,-5/16h,正负温交替养护3、7、14、28天d.温度-5/7d,然后5,养护3、7、14、28天e.温度58h,-5/7d,然后5,养护3、7、14、28天B、不同静停时间对聚合物砂浆力学性能(抗压、抗折强度部分)的影响:在5的温度或室温下静停0、4、8个小时
5、,然后转入-5的温度下养护3、7、14、28天。C、加入防冻剂的试块,放入-5养护3、7天。(养护到期,放入23静停4小时),第2章 试验条件和试验设备,2.1 试验材料 普硅水泥;快硬硫铝水泥;聚苯板;水;胶粉:SEAL80、FX2350;纤维素醚2.2试验用仪器设备 压力试验机,NYL-600型;电动抗折仪,KZY-500型;混合砂浆试件恒温恒湿标准养护箱,JBY-30B型;拉力试验机,LJ-1000型;温度监控器,XMK-1型 电冰箱,LBOS-205型;行星式搅拌机;可逆电动机;低温箱;等,2.3试验中采用的标准 GB177-1999 水泥胶砂强度检验方法(ISO法)GB1346-19
6、89 水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性 检验方法 GB50300-2001 建筑工程施工质量验收统一标准 J10188-2002 外墙外保温施工技术规程 GB8076-1997 混凝土外加剂 GB119-88 混凝土外加剂应用技术规范,第3章 聚合物砂浆力学性能的研究,外墙外保温系统之中最关键的问题是聚合物砂浆的力学性能。本文详细研究了聚合物砂浆的抗折、抗压以及粘结性能。鉴于在北方地区施工,要经历大约45个月的冬期的低温、负温的考验,本课题研究了两种水泥聚合物砂浆的性能。,本章要点,3.1抗折抗压性能试验原材料、设备及工具配料方案砂浆的拌和的一般规定试块的制备、养护与抗折抗压试验3.2粘结
7、强度试验原材料及设备及工具配料方案试块的制备、养护与粘结强度试验正负温交替养护条件下聚合物砂浆的综合性能早期受冻,后期处理的聚合物砂浆的综合性能添加防冻剂的试块的粘结强度,3.1抗折抗压性能试验,配料方案:硫铝早强水泥、盾石42.5普硅水泥、SEAL80、FX2350两种方案,即:A、硫铝早强水泥、FX2350、纤维素醚、石英砂、SEAL80按照一定配比拌合,加20-21%水 B、盾石42.5普硅水泥、FX2350、纤维素醚、石英砂、SEAL80按照一定配比拌合,加20-21%水,砂浆的拌和的一般规定1、拌和砂浆的时候,室温宜保持在205,并且避免使砂浆拌合物受到阳光直射和风吹。2、拌制砂浆所
8、用的材料,应符合质量标准。在拌合之前,材料的温度应保持与室温相同。3、水泥如有结块又必须使用的时候,应过0.9mm的方孔筛,并仔细拌和均匀。4、拌制前,应将搅拌机、铁铲、抹刀等工具表面用水润湿,注意拌和容器内不得有积水。试验完毕之后用水清洗干净,不得留有砂浆残渣等。5、材料用量以重量计。计量精度:骨料为加减0.5%;水、水泥和掺合料为加减0.3%。,试块的制备、养护与抗折抗压试验,1、砂浆制备按具体配方称出各种材料,并将其加入砂浆搅拌机中,在未加水搅拌之前先手动搅拌均匀。2、开动砂浆搅拌机,将水缓缓加入,砂浆搅拌机低速搅拌约1分钟,将料搅拌至均匀;停机,手动搅拌约半分钟。以上过程重复一次。即:
9、机械搅拌约1分钟;手动搅拌约一分钟;再次机械搅拌一分钟;手动搅拌一分钟。,3、室温静停10分钟后入模。在这之前,模具要清理就绪,并刷好油,以便日后拆模。砂浆分两层装入试模,每层均匀插捣12次,然后沿模壁用抹刀插捣数次。之后,放到振动台上进行机械振捣(如图3.2)。砂浆应高出试模顶面6-8毫米,用刮刀刮掉多余的砂浆,并抹平表面。,4、对试块按拟定的养护计划放入养护箱进行具体养护,5、到指定养护龄期之后,在抗折仪上进行抗折试验,在压力机上进行抗压试验。,3.2粘结强度试验,配料方案 硫铝早强水泥、盾石42.5普硅水泥、SEAL80、FX2350配2种方案,即:A、硫铝早强水泥、FX2350、纤维素
10、醚、石英砂、SEAL80按照一定配比拌合,加20-21%水 B、盾石42.5普硅水泥、FX2350、纤维素醚、石英砂、SEAL80按照一定配比拌合,加20-21%水 C、按照上述两种配比,各自加入0.3%、0.6%、0.9%、1.2%的防冻剂:亚硝酸钠(NaNO2)、硫酸钠(Na2SO4)、氯化钠(NaCl)、硝酸钙(Ca(NO3)2)共计4x4种方案,试块的制备、养护与粘结强度试验 1、砂浆制备:材料的称量、砂浆的搅拌、砂浆的静停皆与抗折抗压性能试验相同。在必要的时候,二者所用砂浆可以在一起制备。2、成型:事先将聚苯板切割成合适尺寸。待砂浆达到静停时间之时,通过模具将砂浆抹在聚苯板上,尺寸(
11、长X宽X高)为4X4X0.3cm。在制备试块的时候,要保证砂浆饱满。,3、对试块按拟定的养护计划进行具体养护,4、养护到期,在拉伸机上进行粘结性试验,并记录下所得出的数据。(拉伸速度为5mm/min),表3.1两种水泥砂浆力学性能,正负温交替养护条件下聚合物砂浆的综合性能 在北方地区,冬季温度低,甚至有的时候不得不在昼夜正负温度交替的恶劣环境下施工。在这种情况下,聚合物砂浆的综合性能能否达到标准的要求?为了给这个问题一个确定的答案,我们模拟了这种环境:将试块在正负温度交替(-5/16h+5/8h)的条件下进行养护,观察其3、7、14、28天龄期的力学性能变化;此外,在28天时,将试块转入23摄
12、氏度环境继续养护3天,观察其力学性能变化。,表3.2两种水泥砂浆正负温度交替养护条件下力学性能,3.2.5 早期受冻后期处理的聚合物砂浆综合性能 在实际工程中,不仅存在如上节所述的昼夜正负温度交替的情况,有时候甚至还要在气温全天处于零下的情况进行施工。实践证明,这种条件下进行施工时,砂浆的力学性能必定不能满足要求。本节要研究的是:早期受冻得聚合物砂浆,给以适当的后期处理的情况下,其力学性能的变化。为此,我们按照如下方式进行了模拟试验:(1).在制作试块的时候,将拌和好的聚合物砂浆在不同温度下静停0、4、8个小时再入模、成型,以使其充分水化;(2).养护:将聚合物砂浆试块放在-5的环境下养护7天
13、,再转入23养护3、7、14、28天,以模拟早期受冻、后期处理。,表3.3.1 两种水泥砂浆-5养护7天,再转入23养护3、7、14、28天后,其力学性能(5静停)A.普通硅酸盐水泥,B.硫铝酸盐快硬水泥,表3.3.2 两种水泥砂浆-5养护7天,再转入23养护3、7、14、28天后,其力学性能(15静停)A.普通硅酸盐水泥,B.硫铝酸盐快硬水泥,添加防冻剂的试块的粘结强度 防冻剂:主要适用于我国北方地区负温条件下的施工。换言之,防冻剂的作用就是令水泥在负温条件下水化。一般防冻剂冰点降低不多,一般适用于0零下15摄氏度的施工。在本文之中,所涉及的负温温度为零下5摄氏度,所用4种防冻剂原料均可在降
14、低冰点这一项上达到要求。研究添加了防冻剂的试块的粘结强度,就是为了找出一种相对比较合适的防冻剂及其掺量,以指导施工。,表3.4加入防冻剂(氯化钠)后砂浆在负温(零下五摄氏度)下的粘结强度,表3.5加入防冻剂(硫酸钠)后砂浆在负温(零下五摄氏度)下的粘结强度,表3.6加入防冻剂(硝酸钙)后砂浆在负温(零下五摄氏度)下的粘结强度,表3.7加入防冻剂(亚硝酸钠)后砂浆在负温(零下五摄氏度)下的粘结强度,表3.8不加防冻剂时砂浆在负温(零下五摄氏度)下的粘结强度,第4章 试验结果分析,本章通过对实验数据的处理,对不同养护温度、早期受冻、正负温交替等情况对聚合物砂浆的力学性能的影响进行综合分析。,本章要
15、点,4.1 养护温度对聚合物砂浆力学性能的影响 4.1.1普通硅酸盐水泥聚合物砂浆试验分析 4.1.2硫铝酸盐快硬水泥聚合物砂浆试验分析 4.1.3二种水泥拌制的聚合物砂浆力学性能比较4.2正负温交替养护对聚合物砂浆性能的影响4.3早期受冻较严重的聚合物砂浆(-5养护7d)转入常温后各龄期的力学性能4.4防冻剂对聚合物砂浆性能的影响4.5机理分析,4.1 养护温度对聚合物砂浆力学性能的影响 普通硅酸盐水泥聚合物砂浆试验分析 通过对聚合物砂浆在常温(23)与低温(5)不同养护龄期下的抗压、抗折、粘结强度的试验,得到了表3.1数据,并绘得图4.1、4.2、4.3 的普通硅酸盐水泥聚合物砂浆综合性能
16、(抗压、抗折、粘结强度)对比图:,从图4.1、4.2、4.3中可看出:(1)普通硅酸盐水泥聚合物砂浆,在同一养护温度的情况下,抗压、抗折、粘结强度发展规律均为随龄期增长而增长;(2)普通硅酸盐水泥聚合物砂浆,当养护温度降低(23、5、-5)时,指定龄期的抗压、抗折、粘结强度亦随之降低。这种变化趋势在早期强度方面体现得尤其明显,而后期强度降低率则较小;,5度试件在3天龄期抗压强度为标准条件(23摄氏度)下同龄期的50%,抗折强度为45%;到七天龄期时抗压强度为标准条件下同龄期的71%,而抗折强度为标准条件下的68%;到14天时,强度继续增长,抗压强度为标准条件下同龄期的87%,抗折强度为90%;
17、28天时,抗压强度为标准条件下的89%,抗折强度为91%。由此可看出,在整个养护过程中,抗折抗压强度随龄期的增长而增长,其强度值也越来越接近于标准条件的强度值,例如抗折强度从3天时占标准条件养护值得45%到28天的91%,最终的强度值损失为标准条件的10%左右,强度较高。,到28天龄期,5摄氏度养护的试块的粘结强度已达到标准要求的大于等于0.1MPa;而标准条件(23摄氏度)下的试块的粘结强度能超过标准要求25%。显然,本文所述配方所拌制的砂浆能很好地提供所需要的粘结强度。,籍此,我们可以认为:此种配方的普通硅酸盐水泥聚合物砂浆,其使用的低温极限为5摄氏度。,硫铝酸盐快硬水泥聚合物砂浆试验分析
18、 通过对聚合物砂浆在常温(23)与低温(5)不同养护龄期下的抗压、抗折、粘结强度的试验,得到了表3.1数据,并绘得图4.4、4.5、4.6 的硫铝酸盐快硬水泥综合性能(抗压、抗折、粘结强度)对比图:,从图4.4、4.5、4.6中可看出:(1)硫铝酸盐快硬水泥聚合物砂浆,在同一养护温度的情况下,抗压、抗折、粘结强度发展规律均为随龄期增长而增长;(2)硫铝酸盐快硬水泥聚合物砂浆,当养护温度降低(23、5、-5)时,各个龄期的抗压、抗折、粘结强度亦随之降低。,5度试件在3天龄期抗压强度为标准条件(23摄氏度)下同龄期的65%,抗折强度为85%;到七天龄期时抗压强度为标准条件下同龄期的85%,而抗折强
19、度为标准条件下的80%;到14天时,强度继续增长,抗压强度为标准条件下同龄期的90%,抗折强度为95%;28天时,抗压强度为标准条件下的90%,抗折强度为95%。由此可看出,在整个养护过程中,抗折抗压强度随龄期的增长而增长,其强度值也越来越接近于标准条件的强度值,例如抗压强度从3天时占标准条件养护值得65%到28天的90%,最终的强度值损失为标准条件的10%左右,强度较高。,到28天龄期,5摄氏度养护的试块的粘结强度已达到标准要求的大于等于0.1MPa;而标准条件(23摄氏度)下的试块的粘结强度能超过标准要求25%。显然,本文所述配方所拌制的砂浆能很好地提供所需要的粘结强度。,4.1.3二种水
20、泥拌制的聚合物砂浆力学性能比较 图4.7、4.8、4.9为二种水泥拌制的聚合物砂浆分别在低温(5)及常温(23)养护下各个龄期(3d,7d,14d,28d)的抗压、抗折、粘结强度的对比图:,图4.7二种水泥配制的聚合物砂浆的抗折强度对比图(23,5),图4.8二种水泥配制的聚合物砂浆的抗压强度对比图(23,5),图4.9二种水泥配制的聚合物砂浆的粘结强度对比图(23,5),从上面图4.74.9我们不难看出,在综合性能(抗压、抗折、粘结强度)方面,硫铝酸盐快硬水泥砂浆的各方面性能都要优于普通硅酸盐水泥砂浆,尤其是在低温(5)下早期强度方面;而普通硅酸盐水泥砂浆在后期的各项性能也均达到了标准。,因
21、此,在低温施工的情况下,若工程对聚合物砂浆的早期强度有较高要求的话,则应该选用硫铝酸盐快硬水泥配制的聚合物砂浆。,4.2正负温交替养护对聚合物砂浆性能的影响 此部分试块在入模/成型之后,放入零下5摄氏度的环境中,并且每天24小时进行-5/16h+5/8h的环境替换。这么做的目的是,依此来模拟北方地区冬季施工中所可能遇到的昼夜正负温度交替的情况。从表3.2所反映的数据之中我们可以看到:1.压折比:普硅水泥砂浆压折比为随龄期递减;硫铝快硬水泥砂浆压折比为先增后减。二者在28d的时候,均满足压折比小于3.0的要求。由交替温度环境转到标准的23环境下养护数天后,压折比略有升高,但是仍满足小于3.0的要
22、求 2.粘结强度:从大趋势上,两种水泥砂浆的强度都是随龄期增长。然而,在这样的正负温交替的环境下,28d砂浆的粘结强度并不能满足标准的要求(普通硅酸盐水泥砂浆与硫铝酸盐快硬水泥砂浆,粘结强度均仅达到0.09MPa左右)。由交替温度环境转到标准的23环境下养护数天后,粘结强度回升。在负温下养护28d后转入23养护3d后,其粘结强度可以升高至0.1MPa以上。,因此,在实际工程中,对那些早期受冻的砂浆,在后期要加强处理,以保证施工质量。,4.3早期受冻较严重的聚合物砂浆(-5养护7d)转入常温之后各龄期的力学性能 在实际工程中,不仅存在如上节所述的昼夜正负温度交替的情况,有时候甚至还要在气温全天处
23、于零下的情况进行施工。实践证明,这种条件下进行施工时,砂浆的力学性能必定不能满足要求。根据表3.3中的数据,我们可以看出:(1)早期受冻较严重的聚合物砂浆(-5养护7d)转入常温之后,其各项力学性能仍能随龄期增长而增长;(2)龄期达28d后,其各项力学性能已能满足标准的要求。,可见,对于早期受冻较严重的聚合物砂浆来说,后期处理得当的话,其施工性能将不会受到太大损失。在寒冷条件下,存在着施工可行性。,4.4防冻剂对聚合物砂浆性能的影响 图4.10、4.11为掺入不同种类的防冻剂(亚硝酸钠NaNO2、硫酸钠Na2SO4、氯化钠NaCl、硝酸钙Ca(NO3)2)的聚合物砂浆在负温(-5)养护下各个龄
24、期(3d,7d)的粘结强度的对比图:,不同种类不同掺量的防冻剂,对水泥砂浆的粘结强度的影响也各不相同。从趋势上来看,这种影响的变化并非是线性的,并非是加得越多或者越少就越好的,有时候,某一掺量的某种防冻剂反而会降低砂浆的粘结强度。事实上,这种趋势满足某种一定的曲线关系。某些合理的方案,会令聚合物砂浆在负温下3、7天的粘结强度比之不加入防冻剂的时候提高10%-13%。,通过数据的对比与图形的分析,我们可以看出:亚硝酸钠(NaNO2)掺加0.6%或硝酸钙(Ca(NO3)2)掺加0.6%为本试验所体现出来的最佳方案。,4.5机理分析,聚合物砂浆与聚苯板粘结的微观构造,聚合物改性的保温系统砂浆能够湿润
25、憎水性极强的聚苯板基层。通过观察砂浆在界面处凹凸分布可以说明其极佳的润湿能力,从而使得新拌砂浆可以嵌入到聚苯颗粒之间,增加了粘结力。很显然,在这种情况下,砂浆的粘结性必将比不添加外加剂的普通砂浆要高很多。尤其值得提到的是:硫铝酸盐水泥,由于其矿物组分组成的关系,水化速度快,早期强度高,在低温下可以保持较高的强度。,图4.13保温许同砂浆和聚苯板基层之间断面的微结构,外保温砂浆与普通砂浆的要求不同:由于外保温所用砂浆为薄抹灰,故此要求砂浆要有较高的保水性,防止开裂。另外,砂浆,作为粘结保温板与墙体本体的媒介,其要求粘结性能要好在这种情况下,加入胶粉,来提高砂浆的这些方面的性能,图4.14普通砂浆
26、(左)与聚合物砂浆(右),结 论,基于第3章试验所得数据及第4章对数据所进行的分析,我们得出了如下结论:普通硅酸盐水泥及硫铝酸盐快硬水泥砂浆配制的聚合物砂浆其宏观力学性能(抗压、抗折、粘结强度)随养护龄期的增长而增长 普通硅酸盐水泥及硫铝酸盐快硬水泥砂浆配制的聚合物砂浆其宏观力学性能(抗压、抗折、粘结强度)随养护温度的增加(,摄氏度)而增长 通过对二种水泥砂浆综合性能的比较我们发现,硫铝酸盐快硬水泥比普通硅酸盐水泥耐低温性能更好,这种优势在早期表现的尤其突出。,通过对施工温度的实际模拟,我们发现,聚合物砂浆在负温条件(零下摄氏度)下养护天,其各项性能指标均大幅降低,若没有相应措施或后期处理,其
27、性能不能满足标准的要求。通过在低温、负温条件下对聚合物砂浆性能的研究我们认为:摄氏度为聚合物砂浆低温施工的临界极限温度。对于早期受冻的聚合物砂浆,通过对后期做相应有效处理,可以保障其施工质量。通过对加入防冻剂的水泥砂浆力学性能的研究,我们在种方案之中最终确定出亚硝酸钠(NaNO2)掺加0.6%或硝酸钙(Ca(NO3)2)掺加0.6%认为此比例添加防冻剂,能满足-5施工条件。,参考文献,1.外墙外保温节能墙体砂浆的研究与应用 郭佩玲赵海南黄华 2.低温建筑技术2001年第3期(总第85期)3.外墙外保温技术的探讨 李东升 尹波4.工程质量 2003年6期5.谈严寒地区外墙外保温的建筑节能 张宝才
28、,张志鹏6.从整体论角度看外墙外保温技术的发展 王庆生张宝奇 建筑技术开发第30卷第6期2003年6月7.几种外墙外保温做法的探讨 杨嗣信,吴琏8.施工技术2002年8月第31卷第8期9.外墙外保温技术问答 黄振利10.外墙外保温技术 中国建筑业协会建筑节能专业委员会 建设部建筑节能中心 编 中国计划出版社11.涂逢祥 外墙外保温技术综述,12.涂逢祥 白胜芳 欧洲外墙外保温新标准简介13.聚苯板薄抹灰外墙外保温质量要求及检验方法14.王美君 当前外保温技术发展中的问题与展望15.我国现有建筑节能改造浅析16.徐运吉建筑材料问答与题解 山东科学技术出版社 1990年12月版17.Lea,F.M
29、.,The Chemistry of Cement and Concrete,3rd ed,Chemical Publishing Company,New York,1971.18.Powers,T.c.,The Nature of Concrete,Significance of Test and Properties of Concrete and Concrete Making Materials,ASTM Special Technical Publication No.169-B,Philadelphia,1978.19.Sandor Popovics著(陈志源等译),新拌水泥砂浆的
30、流变学,中国建筑工业出版社,199020.张云理等 混凝土、砂浆外加剂产品应用手册 中国铁道出版社 1988,致 谢,本文是在导师路永华副教授直接、精心的指导下完成的。一个学期以来,路老师不辞辛苦地为本文的实验方案设计、结果分析以及写作进行指导与帮助。不仅如此,在平衡工作学习的关系、处世为人的方法,以及对事物的看法等方面,我都从路老师的教诲之中受益匪浅。在此,我要对路老师给以我的莫大的帮助与关怀表示最最真挚的谢意!我在此还要对S200204083曹力强致谢,感谢他在试验方面给我提供的大力帮助。同时,我还要感谢四年来所有教过我和在各方面给我以帮助的诸位老师,感谢您们的教诲与教导!感谢所有同学,感谢你们给我的支持与帮助!,尾 声,年年岁岁花相似,岁岁年年人不同。其实,那即将到来的离别,本就是在我踏入工大的那一刻便已经注定了的。然而,临此,我却不由得还是发出了这样的感慨!不过!虽然我们要离开了,但是,我们永远还是工大的一份子,永远还是建工学院的一份子 多年后,我们还是会再有机会重新回来工大,重新走在这工大校院的故土之上的。到那时:我们还会记得,我们在这里流下汗水,追求希望的那些日子;我们还会记得,这许多一起谈论梦想,共同进取的伙伴;我们还会记得,诸位一日为师终身为父的老师们的谆谆教诲;我们还会记得:在这世界上,曾经有过什么!,00041106 李 楠 2004年6月 于北京工业大学,