導語：如何才能寫好一篇化學材料論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

在無機化學實驗教學考核的過程中，僅憑實驗報告成績和期末考試成績，不能準確地衡量學生的實際實驗能力。為了科學地評估學生的實驗能力，需要優化傳統的實驗課程考核體系，建立全面的無機化學實驗綜合考核辦法。將學生的課程成績分為實驗過程成績、實驗報告成績、實驗理論考試成績，單項成績不合格，則總成績不合格。這種考核方式促使學生認真地對待每個實驗環節，有效地提高了學生的綜合實驗素養。實驗過程成績是教師在指導學生實驗過程中，根據學生實際操作情況給出的評價;實驗報告成績主要是根據學生的預習實驗報告和實驗報告書寫、數據處理及分析等來評判;在實驗理論考試中，除了常見考題外，還結合材料化學專業特點，增加了實驗方案設計等考核內容，突出了綜合實驗能力和創新能力的考核，促進學生實驗能力的全面發展。

2創建適合材料化學專業發展需求的無機化學實驗教學模式

進入21世紀以來，材料科學發展愈加迅速，新材料、新技術、新產品不斷問世，與此相適應，對材料化學人才培養也提出了新的要求。材料化學專業無機化學實驗授課模式必需緊跟時展步伐，及時調整課程結構與內容，引入學科發展的最新成果，介紹學科內容中的多種學術觀點及學術背景和發展動態，開闊學生學術視野，提高學生的學習興趣。教無定法，教要得法。要使課程教學生動活潑，教師必須不斷更新教學內容，創新教學方法與手段，增強課程教學的趣味性，促使學生積極參與，在實驗中勤于動手、動腦，實現教師教學方式和學生學習方法的轉變。

2.1采用多媒體輔助教學和建設實驗教學網絡平臺

多媒體教學是利用多媒體軟件對文本、聲音、圖像、圖形、動畫等信息進行處理，教師配合多媒體放映進行講解，將教學內容用特技方法顯現出來，能充分創造一個有聲有色、圖文并茂、生動直觀的教學環境，從視覺、聽覺等多方面給學生留下深刻印象。無機化學實驗教學可以采用多媒體(視頻)教學，它不僅教學信息量大，而且可以非常直觀地演示實驗操作和過程。隨著現代科學技術的發展，有些實驗可以采用多媒體技術進行輔助教學，如基本操作單元、儀器的使用等。這些實驗項目信息量大，操作細節多，僅靠教師在課堂教學有限的時間內進行演示和講解往往是不夠的，而且總有學生沒有注意到一些具體操作細節，因此，可以將這些實驗演示制成多媒體課件或視頻資料，放在課程網絡平臺上，學生可以不受時間、空間的限制，反復觀看，自主地開展預習、復習。這樣不僅增強了課堂教學的可視性，而且增加了教師演示的可再現性，延長了學生的學習時間，從而有益于提高學生操作的規范性，使實驗教學得到延伸。

2.2將生產生活實例和教師科研項目引入實驗教學課堂

不同專業對無機化學實驗教學的要求是不一樣的。我院材料化學專業的培養目標是培養具備材料化學相關的基本理論知識和基本技能的應用型高級專門人才。因此，學生必須掌握物質的結構與性質、性能的關系，這需要在教學中注意教學內容的層次性。在無機化學實驗教學中，我們盡可能選擇與專業相關的真實實驗課題和實驗樣品，將生產生活實例引入實驗課堂，營造實戰氛圍，做到知識性、實用性、趣味性的統一。同時，我們還選取了一些與生活息息相關的實驗，如鋰離子電池正極材料的制備、膠囊殼中鉻含量測定等，這樣的實驗學生感興趣，實驗熱情高，有助于學生綜合能力的培養。為了進一步提高實驗課堂教學質量，我們還在課堂教學中引入教師最新科研課題成果，使實驗教學更加貼近科研實際，既豐富了實驗教學內容，又增加了實驗教學的先進性、新穎性，在加深學生對所學知識的理解和實驗技能的熟悉時，還能培養他們的科研興趣，提高理論聯系實際的能力，對科研工作產生感性認識。

2.3實施開放性實驗教學

在傳統的無機化學實驗教學中，學生往往處于被動地位，教師處于主動地位。從實驗項目選擇、實驗方案選擇、實驗儀器與試劑選擇，都由實驗老師預先完成。在這種照方抓藥的實驗教學模式中，學生往往興趣不高，應付了事。在優化實驗教學內容結構的前提下，實行開放式實驗教學模式，可以提高學生實驗興趣，強化教學效果。在學生自主的基礎上，利用學生課余自由時間開放實驗室，對于實驗技能較差的同學，讓他加強基本操作單元和基本技能的練習。在學生較好地掌握實驗基本操作技能后，可以讓學生自主選擇一些設計型、綜合型、應用型實驗。在教師的指導下，學生獨立設計實驗方案，獨立完成實驗，并認真進行總結，以全面鍛煉學生的實驗能力和提高綜合素質。

3結語

篇2

【關鍵詞】導師制；畢業論文；材料化學；本科

本科生畢業設計是高校本科教育的一個重要部分，是培養大學生綜合素質的重要教學形式，提高學生運用知識和技能分析、研究、解決問題能力，是對大學生本科四年學習成果的階段性總結和審核，同時也是大學生從事科學研究的最初嘗試。

本科生，尤其是理工科的學生在大學階段普遍缺乏系統的從事科學研究的經歷，因此，有必要經過本科畢業設計這樣一個過程的系統訓練為以后繼續深造從事科研或者服務社會打下基礎。同時，本科生畢業設計對于高校實現人才培養目標、加強學生的知識綜合運用能力、培養學生的科學研究能力及獨立工作能力、培養具有創新精神和實踐能力的專門人才等方面，都具有重要意義。因此，完成本科畢業論文是每個大學生畢業的基本條件[1-2]。

1 材料化學本科畢業論文的現狀及原因

材料化學專業是研究從制備到廢棄全過程中材料的化學性質，其研究范圍很廣，既包含了整個材料領域，又包括各類應用材料在有機和無機等多領域的化學性能，它是一門應用基礎理論和方法研究解決在工業化生產中與化學和材料有關的問題的學科。它既是材料科學的一個重要分支，又是化學學科的一個組成部分。材料化學跨越了材料和化學兩大類學科。是一門既具有交叉邊緣學科性質又含有應用理學性質的綜合性學科。同時，正由于材料化學學科的交叉性和復雜性，從而導致在日常的教學過程中凸顯出相對于其他傳統學科所不同的教學難點和盲區。這就給學生在平時的學習提高了難度，也對教師的教學過程提出了更高的要求。

于此同時，由于近年來高校的擴招，高等教育由精英化向大眾化不斷的轉變，高校學生的綜合素質也在逐年下降。高校教師指導的學生和畢業論文的數量大幅增加，從而導致每個學生得不到足夠的指導。并且在考研、就業等諸多因素的影響下，很多大學生無法提供足夠的時間和精力于畢業設計方面的工作，對畢業論文持應付態度，得過且過，導致論文質量普遍不高。畢業論文工作易流于形式有的選題偏大或選題落后于當前社會和科技的發展水平；有的理論與實踐不相符，內容空泛，缺乏現實依據和說服力，更沒有從理論到實踐轉化，解決實際問題的能力；有的試驗設計和研究技術路線不合理，試驗數據錯誤；有的畢業論文僅僅是羅列了相關的文獻內容，簡單概述他人的成果與現狀，并沒有提出自己的理念和想法，甚至存在著抄襲論文的惡劣行為。在這樣的背景下，盡管學生完成的畢業論文已經達到了所需的某些硬性要求，但其論文的質量并沒有實現質的變化。因此，改變本科畢業論文的現行狀況，提高本科畢業論文的質量，已經成為當前高校迫切需要解決的現實問題[3]。

2 提高本科畢業論文質量的幾點對策

2.1 提高對畢業論文重要性的認識

本科畢業論文不僅僅是一個常規的本科教學環節，它是高校實現高層次人才培養的重要輔助手段，是本科教育理論與實踐相結合的首要環節，是學生對四年所學的理論知識進行深化和升華的重要過程，是學生進入社會前的綜合技能訓練。要想提高本科生畢業設計論文的質量，首當其沖的是要提高對其重要性的認識，不僅僅是對學生，同時也是對老師的要求。通?？梢圆扇訂T大會、學術論文大賽等多種方式，進行廣泛宣傳，從而使教師、學生乃至管理人員認識到畢業論文工作是教學環節的重要組成部分，是學生科研能力、實踐能力、信息檢索能力形成和提高的重要過程，是其他教學環節無法取代的。

2.2 加強過程管理，實施質量監控

畢業論文設計的全過程需要學生、指導老師和組織協同配合，以學生為畢設主體，指導老師為主導，組織管理提供保障。從畢業論文的實施過程來看，主要包括從選題到答辯等諸多環節，每一個部分都需要制定相關的規章制度和要求，從而使畢業設計的管理更加合理規范。具體到每個環節，首先應嚴把命題關，完善選題管理辦法，所選題目應具有時效性。其次要明確指導教師的資格，指導教師的專業知識結構和教師的指導水平直接影響著學生畢業論文的質量。最好畢業論文的組織撰寫，教師應明確各階段的要求，檢查進行情況，并及時總結出現的問題加以指導。畢業論文在經過指導老師和的審查合格之后，學生才可進行畢設答辯，同時成績的評定標準必須堅持公平公正，實事求是的原則，只有這樣才能夠保證畢業論文的質量。

實施質量監控機制也是提高畢業論文質量的一項非常重要的措施，監控機制主要包括初期檢查、中期檢查和后期檢查三個部分。由校、院、系三級共同承擔整個機制的運行和管理，對畢業論文工作的每個環節實行跟蹤監督，結合本科教學評估的標準和要求，強化過程管理，嚴格執行和落實各項制度，保證畢業論文質量的提高。

2.3 全面實施導師制，充分發揮教師的指導作用

指導教師作為畢業設計全過程的主導，發揮著重要的作用，建立指導教師的篩選機制，保證指導教師隊伍的高質量，形成一支責任心強并且科研經驗豐富的指導教師隊伍，這是提高畢業論文指導質量的強有力保證。在學校鼓勵學生進行學術探索和課題申報的大環境下，應盡快確定本科生指導老師，鼓勵學生積極參加指導老師的研究課題。在科研實踐過程中，學生發現新的問題，分析并解決了這些問題，在不斷的發現和解決問題過程中，學生不僅可以鞏固課堂所學知識，而且學生的思維也得到了應有的訓練，使其科研創新意識和創新能力得到不斷提高。這些不僅可為后期的畢業論文的開展奠定基礎，為畢業論文質量的提高提供了可能，更為以后繼續深造從事科研或者服務社會打下基礎。

3 科研導師制的特點

科研導師制是多層次本科生導師制的實施模式之一[4-5]。以科研作為紐帶，充分利用教師的科研能力讓學生參與課題研究，促進教師在育人中的主導作用。本科生導師制度不同于研究生階段實行的導師制。本科生導師制度的特點主要有以下幾個方面：

3.1 以學生為本，師生積極互動

實行科研導師制，主要目的在于培養高校學生的創新思維，提出、分析并解決問題的能力，提高學生在科研方面的思維和能力。在高等教育大眾化的時代，為了滿足不同的需求，高等教育必須在實施群體化教育的同時適時的提供個性化學習的機制，以個性化教育的實施有效的補充群體化教育所帶來的在個體方面的不足。

3.2 注重培養學生的科研意識和科研能力

在大眾化高等教育的現行模式下，絕大多數的學生依然將大部分的精力停留在書本上，缺乏獨立開展開學研究的能力和實踐訓練，也很難有機會將自己的想法和創新應用于實踐。但在科研導師制的模式下，學生在老師的指導下有目標、有步驟的進行科研研究，既可以將自己的創新思維付諸研究實踐，又能提高科研創新能力。在科學研究過程中，導師也可以全面深入的了解不同學生的特點和專長，從而制定出適合不同學生的學習方案，使學生在研究實踐的整個過程中，科研意識和科研能力都能得到不斷的提高[6]。

3.3 操作性、實踐性較強

科研導師和學生之間通過一個有價值的科研課題相聯系，圍繞著這個課題雙方展開交流和溝通?？蒲袑熞胍龑W生深入課題進行研究，產生獨到的見解，富有創新性，實用性，就必須加強實踐環節。只有深入到實踐中去，才可以讓學生對課題產生更深層次的理解。

3.4 工作具有延續性

通過本科生導師制度的建立，幫助學生樹立正確的人生觀、價值觀、世界觀，制定科學的專業學習計劃，確立明確的專業發展方向。在校四年期間，除常規教育之外，學生還接受了導師從科研到工作、從思想到行為各個環節全方位的教導，使學生得到全方位的提高。

4 科研導師制在本科畢業論文指導過程中運用的重要意義

本科畢業論文中所存在的諸多問題，既有學生主觀上的原因，也有教學和管理上的客觀原因。總的來說，所反映出畢業生科研意識淡薄、科研態度不夠端正、科研能力低下等問題是相當突出的。導師制有利于培養本科生的科研意識，端正科研態度，提高科研能力。為畢業論文指導工作提前打下堅實的基礎，可以有效地解決畢業論文中存在的諸多問題，對畢業論文質量的提高具有顯著的促進作用。

本科生導師制實行的根本目標不在于提高學生從事科研的能力，而是旨在鍛煉學生的創新思維，促進學生的個性化發展，開拓其眼界，并同時使其科學實踐能力得到提高。實施本科生導師制，可以讓學生多層次領域學科的學習成為可能。這種教育模式也為大學生對自身潛能的在開發提供了機遇。同時，學生較早的參與到科研活動中去，在科學實踐中學生可以不斷的發現和提出問題，從而提高了學生觀察和解決問題的能力。

本科生導師制也是一種教學相長的過程，在科研之余，導師同時要負擔起引導學生樹立正確的人生觀、價值觀、世界觀，這些都要求導師在平時的工作和生活中不斷提高對自身的要求，自覺加強專業知識的學習，以身作則，從而更好的發揮引導和榜樣的作用。

本科生導師制也是對我們現有的學生思想政治工作的一種補充。隨著網絡對高校思想政治工作帶來的強大沖擊，以及大學生對新事務接受能力強但分辨能力弱的特點，更需要對他們進行正確的引導和教育。學生與導師之間、同學之間開展積極的思想交流，要求學生提出并論證自己的觀點，并能夠接受他人建設性的批評和建議。這種教學方法可以培養學生的獨立思考能力，不僅有助于學生的學業，而且還有助于通過遷移培養學生的其他能力。

綜合分析以上情況，本研究項目擬探討將本科生導師制工作與學生畢業論文指導工作結合起來，本科生從低年級就開始參與到導師的科學研究工作中來，改變現有學生在大三下學期甚至大四才著手畢業論文工作的運行模式，改善現有導師制的運行狀況和提高本科畢業論文質量。作為探索專業發展特色和提高教學質量的新運行模式，值得深入研究和探討。

【參考文獻】

[1]田春生.目前我國高校本科畢業論文的問題及對策[J].中國青年政治學院學報，2010（4）：63-67.

[2]教育部辦公廳.教育部辦公廳關于加強普通高等學校畢業設計（論文）工作的通知.教高廳[2004]14號[Z].

[3]高慧，涂道伍.本科畢業論文存在的問題與對策[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2010（7）：77-78.

[4]方小玲，肖文.本科生導師制的實踐與思考[J].湖北教育學院學報，2007：6.

篇3

課堂教學是學校教學活動的主體，課堂教學應摒棄傳統的教學模式，在課內滲透社會生活中的化學，并使其緊密結合教學內容和進度來進行，只有這樣才能鞏固課內知識，同時也能及時拓展課外知識，使課內、外知識有機地結合起來，使學生在學習的過程中沒有累贅感，反而覺得所學知識更豐富，實用性更強。例如，在“氮和磷”的教學中，以“我們每時每刻都在氮氣的包圍之中”的現實場景引入氮氣的物理性質，說明氮氣的化學性質不活潑，進而引出氮氣的分子結構和化學性質。也可以講述在打雷閃電時氮分子與氧分子分裂為原子，原子重新組合成一氧化氮分子的場景，介紹了后續幾個反應后，得出諺語——“雷雨發莊稼”的結論。在講到NO的毒性時，補充NO作為信使分子在生命過程中的重要功能，讓學生帶著驚訝的情緒對NO產生了新的認識。

通過緊密結合教材基礎知識或重點知識的應用性知識的補充、討論與交流，一方面可以使學生從化學的角度逐步認識自然與環境的關系，分析有關的社會現象，培養學生聯系生活、社會中的化學問題的意識，另一方面可以提供給學生未來發展所需要的基礎的化學知識和技能，培養學生運用化學知識和科學方法分析和解決簡單問題的能力。

二、進行熱點滲透教學

教學過程中為學生提供與學習內容相關的各種情景素材如化學史料，日常生活中生動的自然現象和化學事實等，能夠強化學生對化學與生活有關、對生活有用的意識，激發學生的學習動機。如現行高中化學教材中“人類保護臭氧層的行動”，這既是一個自然科學問題，也是一個“人文意識”問題，圍繞“從電冰箱的普及與換代到臭氧層”開展探究，指導學生查閱文獻，訪問網站，獲得知識。在講授重金屬汞的性質時，可以結合生活實際討論其危害，講述汞蒸汽對人體的危害可以使學生們認識到用行動防止汞污染的重要性，例如怎樣清理破碎的水銀溫度計、如何處理含汞的廢舊電池、廢日光燈管等，使學生養成良好的生活習慣，這使化學教學更貼近于社會實踐，同學們在學習過程中會覺得所學知識富有時代感，具有實用價值，有助于培養學生對未來的人文關懷，將自然科學融入整個人類文化的背景中思考和分析。

三、進行生活與化學關系專題教學

高中化學專題教學能有助于激發學生的學習興趣，并可拓展學生的知識面，具體教學形式可以將生活中的化學與書本中的化學的聯系以專題講座的形式介紹給學生，介紹化學的過去、現在和未來，介紹世界高新技術發展的動態與趨勢，介紹化學在高新科技領域中的作用，介紹化學與其它學科之間的相互滲透，介紹化學與社會的關系，如健康、保健、能源、資源、環境等社會問題。例如可以向學生講解當前化學合成材料的發展概況，人類已經可以制造出可以替代人體多個部位的化學材料。四、與生活中化學知識相關的實驗探究教學

化學實驗是進行科學研究的重要手段，是培養學生動手操作能力的有效途徑，在化學實驗的基礎上，學生從具體的形象思維轉入抽象的邏輯思維，從而提高理性認識?；瘜W實驗還可以培養學生謹慎的科學態度，以貼近生活和發生在身邊的化學現象為素材，組織探究實驗活動，既培養學生學習化學興趣，又使學生感受到化學在國民經濟及生活中的實際運用。例如選取日常生活的素材可進行“鮮果中維生素C的還原性”、“自制肥皂與肥皂的洗滌作用”、“用生活中的材料制作簡易電池”、“溫度對加酶洗衣粉的洗滌效果的影響”等實驗。選取與化學有關的社會問題為實驗內容可進行“用氧化還原滴定法或電化學分析法測定污水中的化學耗氧量”、“用淀粉自制吸水材料，并進行模擬保水試驗”等實驗。通過化學實驗來解釋和解決日常生活和社會實際問題，對于拓展化學實驗的功能，提高學生的科學素養，具有十分重要的意義和價值。

五、進行與生活有關的論文寫作教學

布置學生撰寫小論文或課題報告，探討實驗中的問題或寫出自己的體會。教師向學生介紹撰寫小論文的基本要求和方法，從學生實際出發，文字能力不做高要求，只要論據能說明論題，條理清楚，說得明白就達到了要求。例如，將“糖類”設計成主題為“糖類與生活”的拓展課，課前充分發動學生積極參與，提出他們感興趣的課題，引導他們提煉成“糖在生活中的分布”、“血液中的葡萄糖”、“糖與糖尿病”、“糖與減肥”、“糖與健康”等小課題。然后把全班學生組合成幾個組進行專題研究，同學們查找資料、走訪調查、統計數據、進行實驗，在組內充分交流討論的基礎上，形成課題報告。

此外，遵循自愿的原則，鼓勵學生將課外新聞記者材料用自己的語言加以組織，寫出科技小論文。在將閱讀材料整理成文章，并發表自己的見解的過程中，培養學生科學研究問題的學風，促進學生獨立思考，提高自學能力的組織語言的能力。

教材中的教學內容是教師教和學生學的直接依據，不同的教學內容對應不同的教學策略和教學方法。化學教學內容可分為基本概念、基本理論、元素化合物知識、化學用語、化學計算以及化學實驗等，不同類型的教學內容具有不同的特點。并非所有的教學內容都適合或者說都能很好地聯系社會和生活實際。本文就當前化學教學與學生生活不能緊密聯系的現狀提出將生活中的化學滲透在化學教學中的相關教學方法，將所學知識運用在社會生活中，這有助于提高學生學習化學的興趣，豐富學生的學習方式，提高學生的科學素養。這樣的教學方式也給教師提出了更高的要求，要求教師要接受這樣一種適應學生發展的教學方式，并愿意在教學中付諸實現，同時還要加強自身的專業化學習，注意搜集各種新知識，注重引導學生認識各科知識的普遍聯系，只有這樣才可以在教學中引導學生真正的進入化學學科的殿堂。

參考文獻：

[1]張愛玲.化學與生活[J].中學化學教學參考,2002,(11):58-59.

[2]李琴.將社會生活中的裕學滲透在化學教學中[D].華中師范大學,2008:3-27.

[3]張俊英.現代生活中的化學[J].滄州師范?？茖W校學報,2002.

篇4

化學灌漿材料又稱防水漿材,其與防水卷材、防水涂料、防水膩子或膠泥、橡塑止水帶或金屬止水帶等同屬防水建筑材料范圍.而所不同處則是化學灌漿材料具有如下特性:

①它是溶液,而且是真溶液.應永不分層,無沉淀;

②粘度很低,有些漿材粘度甚至接近水;

③固化或膠凝時間可人為控制;

④可用泵灌入裂縫,充填裂隙,堵截滲漏水,具有原位修復止水結構或單獨構建防滲帷幕之功能,特別適用于地下隱蔽工程;

⑤固化或膠凝時體積收縮很小;

⑥固化物或膠凝體本身不滲水;

⑦固化物或膠凝體耐久性良好.上述特點和功能是我們通常熟習的防水建筑材料所不具備也無法替代的,正因如此,化學灌漿材料在防水工程上具有特殊的重要性,并以此成為防水建筑材料中不可或缺的重要成員

2.常用化灌漿材的分類

目前國內常用的化學灌漿材料按其性能與用途大致分為兩大類,六大品種系列,上百種品牌.第一類是防滲止水型,這包括水玻璃、丙烯酸鹽、聚氨酯和木質素漿材四大品種系列.第二類是補強加固型,這包括環氧樹脂與甲基丙烯酸甲酯漿材兩大品種系列.其中水玻璃漿材又可分堿性與酸性兩大品種,聚氨酯漿材又可分油溶性、水溶性與彈性三大品種,環氧樹脂漿材又可分為非活性稀釋劑、活性稀釋劑及呋喃樹脂三大品種.必須指出,在第一類型中的水玻璃漿材也能用于補強加固工程,只是強度較低;在第二類型中的環氧樹脂漿材也能用于防滲止水工程,只是單價偏高.現將國內用量較大的環氧樹脂和聚氨酯漿材品牌及研發單位列于下表1和表2.

表1.國內常用環氧漿材品牌及研發單位

漿材品牌SK-1JXHK中化-798CW

研發單位中國水科院天津基礎公司杭州華東院科研所廣州中科院化學所長江科學院

表2.國內常用聚氨酯漿材品牌及研發單位

漿材品牌

PMLWHWTZS發單位天津大學華東院科研所華東院科研所上海隧道公司

3.主要用途及應用部門

由于化灌漿材具有前述七大特性,故化學灌漿漿材和技術特別適用于工程建設中的堵漏止水、帷幕防滲、基礎加固和裂縫修補四個方面.從現在來看,化學灌漿的應用領域主要在水電、建筑、采礦和交通四個行業,具體應用領域大體如下

①大壩、水庫、涵閘等基礎防滲帷幕和基礎加固；

②大堤、渠道、渡槽等的防滲堵漏及加固;

③核電站等的封閉止水防滲[1]和基礎加固;

④地下建筑物(如地鐵、人防、隧道等)的防滲、堵漏止水、基礎加固和裂縫的補強加固;

⑤礦山、工廠有毒廢渣、廢水和城市垃圾場等截滲工程的防滲帷幕;

⑥礦井建設中的涌水堵漏、流沙治理及對軟弱地層加固、穩定的預灌漿;

⑦石油鉆井開采中的堵漏止水、鉆孔護壁加固和驅油;

⑧橋基加固及橋體裂縫補強;

⑨機場跑道和停機坪、公路和鐵路特殊路段的軟弱地層加固、防滲和混凝土裂縫補強加固;

⑩江河海港港工建筑物(如碼頭、船閘、防波堤等)的基礎防滲和加固

4.國內化灌漿材應用概況

化學灌漿材料在防水材料中雖屬小品種,但隨我國基礎建設的發展應用量在逐年增加,年用量己遠超萬噸,現僅根據2004年沿海八城市12個企業或公司粗略統計的用量就有6635T,見表3.同時,在各部門中化學灌漿材料的應用也因工程要求不同而有所不同,有所選

表3.沿海八城市12家企業或公司2004年用漿量粗略統計

漿材種類水玻璃聚氨酯環氧丙烯酸鹽

用量(T)/年4000220042015

擇差別.如地下建筑業及地鐵建筑防水多選用聚氨酯漿材;采礦部門止水和交通部門修復路基多選用廉價的水玻璃漿材;水電部門修筑大壩多選用丙烯酸鹽做防滲帷幕和選用環氧漿材加固壩基;文物保護部門則選用甲基丙烯酸甲酯漿材來修復文物建筑等.化學灌漿材料在大型工程中應用量是很大的.葛洲壩電站一期工程護坦止水系統滲漏事故的修復,一次用彈性聚氨酯漿材20余噸;上海地鐵4號線塌方冒水事故僅止水一項用聚氨酯漿材就達102噸;三峽工程近幾年防滲堵漏和地基加固應用各種化學灌漿材料570多噸,見表4;廣東一家化灌企業

表4.三峽工程化灌漿材應用概況

漿材名稱CW環氧LW+HW聚氨酯丙烯酸鹽

主要用途地基加固止水堵漏防滲帷幕

漿材用量(T)32018070

去年僅在桂、粵、湘公路修復工程的路基加固防滲中就用了水玻璃漿材2000噸以上,由此可見一斑

5.國內化灌漿材研究概況

我國化學灌漿事業是解放后開創的,經50余年發展,成績斐然[2].這與一些產業部門和部份大專院校培養了一批從事化學灌漿技術的研究隊伍密切相關.隨著我國基礎建設的發展,防水化灌漿材應用量逐年上升,漿材開發與應用的研究也在逐步增多.以近五年為例,在科技期刊雜志庫撿索中化學灌漿的研究論文約有323篇,其中漿材研究與應用占240篇,見表5.由

表5.近五年國內化灌漿材研究與應用撿索概況

漿材環氧聚氨酯水玻璃丙烯酸鹽丙凝甲凝木質素篇數1127327111052

%46.730.411.24.64.22.10.8

表5可見,從研究論文數量排序講,前三位是環氧樹脂漿材、聚氨酯漿材和水玻璃漿材,而

實際應用中則正相反,水玻璃漿材多于聚氨酯漿材,而聚氨酯漿材又多于環氧樹脂漿材.從研究與應用所獲成果水平來看也較高,世人矚目的三峽工程化學灌漿的成果就是例子.該工程在

①應用國內研制的無毒丙烯酸鹽漿材,替代有毒并有致癌可疑的丙凝漿材,首次建造大壩化學防滲帷幕[3];

②選用CW環氧漿材和水泥—化學復合灌漿技術,加固軟弱泥化斷層破碎帶;和

③采用包括化學漿材在內的五層防滲止水措施,處理好泄水閘迎水面多條混凝土活縫上[4]都達到了國際先進水平.這其中三峽工程的高水頭混凝土活縫處理,一直是中外媒體關注的焦點

6.化灌漿材與環境保護

化學材料中常含少量有毒害的化合物,用于防水的化學灌漿材料也不例外,因此研究與應用化灌漿材的人員一定要提高環保意識,做好防止污染的工作.積多年從事研究與應用防水化灌漿材工作的經驗,特提出如下選擇與應用化灌漿材,防止污染的四條原則[5]:

①能用水泥漿材解決工程防滲加固問題的絕不用化灌漿材;

②在滿足工程防水設計基本要求的前提下,選用化灌漿材應首選無環境污染的水玻璃漿材;

③選用其它防水化灌漿材應選用無公害產品,并注意不要任意擴大應用范圍及用量;

篇5

論文摘要：將量子化學原理及方法引入材料科學、能源以及生物大分子體系研究領域中無疑將從更高的理論起點來認識微觀尺度上的各種參數、性能和規律，這將對材料科學、能源以及生物大分子體系的發展有著重要的意義。

量子化學是將量子力學的原理應用到化學中而產生的一門學科，經過化學家們的努力，量子化學理論和計算方法在近幾十年來取得了很大的發展，在定性和定量地闡明許多分子、原子和電子尺度級問題上已經受到足夠的重視。目前，量子化學已被廣泛應用于化學的各個分支以及生物、醫藥、材料、環境、能源、軍事等領域，取得了豐富的理論成果，并對實際工作起到了很好的指導作用。本文僅對量子化學原理及方法在材料、能源和生物大分子體系研究領域做一簡要介紹。

一、在材料科學中的應用

（一）在建筑材料方面的應用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，計算量子化學開始廣泛地應用于許多水泥熟料礦物和水化產物體系的研究中，解決了很多實際問題。

鈣礬石相是許多水泥品種的主要水化產物相之一，它對水泥石的強度起著關鍵作用。程新等[1,2]在假設材料的力學強度決定于化學鍵強度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學強度的大小差異。計算發現，含Ca鈣礬石、含Ba鈣礬石和含Sr鈣礬石的Al-O鍵級基本一致，而含Sr鈣礬石、含Ba鈣礬石中的Sr，Ba原子鍵級與Sr-O，Ba-O共價鍵級都分別大于含Ca鈣礬石中的Ca原子鍵級和Ca-O共價鍵級，由此認為，含Sr、Ba硫鋁酸鹽的膠凝強度高于硫鋁酸鈣的膠凝強度[3]。

將量子化學理論與方法引入水泥化學領域，是一門前景廣闊的研究課題，它將有助于人們直接將分子的微觀結構與宏觀性能聯系起來，也為水泥材料的設計提供了一條新的途徑[3]。

（二）在金屬及合金材料方面的應用

過渡金屬(Fe、Co、Ni)中氫雜質的超精細場和電子結構，通過量子化學計算表明，含有雜質石原子的磁矩要降低，這與實驗結果非常一致。閔新民等[4]通過量子化學方法研究了鑭系三氟化物。結果表明，在LnF3中Ln原子軌道參與成鍵的次序是：d＞f＞p＞s，其結合能計算值與實驗值定性趨勢一致。此方法還廣泛用于金屬氧化物固體的電子結構及光譜的計算[5]。再比如說，NbO2是一個在810℃具有相變的物質(由金紅石型變成四方體心)，其高溫相的NbO2的電子結構和光譜也是通過量子化學方法進行的計算和討論，并通過計算指出它和低溫NbO2及其等電子化合物VO2在性質方面存在的差異[6]。

量子化學方法因其精確度高，計算機時少而廣泛應用于材料科學中，并取得了許多有意義的結果。隨著量子化學方法的不斷完善，同時由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學在材料科學中的應用范圍將不斷得到拓展，將為材料科學的發展提供一條非常有意義的途徑[5]。

二、在能源研究中的應用

（一）在煤裂解的反應機理和動力學性質方面的應用

煤是重要的能源之一。近年來隨著量子化學理論的發展和量子化學計算方法以及計算技術的進步，量子化學方法對于深入探索煤的結構和反應性之間的關系成為可能。

量子化學計算在研究煤的模型分子裂解反應機理和預測反應方向方面有許多成功的例子,如低級芳香烴作為碳/碳復合材料碳前驅體熱解機理方面的研究已經取得了比較明確的研究結果。由化學知識對所研究的低級芳香烴設想可能的自由基裂解路徑，由Guassian98程序中的半經驗方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的從頭計算方法和考慮了電子相關效應的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法對設計路徑的熱力學和動力學進行了計算。由理論計算方法所得到的主反應路徑、熱力學變量和表觀活化能等結果與實驗數據對比有較好的一致性，對煤熱解的量子化學基礎的研究有重要意義[7]。（二）在鋰離子電池研究中的應用

鋰離子二次電池因為具有電容量大、工作電壓高、循環壽命長、安全可靠、無記憶效應、重量輕等優點，被人們稱之為“最有前途的化學電源”，被廣泛應用于便攜式電器等小型設備，并已開始向電動汽車、軍用潛水艇、飛機、航空等領域發展。

鋰離子電池又稱搖椅型電池，電池的工作過程實際上是Li+離子在正負兩電極之間來回嵌入和脫嵌的過程。因此，深入鋰的嵌入-脫嵌機理對進一步改善鋰離子電池的性能至關重要。Ago等[8]用半經驗分子軌道法以C32H14作為模型碳結構研究了鋰原子在碳層間的插入反應。認為鋰最有可能摻雜在碳環中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子軌道法對摻鋰的芳香族碳化合物的研究表明，隨著鋰含量的增加，鋰的離子性減少，預示在較高的摻鋰狀態下有可能存在一種Li-C和具有共價性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子軌道計算法，對低結晶度的炭素材料的摻鋰反應進行了研究，研究表明，鋰優先插入到石墨層間反應，然后摻雜在石墨層中不同部位里[11]。

隨著人們對材料晶體結構的進一步認識和計算機水平的更高發展，相信量子化學原理在鋰離子電池中的應用領域會更廣泛、更深入、更具指導性。

三、在生物大分子體系研究中的應用

生物大分子體系的量子化學計算一直是一個具有挑戰性的研究領域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學可以在分子、電子水平上對體系進行精細的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關酶的催化作用、基因的復制與突變、藥物與受體之間的識別與結合過程及作用方式等，都很有必要運用量子化學的方法對這些生物大分子體系進行研究。毫無疑問，這種研究可以幫助人們有目的地調控酶的催化作用,甚至可以有目的地修飾酶的結構、設計并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧秘,進而調控基因的復制與突變，使之造福于人類；可以根據藥物與受體的結合過程和作用特點設計高效低毒的新藥等等，可見運用量子化學的手段來研究生命現象是十分有意義的。

綜上所述，我們可以看出在材料、能源以及生物大分子體系研究中，量子化學發揮了重要的作用。在近十幾年來，由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學計算變得更加迅速和方便?？梢灶A言，在不久的將來，量子化學將在更廣泛的領域發揮更加重要的作用。

參考文獻：

[1]程新.[學位論文].武漢:武漢工業大學材料科學與工程學院,1994

[2]程新,馮修吉.武漢工業大學學報,1995,17(4):12

[3]李北星,程新.建筑材料學報,1999,2(2):147

[4]閔新民,沈爾忠,江元生等.化學學報,1990,48(10):973

[5]程新,陳亞明.山東建材學院學報,1994,8(2):1

[6]閔新民.化學學報,1992,50(5):449

[7]王寶俊,張玉貴,秦育紅等.煤炭轉化,2003,26(1):1

[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717

[9]AgoH,KatoM,YaharaAK.etal.JournaloftheElectrochemicalSociety,1999,146(4):1262

篇6

論文摘要：徑流林業技術措施的核心技術是集水整地。集水整地系統由微集水區組成，一是產生徑流的集水面，二是滲蓄徑流的植樹穴。根據地形條件，以林木為對象在全林地形成不同的集水與栽植區，組成——通過這種措施的應用，基本上要解決兩個問題：一是通過有效的水分調節措施，在一般年份使土壤水分基本維持在林木生長發育所需的適宜范圍之內；二是在短期天氣干旱的情況下，土壤含水量不低于苗木的凋萎濕度以維持林分的穩定性。

1集水整地措施

1.1栽植區面積

在定西黃土高原干旱半干旱氣候條件下，一般要求深整地，以便降低土壤緊實度，促進土壤熟化，增強土壤蓄水能力，對于防護林和用材林一般最好整地深40～60cm，經濟林80～100cm。為了增加土壤有效蓄水量，應當采取較大規格的整地，但是整地規格加大，破土面增加，地表蒸發也隨之增加，而且徑流進入后滲蓄的深度相應減少，也增加了地表蒸發量。因此，栽植區面積的大小，應考慮生物經濟兼顧的原則，既考慮到樹木的根系生長發育及對養分和水分的需求，又要考慮到地形、土壤等自然與經濟條件。經濟林樹種一般對水分養分的需求比較高，根系的水平分布比較寬，栽植區的面積宜大一些，其寬度一般在1.40～2m，長度主要由造林的株距決定，一般在1～2m左右；水土保持用材林的闊葉樹因根冠較大，一般栽植區寬度在1～1.60m，長度在1m，但若是培育速生用材林，則整地寬度可適當加大；薪炭林、護牧林等以灌木為主的水土保持林，栽植區面積可適當小一些，一般寬為0.60～0.80m，長度可依據地形條件而定。

1.2集水面積

在確定栽植區面積的大小，即徑流滲蓄與水分消耗區面積大小之后，即可確定集水面的大小。集水面積的大小主要根據栽植區面積大小、降雨量、地表的產流率、栽植區水分消耗需求、樹木需水量、土壤水分短缺量等因素來確定，其目標是所產的徑流水能彌補土壤水分的短缺量。一般栽植區與集水區的面積比例由栽植區的水分虧缺量與進入栽植區的徑流量來確定，總的原則是所虧缺的水分基本上等于徑流補充的水分。在定西黃土高原地區降水量一般在300～400mm，蒸散需求量一般在700～1000mm，據此栽植區與集水區的面積比例，對于經濟林一般為4:1～8:1，對于防護林一般在2:1～6:1，具體的比例要考慮當地的立地與樹種來確定。當然，如果條件許可的話可以通過水量平衡計算出較準確的比例。

1.3蓄水工程

集水面：集水區應當修成一定的坡度，地表較結實、平整、不易產生水土流失。集水面的整修可分為坡面和梯田等平緩地兩種情況。在整修過程中應當注意不要破壞植樹帶，集水面坡度不要過小，整地回填時就要注意回填土的高度，預留要挖去的高度，保證集水面能形成的坡度、植樹帶有足夠的蓄水容積。通過集水面所產生的徑流直接流入栽植區滲入土壤中供林木吸收利用，但是如果有較強的降雨發生，徑流量太大徑流來不及滲入土壤中，有可能沖毀坡面整地工程造成水土流失，因此與集水面相配套，在徑流滲蓄區要修筑比普通整地規格更高的蓄水工程，保證有一定的攔蓄暴雨的能力，保證坡面安全。蓄水工程的斷面形式在山坡地一般有反坡梯田、水平溝、魚鱗坑等形式，在平緩地有穴狀、條帶狀等形式。在修筑時要考慮本地區可能暴雨量、暴雨強度及所產生的最大徑流量，同時還要考慮幼林無覆蓋時地表土壤侵蝕造成每年可能的蓄水容積損失量。

蓄水工程是栽植區的重要組成部分，其修筑與栽植區整地同時進行，按照整地的斷面形式，外埂要達到的一定高度，特別是反坡梯田時，一定要在外側修加固埂，頂寬為20～30cm，高度在40cm左右。為了使徑流能均勻地分配到各個林木，在整修外埂時應與等高線垂直，每隔一株或幾株樹木修一橫檔，以起到防止因徑流滲蓄區過長不水平而使徑流水向一側過分集中沖毀蓄水工程。一般可以每隔3m左右修一個，橫檔的高度與外埂平齊，頂寬30cm。

1.4集水整地施工

在定西黃土高原干旱半干旱、水土流失嚴重的地區，由于土壤瘠薄、緊實度又高，致使造林苗木的根系初期生長不良，不僅影響成活率而且也影響到后期的生長發育。通過整地措施可以改善林木生長的土壤環境條件，減少幼樹生長的阻力。在進行整地施工時，一定要達到預先設計的長、寬、深的標準。如果是經濟林，則結合整地可以施足底肥。同時在回填的工程中可以在土壤中加一些綠肥、有機肥、復合肥、土壤改良劑、蓄水保墑材料等，以增加土壤養分改良土壤結構。施肥的數量與種類主要由所選的造林樹種確定。為了減少地表蒸發的損失，栽植區表面的形式以在陽坡的造林地能造成小陰坡為較理想，可以降低夏季的土壤蒸發；在陰坡的造林地修成水平面較為理想，可以改善春季地溫，促進林木根系的生長。

2集水面防滲措施

提高小雨、強降雨的產流率是增加旱季林木水分供應量的重要手段之一，也是提高降水利用率的重要措施。在黃土地區年降雨、中小雨、強降雨，分別占總降雨次數和降雨量的80％和70％以上，一般很難引起地表徑流。因此，通過一系列的地表防滲技術對集水區進行處理，不僅可以增加降水的利用率，減小土壤的無效蒸發，而且可以提高土地的生產力和經濟效益。

2.1壓實拍光處理

壓實拍光是一種以緊實地表土壤，減小孔隙度，增加土壤黏結力，形成一層高密度入滲阻力層為特點的地表防滲措施。表土層壓實拍光的程度與土壤機械組成、有機質含量、施工時的土壤含水量、壓實力大小與均勻程度等因素有關。表層土壤密度越高，水分的入滲阻力大，降雨產流率也越高，在條件允許的情況下應盡量增強壓實力，提高表層密度。在整修時，先把地表的雜草連同干燥土層一起鏟除回填到栽植區，出濕土，按預定的形狀整修好集水面后，根據需求即可進行壓實拍光處理。

2.2防滲劑處理

在極干旱或林木需水量較大的情況下，依靠壓實拍光已不能滿足林木生長發育對水分的需求，必須對地表進行適當的防滲處理，以進一步提高降雨的產流率，增強對降雨的空間分配強度。目前國內外常用的防滲化學材料有鈉鹽、乳膠、蠟狀物、瀝青及YJG－1、YJG－2、YJG－3和生物材料如地衣等。對要進行防滲劑處理的集水區應事先仔細地壓實拍光，除去浮土，平滑表面，而且一般應在苗木栽植后再進行處理，這樣可以避免栽植時人為的破壞集水面。在集水面壓實拍光并整理好后即可進行防滲處理。如使用YJG－1，可取YJG－1原液加水按照1：10～1：15的濃度配制好噴灑液，裝入噴霧器內備用。噴灑時應選在無風晴朗的天氣進行，否則因風吹散、霧化的噴灑液會造成材料浪費而且很難噴勻，如果有雨時噴灑還沒有等膜形成與土壤接觸牢固而被雨水沖失。

2.3生物防滲處理

與化學防滲劑相比，生物防滲處理有其無法比擬的優點和更廣闊和應用前景。在對集水效率要求較高的地方可以使用化學防滲劑，但在對徑流系數要求不高時則可以用生物材料來代替，此外，在壓實拍光的集水區表面也可以使用生物材料，對集水面起到保護作用。

對集水區地表進行處理的生物材料，經過室內試驗和野外試驗觀測，使用了一種自然存在于黃土高原地區的地衣－石果衣。這種地衣緊密貼生于土壤表面，耐干旱，在合適的溫度、濕度條件下可以進行營養繁殖。繁殖好的地衣營養碎片，噴灑在集水面上，利用夏季的有利條件，經過1～2年即可形成地衣保護層。石果衣的集水效果雖然不如化學材料，但它是一種純生物材料，又具有極好的水土保持效果，對促進全林地生態環境的改善具有積極的作用。

2.4其他處理方法

除了上面介紹的幾種防滲處理方法和材料之外，還有一些其他材料也在試驗研究中應用了。其中有水泥和107膠混合起來噴灑在集水面上，也具有較高的徑流系數和較長的使用壽命；在干旱區還使用了在集水面上鋪設油氈紙、塑料薄膜的方法；此外還試驗了瀝青、拒水粉等材料的防滲性能和使用方法。其中有的材料和方法在一定的條件也可以使用。

篇7

關鍵詞：化學灌漿無公害環氧樹脂聚氨酯丙烯酸鹽酸性水玻璃化學灌漿泵

1我國化學灌漿技術發展成績

化學灌漿(ChemicalGrouting)是將一定的化學材料(無機或有機材料)配制成真溶液,用化學灌漿泵等壓送設備將其灌入地層或縫隙內,使其擴散、膠凝或固化,以增加地層強度、降低地層滲透性、防止地層變形和進行混凝土建筑物裂縫修補的一項地基處理和混凝土修補技術.即化學灌漿是化學與工程相結合,應用化學科學和化學漿材解決地基和混凝土缺陷處理(加固補強、防滲堵漏),保證工程的順利進行或借以提高工程質量的一項工程技術.隨著化學灌漿技術的發展和進步,現己成為現代工程中頗具特色且不可或缺的一項先進技術

國外化學灌漿最初是適應于地基處理和采礦業發展的需求而發展起來的,其可靠性得到公認并被廣泛采用至今己有80年以上的歷史.我國的化學灌漿技術應用與研究起步較晚,但發展較快并有自已的獨創.如果以1953年在佳木斯等地采用堿性水玻璃進行化學灌漿算起,也才只有50年的歷史五十年來，我國在化學灌漿技術這個小領域取得了成績[3]，主要表現在以下方面：

(1)化學灌漿從無到有，從小到大發展起來，已成為我國現代工程技術不可或缺的一個組成部分

(2)國外有的常用化學灌漿漿材品種，我國基本上都已開發出來（如環氧[1]、甲凝、丙凝、丙烯酸鹽、酸性和堿性水玻璃、水溶性、非水溶性和彈性聚氨酯、脲醛樹脂、鉻木素等）

(3)化學灌漿漿材品種開發中還有一些獨創.如甲凝、彈性聚氨酯,甲氰凝和環氧—聚氨酯,丙烯酸酯—聚氨酯等互穿網絡灌漿材料

(4)化學灌漿設備的研制開發已基本能適應和滿足國內化灌工程的要求[8].如化學灌漿泵、灌漿阻塞器、密閉配輸漿裝置和各種封縫材料等．

(5)化學灌漿技術已在國內水電（大壩、堤防、水庫、電站）、建筑（地上、地下、人防）、交通（公路、鐵路、隧道、橋梁、港口、機場）和采礦等四大部門得到推廣應用

(6)化學灌漿技術應用已解決了許多工程難題，取得良好的效益.以水利為例，如三峽[4]、葛洲壩、龍羊峽、丹江口、陳村、鳳灘、萬安等水利樞紐都是采用化學灌漿技術解決一些工程技術難題的典型例子

(7)化學灌漿已從工程完建后的應用，發展到工程興建前設計中就采用.如三峽化灌帷幕預計15000米，化灌加固地基預計3000米

(8)化學灌漿技術在一些方面已具國際先進水平，如青海龍羊峽大壩采用中化798環氧漿材處理G4偉晶巖劈裂帶和三峽大壩采用CW環氧漿材處理F1096軟弱夾層及斷層破碎帶的水泥—化學復合灌漿技術均堪稱國際上處理低滲透性軟弱巖土地層的先進技術

(9)化學灌漿理論上也有一些突破和創新[6][7].如漿液擴散半徑的計算理論、漿液濕面粘接理論、減低漿液毒性的拮抗理論、漿液吸滲理論等

(10)化學灌漿技術出版物取得豐收.自上世紀八十年代以來己出版專著十余部.包括水利學報、水利水電技術、巖土工程學報、巖石力學與工程學報、長江科學院院報在內的全國132家科技期刊都選登化學灌漿的研究論文.近5年選登的論文就有200余篇

以上十個方面成績,足以說明我國化學灌漿技術的進步和發展水平.此外,全國研究化學灌漿技術的工程科技人員已成立了中國水利學會化學灌漿分會,現掛靠在長江科學院.追溯到1968年,學會己舉行過16次學術交流活動,出版了7部論文集,這些學術活動對推動我國化學灌漿材料的研發和化學灌漿技術的發展起了很好的作用

2.化學灌漿技術近期發展展望

我國化學灌漿技術近期應在前50年的基礎上更具活力的繼續向前發展,而無公害、耐久性好、適應工程各種苛刻要求且價格低廉的化學灌漿漿材的開發、應用和推廣;化學灌漿技術的研究、改進和提高;化學灌漿設備、儀器生產的定型化、系列化、成套化、標準化和環?；爱a品質量的持續改進和提高等必然是其發展方向

2.1.無公害漿材的開發

(1)無毒催化劑的研制.環氧樹脂漿材粘接強度高、穩定性好,因此是固結灌漿最常用的漿材.該漿材毒副作用主要來自所采用的固化劑和溶劑.在過去的近20年中,對環氧漿材胺類固化劑的降低毒性研究己取得一些成果,國內生產出商品名為T31、810、X-89、CD等毒副作用較低的一批改性胺類固化劑,對環氧漿材的推廣應用起了較好作用,今后還應朝這個方向繼續努力

(2)無溶劑型漿材的開發.環氧樹脂一般粘度都較大,制成化灌漿材一般都要添加有機溶劑,但很多有機溶劑不但氣味難聞,而且具有毒副作用(如糠醛),添加后往往會產生環境問題.因此,人們在研究無毒副作用環氧固化劑的同時,也展開了無溶劑型環氧漿材的研制.無溶劑型環氧漿材的研究將得益于環氧樹脂工業的發展,國內一些化工廠生產的低分子量環氧樹脂粘度僅為20-25mPa.s.,這對今后無溶劑環氧化灌漿材的發展開辟了較好的前景.除此之外,把丙烯酸酯等樹脂開發成無溶型漿材己呈現出更加美好的前景,值得努力探索

(3)水做介質的化灌漿材的研制.水做介質,不用有機溶劑,對化灌漿材的無公害化是很有益的.過去已開發了LW、HW等為數不多的水溶性聚氨酯漿材,今后對水溶性漿材應放開視野,相信在有機或無機水溶性漿材開發和應用上將會呈現出較為理想的進展

(4)某些已有漿材改造的研究.1974年,日本曾因使用抗滲性好的丙凝化灌漿材污染水質,引起飲水中毒事件而宣布禁用丙凝.之后,具有丙凝相似性能的丙烯酸鹽漿材得到發展,但其主要成分丙烯酸鎂仍存在一定的毒副作用,而科技工作者采用拮抗原理,在丙烯酸鹽漿材中加入鈣鹽和適量的某種拮抗劑,卻使其毒副作用下降到僅為丙凝的1%,成為實際無毒漿材[12].這個例子說明,我們可以探索通過對己有的某些化灌漿材進行改造,降低毒性,達到可使用標準

2.2.對工程各種苛刻要求相適應的漿材開發

(1)新型高親潤、高滲透性化灌漿材的研究.雖然目前我們已有了一些高滲性的化灌漿材,解決了不少工程難題,但所用溶劑和固化劑多半都有毒副作用,不適宜環境標準,對工程地基微細裂隙、斷層破碎帶和泥化夾層及混凝土微細裂隙的處理仍有探索新型高親潤、高滲透性、無毒副作用化灌漿材的必要.這很大程度取決于表面活性劑和活性稀釋劑體系的研究改進

(2)彈性化灌漿材的開發.在工程伸縮縫止水和混凝土活縫、變形縫補強灌漿中需要具有彈性的化灌漿材.過去雖說也有一些開發,但必竟質量還不夠高.今后除應加強對已有彈性環氧和彈性聚氨酯等漿材提高質量和消除毒副作用方面的研究外,更為重要的則是加強對能賦于環氧樹脂彈性的固化劑的開發研究[11],從而適應建設工程之急需

(3)快速固結漿材的開發.這里指的是漿液粘度又低,固化物性能優異,且固化時間可控制在幾十分鐘或幾小時以內的漿材的開發.采用低粘度環氧樹脂或新型活性稀釋劑和開發應用能促使環氧樹脂快速固化的新型環氧固化劑應能解決此課題.3.耐久性漿材的開發

耐久性概念含意較廣,它包括耐水、耐酸堿、耐候、耐紫外光、耐凍融和干濕循環、耐磨蝕、耐微生物作用(霉)等方面,耐久性漿材的開發可從以下幾個方面去探索

(1)通過對合成樹脂的接枝或相嵌共聚合反應,使化灌漿材中所采用的樹脂具備我們所要求的一些耐久性特性

(2)注重互穿網絡復合化灌漿材的研究.如己有的MU無溶劑漿材系丙烯酸酯--聚氨酯的復合[2]、PU/EP水下化灌漿材系聚氨酯—環氧樹脂的復合[10],他們都是互穿網絡復合化灌漿材.由于兩類樹脂復合及其互穿網絡結構,這就賦予他們超越任何單一樹脂組份的優良性能,值得深入研究

(3)加入鈉米材料對己有漿材進行改性.環氧樹脂加進納米材料改性的化灌漿材研究項目已獲得水利部基金資助,從現己拿出的初步成果來看,該項研究將會提升環氧漿材包括耐久性在內的多方面性能

2.4.價格低廉的漿材開發

(1)水玻璃漿材的改性.水玻璃漿材是化學灌漿史上最早使用的化學灌漿漿材,同時也是目前使用最廣泛的化學灌漿漿材之一.究其原因除該漿材具有無毒、粘度小、可灌性好等優點外漿材價格較低是個重要因素.該漿材不足處為凝膠時間調節不夠穩定、凝膠強度很低和凝膠穩定性較差,金屬離子易脫溶等,現多半用在臨時或半永久工程中.因此今后對其改性工作應著重在提高強度和耐久性方面做研究.加入某些活性物質進行改性是值得探索的方向

(2)紙漿廢液的無害化漿材開發.紙漿廢液做成化灌漿材價格較低.將該廢液中加鉻類催化劑便可制得現稱為鉻木素的該漿材.因鉻類催化劑中六價鉻離子有毒,該漿材大家不敢用.故隨后開發出多種無鉻催化劑的高強木素漿材,今后應對其進行提高性能研究,以便推廣應用

以上四條主要集中在無公害、多用途和耐久性漿材研究、開發上,至于漿材的定型化、系列化、標準化當然是化灌技術發展的必然要求,這里就不贅述

2.5.化灌技術的改進、提高和創新

已有化灌技術的總結、改進和提高研究.前已敘述了在過去的50年中,我國有包括水電等大量的建設工程應用過化學灌漿技術,有許多采用化灌解決工程難題的典型經驗,其中有些已有初步總結,如復合灌漿技術等;有些則尚待總結,如化灌的密閉傳輸、自動記錄、集中管理和實時監控技術等.不管過去有無總結,現有的化灌技術都需要從事化灌技術研究的專家、學者與有經驗的工程技術人員相結合,在總結實踐經驗的基礎上改進、提高,并能有所創新

2.6.化灌設備儀器的系列化、成套化、標準化和環?；?/p>

(1)高性能化學灌漿泵的系列化、成套化和標準化.高性能化學灌漿泵是實施化灌作業的主要設備,國內有多家研究所和小企業能研制和開發,但都只能小批量生產或試生產.今后應定點、定型生產,并向產品的系列化、成套化、標準化方向發展,以方便推廣應用化灌技術

(2)化學灌漿自記儀的研制.化學灌漿自記儀的研制可有效地避免人工記錄難免出現的一些差錯,將對提高隱蔽工程中的化學灌漿質量起到很好的監控作用,并使化灌數據分析建立在可靠的基礎之上.化學灌漿自記儀在技術原理上與己有的水泥灌漿自記儀有所不同,目前國內已有幾套研制方案,但還未見樣品問世,很需要加快研制步伐,以應工程化灌監理之急需

(3)密閉式傳輸漿設備的研制.現己研制出的一些設備要滿足環境標準要求,保證安全生產

(4)現有產品提高質量研究.國內生產的一些化學灌漿設備儀器在加工精度和質量上與國外同類型產品還有一定差距.因此,在這方面我們會有大量改進和提高工作需要去做

2.7.化學灌漿行業標準、規程、規范的制訂

化灌施工具有隱蔽性特徵,各行其道搞施工必將出現很多問題,甚至會形成工程隱患,值得我們高度警惕.然而我國至今還沒有一部全國性行業標準和化灌施工規程、規范,這是很不正常的現象,應立即著手進行制訂.希望政府相關部門能給于大力支持

篇8

論文摘要：凝土的裂縫問題是一個普遍存在而又難于解決的工程實際問題，本文對混凝土工程中常見的一些裂縫問題進行了探討分析，并針對具體情況提出了一些預防、處理措施。

混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質脆性材料。由于混凝土施工和本身變形、約束等一系列問題，硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫，正是由于這些初始缺陷的存在才使混凝土呈現出一些非均質的特性。微裂縫通常是一種無害裂縫，對混凝土的承重、防滲及其他一些使用功能不產生危害。但是在混凝土受到荷載、溫差等作用之后，微裂縫就會不斷的擴展和連通，最終形成我們肉眼可見的宏觀裂縫，也就是混凝土工程中常說的裂縫。

1 凝土工程中常見裂縫及預防

干縮裂縫及預防

干縮裂縫多出現在混凝土養護結束后的一段時間或是混凝土澆筑完畢后的一周左右。水泥漿中水分的蒸發會產生干縮，且這種收縮是不可逆的。干縮裂縫的產生主要是由于混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形不同的結果：混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過快，變形較大，內部濕度變化較小變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內部約束，產生較大拉應力而產生裂縫。

主要預防措施：一是選用收縮量較小的水泥，一般采用中低熱水泥和粉煤灰水泥，降低水泥的用量。二是混凝土的干縮受水灰比的影響較大，水灰比越大，干縮越大，因此在混凝土配合比設計中應盡量控制好水灰比的選用，同時摻加合適的減水劑。三是嚴格控制混凝土攪拌和施工中的配合比，混凝土的用水量絕對不能大于配合比設計所給定的用水量。四是加強混凝土的早期養護，并適當延長混凝土的養護時間。冬季施工時要適當延長混凝土保溫覆蓋時間，并涂刷養護劑養護。五是在混凝土結構中設置合適的收縮縫。

塑性收縮裂縫及預防

塑性收縮是指混凝土在凝結之前，表面因失水較快而產生的收縮。塑性收縮裂縫一般在干熱或大風天氣出現，裂縫多呈中間寬、兩端細且長短不一，互不連貫狀態。較短的裂縫一般長20~30cm，較長的裂縫可達2~3m，寬1~5mm。其產生的主要原因為：混凝土在終凝前幾乎沒有強度或強度很小，或者混凝土剛剛終凝而強度很小時，受高溫或較大風力的影響，混凝土表面失水過快，造成毛細管中產生較大的負壓而使混凝土體積急劇收縮，而此時混凝土的強度又無法抵抗其本身收縮，因此產生龜裂。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結時間、環境溫度、風速、相對濕度等等。

主要預防措施：一是選用干縮值較小早期強度較高的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥。二是嚴格控制水灰比，摻加高效減水劑來增加混凝土的坍落度和和易性，減少水泥及水的用量。三是澆筑混凝土之前，將基層和模板澆水均勻濕透。四是及時覆蓋塑料薄膜或者潮濕的草墊、麻片等，保持混凝土終凝前表面濕潤，或者在混凝土表面噴灑養護劑等進行養護。五是在高溫和大風天氣要設置遮陽和擋風設施，及時養護。

沉陷裂縫及預防

沉陷裂縫的產生是由于結構地基土質不勻、松軟，或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致；或者因為模板剛度不足，模板支撐間距過大或支撐底部松動等導致，特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產生不均勻沉降，致使混凝土結構產生裂縫。此類裂縫多為深進或貫穿性裂縫，其走向與沉陷情況有關，一般沿與地面垂直或呈30°~45°角方向發展，較大的沉陷裂縫，往往有一定的錯位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關系。裂縫寬度受溫度變化的影響較小。地基變形穩定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩定。

主要預防措施：一是對松軟土、填土地基在上部結構施工前應進行必要的夯實和加固。二是保證模板有足夠的強度和剛度，且支撐牢固，并使地基受力均勻。三是防止混凝土澆灌過程中地基被水浸泡。四是模板拆除的時間不能太早，且要注意拆模的先后次序。五是在凍土上搭設模板時要注意采取一定的預防措施。

化學反應引起的裂縫及預防

堿骨料反應裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫是鋼筋混凝土結構中最常見的由于化學反應而引起的裂縫。

混凝土拌和后會產生一些堿性離子，這些離子與某些活性骨料產生化學反應并吸收周圍環境中的水而體積增大，造成混凝土酥松、膨脹開裂。這種裂縫一般出現中混凝土結構使用期間，一旦出現很難補救，因此應在施工中采取有效措施進行預防。主要的預防措施：一是選用堿活性小的砂石骨料。二是選用低堿水泥和低堿或無堿的外加劑。三是選用合適的摻和料抑制堿骨料反應。

由于混凝土澆筑、振搗不良或者是鋼筋保護層較薄，有害物質進入混凝土使鋼筋產生銹蝕，銹蝕的鋼筋體積膨脹，導致混凝土脹裂，此種類型的裂縫多為縱向裂縫，沿鋼筋的位置出現。通常的預防措施有：一是保證鋼筋保護層的厚度。二是混凝土級配要良好。三是混凝土澆注要振搗密實。四是鋼筋表層涂刷防腐涂料。

2 裂縫處理

裂縫的出現不但會影響結構的整體性和剛度，還會引起鋼筋的銹蝕、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲勞、抗滲能力。因此根據裂縫的性質和具體情況我們要區別對待、及時處理，以保證建筑物的安全使用。

混凝土裂縫的修補措施主要有以下一些方法：表面修補法，灌漿、嵌逢封堵法，結構加固法，混凝土置換法，電化學防護法以及仿生自愈合法。

2.1表面修補法

表面修補法是一種簡單、常見的修補方法，它主要適用于穩定和對結構承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料，在防護的同時為了防止混凝土受各種作用的影響繼續開裂，通常可以采用在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施。

2.2 灌漿、嵌縫封堵法

灌漿法主要適用于對結構整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補，它是利用壓力設備將膠結材料壓入混凝土的裂縫中，膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體，從而起到封堵加固的目的。常用的膠結材料有水泥漿、環氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學材料。

嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法，它通常是沿裂縫鑿槽，在槽中嵌填塑性或剛性止水材料，以達到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等等；常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。

2.3 結構加固法

當裂縫影響到混凝土結構的性能時，就要考慮采取加固法對混凝土結構進行處理。結構加固中常用的主要有以下幾種方法：加大混凝土結構的截面面積，在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固。

2.4 混凝土置換法

混凝土置換法是處理嚴重損壞混凝土的一種有效方法，此方法是先將損壞的混凝土剔除，然后再置換入新的混凝土或其他材料。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。

2.5 電化學防護法

電化學防腐是利用施加電場在介質中的電化學作用，改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環境狀態，鈍化鋼筋，以達到防腐的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復原法是化學防護法中常用而有效的三種方法。這種方法的優點是防護方法受環境因素的影響較小，適用鋼筋、混凝土的長期防腐，既可用于已裂結構也可用于新建結構。

2.6 仿生自愈合法

仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法，它模仿生物組織對受創傷部位自動分泌某種物質，而使創傷部位得到愈合的機能，在混凝土的傳統組分中加入某些特殊組分(如含粘結劑的液芯纖維或膠囊)，在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經網絡系統，當混凝土出現裂縫時分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。

篇9

關鍵詞：五大道；防潮；吸水率

中圖分類號：TU57文獻標識碼： A

1、基礎試驗

防潮材料實驗研究使用的材料為BS1001、BS16-18、WS98(BS4004)、Crème C80、Crème 120。

為了確定在天津目前氣候條件及粘土磚、砂漿使用的效果，在施工之前對不同稀釋比例材料溶液在毛細吸收作用下的滲透性能與毛細吸水性能的變化程度進行了系統研究。

2、毛細吸水系數

毛細吸水系數是定量地描述單位時間、單位面積材料通過毛細作用的吸水量。與飽和吸水率相比，毛細吸水系數不僅描述材料的吸水能力，而且還描述材料的吸水速度，是建筑保護中最重要的物理參數之一。

：單位面積的吸水量，；

：時間，；

：為礦物材料的毛細吸水系數，，描述吸水量及吸水速度。

為了便于建筑防水能力進行分類，按照毛細吸水系數—值（），可以將材料分成4類：不透水、憎水、厭水和透水。

毛細吸水系數的半定量—定量測定的方法非常簡單，可以將試塊切割成一定規格（如40×40×40），烘干后放到吸水海綿上，然后按照一定時間間隔測試塊的質量。單位面積吸水量（）與時間平方根（）坐標上的斜率代表該材料的毛細吸水系數。毛細吸水系數圖示，另一種方法為現場采用Karsten瓶測定吸水率，其結果為半定量。

（1）實驗步驟

① 選取試驗樣塊：選取完好的源自天津五大道區域歷史風貌建筑的36塊紅磚和36塊青磚及實驗中心自行制備的砂漿試樣（消石灰：粘土：細砂（50-100目河砂）=1:1:1）。

② 編號：將選好的試驗樣塊進行編號。

③ 烘干：用自來水將選好的試樣浸泡12h后清洗干凈，然后晾干。將晾干的磚塊放到105℃烘箱中烘干8小時。然后關閉烘箱，自然冷卻至室溫。

④ 配制溶液：在烘干試樣的同時，配制各種稀釋比例的溶液。

⑤ 毛細吸收：將冷卻后的試樣放到瓷盤中。然后將稀釋后的溶液等量的倒入瓷盤，使溶液浸入試樣底部約5mm。毛細吸收0.5h，然后測量溶液上升高度。

⑥ 自然晾干：將自然吸收稀釋溶液的試樣放到陰涼通風處放置7d使得相關反應充分進行，自然風干。吸收面向上。

⑦ 測試試樣的毛細吸水系數（包括空白實驗）。

⑧ 從中間切開試樣，測量溶液毛細滲透深度。

⑨ 記錄、處理實驗數據。

（2）實驗數據

所有試驗試塊毛細吸水系數測試結果。

（3）實驗結果與材料選擇

通過實驗對比可以發現，磚及砌筑灰漿采用有機硅類材料處理后，其毛細吸水系數可以大大降低。天津五大道的紫色粘土磚的毛細吸水系數處理前，采用甲基硅酸鉀憎水處理后，僅為原來的1/17。因此，可以采用有機硅處理墻體內的材料隔斷上升毛細水。

但是，一個有機硅化學材料是否適合作為防潮層修復材料使用，除了能夠使磚、砌筑灰漿的吸水性能降低外，尚需要有很好的滲透性。通過對比發現，甲基硅酸鉀、5%有效組分的納米硅氧烷為乳液、高濃度的小分子硅烷膏體具有很好憎水性能的同時，還有非常好的滲透性。因此，在天津五大道防潮層修復中，優先選擇甲基硅酸鉀、有效組分含量低的納米硅氧烷作為注射材料。即選擇代號BS1618、BS10019、CC80在睦南道47號地下室進行現場試驗與施工。具有很好憎水性能同時滲透深度非常高的高濃度的小分子硅烷膏體在防潮層修復中的應用工藝正在研究中。

3、吸水率與含水率

材料與液態水接觸吸收水分的能力稱為吸水性。吸水性表述有兩個參數：一個是不考慮時間的參數，即飽和吸水率；另一個為將吸水速度（時間）同時作為一個指標的參數，即毛細吸水系數。

（1）吸水率

飽和吸水率有以下兩種表示方法：

① 質量吸水率指材料吸水飽和時，所吸水量占材料絕對干燥質量的百分率。用公式表示如下：

式中—材料的質量吸水率，；

—材料吸飽水時所吸入的水量，或；

—材料的絕對干燥質量，或。

② 體積吸水率指材料吸水飽和時，所吸水分的體積占絕干材料自然體積的百分率。用公式表示如下：

式中—材料的體積吸水率，；

—材料吸飽水時所吸入的體積，或；

—絕干材料在自然狀態下的體積，或；

—水的密度，。常溫下取=1。

質量吸水率與體積吸水率的關系為：

可用來說明材料內部孔隙被水充滿的程度。而在無機非金屬材料中，只有開口孔隙能吸水，故體積吸水率即為材料的開口孔隙吸水率。體積吸水率概念比重量吸水率能更清楚表達材料的吸水能力，但測量比較麻煩，所以為方便起見，在修復工程上常用質量吸水率表示材料的吸水性。

此外，相對含水率DFG：實際測得的含水率與飽和含水率的比值，代表磚石中未被水充填的空間。

從睦南道47號地下室取三塊紅磚帶回實驗室并測試其含水率與飽和含水率。

4、天津堿性地下水對防潮材料的影響實驗

（1）實驗準備

材料：BS16-18、BS10019、CC80，Na2CO3（分析純）、NaCl（分析純）、KNO3（分析純）、K2SO4（分析純）、12塊紅磚；

設備：電子稱、電子分析天平、100mL容量瓶、燒杯、試管、移液管。

（2）實驗過程

① 取清清洗干凈的紅磚放置于不同的防水劑中，浸沒吸收半小時，放置7天（膏狀防水劑的采用刷的方式）；其中，每種防水劑各處理3塊磚，3塊磚不作處理，留作空白實驗對比；

② 測試每塊紅磚的毛細吸水系數及質量，記錄數據；

③ 配制pH為9.0的KSO4、NaCl、KNO3、Na2CO3的混合溶液，將12塊紅磚浸泡其中，吸收24h；其中，KSO4、NaCl的濃度均為0.1mol/L，KNO3的濃度均為0.05mol/L，Na2CO3的濃度為5.6×10-6mol/L

④ 取出紅磚，置于烘箱中，45℃烘烤4h，然后靜置20h；

⑤ 重復步驟③、④7次后，測試各磚塊的毛細吸水系數與質量；

⑥ 總結、分析實驗數據。

實驗記錄了未經防水劑處理的磚塊與經過防水劑處理過的磚塊從0秒到600秒的吸水狀況對比，由圖可以清楚看到，在滴上水滴60秒后，未經防水劑處理的磚塊其水滴就已近吸盡；而通過防水劑處理的磚塊，在滴水600秒后仍不見其有明顯的吸收，由此可見，防水劑的性能是穩定、有保證的，但是，不同類型的防水劑其效果仍有略微差別，下面表格中所測得的數據更為客觀地說明實驗的結果。

（4）實驗結論

經過實驗證明，各種防水劑處理的磚塊在經過7個循環的堿性水溶處理后，其毛細吸水系數均增大一倍左右，但仍在相關標準要求的范圍了，其中個別磚塊的變化量較大，這不排除所選磚塊自身緣故（如裂縫、空鼓等）。

由此可見，經過本次實驗，有效地說明了此次天津防潮試驗中所選用的相關防水材料對天津當地的地下水質具有較好的穩定性及耐久性，符合目前國內外的相關標準及規范。

參考文獻：

《天津市歷史風貌建筑保護條例》

《天津市歷史風貌建筑保護修繕技術規程》

篇10

關鍵詞：紅外熱像技術；溫度場；PS材料；土遺址；室內模型試驗

中圖分類號：K826文獻標識碼： A

1引言

我國西北地區的新疆、甘肅、寧夏和陜西境內，遺存下許多古代土建筑遺址，如陜西西安近郊的半坡村、甘肅秦安縣的大地灣人類居住遺址、新疆吐魯番地區的交河故城和西夏王陵土遺址等等[1]。這些土建筑遺址歷史久遠，有的已被列為世界文化遺產，具有很高的考古學價值和歷史價值[2,3]。我國大部分土建筑遺址地處西北干旱地區，該地區晝夜溫差大，據張虎元等[4]研究者的實測研究，地處新疆吐魯番的交河故城最高與最低氣溫相差21.9℃，地面晝夜溫差達44.5℃。溫差的劇烈變化在巨大的土體顆粒內部以及顆粒之間會產生巨大的熱應力效應，造成應力的局部集中，使土體內部結構發生破壞，如此長期反復的溫差變化，將使土體的結構不斷疏松，直至脫落崩解。因此，處于西北干旱區的土遺址如今有的已千瘡百孔，有些已大面積坍塌，呈現毀滅性破壞之勢。大量的研究結果發現，頻繁交替的巨大晝夜溫差所引起的物理風化作用是該地區土遺址遭受破壞的主要原因。在這種情況下，開展土遺址加固研究就具有很重要的意義[5]。

近年來，土遺址防風化加固是世界文物保護界普遍關注和重視的熱點課題，除了應用傳統方法進行加固保護外，還采用化學材料進行防風化加固。大量的室內試驗和現場試驗表明，PS—一種高模數的硅酸鉀溶液，作為新型的無機加固材料可用于干旱區土遺址的加固保護，成效顯著[6]。另外，土遺址土體加固效果的檢測是目前土遺址防風化加固研究中亟需解決的一個重要問題，而紅外熱像這一無損檢測技術是基于被測對象的溫度場變化規律進行的，可以用于PS加固土遺址土體效果的檢測。本文主要采用土遺址現場采取的擾動土做土樣模型，然后采用模數一定，濃度不同的PS加固土樣模型，之后應用紅外熱像儀充分捕捉土體加固前后的熱圖，由此探討分析PS加固土體的溫度場變化規律。試驗分析表明，未加固土體比PS加固土體對溫度變化更敏感，加溫后未加固土體升溫快，PS加固土體的熱傳導過程受到了阻礙。利用紅外熱像這一技術手段檢測土體的加固效果，操作簡單快捷，成效明顯可靠，完全能夠實現檢測的目的。這一現代無損檢測技術在土遺址保護工作中的有效應用，對進行土遺址風化機理以及加固保護技術的研究具有十分重要的意義。

2基本檢測原理

紅外熱像檢測技術是利用紅外輻射對物體或材料表層進行檢測、測量，并且可將不可見的紅外輻射轉化為可見圖像的一種專門技術[7]。利用這一技術研制成的紅外裝置稱為熱像儀。

2.1紅外線工作原理

紅外線是一種肉眼看不見的波，具有和光一樣的特性，像光一樣，紅外線具有直線傳播、反射、折射、干涉、衍射、偏振等性質[8]。自然界中的一切物體，只要它的溫度高于絕對溫度（-273℃）就存在分子和原子無規則的運動，其表面就不斷輻射紅外線。如圖1所示，紅外線是一種電磁波，其波長范圍為0.76～1000μm，不為人眼所見，它反映物體表面的能量場，即溫度場[8]。

圖1紅外光譜在電磁波中的位置示意圖[7]

Fig.1The position schematic diagram of infrared spectrum in electromagnetic wave

2.2 紅外熱像檢測系統工作原理及主要試驗設備

紅外熱像檢測利用紅外輻射對物體或材料表層進行檢測和測量，其工作原理為：溫度在絕對零度以上的物體，都會因自身的分子運動而輻射出紅外線。通過紅外探測器將物體輻射的功率信號轉換成電信號后，經電子系統處理，傳至顯示屏上得到與物體表面熱分布相應的熱像圖。當物體內部發生結構或材料性質（如裂縫、缺陷、加固等）變化時，它將改變物體的熱傳導，使物體表面溫度分布產生差別。再用紅外熱像儀捕捉物體表面溫度狀況，進而深入分析物體所處的狀態。紅外熱像檢測系統的工作原理[8]如圖2所示。

由于它反映了目標各部分的熱分布和各部分的發射本領的差異，因此可根據所形成的熱像分析目標各部分的狀況。

圖2紅外熱像檢測系統示意圖

Fig.2The schematic diagram of infrared imaging detection system

該試驗采用的Research-N1紅外熱成像監控系統主要是由紅外熱像儀與相應的計算機軟件及通訊網絡組成。由紅外熱像儀采集到的被測目標的溫度圖像數據，通過必要的接口傳輸到計算機，實現在現場或控制中心對檢測目標的紅外圖像和溫度數據變化進行快速檢索與分析處理。

3試驗概況

該實驗主要采用新疆交河故城遺址現場采取的擾動土，依照現場土的密度、含水量、空隙比等物理指標，在室內制備長方體（20cm×30cm×2.5cm 長×寬×高）土樣模型。將土樣模型的一半用模數為3.84，濃度為10%PS加固，另一半不做處理。然后以紅外燈作為熱激勵，紅外熱像儀充分捕捉土樣模型在加熱和散熱全過程中的紅外熱像圖序列，分析PS加固對熱圖特征的影響。

3.1試驗土樣模型制備

采用新疆交河故城土遺址現場采取的擾動土進行試驗，試驗用土特征：黃色，空隙較大，滲透性好，天然含水量極低，小于1.3%。依照以下步驟制備土樣模型：

(1) 將試驗用土碾碎，經直徑為2mm的試驗篩篩分，使其粉粒含量在95%左右。

（2）加10%水拌合，配制成均勻濕土,確保粉粒含量在90%～95%。

（3）將配制的均勻濕土放置在制樣機[9]中制備成20cm×30cm×2.5cm（長×寬×高）的長方體重塑樣模型。

（4）將模數為3.84，濃度為10%PS按時間間隔T=5min，均勻噴灑在模型的表面上，使PS的滲透深度達到2.5cm，將其一半加固。

在室溫、通風良好的條件下，將PS加固土樣模型靜置室內20d，直至自然風干為止。PS加固土樣模型如圖3所示。

其中：①—PS加固區②—未加固區

圖3土樣模型

Fig.3The soil models

3.2 試驗方法

將制備的PS加固土樣模型放在一塊厚2mm的絕熱薄板上，靜置一段時間，使土樣模型兩部分的初始溫度與室溫均趨于一致。將紅外燈熱激勵放置在距模型50cm正上方的高度處，確保整個模型處于紅外燈光照范圍之內。調節紅外熱像儀支架的高度及熱像儀的各參數，在土樣模型的兩部分范圍內各確定一個測溫點，為了便于對比熱圖差異，兩個測溫點關于模型中心線對稱為最佳。模型試驗布置示意圖如圖4所示。

其中：①—紅外燈②—紅外熱像儀

③—土樣模型未加固區

④—土樣模型PS加固區

圖4模型試驗布置示意圖

Fig.4Layout schematic diagram of the model test

4 試驗結果及討論

在連續升溫和降溫的過程中，紅外熱像儀會記錄土樣模型各部分的熱圖和任意時刻的溫度值。圖5（a）～（d）為干密度為1.42g/cm3的土樣模型的熱圖檢測結果。

（a）

（b）

（c）

（d）

其中： PO1—未加固區測溫點

PO2—PS加固區測溫點

圖5土樣模型熱圖

Fig.5 Thermography of the soil model

紅外燈未對土樣模型升溫之前，由熱像儀顯示的熱圖可以看出，模型加固區和未加固區的熱圖相同，溫度值一樣，均與室溫一致，表明PS的加固和模型的制作均是均勻的。從圖5（a）～（b）可以看出，隨著紅外燈持續不斷地釋放熱量，周圍環境溫度升高，土樣模型的加固區和未加固區的溫度也緩慢升高，但二者的溫度變化幅度不同，未加固區相對加固區溫度升高幅度較大。兩個區域的熱圖上的熱斑亮度不同，對應熱圖右邊的溫度標識，可以明顯看出，土樣模型的未加固區溫度比加固區溫度高。圖6為測溫點PO1、PO2在升溫和降溫過程中溫度隨時間變化關系曲線。初始時，二者溫度基本一致，但由于PS加固區的傳熱過程受阻，隨著時間的增加，二者的溫差也越來越大，這與上述從熱圖角度分析所得結論是一致的。

時間/s

圖6測溫點PO1、PO2溫度變化曲線

Fig.6Temperature chang curves of temperature measuring points PO1、PO2

觀察圖6，兩區域溫度曲線的變化趨勢是一致的，但曲線并不平滑。升溫過程中，溫度有時會突然下降到某個值，隨后繼續升高，降溫過程中，溫度有時會回升到某個值，繼而下降。經分析，出現該狀況的原因有可能是受到環境因素（如風速、環境濕度等）的影響，另外，紅外燈的燈絲發出的光暈不均勻分布，亦會影響土樣模型的溫度變化。然而，這些因素的影響畢竟還是很微小的，不會造成兩個區域的溫度變化趨勢發生很大波動。

根據李最雄[10]等人的研究，土體經PS加固處理后，會改變其原來離散態、片狀、晶狀黏土礦物的微結構，形成致密、非晶態的網狀凝膠體結構。這種結構的變化使土體的物理力學強度和抗風化、風蝕能力大大提高。通過用不同濃度PS制備的土樣模型重復做該試驗發現，PS加固區和未加固區的溫度差值的平均值最高可達15℃。而且從所得熱圖分析，PS濃度越大，兩區域溫差越大，PS加固效果越好。由此，初步得出結論，PS對土遺址土體的熱傳導過程具有巨大的阻礙作用，也就是說，PS對防止由于溫差所引起的物理風化作用有重要的意義。

5結論

(1) 紅外熱像檢測這一無損檢測技術能夠應用于土體加固效果的研究中，可很好地實現檢測加固效果的目的。

(2) 從土樣模型熱圖和溫度變化曲線分析，PS阻礙土體的傳熱過程，從而對土體具有良好的加固效果。

(3) 該模型試驗的PS加固土體深度為2.5cm，那么，改變加固深度會對土樣模型的熱圖產生何影響，進而分析PS加固土體的效果將是下一步的研究工作。另外，PS是一種高模數的硅酸鉀溶液，升溫和降溫的過程中，PS是否會發生化學變化，以致影響土體的加固效果尚待研究。

參 考 文 獻

[1]李最雄. 絲綢之路古遺址保護[M]. 北京：科學出版社, 2003.

[2]王銀梅. 西北干旱區土建筑遺址加固概述[J]. 工程地質學報,2003,11(2): 189—192.

[3]李最雄, 張虎元, 王旭東.古代土建筑遺址的加固研究[J]. 敦煌研究, 1995,（3）: 1—17.

[4]張虎元, 劉平, 王錦芳, 等. 土建筑遺址表面結皮形成與剝離機制研究[J].巖土力學, 2009,30(7):1883-1891.

[5]李黎, 邵明申, 裴強強, 等. 環境因素對PS加固土遺址效果的影響[C]//古遺址保護國際學術討論會暨國際巖石力學學會區域研討會論文集, 北京: 科學出版社, 2008.

[6]李黎, 陳銳, 邵明申, 等. 經PS加固土遺址水飽和強度及加固效果的環境影響研究[J]. 巖石力學與工程學報, 2009, 28(5):1074—1080.

[7]王汝琳, 王永濤. 紅外檢測技術[M]. 化學工業出版社, 2006.

[8]李曉剛, 付冬梅. 紅外熱像檢測與診斷技術[M]. 中國電力出版社, 2006.