化学材料论文范文

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在无机化学实验教学考核的过程中，仅凭实验报告成绩和期末考试成绩，不能准确地衡量学生的实际实验能力。为了科学地评估学生的实验能力，需要优化传统的实验课程考核体系，建立全面的无机化学实验综合考核办法。将学生的课程成绩分为实验过程成绩、实验报告成绩、实验理论考试成绩，单项成绩不合格，则总成绩不合格。这种考核方式促使学生认真地对待每个实验环节，有效地提高了学生的综合实验素养。实验过程成绩是教师在指导学生实验过程中，根据学生实际操作情况给出的评价;实验报告成绩主要是根据学生的预习实验报告和实验报告书写、数据处理及分析等来评判;在实验理论考试中，除了常见考题外，还结合材料化学专业特点，增加了实验方案设计等考核内容，突出了综合实验能力和创新能力的考核，促进学生实验能力的全面发展。

2创建适合材料化学专业发展需求的无机化学实验教学模式

进入21世纪以来，材料科学发展愈加迅速，新材料、新技术、新产品不断问世，与此相适应，对材料化学人才培养也提出了新的要求。材料化学专业无机化学实验授课模式必需紧跟时展步伐，及时调整课程结构与内容，引入学科发展的最新成果，介绍学科内容中的多种学术观点及学术背景和发展动态，开阔学生学术视野，提高学生的学习兴趣。教无定法，教要得法。要使课程教学生动活泼，教师必须不断更新教学内容，创新教学方法与手段，增强课程教学的趣味性，促使学生积极参与，在实验中勤于动手、动脑，实现教师教学方式和学生学习方法的转变。

2.1采用多媒体辅助教学和建设实验教学网络平台

多媒体教学是利用多媒体软件对文本、声音、图像、图形、动画等信息进行处理，教师配合多媒体放映进行讲解，将教学内容用特技方法显现出来，能充分创造一个有声有色、图文并茂、生动直观的教学环境，从视觉、听觉等多方面给学生留下深刻印象。无机化学实验教学可以采用多媒体(视频)教学，它不仅教学信息量大，而且可以非常直观地演示实验操作和过程。随着现代科学技术的发展，有些实验可以采用多媒体技术进行辅助教学，如基本操作单元、仪器的使用等。这些实验项目信息量大，操作细节多，仅靠教师在课堂教学有限的时间内进行演示和讲解往往是不够的，而且总有学生没有注意到一些具体操作细节，因此，可以将这些实验演示制成多媒体课件或视频资料，放在课程网络平台上，学生可以不受时间、空间的限制，反复观看，自主地开展预习、复习。这样不仅增强了课堂教学的可视性，而且增加了教师演示的可再现性，延长了学生的学习时间，从而有益于提高学生操作的规范性，使实验教学得到延伸。

2.2将生产生活实例和教师科研项目引入实验教学课堂

不同专业对无机化学实验教学的要求是不一样的。我院材料化学专业的培养目标是培养具备材料化学相关的基本理论知识和基本技能的应用型高级专门人才。因此，学生必须掌握物质的结构与性质、性能的关系，这需要在教学中注意教学内容的层次性。在无机化学实验教学中，我们尽可能选择与专业相关的真实实验课题和实验样品，将生产生活实例引入实验课堂，营造实战氛围，做到知识性、实用性、趣味性的统一。同时，我们还选取了一些与生活息息相关的实验，如锂离子电池正极材料的制备、胶囊壳中铬含量测定等，这样的实验学生感兴趣，实验热情高，有助于学生综合能力的培养。为了进一步提高实验课堂教学质量，我们还在课堂教学中引入教师最新科研课题成果，使实验教学更加贴近科研实际，既丰富了实验教学内容，又增加了实验教学的先进性、新颖性，在加深学生对所学知识的理解和实验技能的熟悉时，还能培养他们的科研兴趣，提高理论联系实际的能力，对科研工作产生感性认识。

2.3实施开放性实验教学

在传统的无机化学实验教学中，学生往往处于被动地位，教师处于主动地位。从实验项目选择、实验方案选择、实验仪器与试剂选择，都由实验老师预先完成。在这种照方抓药的实验教学模式中，学生往往兴趣不高，应付了事。在优化实验教学内容结构的前提下，实行开放式实验教学模式，可以提高学生实验兴趣，强化教学效果。在学生自主的基础上，利用学生课余自由时间开放实验室，对于实验技能较差的同学，让他加强基本操作单元和基本技能的练习。在学生较好地掌握实验基本操作技能后，可以让学生自主选择一些设计型、综合型、应用型实验。在教师的指导下，学生独立设计实验方案，独立完成实验，并认真进行总结，以全面锻炼学生的实验能力和提高综合素质。

3结语

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【关键词】导师制；毕业论文；材料化学；本科

本科生毕业设计是高校本科教育的一个重要部分，是培养大学生综合素质的重要教学形式，提高学生运用知识和技能分析、研究、解决问题能力，是对大学生本科四年学习成果的阶段性总结和审核，同时也是大学生从事科学研究的最初尝试。

本科生，尤其是理工科的学生在大学阶段普遍缺乏系统的从事科学研究的经历，因此，有必要经过本科毕业设计这样一个过程的系统训练为以后继续深造从事科研或者服务社会打下基础。同时，本科生毕业设计对于高校实现人才培养目标、加强学生的知识综合运用能力、培养学生的科学研究能力及独立工作能力、培养具有创新精神和实践能力的专门人才等方面，都具有重要意义。因此，完成本科毕业论文是每个大学生毕业的基本条件[1-2]。

1 材料化学本科毕业论文的现状及原因

材料化学专业是研究从制备到废弃全过程中材料的化学性质，其研究范围很广，既包含了整个材料领域，又包括各类应用材料在有机和无机等多领域的化学性能，它是一门应用基础理论和方法研究解决在工业化生产中与化学和材料有关的问题的学科。它既是材料科学的一个重要分支，又是化学学科的一个组成部分。材料化学跨越了材料和化学两大类学科。是一门既具有交叉边缘学科性质又含有应用理学性质的综合性学科。同时，正由于材料化学学科的交叉性和复杂性，从而导致在日常的教学过程中凸显出相对于其他传统学科所不同的教学难点和盲区。这就给学生在平时的学习提高了难度，也对教师的教学过程提出了更高的要求。

于此同时，由于近年来高校的扩招，高等教育由精英化向大众化不断的转变，高校学生的综合素质也在逐年下降。高校教师指导的学生和毕业论文的数量大幅增加，从而导致每个学生得不到足够的指导。并且在考研、就业等诸多因素的影响下，很多大学生无法提供足够的时间和精力于毕业设计方面的工作，对毕业论文持应付态度，得过且过，导致论文质量普遍不高。毕业论文工作易流于形式有的选题偏大或选题落后于当前社会和科技的发展水平；有的理论与实践不相符，内容空泛，缺乏现实依据和说服力，更没有从理论到实践转化，解决实际问题的能力；有的试验设计和研究技术路线不合理，试验数据错误；有的毕业论文仅仅是罗列了相关的文献内容，简单概述他人的成果与现状，并没有提出自己的理念和想法，甚至存在着抄袭论文的恶劣行为。在这样的背景下，尽管学生完成的毕业论文已经达到了所需的某些硬性要求，但其论文的质量并没有实现质的变化。因此，改变本科毕业论文的现行状况，提高本科毕业论文的质量，已经成为当前高校迫切需要解决的现实问题[3]。

2 提高本科毕业论文质量的几点对策

2.1 提高对毕业论文重要性的认识

本科毕业论文不仅仅是一个常规的本科教学环节，它是高校实现高层次人才培养的重要辅助手段，是本科教育理论与实践相结合的首要环节，是学生对四年所学的理论知识进行深化和升华的重要过程，是学生进入社会前的综合技能训练。要想提高本科生毕业设计论文的质量，首当其冲的是要提高对其重要性的认识，不仅仅是对学生，同时也是对老师的要求。通常可以采取动员大会、学术论文大赛等多种方式，进行广泛宣传，从而使教师、学生乃至管理人员认识到毕业论文工作是教学环节的重要组成部分，是学生科研能力、实践能力、信息检索能力形成和提高的重要过程，是其他教学环节无法取代的。

2.2 加强过程管理，实施质量监控

毕业论文设计的全过程需要学生、指导老师和组织协同配合，以学生为毕设主体，指导老师为主导，组织管理提供保障。从毕业论文的实施过程来看，主要包括从选题到答辩等诸多环节，每一个部分都需要制定相关的规章制度和要求，从而使毕业设计的管理更加合理规范。具体到每个环节，首先应严把命题关，完善选题管理办法，所选题目应具有时效性。其次要明确指导教师的资格，指导教师的专业知识结构和教师的指导水平直接影响着学生毕业论文的质量。最好毕业论文的组织撰写，教师应明确各阶段的要求，检查进行情况，并及时总结出现的问题加以指导。毕业论文在经过指导老师和的审查合格之后，学生才可进行毕设答辩，同时成绩的评定标准必须坚持公平公正，实事求是的原则，只有这样才能够保证毕业论文的质量。

实施质量监控机制也是提高毕业论文质量的一项非常重要的措施，监控机制主要包括初期检查、中期检查和后期检查三个部分。由校、院、系三级共同承担整个机制的运行和管理，对毕业论文工作的每个环节实行跟踪监督，结合本科教学评估的标准和要求，强化过程管理，严格执行和落实各项制度，保证毕业论文质量的提高。

2.3 全面实施导师制，充分发挥教师的指导作用

指导教师作为毕业设计全过程的主导，发挥着重要的作用，建立指导教师的筛选机制，保证指导教师队伍的高质量，形成一支责任心强并且科研经验丰富的指导教师队伍，这是提高毕业论文指导质量的强有力保证。在学校鼓励学生进行学术探索和课题申报的大环境下，应尽快确定本科生指导老师，鼓励学生积极参加指导老师的研究课题。在科研实践过程中，学生发现新的问题，分析并解决了这些问题，在不断的发现和解决问题过程中，学生不仅可以巩固课堂所学知识，而且学生的思维也得到了应有的训练，使其科研创新意识和创新能力得到不断提高。这些不仅可为后期的毕业论文的开展奠定基础，为毕业论文质量的提高提供了可能，更为以后继续深造从事科研或者服务社会打下基础。

3 科研导师制的特点

科研导师制是多层次本科生导师制的实施模式之一[4-5]。以科研作为纽带，充分利用教师的科研能力让学生参与课题研究，促进教师在育人中的主导作用。本科生导师制度不同于研究生阶段实行的导师制。本科生导师制度的特点主要有以下几个方面：

3.1 以学生为本，师生积极互动

实行科研导师制，主要目的在于培养高校学生的创新思维，提出、分析并解决问题的能力，提高学生在科研方面的思维和能力。在高等教育大众化的时代，为了满足不同的需求，高等教育必须在实施群体化教育的同时适时的提供个性化学习的机制，以个性化教育的实施有效的补充群体化教育所带来的在个体方面的不足。

3.2 注重培养学生的科研意识和科研能力

在大众化高等教育的现行模式下，绝大多数的学生依然将大部分的精力停留在书本上，缺乏独立开展开学研究的能力和实践训练，也很难有机会将自己的想法和创新应用于实践。但在科研导师制的模式下，学生在老师的指导下有目标、有步骤的进行科研研究，既可以将自己的创新思维付诸研究实践，又能提高科研创新能力。在科学研究过程中，导师也可以全面深入的了解不同学生的特点和专长，从而制定出适合不同学生的学习方案，使学生在研究实践的整个过程中，科研意识和科研能力都能得到不断的提高[6]。

3.3 操作性、实践性较强

科研导师和学生之间通过一个有价值的科研课题相联系，围绕着这个课题双方展开交流和沟通。科研导师要想引导学生深入课题进行研究，产生独到的见解，富有创新性，实用性，就必须加强实践环节。只有深入到实践中去，才可以让学生对课题产生更深层次的理解。

3.4 工作具有延续性

通过本科生导师制度的建立，帮助学生树立正确的人生观、价值观、世界观，制定科学的专业学习计划，确立明确的专业发展方向。在校四年期间，除常规教育之外，学生还接受了导师从科研到工作、从思想到行为各个环节全方位的教导，使学生得到全方位的提高。

4 科研导师制在本科毕业论文指导过程中运用的重要意义

本科毕业论文中所存在的诸多问题，既有学生主观上的原因，也有教学和管理上的客观原因。总的来说，所反映出毕业生科研意识淡薄、科研态度不够端正、科研能力低下等问题是相当突出的。导师制有利于培养本科生的科研意识，端正科研态度，提高科研能力。为毕业论文指导工作提前打下坚实的基础，可以有效地解决毕业论文中存在的诸多问题，对毕业论文质量的提高具有显著的促进作用。

本科生导师制实行的根本目标不在于提高学生从事科研的能力，而是旨在锻炼学生的创新思维，促进学生的个性化发展，开拓其眼界，并同时使其科学实践能力得到提高。实施本科生导师制，可以让学生多层次领域学科的学习成为可能。这种教育模式也为大学生对自身潜能的在开发提供了机遇。同时，学生较早的参与到科研活动中去，在科学实践中学生可以不断的发现和提出问题，从而提高了学生观察和解决问题的能力。

本科生导师制也是一种教学相长的过程，在科研之余，导师同时要负担起引导学生树立正确的人生观、价值观、世界观，这些都要求导师在平时的工作和生活中不断提高对自身的要求，自觉加强专业知识的学习，以身作则，从而更好的发挥引导和榜样的作用。

本科生导师制也是对我们现有的学生思想政治工作的一种补充。随着网络对高校思想政治工作带来的强大冲击，以及大学生对新事务接受能力强但分辨能力弱的特点，更需要对他们进行正确的引导和教育。学生与导师之间、同学之间开展积极的思想交流，要求学生提出并论证自己的观点，并能够接受他人建设性的批评和建议。这种教学方法可以培养学生的独立思考能力，不仅有助于学生的学业，而且还有助于通过迁移培养学生的其他能力。

综合分析以上情况，本研究项目拟探讨将本科生导师制工作与学生毕业论文指导工作结合起来，本科生从低年级就开始参与到导师的科学研究工作中来，改变现有学生在大三下学期甚至大四才着手毕业论文工作的运行模式，改善现有导师制的运行状况和提高本科毕业论文质量。作为探索专业发展特色和提高教学质量的新运行模式，值得深入研究和探讨。

【参考文献】

[1]田春生.目前我国高校本科毕业论文的问题及对策[J].中国青年政治学院学报，2010（4）：63-67.

[2]教育部办公厅.教育部办公厅关于加强普通高等学校毕业设计（论文）工作的通知.教高厅[2004]14号[Z].

[3]高慧，涂道伍.本科毕业论文存在的问题与对策[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2010（7）：77-78.

[4]方小玲，肖文.本科生导师制的实践与思考[J].湖北教育学院学报，2007：6.

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课堂教学是学校教学活动的主体，课堂教学应摒弃传统的教学模式，在课内渗透社会生活中的化学，并使其紧密结合教学内容和进度来进行，只有这样才能巩固课内知识，同时也能及时拓展课外知识，使课内、外知识有机地结合起来，使学生在学习的过程中没有累赘感，反而觉得所学知识更丰富，实用性更强。例如，在“氮和磷”的教学中，以“我们每时每刻都在氮气的包围之中”的现实场景引入氮气的物理性质，说明氮气的化学性质不活泼，进而引出氮气的分子结构和化学性质。也可以讲述在打雷闪电时氮分子与氧分子分裂为原子，原子重新组合成一氧化氮分子的场景，介绍了后续几个反应后，得出谚语——“雷雨发庄稼”的结论。在讲到NO的毒性时，补充NO作为信使分子在生命过程中的重要功能，让学生带着惊讶的情绪对NO产生了新的认识。

通过紧密结合教材基础知识或重点知识的应用性知识的补充、讨论与交流，一方面可以使学生从化学的角度逐步认识自然与环境的关系，分析有关的社会现象，培养学生联系生活、社会中的化学问题的意识，另一方面可以提供给学生未来发展所需要的基础的化学知识和技能，培养学生运用化学知识和科学方法分析和解决简单问题的能力。

二、进行热点渗透教学

教学过程中为学生提供与学习内容相关的各种情景素材如化学史料，日常生活中生动的自然现象和化学事实等，能够强化学生对化学与生活有关、对生活有用的意识，激发学生的学习动机。如现行高中化学教材中“人类保护臭氧层的行动”，这既是一个自然科学问题，也是一个“人文意识”问题，围绕“从电冰箱的普及与换代到臭氧层”开展探究，指导学生查阅文献，访问网站，获得知识。在讲授重金属汞的性质时，可以结合生活实际讨论其危害，讲述汞蒸汽对人体的危害可以使学生们认识到用行动防止汞污染的重要性，例如怎样清理破碎的水银温度计、如何处理含汞的废旧电池、废日光灯管等，使学生养成良好的生活习惯，这使化学教学更贴近于社会实践，同学们在学习过程中会觉得所学知识富有时代感，具有实用价值，有助于培养学生对未来的人文关怀，将自然科学融入整个人类文化的背景中思考和分析。

三、进行生活与化学关系专题教学

高中化学专题教学能有助于激发学生的学习兴趣，并可拓展学生的知识面，具体教学形式可以将生活中的化学与书本中的化学的联系以专题讲座的形式介绍给学生，介绍化学的过去、现在和未来，介绍世界高新技术发展的动态与趋势，介绍化学在高新科技领域中的作用，介绍化学与其它学科之间的相互渗透，介绍化学与社会的关系，如健康、保健、能源、资源、环境等社会问题。例如可以向学生讲解当前化学合成材料的发展概况，人类已经可以制造出可以替代人体多个部位的化学材料。四、与生活中化学知识相关的实验探究教学

化学实验是进行科学研究的重要手段，是培养学生动手操作能力的有效途径，在化学实验的基础上，学生从具体的形象思维转入抽象的逻辑思维，从而提高理性认识。化学实验还可以培养学生谨慎的科学态度，以贴近生活和发生在身边的化学现象为素材，组织探究实验活动，既培养学生学习化学兴趣，又使学生感受到化学在国民经济及生活中的实际运用。例如选取日常生活的素材可进行“鲜果中维生素C的还原性”、“自制肥皂与肥皂的洗涤作用”、“用生活中的材料制作简易电池”、“温度对加酶洗衣粉的洗涤效果的影响”等实验。选取与化学有关的社会问题为实验内容可进行“用氧化还原滴定法或电化学分析法测定污水中的化学耗氧量”、“用淀粉自制吸水材料，并进行模拟保水试验”等实验。通过化学实验来解释和解决日常生活和社会实际问题，对于拓展化学实验的功能，提高学生的科学素养，具有十分重要的意义和价值。

五、进行与生活有关的论文写作教学

布置学生撰写小论文或课题报告，探讨实验中的问题或写出自己的体会。教师向学生介绍撰写小论文的基本要求和方法，从学生实际出发，文字能力不做高要求，只要论据能说明论题，条理清楚，说得明白就达到了要求。例如，将“糖类”设计成主题为“糖类与生活”的拓展课，课前充分发动学生积极参与，提出他们感兴趣的课题，引导他们提炼成“糖在生活中的分布”、“血液中的葡萄糖”、“糖与糖尿病”、“糖与减肥”、“糖与健康”等小课题。然后把全班学生组合成几个组进行专题研究，同学们查找资料、走访调查、统计数据、进行实验，在组内充分交流讨论的基础上，形成课题报告。

此外，遵循自愿的原则，鼓励学生将课外新闻记者材料用自己的语言加以组织，写出科技小论文。在将阅读材料整理成文章，并发表自己的见解的过程中，培养学生科学研究问题的学风，促进学生独立思考，提高自学能力的组织语言的能力。

教材中的教学内容是教师教和学生学的直接依据，不同的教学内容对应不同的教学策略和教学方法。化学教学内容可分为基本概念、基本理论、元素化合物知识、化学用语、化学计算以及化学实验等，不同类型的教学内容具有不同的特点。并非所有的教学内容都适合或者说都能很好地联系社会和生活实际。本文就当前化学教学与学生生活不能紧密联系的现状提出将生活中的化学渗透在化学教学中的相关教学方法，将所学知识运用在社会生活中，这有助于提高学生学习化学的兴趣，丰富学生的学习方式，提高学生的科学素养。这样的教学方式也给教师提出了更高的要求，要求教师要接受这样一种适应学生发展的教学方式，并愿意在教学中付诸实现，同时还要加强自身的专业化学习，注意搜集各种新知识，注重引导学生认识各科知识的普遍联系，只有这样才可以在教学中引导学生真正的进入化学学科的殿堂。

参考文献：

[1]张爱玲.化学与生活[J].中学化学教学参考,2002,(11):58-59.

[2]李琴.将社会生活中的裕学渗透在化学教学中[D].华中师范大学,2008:3-27.

[3]张俊英.现代生活中的化学[J].沧州师范专科学校学报,2002.

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化学灌浆材料又称防水浆材,其与防水卷材、防水涂料、防水腻子或胶泥、橡塑止水带或金属止水带等同属防水建筑材料范围.而所不同处则是化学灌浆材料具有如下特性:

①它是溶液,而且是真溶液.应永不分层,无沉淀;

②粘度很低,有些浆材粘度甚至接近水;

③固化或胶凝时间可人为控制;

④可用泵灌入裂缝,充填裂隙,堵截渗漏水,具有原位修复止水结构或单独构建防渗帷幕之功能,特别适用于地下隐蔽工程;

⑤固化或胶凝时体积收缩很小;

⑥固化物或胶凝体本身不渗水;

⑦固化物或胶凝体耐久性良好.上述特点和功能是我们通常熟习的防水建筑材料所不具备也无法替代的,正因如此,化学灌浆材料在防水工程上具有特殊的重要性,并以此成为防水建筑材料中不可或缺的重要成员

2.常用化灌浆材的分类

目前国内常用的化学灌浆材料按其性能与用途大致分为两大类,六大品种系列,上百种品牌.第一类是防渗止水型,这包括水玻璃、丙烯酸盐、聚氨酯和木质素浆材四大品种系列.第二类是补强加固型,这包括环氧树脂与甲基丙烯酸甲酯浆材两大品种系列.其中水玻璃浆材又可分碱性与酸性两大品种,聚氨酯浆材又可分油溶性、水溶性与弹性三大品种,环氧树脂浆材又可分为非活性稀释剂、活性稀释剂及呋喃树脂三大品种.必须指出,在第一类型中的水玻璃浆材也能用于补强加固工程,只是强度较低;在第二类型中的环氧树脂浆材也能用于防渗止水工程,只是单价偏高.现将国内用量较大的环氧树脂和聚氨酯浆材品牌及研发单位列于下表1和表2.

表1.国内常用环氧浆材品牌及研发单位

浆材品牌SK-1JXHK中化-798CW

研发单位中国水科院天津基础公司杭州华东院科研所广州中科院化学所长江科学院

表2.国内常用聚氨酯浆材品牌及研发单位

浆材品牌

PMLWHWTZS发单位天津大学华东院科研所华东院科研所上海隧道公司

3.主要用途及应用部门

由于化灌浆材具有前述七大特性,故化学灌浆浆材和技术特别适用于工程建设中的堵漏止水、帷幕防渗、基础加固和裂缝修补四个方面.从现在来看,化学灌浆的应用领域主要在水电、建筑、采矿和交通四个行业,具体应用领域大体如下

①大坝、水库、涵闸等基础防渗帷幕和基础加固；

②大堤、渠道、渡槽等的防渗堵漏及加固;

③核电站等的封闭止水防渗[1]和基础加固;

④地下建筑物(如地铁、人防、隧道等)的防渗、堵漏止水、基础加固和裂缝的补强加固;

⑤矿山、工厂有毒废渣、废水和城市垃圾场等截渗工程的防渗帷幕;

⑥矿井建设中的涌水堵漏、流沙治理及对软弱地层加固、稳定的预灌浆;

⑦石油钻井开采中的堵漏止水、钻孔护壁加固和驱油;

⑧桥基加固及桥体裂缝补强;

⑨机场跑道和停机坪、公路和铁路特殊路段的软弱地层加固、防渗和混凝土裂缝补强加固;

⑩江河海港港工建筑物(如码头、船闸、防波堤等)的基础防渗和加固

4.国内化灌浆材应用概况

化学灌浆材料在防水材料中虽属小品种,但随我国基础建设的发展应用量在逐年增加,年用量己远超万吨,现仅根据2004年沿海八城市12个企业或公司粗略统计的用量就有6635T,见表3.同时,在各部门中化学灌浆材料的应用也因工程要求不同而有所不同,有所选

表3.沿海八城市12家企业或公司2004年用浆量粗略统计

浆材种类水玻璃聚氨酯环氧丙烯酸盐

用量(T)/年4000220042015

择差别.如地下建筑业及地铁建筑防水多选用聚氨酯浆材;采矿部门止水和交通部门修复路基多选用廉价的水玻璃浆材;水电部门修筑大坝多选用丙烯酸盐做防渗帷幕和选用环氧浆材加固坝基;文物保护部门则选用甲基丙烯酸甲酯浆材来修复文物建筑等.化学灌浆材料在大型工程中应用量是很大的.葛洲坝电站一期工程护坦止水系统渗漏事故的修复,一次用弹性聚氨酯浆材20余吨;上海地铁4号线塌方冒水事故仅止水一项用聚氨酯浆材就达102吨;三峡工程近几年防渗堵漏和地基加固应用各种化学灌浆材料570多吨,见表4;广东一家化灌企业

表4.三峡工程化灌浆材应用概况

浆材名称CW环氧LW+HW聚氨酯丙烯酸盐

主要用途地基加固止水堵漏防渗帷幕

浆材用量(T)32018070

去年仅在桂、粤、湘公路修复工程的路基加固防渗中就用了水玻璃浆材2000吨以上,由此可见一斑

5.国内化灌浆材研究概况

我国化学灌浆事业是解放后开创的,经50余年发展,成绩斐然[2].这与一些产业部门和部份大专院校培养了一批从事化学灌浆技术的研究队伍密切相关.随着我国基础建设的发展,防水化灌浆材应用量逐年上升,浆材开发与应用的研究也在逐步增多.以近五年为例,在科技期刊杂志库捡索中化学灌浆的研究论文约有323篇,其中浆材研究与应用占240篇,见表5.由

表5.近五年国内化灌浆材研究与应用捡索概况

浆材环氧聚氨酯水玻璃丙烯酸盐丙凝甲凝木质素篇数1127327111052

%46.730.411.24.64.22.10.8

表5可见,从研究论文数量排序讲,前三位是环氧树脂浆材、聚氨酯浆材和水玻璃浆材,而

实际应用中则正相反,水玻璃浆材多于聚氨酯浆材,而聚氨酯浆材又多于环氧树脂浆材.从研究与应用所获成果水平来看也较高,世人瞩目的三峡工程化学灌浆的成果就是例子.该工程在

①应用国内研制的无毒丙烯酸盐浆材,替代有毒并有致癌可疑的丙凝浆材,首次建造大坝化学防渗帷幕[3];

②选用CW环氧浆材和水泥—化学复合灌浆技术,加固软弱泥化断层破碎带;和

③采用包括化学浆材在内的五层防渗止水措施,处理好泄水闸迎水面多条混凝土活缝上[4]都达到了国际先进水平.这其中三峡工程的高水头混凝土活缝处理,一直是中外媒体关注的焦点

6.化灌浆材与环境保护

化学材料中常含少量有毒害的化合物,用于防水的化学灌浆材料也不例外,因此研究与应用化灌浆材的人员一定要提高环保意识,做好防止污染的工作.积多年从事研究与应用防水化灌浆材工作的经验,特提出如下选择与应用化灌浆材,防止污染的四条原则[5]:

①能用水泥浆材解决工程防渗加固问题的绝不用化灌浆材;

②在满足工程防水设计基本要求的前提下,选用化灌浆材应首选无环境污染的水玻璃浆材;

③选用其它防水化灌浆材应选用无公害产品,并注意不要任意扩大应用范围及用量;

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论文摘要：将量子化学原理及方法引入材料科学、能源以及生物大分子体系研究领域中无疑将从更高的理论起点来认识微观尺度上的各种参数、性能和规律，这将对材料科学、能源以及生物大分子体系的发展有着重要的意义。

量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科，经过化学家们的努力，量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展，在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前，量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域，取得了丰富的理论成果，并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。

一、在材料科学中的应用

（一）在建筑材料方面的应用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。

钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的Al-O键级基本一致，而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr，Ba原子键级与Sr-O，Ba-O共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-O共价键级，由此认为，含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。

将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。

（二）在金属及合金材料方面的应用

过渡金属(Fe、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。

量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。

二、在能源研究中的应用

（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用

煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。

量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。（二）在锂离子电池研究中的应用

锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。

锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。

随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。

三、在生物大分子体系研究中的应用

生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘,进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。

综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。

参考文献：

[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994

[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12

[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147

[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973

[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1

[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449

[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,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

论文摘要：径流林业技术措施的核心技术是集水整地。集水整地系统由微集水区组成，一是产生径流的集水面，二是渗蓄径流的植树穴。根据地形条件，以林木为对象在全林地形成不同的集水与栽植区，组成——通过这种措施的应用，基本上要解决两个问题：一是通过有效的水分调节措施，在一般年份使土壤水分基本维持在林木生长发育所需的适宜范围之内；二是在短期天气干旱的情况下，土壤含水量不低于苗木的凋萎湿度以维持林分的稳定性。

1集水整地措施

1.1栽植区面积

在定西黄土高原干旱半干旱气候条件下，一般要求深整地，以便降低土壤紧实度，促进土壤熟化，增强土壤蓄水能力，对于防护林和用材林一般最好整地深40～60cm，经济林80～100cm。为了增加土壤有效蓄水量，应当采取较大规格的整地，但是整地规格加大，破土面增加，地表蒸发也随之增加，而且径流进入后渗蓄的深度相应减少，也增加了地表蒸发量。因此，栽植区面积的大小，应考虑生物经济兼顾的原则，既考虑到树木的根系生长发育及对养分和水分的需求，又要考虑到地形、土壤等自然与经济条件。经济林树种一般对水分养分的需求比较高，根系的水平分布比较宽，栽植区的面积宜大一些，其宽度一般在1.40～2m，长度主要由造林的株距决定，一般在1～2m左右；水土保持用材林的阔叶树因根冠较大，一般栽植区宽度在1～1.60m，长度在1m，但若是培育速生用材林，则整地宽度可适当加大；薪炭林、护牧林等以灌木为主的水土保持林，栽植区面积可适当小一些，一般宽为0.60～0.80m，长度可依据地形条件而定。

1.2集水面积

在确定栽植区面积的大小，即径流渗蓄与水分消耗区面积大小之后，即可确定集水面的大小。集水面积的大小主要根据栽植区面积大小、降雨量、地表的产流率、栽植区水分消耗需求、树木需水量、土壤水分短缺量等因素来确定，其目标是所产的径流水能弥补土壤水分的短缺量。一般栽植区与集水区的面积比例由栽植区的水分亏缺量与进入栽植区的径流量来确定，总的原则是所亏缺的水分基本上等于径流补充的水分。在定西黄土高原地区降水量一般在300～400mm，蒸散需求量一般在700～1000mm，据此栽植区与集水区的面积比例，对于经济林一般为4:1～8:1，对于防护林一般在2:1～6:1，具体的比例要考虑当地的立地与树种来确定。当然，如果条件许可的话可以通过水量平衡计算出较准确的比例。

1.3蓄水工程

集水面：集水区应当修成一定的坡度，地表较结实、平整、不易产生水土流失。集水面的整修可分为坡面和梯田等平缓地两种情况。在整修过程中应当注意不要破坏植树带，集水面坡度不要过小，整地回填时就要注意回填土的高度，预留要挖去的高度，保证集水面能形成的坡度、植树带有足够的蓄水容积。通过集水面所产生的径流直接流入栽植区渗入土壤中供林木吸收利用，但是如果有较强的降雨发生，径流量太大径流来不及渗入土壤中，有可能冲毁坡面整地工程造成水土流失，因此与集水面相配套，在径流渗蓄区要修筑比普通整地规格更高的蓄水工程，保证有一定的拦蓄暴雨的能力，保证坡面安全。蓄水工程的断面形式在山坡地一般有反坡梯田、水平沟、鱼鳞坑等形式，在平缓地有穴状、条带状等形式。在修筑时要考虑本地区可能暴雨量、暴雨强度及所产生的最大径流量，同时还要考虑幼林无覆盖时地表土壤侵蚀造成每年可能的蓄水容积损失量。

蓄水工程是栽植区的重要组成部分，其修筑与栽植区整地同时进行，按照整地的断面形式，外埂要达到的一定高度，特别是反坡梯田时，一定要在外侧修加固埂，顶宽为20～30cm，高度在40cm左右。为了使径流能均匀地分配到各个林木，在整修外埂时应与等高线垂直，每隔一株或几株树木修一横档，以起到防止因径流渗蓄区过长不水平而使径流水向一侧过分集中冲毁蓄水工程。一般可以每隔3m左右修一个，横档的高度与外埂平齐，顶宽30cm。

1.4集水整地施工

在定西黄土高原干旱半干旱、水土流失严重的地区，由于土壤瘠薄、紧实度又高，致使造林苗木的根系初期生长不良，不仅影响成活率而且也影响到后期的生长发育。通过整地措施可以改善林木生长的土壤环境条件，减少幼树生长的阻力。在进行整地施工时，一定要达到预先设计的长、宽、深的标准。如果是经济林，则结合整地可以施足底肥。同时在回填的工程中可以在土壤中加一些绿肥、有机肥、复合肥、土壤改良剂、蓄水保墒材料等，以增加土壤养分改良土壤结构。施肥的数量与种类主要由所选的造林树种确定。为了减少地表蒸发的损失，栽植区表面的形式以在阳坡的造林地能造成小阴坡为较理想，可以降低夏季的土壤蒸发；在阴坡的造林地修成水平面较为理想，可以改善春季地温，促进林木根系的生长。

2集水面防渗措施

提高小雨、强降雨的产流率是增加旱季林木水分供应量的重要手段之一，也是提高降水利用率的重要措施。在黄土地区年降雨、中小雨、强降雨，分别占总降雨次数和降雨量的80％和70％以上，一般很难引起地表径流。因此，通过一系列的地表防渗技术对集水区进行处理，不仅可以增加降水的利用率，减小土壤的无效蒸发，而且可以提高土地的生产力和经济效益。

2.1压实拍光处理

压实拍光是一种以紧实地表土壤，减小孔隙度，增加土壤黏结力，形成一层高密度入渗阻力层为特点的地表防渗措施。表土层压实拍光的程度与土壤机械组成、有机质含量、施工时的土壤含水量、压实力大小与均匀程度等因素有关。表层土壤密度越高，水分的入渗阻力大，降雨产流率也越高，在条件允许的情况下应尽量增强压实力，提高表层密度。在整修时，先把地表的杂草连同干燥土层一起铲除回填到栽植区，出湿土，按预定的形状整修好集水面后，根据需求即可进行压实拍光处理。

2.2防渗剂处理

在极干旱或林木需水量较大的情况下，依靠压实拍光已不能满足林木生长发育对水分的需求，必须对地表进行适当的防渗处理，以进一步提高降雨的产流率，增强对降雨的空间分配强度。目前国内外常用的防渗化学材料有钠盐、乳胶、蜡状物、沥青及YJG－1、YJG－2、YJG－3和生物材料如地衣等。对要进行防渗剂处理的集水区应事先仔细地压实拍光，除去浮土，平滑表面，而且一般应在苗木栽植后再进行处理，这样可以避免栽植时人为的破坏集水面。在集水面压实拍光并整理好后即可进行防渗处理。如使用YJG－1，可取YJG－1原液加水按照1：10～1：15的浓度配制好喷洒液，装入喷雾器内备用。喷洒时应选在无风晴朗的天气进行，否则因风吹散、雾化的喷洒液会造成材料浪费而且很难喷匀，如果有雨时喷洒还没有等膜形成与土壤接触牢固而被雨水冲失。

2.3生物防渗处理

与化学防渗剂相比，生物防渗处理有其无法比拟的优点和更广阔和应用前景。在对集水效率要求较高的地方可以使用化学防渗剂，但在对径流系数要求不高时则可以用生物材料来代替，此外，在压实拍光的集水区表面也可以使用生物材料，对集水面起到保护作用。

对集水区地表进行处理的生物材料，经过室内试验和野外试验观测，使用了一种自然存在于黄土高原地区的地衣－石果衣。这种地衣紧密贴生于土壤表面，耐干旱，在合适的温度、湿度条件下可以进行营养繁殖。繁殖好的地衣营养碎片，喷洒在集水面上，利用夏季的有利条件，经过1～2年即可形成地衣保护层。石果衣的集水效果虽然不如化学材料，但它是一种纯生物材料，又具有极好的水土保持效果，对促进全林地生态环境的改善具有积极的作用。

2.4其他处理方法

除了上面介绍的几种防渗处理方法和材料之外，还有一些其他材料也在试验研究中应用了。其中有水泥和107胶混合起来喷洒在集水面上，也具有较高的径流系数和较长的使用寿命；在干旱区还使用了在集水面上铺设油毡纸、塑料薄膜的方法；此外还试验了沥青、拒水粉等材料的防渗性能和使用方法。其中有的材料和方法在一定的条件也可以使用。

篇7

关键词：化学灌浆无公害环氧树脂聚氨酯丙烯酸盐酸性水玻璃化学灌浆泵

1我国化学灌浆技术发展成绩

化学灌浆(ChemicalGrouting)是将一定的化学材料(无机或有机材料)配制成真溶液,用化学灌浆泵等压送设备将其灌入地层或缝隙内,使其扩散、胶凝或固化,以增加地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形和进行混凝土建筑物裂缝修补的一项地基处理和混凝土修补技术.即化学灌浆是化学与工程相结合,应用化学科学和化学浆材解决地基和混凝土缺陷处理(加固补强、防渗堵漏),保证工程的顺利进行或借以提高工程质量的一项工程技术.随着化学灌浆技术的发展和进步,现己成为现代工程中颇具特色且不可或缺的一项先进技术

国外化学灌浆最初是适应于地基处理和采矿业发展的需求而发展起来的,其可靠性得到公认并被广泛采用至今己有80年以上的历史.我国的化学灌浆技术应用与研究起步较晚,但发展较快并有自已的独创.如果以1953年在佳木斯等地采用碱性水玻璃进行化学灌浆算起,也才只有50年的历史五十年来，我国在化学灌浆技术这个小领域取得了成绩[3]，主要表现在以下方面：

(1)化学灌浆从无到有，从小到大发展起来，已成为我国现代工程技术不可或缺的一个组成部分

(2)国外有的常用化学灌浆浆材品种，我国基本上都已开发出来（如环氧[1]、甲凝、丙凝、丙烯酸盐、酸性和碱性水玻璃、水溶性、非水溶性和弹性聚氨酯、脲醛树脂、铬木素等）

(3)化学灌浆浆材品种开发中还有一些独创.如甲凝、弹性聚氨酯,甲氰凝和环氧—聚氨酯,丙烯酸酯—聚氨酯等互穿网络灌浆材料

(4)化学灌浆设备的研制开发已基本能适应和满足国内化灌工程的要求[8].如化学灌浆泵、灌浆阻塞器、密闭配输浆装置和各种封缝材料等．

(5)化学灌浆技术已在国内水电（大坝、堤防、水库、电站）、建筑（地上、地下、人防）、交通（公路、铁路、隧道、桥梁、港口、机场）和采矿等四大部门得到推广应用

(6)化学灌浆技术应用已解决了许多工程难题，取得良好的效益.以水利为例，如三峡[4]、葛洲坝、龙羊峡、丹江口、陈村、凤滩、万安等水利枢纽都是采用化学灌浆技术解决一些工程技术难题的典型例子

(7)化学灌浆已从工程完建后的应用，发展到工程兴建前设计中就采用.如三峡化灌帷幕预计15000米，化灌加固地基预计3000米

(8)化学灌浆技术在一些方面已具国际先进水平，如青海龙羊峡大坝采用中化798环氧浆材处理G4伟晶岩劈裂带和三峡大坝采用CW环氧浆材处理F1096软弱夹层及断层破碎带的水泥—化学复合灌浆技术均堪称国际上处理低渗透性软弱岩土地层的先进技术

(9)化学灌浆理论上也有一些突破和创新[6][7].如浆液扩散半径的计算理论、浆液湿面粘接理论、减低浆液毒性的拮抗理论、浆液吸渗理论等

(10)化学灌浆技术出版物取得丰收.自上世纪八十年代以来己出版专著十余部.包括水利学报、水利水电技术、岩土工程学报、岩石力学与工程学报、长江科学院院报在内的全国132家科技期刊都选登化学灌浆的研究论文.近5年选登的论文就有200余篇

以上十个方面成绩,足以说明我国化学灌浆技术的进步和发展水平.此外,全国研究化学灌浆技术的工程科技人员已成立了中国水利学会化学灌浆分会,现挂靠在长江科学院.追溯到1968年,学会己举行过16次学术交流活动,出版了7部论文集,这些学术活动对推动我国化学灌浆材料的研发和化学灌浆技术的发展起了很好的作用

2.化学灌浆技术近期发展展望

我国化学灌浆技术近期应在前50年的基础上更具活力的继续向前发展,而无公害、耐久性好、适应工程各种苛刻要求且价格低廉的化学灌浆浆材的开发、应用和推广;化学灌浆技术的研究、改进和提高;化学灌浆设备、仪器生产的定型化、系列化、成套化、标准化和环保化及产品质量的持续改进和提高等必然是其发展方向

2.1.无公害浆材的开发

(1)无毒催化剂的研制.环氧树脂浆材粘接强度高、稳定性好,因此是固结灌浆最常用的浆材.该浆材毒副作用主要来自所采用的固化剂和溶剂.在过去的近20年中,对环氧浆材胺类固化剂的降低毒性研究己取得一些成果,国内生产出商品名为T31、810、X-89、CD等毒副作用较低的一批改性胺类固化剂,对环氧浆材的推广应用起了较好作用,今后还应朝这个方向继续努力

(2)无溶剂型浆材的开发.环氧树脂一般粘度都较大,制成化灌浆材一般都要添加有机溶剂,但很多有机溶剂不但气味难闻,而且具有毒副作用(如糠醛),添加后往往会产生环境问题.因此,人们在研究无毒副作用环氧固化剂的同时,也展开了无溶剂型环氧浆材的研制.无溶剂型环氧浆材的研究将得益于环氧树脂工业的发展,国内一些化工厂生产的低分子量环氧树脂粘度仅为20-25mPa.s.,这对今后无溶剂环氧化灌浆材的发展开辟了较好的前景.除此之外,把丙烯酸酯等树脂开发成无溶型浆材己呈现出更加美好的前景,值得努力探索

(3)水做介质的化灌浆材的研制.水做介质,不用有机溶剂,对化灌浆材的无公害化是很有益的.过去已开发了LW、HW等为数不多的水溶性聚氨酯浆材,今后对水溶性浆材应放开视野,相信在有机或无机水溶性浆材开发和应用上将会呈现出较为理想的进展

(4)某些已有浆材改造的研究.1974年,日本曾因使用抗渗性好的丙凝化灌浆材污染水质,引起饮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盐浆材得到发展,但其主要成分丙烯酸镁仍存在一定的毒副作用,而科技工作者采用拮抗原理,在丙烯酸盐浆材中加入钙盐和适量的某种拮抗剂,却使其毒副作用下降到仅为丙凝的1%,成为实际无毒浆材[12].这个例子说明,我们可以探索通过对己有的某些化灌浆材进行改造,降低毒性,达到可使用标准

2.2.对工程各种苛刻要求相适应的浆材开发

(1)新型高亲润、高渗透性化灌浆材的研究.虽然目前我们已有了一些高渗性的化灌浆材,解决了不少工程难题,但所用溶剂和固化剂多半都有毒副作用,不适宜环境标准,对工程地基微细裂隙、断层破碎带和泥化夹层及混凝土微细裂隙的处理仍有探索新型高亲润、高渗透性、无毒副作用化灌浆材的必要.这很大程度取决于表面活性剂和活性稀释剂体系的研究改进

(2)弹性化灌浆材的开发.在工程伸缩缝止水和混凝土活缝、变形缝补强灌浆中需要具有弹性的化灌浆材.过去虽说也有一些开发,但必竟质量还不够高.今后除应加强对已有弹性环氧和弹性聚氨酯等浆材提高质量和消除毒副作用方面的研究外,更为重要的则是加强对能赋于环氧树脂弹性的固化剂的开发研究[11],从而适应建设工程之急需

(3)快速固结浆材的开发.这里指的是浆液粘度又低,固化物性能优异,且固化时间可控制在几十分钟或几小时以内的浆材的开发.采用低粘度环氧树脂或新型活性稀释剂和开发应用能促使环氧树脂快速固化的新型环氧固化剂应能解决此课题.3.耐久性浆材的开发

耐久性概念含意较广,它包括耐水、耐酸碱、耐候、耐紫外光、耐冻融和干湿循环、耐磨蚀、耐微生物作用(霉)等方面,耐久性浆材的开发可从以下几个方面去探索

(1)通过对合成树脂的接枝或相嵌共聚合反应,使化灌浆材中所采用的树脂具备我们所要求的一些耐久性特性

(2)注重互穿网络复合化灌浆材的研究.如己有的MU无溶剂浆材系丙烯酸酯--聚氨酯的复合[2]、PU/EP水下化灌浆材系聚氨酯—环氧树脂的复合[10],他们都是互穿网络复合化灌浆材.由于两类树脂复合及其互穿网络结构,这就赋予他们超越任何单一树脂组份的优良性能,值得深入研究

(3)加入钠米材料对己有浆材进行改性.环氧树脂加进纳米材料改性的化灌浆材研究项目已获得水利部基金资助,从现己拿出的初步成果来看,该项研究将会提升环氧浆材包括耐久性在内的多方面性能

2.4.价格低廉的浆材开发

(1)水玻璃浆材的改性.水玻璃浆材是化学灌浆史上最早使用的化学灌浆浆材,同时也是目前使用最广泛的化学灌浆浆材之一.究其原因除该浆材具有无毒、粘度小、可灌性好等优点外浆材价格较低是个重要因素.该浆材不足处为凝胶时间调节不够稳定、凝胶强度很低和凝胶稳定性较差,金属离子易脱溶等,现多半用在临时或半永久工程中.因此今后对其改性工作应着重在提高强度和耐久性方面做研究.加入某些活性物质进行改性是值得探索的方向

(2)纸浆废液的无害化浆材开发.纸浆废液做成化灌浆材价格较低.将该废液中加铬类催化剂便可制得现称为铬木素的该浆材.因铬类催化剂中六价铬离子有毒,该浆材大家不敢用.故随后开发出多种无铬催化剂的高强木素浆材,今后应对其进行提高性能研究,以便推广应用

以上四条主要集中在无公害、多用途和耐久性浆材研究、开发上,至于浆材的定型化、系列化、标准化当然是化灌技术发展的必然要求,这里就不赘述

2.5.化灌技术的改进、提高和创新

已有化灌技术的总结、改进和提高研究.前已叙述了在过去的50年中,我国有包括水电等大量的建设工程应用过化学灌浆技术,有许多采用化灌解决工程难题的典型经验,其中有些已有初步总结,如复合灌浆技术等;有些则尚待总结,如化灌的密闭传输、自动记录、集中管理和实时监控技术等.不管过去有无总结,现有的化灌技术都需要从事化灌技术研究的专家、学者与有经验的工程技术人员相结合,在总结实践经验的基础上改进、提高,并能有所创新

2.6.化灌设备仪器的系列化、成套化、标准化和环保化

(1)高性能化学灌浆泵的系列化、成套化和标准化.高性能化学灌浆泵是实施化灌作业的主要设备,国内有多家研究所和小企业能研制和开发,但都只能小批量生产或试生产.今后应定点、定型生产,并向产品的系列化、成套化、标准化方向发展,以方便推广应用化灌技术

(2)化学灌浆自记仪的研制.化学灌浆自记仪的研制可有效地避免人工记录难免出现的一些差错,将对提高隐蔽工程中的化学灌浆质量起到很好的监控作用,并使化灌数据分析建立在可靠的基础之上.化学灌浆自记仪在技术原理上与己有的水泥灌浆自记仪有所不同,目前国内已有几套研制方案,但还未见样品问世,很需要加快研制步伐,以应工程化灌监理之急需

(3)密闭式传输浆设备的研制.现己研制出的一些设备要满足环境标准要求,保证安全生产

(4)现有产品提高质量研究.国内生产的一些化学灌浆设备仪器在加工精度和质量上与国外同类型产品还有一定差距.因此,在这方面我们会有大量改进和提高工作需要去做

2.7.化学灌浆行业标准、规程、规范的制订

化灌施工具有隐蔽性特徵,各行其道搞施工必将出现很多问题,甚至会形成工程隐患,值得我们高度警惕.然而我国至今还没有一部全国性行业标准和化灌施工规程、规范,这是很不正常的现象,应立即着手进行制订.希望政府相关部门能给于大力支持

篇8

论文摘要：凝土的裂缝问题是一个普遍存在而又难于解决的工程实际问题，本文对混凝土工程中常见的一些裂缝问题进行了探讨分析，并针对具体情况提出了一些预防、处理措施。

混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题，硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝，正是由于这些初始缺陷的存在才使混凝土呈现出一些非均质的特性。微裂缝通常是一种无害裂缝，对混凝土的承重、防渗及其他一些使用功能不产生危害。但是在混凝土受到荷载、温差等作用之后，微裂缝就会不断的扩展和连通，最终形成我们肉眼可见的宏观裂缝，也就是混凝土工程中常说的裂缝。

1 凝土工程中常见裂缝及预防

干缩裂缝及预防

干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。水泥浆中水分的蒸发会产生干缩，且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果：混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。

主要预防措施：一是选用收缩量较小的水泥，一般采用中低热水泥和粉煤灰水泥，降低水泥的用量。二是混凝土的干缩受水灰比的影响较大，水灰比越大，干缩越大，因此在混凝土配合比设计中应尽量控制好水灰比的选用，同时掺加合适的减水剂。三是严格控制混凝土搅拌和施工中的配合比，混凝土的用水量绝对不能大于配合比设计所给定的用水量。四是加强混凝土的早期养护，并适当延长混凝土的养护时间。冬季施工时要适当延长混凝土保温覆盖时间，并涂刷养护剂养护。五是在混凝土结构中设置合适的收缩缝。

塑性收缩裂缝及预防

塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态。较短的裂缝一般长20~30cm，较长的裂缝可达2~3m，宽1~5mm。其产生的主要原因为：混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等等。

主要预防措施：一是选用干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。二是严格控制水灰比，掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性，减少水泥及水的用量。三是浇筑混凝土之前，将基层和模板浇水均匀湿透。四是及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等，保持混凝土终凝前表面湿润，或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护。五是在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施，及时养护。

沉陷裂缝及预防

沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软，或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致；或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30°~45°角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。裂缝宽度受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。

主要预防措施：一是对松软土、填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固。二是保证模板有足够的强度和刚度，且支撑牢固，并使地基受力均匀。三是防止混凝土浇灌过程中地基被水浸泡。四是模板拆除的时间不能太早，且要注意拆模的先后次序。五是在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。

化学反应引起的裂缝及预防

碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的由于化学反应而引起的裂缝。

混凝土拌和后会产生一些碱性离子，这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大，造成混凝土酥松、膨胀开裂。这种裂缝一般出现中混凝土结构使用期间，一旦出现很难补救，因此应在施工中采取有效措施进行预防。主要的预防措施：一是选用碱活性小的砂石骨料。二是选用低碱水泥和低碱或无碱的外加剂。三是选用合适的掺和料抑制碱骨料反应。

由于混凝土浇筑、振捣不良或者是钢筋保护层较薄，有害物质进入混凝土使钢筋产生锈蚀，锈蚀的钢筋体积膨胀，导致混凝土胀裂，此种类型的裂缝多为纵向裂缝，沿钢筋的位置出现。通常的预防措施有：一是保证钢筋保护层的厚度。二是混凝土级配要良好。三是混凝土浇注要振捣密实。四是钢筋表层涂刷防腐涂料。

2 裂缝处理

裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度，还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。因此根据裂缝的性质和具体情况我们要区别对待、及时处理，以保证建筑物的安全使用。

混凝土裂缝的修补措施主要有以下一些方法：表面修补法，灌浆、嵌逢封堵法，结构加固法，混凝土置换法，电化学防护法以及仿生自愈合法。

2.1表面修补法

表面修补法是一种简单、常见的修补方法，它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。

2.2 灌浆、嵌缝封堵法

灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。

嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。

2.3 结构加固法

当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法：加大混凝土结构的截面面积，在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。

2.4 混凝土置换法

混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。

2.5 电化学防护法

电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用，改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态，钝化钢筋，以达到防腐的目的。阴极防护法、氯盐提取法、碱性复原法是化学防护法中常用而有效的三种方法。这种方法的优点是防护方法受环境因素的影响较小，适用钢筋、混凝土的长期防腐，既可用于已裂结构也可用于新建结构。

2.6 仿生自愈合法

仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法，它模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土的传统组分中加入某些特殊组分(如含粘结剂的液芯纤维或胶囊)，在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统，当混凝土出现裂缝时分泌出部分液芯纤维可使裂缝重新愈合。

篇9

关键词：五大道；防潮；吸水率

中图分类号：TU57文献标识码： A

1、基础试验

防潮材料实验研究使用的材料为BS1001、BS16-18、WS98(BS4004)、Crème C80、Crème 120。

为了确定在天津目前气候条件及粘土砖、砂浆使用的效果，在施工之前对不同稀释比例材料溶液在毛细吸收作用下的渗透性能与毛细吸水性能的变化程度进行了系统研究。

2、毛细吸水系数

毛细吸水系数是定量地描述单位时间、单位面积材料通过毛细作用的吸水量。与饱和吸水率相比，毛细吸水系数不仅描述材料的吸水能力，而且还描述材料的吸水速度，是建筑保护中最重要的物理参数之一。

：单位面积的吸水量，；

：时间，；

：为矿物材料的毛细吸水系数，，描述吸水量及吸水速度。

为了便于建筑防水能力进行分类，按照毛细吸水系数—值（），可以将材料分成4类：不透水、憎水、厌水和透水。

毛细吸水系数的半定量—定量测定的方法非常简单，可以将试块切割成一定规格（如40×40×40），烘干后放到吸水海绵上，然后按照一定时间间隔测试块的质量。单位面积吸水量（）与时间平方根（）坐标上的斜率代表该材料的毛细吸水系数。毛细吸水系数图示，另一种方法为现场采用Karsten瓶测定吸水率，其结果为半定量。

（1）实验步骤

① 选取试验样块：选取完好的源自天津五大道区域历史风貌建筑的36块红砖和36块青砖及实验中心自行制备的砂浆试样（消石灰：粘土：细砂（50-100目河砂）=1:1:1）。

② 编号：将选好的试验样块进行编号。

③ 烘干：用自来水将选好的试样浸泡12h后清洗干净，然后晾干。将晾干的砖块放到105℃烘箱中烘干8小时。然后关闭烘箱，自然冷却至室温。

④ 配制溶液：在烘干试样的同时，配制各种稀释比例的溶液。

⑤ 毛细吸收：将冷却后的试样放到瓷盘中。然后将稀释后的溶液等量的倒入瓷盘，使溶液浸入试样底部约5mm。毛细吸收0.5h，然后测量溶液上升高度。

⑥ 自然晾干：将自然吸收稀释溶液的试样放到阴凉通风处放置7d使得相关反应充分进行，自然风干。吸收面向上。

⑦ 测试试样的毛细吸水系数（包括空白实验）。

⑧ 从中间切开试样，测量溶液毛细渗透深度。

⑨ 记录、处理实验数据。

（2）实验数据

所有试验试块毛细吸水系数测试结果。

（3）实验结果与材料选择

通过实验对比可以发现，砖及砌筑灰浆采用有机硅类材料处理后，其毛细吸水系数可以大大降低。天津五大道的紫色粘土砖的毛细吸水系数处理前，采用甲基硅酸钾憎水处理后，仅为原来的1/17。因此，可以采用有机硅处理墙体内的材料隔断上升毛细水。

但是，一个有机硅化学材料是否适合作为防潮层修复材料使用，除了能够使砖、砌筑灰浆的吸水性能降低外，尚需要有很好的渗透性。通过对比发现，甲基硅酸钾、5%有效组分的纳米硅氧烷为乳液、高浓度的小分子硅烷膏体具有很好憎水性能的同时，还有非常好的渗透性。因此，在天津五大道防潮层修复中，优先选择甲基硅酸钾、有效组分含量低的纳米硅氧烷作为注射材料。即选择代号BS1618、BS10019、CC80在睦南道47号地下室进行现场试验与施工。具有很好憎水性能同时渗透深度非常高的高浓度的小分子硅烷膏体在防潮层修复中的应用工艺正在研究中。

3、吸水率与含水率

材料与液态水接触吸收水分的能力称为吸水性。吸水性表述有两个参数：一个是不考虑时间的参数，即饱和吸水率；另一个为将吸水速度（时间）同时作为一个指标的参数，即毛细吸水系数。

（1）吸水率

饱和吸水率有以下两种表示方法：

① 质量吸水率指材料吸水饱和时，所吸水量占材料绝对干燥质量的百分率。用公式表示如下：

式中—材料的质量吸水率，；

—材料吸饱水时所吸入的水量，或；

—材料的绝对干燥质量，或。

② 体积吸水率指材料吸水饱和时，所吸水分的体积占绝干材料自然体积的百分率。用公式表示如下：

式中—材料的体积吸水率，；

—材料吸饱水时所吸入的体积，或；

—绝干材料在自然状态下的体积，或；

—水的密度，。常温下取=1。

质量吸水率与体积吸水率的关系为：

可用来说明材料内部孔隙被水充满的程度。而在无机非金属材料中，只有开口孔隙能吸水，故体积吸水率即为材料的开口孔隙吸水率。体积吸水率概念比重量吸水率能更清楚表达材料的吸水能力，但测量比较麻烦，所以为方便起见，在修复工程上常用质量吸水率表示材料的吸水性。

此外，相对含水率DFG：实际测得的含水率与饱和含水率的比值，代表砖石中未被水充填的空间。

从睦南道47号地下室取三块红砖带回实验室并测试其含水率与饱和含水率。

4、天津碱性地下水对防潮材料的影响实验

（1）实验准备

材料：BS16-18、BS10019、CC80，Na2CO3（分析纯）、NaCl（分析纯）、KNO3（分析纯）、K2SO4（分析纯）、12块红砖；

设备：电子称、电子分析天平、100mL容量瓶、烧杯、试管、移液管。

（2）实验过程

① 取清清洗干净的红砖放置于不同的防水剂中，浸没吸收半小时，放置7天（膏状防水剂的采用刷的方式）；其中，每种防水剂各处理3块砖，3块砖不作处理，留作空白实验对比；

② 测试每块红砖的毛细吸水系数及质量，记录数据；

③ 配制pH为9.0的KSO4、NaCl、KNO3、Na2CO3的混合溶液，将12块红砖浸泡其中，吸收24h；其中，KSO4、NaCl的浓度均为0.1mol/L，KNO3的浓度均为0.05mol/L，Na2CO3的浓度为5.6×10-6mol/L

④ 取出红砖，置于烘箱中，45℃烘烤4h，然后静置20h；

⑤ 重复步骤③、④7次后，测试各砖块的毛细吸水系数与质量；

⑥ 总结、分析实验数据。

实验记录了未经防水剂处理的砖块与经过防水剂处理过的砖块从0秒到600秒的吸水状况对比，由图可以清楚看到，在滴上水滴60秒后，未经防水剂处理的砖块其水滴就已近吸尽；而通过防水剂处理的砖块，在滴水600秒后仍不见其有明显的吸收，由此可见，防水剂的性能是稳定、有保证的，但是，不同类型的防水剂其效果仍有略微差别，下面表格中所测得的数据更为客观地说明实验的结果。

（4）实验结论

经过实验证明，各种防水剂处理的砖块在经过7个循环的碱性水溶处理后，其毛细吸水系数均增大一倍左右，但仍在相关标准要求的范围了，其中个别砖块的变化量较大，这不排除所选砖块自身缘故（如裂缝、空鼓等）。

由此可见，经过本次实验，有效地说明了此次天津防潮试验中所选用的相关防水材料对天津当地的地下水质具有较好的稳定性及耐久性，符合目前国内外的相关标准及规范。

参考文献：

《天津市历史风貌建筑保护条例》

《天津市历史风貌建筑保护修缮技术规程》

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关键词：红外热像技术；温度场；PS材料；土遗址；室内模型试验

中图分类号：K826文献标识码： A

1引言

我国西北地区的新疆、甘肃、宁夏和陕西境内，遗存下许多古代土建筑遗址，如陕西西安近郊的半坡村、甘肃秦安县的大地湾人类居住遗址、新疆吐鲁番地区的交河故城和西夏王陵土遗址等等[1]。这些土建筑遗址历史久远，有的已被列为世界文化遗产，具有很高的考古学价值和历史价值[2,3]。我国大部分土建筑遗址地处西北干旱地区，该地区昼夜温差大，据张虎元等[4]研究者的实测研究，地处新疆吐鲁番的交河故城最高与最低气温相差21.9℃，地面昼夜温差达44.5℃。温差的剧烈变化在巨大的土体颗粒内部以及颗粒之间会产生巨大的热应力效应，造成应力的局部集中，使土体内部结构发生破坏，如此长期反复的温差变化，将使土体的结构不断疏松，直至脱落崩解。因此，处于西北干旱区的土遗址如今有的已千疮百孔，有些已大面积坍塌，呈现毁灭性破坏之势。大量的研究结果发现，频繁交替的巨大昼夜温差所引起的物理风化作用是该地区土遗址遭受破坏的主要原因。在这种情况下，开展土遗址加固研究就具有很重要的意义[5]。

近年来，土遗址防风化加固是世界文物保护界普遍关注和重视的热点课题，除了应用传统方法进行加固保护外，还采用化学材料进行防风化加固。大量的室内试验和现场试验表明，PS—一种高模数的硅酸钾溶液，作为新型的无机加固材料可用于干旱区土遗址的加固保护，成效显著[6]。另外，土遗址土体加固效果的检测是目前土遗址防风化加固研究中亟需解决的一个重要问题，而红外热像这一无损检测技术是基于被测对象的温度场变化规律进行的，可以用于PS加固土遗址土体效果的检测。本文主要采用土遗址现场采取的扰动土做土样模型，然后采用模数一定，浓度不同的PS加固土样模型，之后应用红外热像仪充分捕捉土体加固前后的热图，由此探讨分析PS加固土体的温度场变化规律。试验分析表明，未加固土体比PS加固土体对温度变化更敏感，加温后未加固土体升温快，PS加固土体的热传导过程受到了阻碍。利用红外热像这一技术手段检测土体的加固效果，操作简单快捷，成效明显可靠，完全能够实现检测的目的。这一现代无损检测技术在土遗址保护工作中的有效应用，对进行土遗址风化机理以及加固保护技术的研究具有十分重要的意义。

2基本检测原理

红外热像检测技术是利用红外辐射对物体或材料表层进行检测、测量，并且可将不可见的红外辐射转化为可见图像的一种专门技术[7]。利用这一技术研制成的红外装置称为热像仪。

2.1红外线工作原理

红外线是一种肉眼看不见的波，具有和光一样的特性，像光一样，红外线具有直线传播、反射、折射、干涉、衍射、偏振等性质[8]。自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对温度（-273℃）就存在分子和原子无规则的运动，其表面就不断辐射红外线。如图1所示，红外线是一种电磁波，其波长范围为0.76～1000μm，不为人眼所见，它反映物体表面的能量场，即温度场[8]。

图1红外光谱在电磁波中的位置示意图[7]

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

2.2 红外热像检测系统工作原理及主要试验设备

红外热像检测利用红外辐射对物体或材料表层进行检测和测量，其工作原理为：温度在绝对零度以上的物体，都会因自身的分子运动而辐射出红外线。通过红外探测器将物体辐射的功率信号转换成电信号后，经电子系统处理，传至显示屏上得到与物体表面热分布相应的热像图。当物体内部发生结构或材料性质（如裂缝、缺陷、加固等）变化时，它将改变物体的热传导，使物体表面温度分布产生差别。再用红外热像仪捕捉物体表面温度状况，进而深入分析物体所处的状态。红外热像检测系统的工作原理[8]如图2所示。

由于它反映了目标各部分的热分布和各部分的发射本领的差异，因此可根据所形成的热像分析目标各部分的状况。

图2红外热像检测系统示意图

Fig.2The schematic diagram of infrared imaging detection system

该试验采用的Research-N1红外热成像监控系统主要是由红外热像仪与相应的计算机软件及通讯网络组成。由红外热像仪采集到的被测目标的温度图像数据，通过必要的接口传输到计算机，实现在现场或控制中心对检测目标的红外图像和温度数据变化进行快速检索与分析处理。

3试验概况

该实验主要采用新疆交河故城遗址现场采取的扰动土，依照现场土的密度、含水量、空隙比等物理指标，在室内制备长方体（20cm×30cm×2.5cm 长×宽×高）土样模型。将土样模型的一半用模数为3.84，浓度为10%PS加固，另一半不做处理。然后以红外灯作为热激励，红外热像仪充分捕捉土样模型在加热和散热全过程中的红外热像图序列，分析PS加固对热图特征的影响。

3.1试验土样模型制备

采用新疆交河故城土遗址现场采取的扰动土进行试验，试验用土特征：黄色，空隙较大，渗透性好，天然含水量极低，小于1.3%。依照以下步骤制备土样模型：

(1) 将试验用土碾碎，经直径为2mm的试验筛筛分，使其粉粒含量在95%左右。

（2）加10%水拌合，配制成均匀湿土,确保粉粒含量在90%～95%。

（3）将配制的均匀湿土放置在制样机[9]中制备成20cm×30cm×2.5cm（长×宽×高）的长方体重塑样模型。

（4）将模数为3.84，浓度为10%PS按时间间隔T=5min，均匀喷洒在模型的表面上，使PS的渗透深度达到2.5cm，将其一半加固。

在室温、通风良好的条件下，将PS加固土样模型静置室内20d，直至自然风干为止。PS加固土样模型如图3所示。

其中：①—PS加固区②—未加固区

图3土样模型

Fig.3The soil models

3.2 试验方法

将制备的PS加固土样模型放在一块厚2mm的绝热薄板上，静置一段时间，使土样模型两部分的初始温度与室温均趋于一致。将红外灯热激励放置在距模型50cm正上方的高度处，确保整个模型处于红外灯光照范围之内。调节红外热像仪支架的高度及热像仪的各参数，在土样模型的两部分范围内各确定一个测温点，为了便于对比热图差异，两个测温点关于模型中心线对称为最佳。模型试验布置示意图如图4所示。

其中：①—红外灯②—红外热像仪

③—土样模型未加固区

④—土样模型PS加固区

图4模型试验布置示意图

Fig.4Layout schematic diagram of the model test

4 试验结果及讨论

在连续升温和降温的过程中，红外热像仪会记录土样模型各部分的热图和任意时刻的温度值。图5（a）～（d）为干密度为1.42g/cm3的土样模型的热图检测结果。

（a）

（b）

（c）

（d）

其中： PO1—未加固区测温点

PO2—PS加固区测温点

图5土样模型热图

Fig.5 Thermography of the soil model

红外灯未对土样模型升温之前，由热像仪显示的热图可以看出，模型加固区和未加固区的热图相同，温度值一样，均与室温一致，表明PS的加固和模型的制作均是均匀的。从图5（a）～（b）可以看出，随着红外灯持续不断地释放热量，周围环境温度升高，土样模型的加固区和未加固区的温度也缓慢升高，但二者的温度变化幅度不同，未加固区相对加固区温度升高幅度较大。两个区域的热图上的热斑亮度不同，对应热图右边的温度标识，可以明显看出，土样模型的未加固区温度比加固区温度高。图6为测温点PO1、PO2在升温和降温过程中温度随时间变化关系曲线。初始时，二者温度基本一致，但由于PS加固区的传热过程受阻，随着时间的增加，二者的温差也越来越大，这与上述从热图角度分析所得结论是一致的。

时间/s

图6测温点PO1、PO2温度变化曲线

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

观察图6，两区域温度曲线的变化趋势是一致的，但曲线并不平滑。升温过程中，温度有时会突然下降到某个值，随后继续升高，降温过程中，温度有时会回升到某个值，继而下降。经分析，出现该状况的原因有可能是受到环境因素（如风速、环境湿度等）的影响，另外，红外灯的灯丝发出的光晕不均匀分布，亦会影响土样模型的温度变化。然而，这些因素的影响毕竟还是很微小的，不会造成两个区域的温度变化趋势发生很大波动。

根据李最雄[10]等人的研究，土体经PS加固处理后，会改变其原来离散态、片状、晶状黏土矿物的微结构，形成致密、非晶态的网状凝胶体结构。这种结构的变化使土体的物理力学强度和抗风化、风蚀能力大大提高。通过用不同浓度PS制备的土样模型重复做该试验发现，PS加固区和未加固区的温度差值的平均值最高可达15℃。而且从所得热图分析，PS浓度越大，两区域温差越大，PS加固效果越好。由此，初步得出结论，PS对土遗址土体的热传导过程具有巨大的阻碍作用，也就是说，PS对防止由于温差所引起的物理风化作用有重要的意义。

5结论

(1) 红外热像检测这一无损检测技术能够应用于土体加固效果的研究中，可很好地实现检测加固效果的目的。

(2) 从土样模型热图和温度变化曲线分析，PS阻碍土体的传热过程，从而对土体具有良好的加固效果。

(3) 该模型试验的PS加固土体深度为2.5cm，那么，改变加固深度会对土样模型的热图产生何影响，进而分析PS加固土体的效果将是下一步的研究工作。另外，PS是一种高模数的硅酸钾溶液，升温和降温的过程中，PS是否会发生化学变化，以致影响土体的加固效果尚待研究。

参 考 文 献

[1]李最雄. 丝绸之路古遗址保护[M]. 北京：科学出版社, 2003.

[2]王银梅. 西北干旱区土建筑遗址加固概述[J]. 工程地质学报,2003,11(2): 189—192.

[3]李最雄, 张虎元, 王旭东.古代土建筑遗址的加固研究[J]. 敦煌研究, 1995,（3）: 1—17.

[4]张虎元, 刘平, 王锦芳, 等. 土建筑遗址表面结皮形成与剥离机制研究[J].岩土力学, 2009,30(7):1883-1891.

[5]李黎, 邵明申, 裴强强, 等. 环境因素对PS加固土遗址效果的影响[C]//古遗址保护国际学术讨论会暨国际岩石力学学会区域研讨会论文集, 北京: 科学出版社, 2008.

[6]李黎, 陈锐, 邵明申, 等. 经PS加固土遗址水饱和强度及加固效果的环境影响研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2009, 28(5):1074—1080.

[7]王汝琳, 王永涛. 红外检测技术[M]. 化学工业出版社, 2006.

[8]李晓刚, 付冬梅. 红外热像检测与诊断技术[M]. 中国电力出版社, 2006.