沉降实验（精选6篇）
沉降实验 篇1
0 引言
近年来, 过继免疫细胞治疗在恶性肿瘤治疗方面取得的显著效果和展示的巨大潜力得到了全球科学界的认同, 已经成为肿瘤治疗的重要研究方向。个体化免疫细胞的成功制备是免疫治疗的重要基础。如何保证细胞制备实验室的安全和细胞制品的安全是该项研究的重中之重。目前, 对于细胞制备实验室尚无针对性的标准化管理规范, 如何做好细胞制备实验室的无菌工作, 是所有研究者都在关注的问题。笔者将所在实验室的清洁消毒程序和沉降菌检测工作进行汇总分析, 希望能为相关实验室的无菌工作和实验室管理提供依据。
1 材料和方法
1.1 仪器和试剂
37℃恒温CO2培养箱 (Thermo公司3100恒温CO2培养箱) , 直径90 mm一次性无菌空气培养皿 (本院检验科细菌室自制, 无菌检测后发放) , 海尔4℃冷藏箱。
1.2 方法
1.2.1 检测对象
细胞制备实验室百级洁净工作台、CO2细胞培养箱、万级洁净细胞培养间、万级洁净内走廊、万级二更衣区、洁净服上衣、洁净服裤子、操作人员的手内弯侧。
1.2.2 检测依据
参照《药品生产质量管理规范 (2010年修订) 》、GB/T 16249—1996《医药工业洁净室 (区) 沉降菌的测试方法》[1]和《中国人民解放军医疗机构制剂规范》[2]的具体方法和要求进行检测。
1.2.3 洁净区域空气沉降菌的采样检测
沉降菌的具体检测标准见表1。
生物治疗实验室各区域分布及面积分别为:万级细胞制备室4间, 其中A1房间20 m2, A2房间25.7 m2, A3房间25.8 m2, A4房间47.2 m2;内走廊33.7 m2;二更衣室5.3 m2。根据上述标准, 设置实际采样点位置及数目见表2。
生物治疗实验室按照管理规定进行清洁灭菌:每班工作前后用75%酒精清洁工作台面并紫外线照射30 min, 当天工作结束后用500 mg/L健之素溶液拖擦地面;每周大清洁一次, 用灭菌水和酒精擦拭仪器内外表面、墙面、天花板, 用500 mg/L健之素溶液拖擦地面, 之后用臭氧 (5~15 g/m3) 消毒60 min;每个月用过氧乙酸 (1.8 g/m3) 熏蒸2 h。沉降菌检测在每周大清洁之后第二天进行。
1.2.4 洁净服及操作人员手的采样检测
洁净服的细菌检测和工作人员手的细菌检测每月进行一次抽检。抽取消毒灭菌的洁净服2套, 取手臂和裤腿部位在空气培养皿的表面轻轻按压后, 盖上培养皿的盖子放入37℃培养箱中进行培养。工作人员的手的检测, 在工作人员按流程更换刷手衣裤和洁净服, 穿戴口罩、手套并消毒后进入细胞培养间开始常规工作前和工作中分别进行2次采样检测, 用手弯侧内指面在培养皿上按压后, 盖上培养皿的盖子放入37℃培养箱中进行培养。
2 结果
2012年9月至2013年10月间空气沉降菌每周检测一次, 洁净服和操作人员的手每月检测一次。其中, 检测超净工作台52次, CO2培养箱52次, 洁净区各区域空气培养52次, 洁净服检测14次, 工作人员的手在工作前和工作中各检测14次。
2.1 洁净区空气沉降菌检测结果
所有空气沉降菌检测的温度和湿度在规定范围内, 每次检测人数不超过2人, 布点位置离地0.8~1.5 m, 按照规定位置单线路从内到外依次放置, 打开培养皿盖暴露在空气中30 min, 再按反方向将培养皿盖全部盖上, 放入37℃恒温培养箱中培养, 48 h后观察菌落的生长情况。菌落计数:用肉眼仔细观察, 然后计算平均菌落数/皿。计算公式为:平均菌落数/皿=单个培养皿菌落数之和/培养皿总数。
每次检测结果全部合格, 所有检测结果统计见表3。本实验室的万级洁净区域沉降菌检测结果完全满足GMP标准要求的<2 cfu/皿 (30 min, 90 mm) , 百级超净工作台检测结果满足药品生产管理规范 (good manufacturing practice, GMP) 要求的<1 cfu/皿 (30 min, 90 mm) , 可以用于免疫细胞的培养。
2.2 洁净服及操作人员手内侧的检测结果
洁净服和刷手衣是本院消毒供应室统一高压消毒灭菌后领取使用的。工作人员在洗手和手消毒后进入一更衣室更换刷手衣, 进入二更衣室再次手消毒, 然后按顺序穿戴无菌口罩、洁净服、无菌手套, 再次手消毒后, 通过2个缓冲区和内走廊进入细胞制备间。洁净服的检测是在打开包装时取上衣和下衣分别在空气培养皿上轻按, 尽量布满整个培养皿, 然后盖上盖子, 放入37℃培养箱检测。工作人员手的检测是在工作前和工作中, 用戴手套的手内弯侧在培养皿表面轻按, 尽量布满整个培养皿, 然后盖上盖子, 放入37℃培养箱检测, 48 h后观察结果。
工作前所有检测结果均为阴性, 工作中偶有细菌检出。该结果远远低于GMP标准要求的<1 cfu/皿, 完全满足GMP实验室的要求, 见表4。
3 讨论
随着我国药品GMP制度的发展, 对药品生产中洁净室的控制要求越来越高。生物治疗用细胞属于特殊药品的范围, 它取材于患者自身的外周血, 通过实验室一段时间的诱导激活而使细胞活力和数量有一个显著扩增, 然后回输到患者体内达到疾病治疗的目的。一般药品可以大批量规模化生产, 单一批次和生产结束后车间可以进行清洁消毒;而免疫细胞的制备由于个体化多批次进行, 很难停止细胞的制备来进行清洁消毒。同时, 相对于批量化的药品生产方式, 这种个体化的细胞制备方式因为取材于患者, 具有原料来源的不可替代性和重复生产的不可复制性, 一旦培养失败或者细胞污染将会造成很严重的后果, 不仅不能完成细胞制品的成功制备, 还会使患者后续的治疗受到严重影响。因此, 细胞制备实验室的无菌要求比一般的洁净生产车间更高、更严苛, 如何持续保证其无菌状态是一个重要的问题。
目前, 在细胞制备实验室的设计、建设和管理方面, 由于没有专门针对细胞制备实验室的设计规范, 只能参照现行的《医药工业洁净厂房设计规范》和《药品生产质量管理规范》进行设计, 并套用相关的规则。然而, 由于细胞制品的特殊性, 所有细胞制备的细胞均来源于患者的血液或者骨髓等组织, 这些前体细胞均可能携带潜在的生物危害 (如肝炎病毒等) , 因此, 在严格遵循上述规范基本原则的前提下, 需要充分考虑细胞制备个体化、防止交叉污染、保护操作人员安全性等核心环节[3]。在这个前提下, 本实验室研究制定了严格的人员、物品进出实验室的流程和严格的人员、物品和环境清洁消毒管理制度及及时的检测规定, 保证了细胞制品和人员的双重安全。
细胞制备实验室的洁净安全性包括很多因素, 基本前提是空调净化系统的建立。整个系统的尘粒90%来源于新风, 而尘粒是很多细菌的携带者, 所以, 新风处理是关键的环节[4]。本实验室新风机组采用袋式初效过滤器和袋式中效过滤器2套过滤装置, 分别可以过滤掉40%~80%的直径大于5μm的颗粒和70%的直径大于1μm的颗粒;过滤后的新风进入循环机组, 通过板式初效过滤器再次过滤掉40%~80%的直径大于5μm的颗粒, 此时新风与机组循环风共同通过循环机组中的袋式中效过滤器, 在此过滤掉大约70%的直径大于1μm的颗粒。最后, 新风和循环风共同到达位于房间顶部的高效过滤器, 在此过滤掉直径大于0.5μm的颗粒, 过滤效率可以达到99.999 5%。这样经过2级的新风过滤和3级的循环机组空气过滤, 最后到达细胞制备间的是洁净度相对较高的空气。
在细胞制备实验室洁净度不同的区域, 应当保持一定的静压差, 保证洁净度较高的区域的室内压力高于洁净度相对较低的区域。按照GMP最新版的要求, 静压差不能低于10 Pa。这样可以保证气流的流向, 从而保证细胞制备实验室核心区域的洁净度[5]。静压差的维持主要是通过各级空气过滤器和对换气次数的控制来实现的, 如果过滤器阻力变大, 则会使压差减小。因此, 对压差的监测和对过滤器的日常维护保养也是一个重要的内容[6]。
过滤不等于消毒。据统计, 一个静止不动的人每分钟能够散发出100 000个带有细菌的粒子[7], 这些粒子的平均直径在2~10μm之间, 由于重力原因这些粒子很容易降落在室内物品的表面上。因此, 本实验室对于工作人员的着装具有严格的要求:内着刷手衣, 外着连帽连袜的洁净服, 戴无菌口罩和手套, 尽量减少身体部位的暴露。在操作中, 每次手移出超净工作台百级洁净区域后, 再次进入都需要喷洒酒精消毒。同时严格执行每次实验后对操作台面、实验桌面进行酒精擦拭消毒, 每日工作完成后用500 mg/L的含氯消毒液拖擦地面。本项研究统计发现, 工作前的洁净服和手的检测都是全部无菌的, 而工作中会有菌落的检出, 这说明工作的过程就是一个发尘污染的过程。因此, 工作过程中的手消毒是非常必要和不可或缺的, 工作后的清洁是保证次日工作质量的重要程序。
空气消毒灭菌有多种方法[8]。紫外线灭菌属于电磁波辐射, 其穿透能力差, 杀菌能力随使用时间的增加而减少, 但较易穿透清洁空气, 故广泛应用于空气灭菌和表面消毒, 使用方法简便易行, 是目前实验室常规使用的方法。臭氧是一种广谱杀菌剂, 具有强烈的杀菌消毒作用, 且可以弥散到各个角落, 使杀菌没有死角, 与微生物细胞中多种成分产生反应, 形成不可逆的变化而死亡, 有效杀菌浓度为20 mg/m3, 30 min对自然菌的杀灭率达到90%以上。臭氧容易分解, 一般30 min可以完全分解为氧气, 对空气污染小。过氧乙酸的杀菌作用是基于强大的氧化能力, 对细菌繁殖体、芽孢、真菌、病毒都有高效的杀灭作用, 用于洁净实验室消毒的熏蒸浓度为1.8 g/m3, 但是对金属器皿具有一定的腐蚀性。以上消毒灭菌方法各有优缺点, 本实验室使用多种消毒灭菌方法可以起到互补的作用, 在1 a多的检测中始终保持了较低的沉降菌检出结果。
本实验室在加强管理和消毒制度规范下, 严格按照流程进行细胞制备实验室的清洁消毒、维护和记录, 这1 a来的记录结果显示灭菌效果良好, 所有检测结果均远远低于相关标准, 无一例细胞污染等不良事件的发生, 为生物治疗用细胞的制备提供了安全的环境。希望本实验的经验可以为类似的实验室在工作中提供借鉴。
参考文献
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沉降实验 篇2
山东清大实业有限公司所属选煤厂2005年10月投产, 设计年入洗能力为45万t, 采用跳汰精选—末精煤高频筛回收—煤泥压滤处理的联合工艺流程。入洗华丰煤矿11号煤层的高硫、高含矸量和高煤泥量的原煤。
2 存在问题
入洗原煤的煤泥含量在26%左右, 而且其中含有细粒岩石和粘土, 沉降特性很差, 聚丙稀酰胺干粉加入浓缩机后无效, 煤泥沉降速度慢, 大部分长时间悬浮在浓缩机的中下部, 造成压滤机入料浓度过低不能成饼, 应该40 min完成的压滤循环3 h多还不能完成。
浓缩压滤系统工作失常, 导致洗水浓度逐步升高, 高到一定程度不得不停产等待, 一般入洗2 h要停产等待3 h, 每天三班生产入洗量不足500 t。另外每周还要专门用2 d时间为浓缩机、沉降池和循环水池清淤, 严重制约了选煤厂正常生产。
3 优选絮凝药剂
为了解决煤泥沉降困难问题, 选煤厂攻关小组调研的结论是:在耙式浓缩机悬浮物中既有无机成分, 也有有机成分, 成分不同, 其呈现的粒子极性也不一样。呈现正电荷为阳离子, 呈现负电荷为阴离子, 对于中性离子, 其正负电荷不明显, 使用阳离子聚丙烯酰胺干粉, 只能与阴性颗粒形成链接沉降, 使用阴离子聚丙烯酰胺干粉, 只能与阳性颗粒形成链接沉降, 但中性离子颗粒始终悬浮。查阅水处理资料说明, 必须在使用聚丙烯酰胺的前提下, 添加聚合氯化铝, 与聚丙烯酰胺共同作用才行。虽然实验证明有一定效果, 但这样做每月要多用1 t多价值2万多元的氯化铝, 药剂成本成倍提高。
为降低药剂成本, 攻关小组通过网络平台, 发现邹城力尔美公司生产的聚丙烯酰胺干粉种类齐全, 可适应不同性质煤泥水的沉降需求。为此, 选煤厂与厂家一起, 用不同种类的聚丙烯酰胺分别进行煤泥水沉降实验, 筛选出理想的药剂品种。理想药剂试用后, 煤泥沉降速度很快, 试用2 d后, 耙式浓缩机内出现清水层, 并一直保持在1~1.5 m。在这种效果下, 无需购买聚合氯化铝, 即可实现煤泥水的正常沉降。
4 更换渣浆泵
使用理想聚丙烯酰胺干粉后, 耙式浓缩机煤泥沉降快, 池底煤泥水浓度高, 流速低, 原用80ZJ型渣浆泵形成的负压不能将高浓度煤泥水吸入泵体, 运行电流只有45 A, 是全负荷运行电流的60%, 比未使用理想药剂时运行电流仅提高5 A, 一个压滤循环用时仍在150 min以上。原用80ZJ型渣浆泵不能满足煤泥水的输送要求, 制约了压滤机的正常工作。
为使压滤机正常工作, 选煤厂采用河南郑泵科技有限公司80LZ-410型渣浆泵取代原用泵, 新泵属于高效节能产品, 配备45 k W电机, 额定流量125 m3/h, 额定扬程65 m, 比原用80ZJ型渣浆泵提高了10 m, 采用新型机械密封装置, 具有高负压, 适合输送高浓度物料。投入使用后, 压滤机50~70 min即可完成一个循环。
5 辅助供料
使用80LZ-410型渣浆泵给压滤机供料后, 压滤机工况大大改善, 但耙式浓缩机底部还是积存了大量煤泥不能排出。因为高硫煤含泥量大、粘度高, 大多煤泥聚积在耙架之上, 不能自动流入泵体。若要缩短压滤循环时间, 必须提高渣浆泵效率, 使耙池底部的煤泥水快速、全部流入泵体。通过现场分析和小型实验, 利用循环泵 (跳汰用水渣浆泵) 出水, 在循环泵出水管路底部和上部分别焊接两根φ100 mm管路短接, 加装闸阀控制, 分别用φ100 mm胶管连接, 低部胶管插入到煤泥泵进料管的前部;对应耙式浓缩池底流口位置, 在耙式浓缩机上垂直安装一根4 m×φ100 mm管路, 其下部管口距池底40 mm左右;在每个循环煤泥渣浆泵开启前, 把循环泵出水管路上部胶管和耙式浓缩机管路上部管口连接。煤泥泵开启后, 分别旋开两胶管闸阀, 在前端两个位置给煤泥渣浆泵进水侧物料加压稀释, 辅助煤泥水供料, 使积聚煤泥自动稀释, 流入煤泥渣浆泵泵体, 5~8 min后, 即可关闭两胶管闸阀, 断开耙式浓缩机架管路上胶管, 开启耙式浓缩机。这样, 既保证了煤泥泵的充足供料, 实现一个压滤循环35~45 min, 又使聚积在耙式浓缩池里的煤泥及时排出, 保证了正常的洗煤生产。选煤厂日入洗量达到了1 200 t以上, 实现了洗煤水闭路循环。
6 使用变频器
为了节约电能, 选择了西安启功电气运行公司生产的CGV300/55-4-H型变频器控制80LZ-410型渣浆泵运转。运行实践表明:变频器频率设定在45 Hz、工作电流达到75 A时, 即能满足压滤机工作需求, 节约了大量电能。
另外通过灵活的接转方式, 实现了一台变频器对两台渣浆泵的转换拖动。既不追加电控设备, 又充分利用了变频器资源, 还节省了一台变频器的购置费用4.8万元。在保证选煤厂正常生产的同时, 每年可节省电力支出27万余元。
7 结语
针对煤泥水沉降困难问题, 通过认真试验研究, 采取优选絮凝药剂、更换渣浆泵、采用辅助供料和使用变频器措施, 解决了长期困扰选煤生产的难题, 使选煤厂生产和经营步入正轨。现原煤入洗量达到31 094 t/月, 吨煤电耗由原来的3.57 k W·h降低到2.59 k W·h。全厂在实现节能降耗的同时, 还获得了销售利润2 000万元/a、节约电费27万元/a和减少材料成本24万余元/a的显著经济效益。
摘要：清大选煤厂针对煤泥水沉降困难的问题, 通过优选絮凝药剂, 更换渣浆泵、改进辅助供料、使用变频器等一系列技术措施后, 不但保证了选煤正常生产, 而且节约了电能, 获得显著技术和经济效果。
沉降实验 篇3
为了确保铁路客运专线路基施工的顺利实施, 需要对其沉降变形进行实时、动态监测。然后, 根据外业监测数据估算路基的预期沉降量, 从而确定轨道结构的施工和铺轨时间。此外, 合理的沉降推算与沉降现场观测结果结合还可作为工后沉降和发展趋势的评价依据。为此, 本文详细阐述了铁路客运专线路基沉降观测的内容及实施过程, 并对现有的沉降预测模型进行了论述分析。
(二) 路基沉降观测
路基沉降观测内容一般包括:地基沉降观测、路基面沉降观测、过渡段不均匀变形观测、路堤边坡及坡脚位移观测、路堤填土分层沉降观测等。
路基沉降观测以地基沉降观测和路基面沉降观测为主。路基面沉降是评估路基工后沉降是否满足铺设无砟轨道技术条件的依据, 因此, 路基面沉降和地基沉降观测中又以路基面沉降为主。
1. 地基沉降观测
非岩石地基, 一般均应进行地基沉降观测。地基沉降观测可采用沉降板、剖面沉降管、位移计等方法进行监测。其中, 沉降板简单、实用、可靠, 是常用的地基沉降观测方法, 地基沉降观测沉降板的埋设如图1所示。
地基沉降观测断面布置应符合以下原则:
(1) 不同路基类型、不同路堤填高、不同地基加固工程的每一段路基应布置不少于2个观测断面;
(2) 地基沉降观测断面的间距一般不大于50m;
(3) 对于地势平坦、地基条件均匀良好、高度小于5m的路堤或路堑可放宽到100m;
(4) 对于地形、地质条件变化较大地段则应适当加密。
2.路基面沉降观测
路基面沉降数据是确定路基工后沉降是否满足无砟轨道铺设技术要求的依据。路基地段均应进行路基面沉降观测。路基面沉降观测采用观测桩法进行观测, 其观测桩位埋设如图2所示。
路基面沉降观测断面布置应符合以下原则:
(1) 路基面沉降观测断面间距一般不大于20m;
(2) 对于地势平坦、地基条件均匀良好、填料相同且高度小于5m的路堤或路堑可放宽到100m;
(3) 对于地形、地质条件变化较大地段则应适当加密。
为便于路基工后沉降的预测与评估, 路基面沉降观测断面尽量与地基沉降观测断面布置在同一断面。
3.过渡段不均匀变形观测
路基过渡段不均匀变形是否满足无砟轨道铺设技术要求, 必须通过沿线路纵向的连续的沉降观测进行判断或评估。路基过渡段不均匀变形可以采用连续的路基面沉降观测, 也可采用沿线路纵向布置剖面沉降仪进行观测。
路基过渡段不均匀变形采用连续的路基面沉降观测时, 观测断面间距宜加密至5m。路基过渡段不均匀变形采用剖面沉降仪观测时, 剖面沉降管应在路基过渡段范围内连续布置, 一般采用对角线方式布置, 详细的观测桩位埋设见图3所示。
4.沉降监测控制网
在进行客运专线路基沉降观测前, 应布设沉降监测网。该沉降监测网以二等水准点为基准建网, 按二等水准测量精度施测, 采用施工高程控制网系统。变形测量点分为基准点、工作基点和变形观测点。其布设应符合下列要求:
(1) 沉降监测网应设置不少于4个稳固可靠的基准点, 且基准点的间距不宜大于1公里。尽量利用深埋水准点, 使用时应作稳定性检查与检验, 以稳定或相对稳定的点作为测定变形的参考点。
(2) 工作基点应选在比较稳定的位置。工作基点间距不宜大于500m。
(3) 变形观测点应执行《客运专线无砟轨道工程测量暂行规定》 (铁建设[2006]189号) 标准, 尽量与建设单位协商, 共用监测点。
(三) 沉降量的估算
目前, 沉降量的推算主要采取的是实测沉降估算的方法, 其中又包括双曲线法、三点法 (对数曲线法) 、沉降速率法、星野法及修正双曲线法等。
1. 双曲线法
假设沉降的平均速度以双曲线形式减少, 则可以得到沉降量估算的经验公式。设初始沉降量为S0 (t=0) , 则任意时刻t的路基沉降量St可通过下式进行计算
式中:t为时间, α, β是从实测数据求得的系数。当t→∞时, 最终沉降量为
2. 对数曲线法
对数曲线法的沉降估算公式如下
式中:a为待定参数, 可通过实测数据获得。
3. 沉降速率法
根据实际的监测数据计算, 确定地基沉降速率, 具体的计算公式如下:
通过沉降速率的推算, 便可计算出满足工后沉降所需的预压时间t时刻对应的沉降速率, 以此作为控制路基沉降稳定与否的依据。
(四) 结论
路基沉降观测是以地基沉降观测和路基面沉降观测为主要内容, 对其进行实时动态的监测可有效地保证工程施工的安全和进度。本文根据实际工程的需要, 详细介绍了铁路客运专线路基沉降观测的实施方法及预测模型。
摘要：路基沉降及工后沉降是客运专线路基工程重点研究的内容, 路基工程质量的成败也主要取决于对路基沉降及工后沉降的控制。文章阐述了铁路客运专线路基沉降观测的主要内容及实施过程, 并对现有的沉降预测模型进行了论述分析。
关键词：路基,沉降变形,沉降估算
参考文献
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沉降实验 篇4
1 试验及评价指标
1.1 试验仪器与药剂
主要试验仪器有:D/Max-RA型转靶X射线衍射仪、WGZ-1A型光电浊度仪、二分器、恒温烘干箱、标准套筛、顶击式标准振筛机、金属盆、真空过滤机、制样机、马弗炉、电子天平、磁力搅拌器、烧杯、量筒、秒表等。
试验药剂分凝聚剂和絮凝剂两种。凝聚剂有氯化钙(Ca Cl2)、三氯化铁(Fe Cl3)、硫酸铝(Al2(SO4)3);絮凝剂有非离子型聚丙烯酰胺(PAM)、阴离子型聚丙烯酰胺(PHP)、淀粉接枝共聚物。
1.2 试验方案
试验所用煤泥水取自该选煤厂浓缩机入料,并采用二分器缩分出试验所需的煤泥水样。采用过滤烘干法测定煤泥水的浓度;参照GB/T19093-2003《煤粉筛分试验方法》分析煤泥水样品的固体颗粒粒度组成;参照GB/T212-2008《煤的工业分析方法》测定煤泥水固体灰分;缩分出适量筛分后的小于0.045 mm粒级样品,采用D/Max-RA型转靶X射线衍射仪分析煤泥的矿物组成;参照GB/T 18712-2002《选煤用絮凝剂性能试验方法》进行煤泥水凝聚、絮凝沉降试验,并采用WGZ-1A型光电浊度仪测定煤泥水的上清液浊度。
1.3 评价指标
在选煤厂对煤泥水沉降的考察指标中,首先要关注浓缩机溢流澄清程度能否达到再循环的要求,并保证一定的清水层厚度;其次要关注浓缩机底流浓度是否合适。由于沉降后的煤泥大多要经过压滤作业,底流浓度过小会造成输送和过滤环节的动力浪费,浓度过大则可能导致浓缩机压耙。而浓缩机底流浓度与沉降速度有关,沉降速度越大,底流浓度也越大;同时,沉降速度还直接影响到浓缩机的处理能力。因此,本研究选用上清液浊度和煤泥水沉降速度作为煤泥水沉降试验的评价指标。
1.3.1 上清液浊度
药剂沉降5 min后,用移液管移取液面下50mm处上清液,采用WGZ-1A型浊度计,快速测定各澄清煤泥水样上清液的悬浮物含量。该浊度计的单位为NTU,1 NTU相当于1 L水中含有1 mg的Si OR2R(或1 mg白陶土、硅藻土)时所产生的浑浊程度。
1.3.2 沉降速度
煤泥水沉降速度评价指标选用初始沉降速度,参考GB/T 18712—2002《选煤用絮凝剂性能试验方法》规定计算。
2 煤泥水性质
2.1 粒度组成分析
煤泥的粒度组成对煤泥水的沉降效果起决定作用。实验表明,煤泥水中大于0.07 mm的颗粒沉降速度较大,可自然沉降;0.07~0.010 mm的颗粒沉降速度较慢,需在凝聚或絮凝状态下沉降;小于0.010 mm的颗粒是造成选煤厂“细泥”积聚的主要组分,必须在快速凝聚条件下进行絮凝沉降[1]。某选煤厂煤泥粒度组成见表1。
注:样品浓度为37.72 g/L。
由表1可以看出:样品粒度较细,以高灰细泥居多。样品中大于0.074 mm粒级含量22.18%,灰分65.25%,该粒级含量较低,主要以矸石粗颗粒为主,易于沉降;样品中小于0.045 mm粒级含量74.13%,灰分48.75%,含量较高,细泥表面所带电荷较高,彼此斥力较大,阻碍了颗粒的沉降,是煤泥水不能自然澄清的直接原因。样品中各个粒级的灰分都很高,且随着粒度的减小先降低后升高,可见煤易碎而矸石不易碎,矸石存在一定泥化现象。
2.2 矿物组成分析
细粒级煤泥的矿物种类和含量对煤泥水的沉降特性具有重要影响。采用D/Max-3B型X射线衍射仪分析小于0.045 mm粒级煤泥的物质组成,煤泥的X射线衍射图谱如图1所示。
(K:高岭土;Q:石英;I:伊利石;I/S:伊蒙混层;S:蒙皂石;C:方解石;P:黄铁矿;F:长石;D:白云石;O:其它)
由图1可以看出:小于0.045 mm粒级煤泥中主要矿物为高岭石,其次为石英,还含有少量的伊利石、伊蒙混层、蒙皂石、方解石、长石、黄铁矿、白云石和其它矿物。高岭石、伊利石、伊蒙混层、蒙皂石属粘土矿物,由于粘土矿物的特殊结构,其不仅能使煤泥水分散体系稳定存在,而且具有自身强化机制是选煤厂“细泥”积聚的主要成分和形成高泥化煤泥水的主要原因[2];石英、方解石、长石、白云石性质稳定,在水中易沉降,对煤泥水沉降过程影响不大;黄铁矿易使溶液产生酸性,能促进盐类矿物在水中的溶解,有助于微细颗粒的沉降[3]。可见粘土矿物含量高是选煤厂煤泥水难沉降的主要原因,该选煤厂煤泥水需要在快速凝聚条件下进行絮凝沉降。
3 药剂沉降试验
3.1 凝聚剂试验
为考察各种药剂的优劣,找到适合该选煤厂煤泥水沉降的凝聚剂,本试验选用了三氯化铁、硫酸铝和氯化钙三种药剂进行凝聚沉降试验。通过前期探索试验,确定凝聚剂最佳用量的大致范围后,进行三种药剂的凝聚沉降试验,结果如表2所示。
从表2可以看出:
(1)单独添加凝聚剂,煤泥水的沉降速度较慢,但上清液浊度较低,这是由其凝聚机理决定的。煤泥颗粒表面一般荷负电,凝聚剂电离出带正电的离子中和颗粒表面的负电,使其双电层压缩,电动电位降低,斥力减小,促使凝聚发生,生成凝聚体小颗粒;虽然煤泥水体系中颗粒数量减少,但凝聚体小颗粒沉降速度仍然较慢[4]。
(2)氯化铁和硫酸铝的最佳用量为300 mg/L,氯化钙的最佳用量为1 100 mg/L,超过最佳用量沉降效果变差。这主要是由于添加量过大,药剂在矿浆中不容易分散。在最佳用量下,氯化钙和氯化铁的凝聚沉降效果较好,其中,三氯化铁的优点是用量较少,氯化钙的优点在于沉降速度快且价格低廉,所以综合考虑选择氯化钙作为本试验中的凝聚剂。
3.2 絮凝剂试验
为找出适合于该选煤厂煤泥水沉降的絮凝剂,本试验中选用非离子型聚丙烯酰胺(PAM)、阴离子型聚丙烯酰胺(PHP)和淀粉接枝共聚物三种药剂进行絮凝沉降试验研究。通过前期探索试验,确定不同絮凝剂最佳用量的大致范围后,进行三种药剂的絮凝沉降试验,结果如表3所示。
从表3可以看出:
(1)单独添加絮凝剂,煤泥水的沉降速度较快,但上清液浊度较高。高分子絮凝剂能够通过桥联作用,吸附多个微粒,形成絮团,加快沉降速度;但絮凝剂一般不改变或很少改变颗粒表面的电性质,煤泥水体系中颗粒数量并未减少,部分微粒不能被絮凝剂分子吸附,悬浮于上清液中,所以浓度较高[4]。
(2)PAM的最佳用量为9.0 mg/L,PHP和淀粉接枝共聚物最佳用量为1.6 mg/L。对于该选煤厂煤泥水,淀粉接枝共聚物的絮凝沉降效果最好,用量也较少,实验观测所形成的絮团大且密实。PHP作用下的沉降效果差于淀粉接枝共聚物,PAM药剂用量较大。研究表明:淀粉接枝共聚物带有阳离子支链,在水中不但具有普通絮凝剂吸附架桥、形成氢键的作用,还能水解出阳离子与水中的胶体颗粒发生吸附、架桥和电中和作用;此外,淀粉接枝的半刚性多支链型结构还可以增加卷扫作用,从而提高絮凝效果[5]。因此,选择淀粉接枝共聚物作为本试验中的絮凝剂。
3.3 凝聚—絮凝试验
选用Ca Cl2、淀粉接枝共聚物分别作为凝聚剂和絮凝剂,先用凝聚剂将煤泥水中微粒凝聚成较大颗粒,再加入絮凝剂通过架桥作用,使煤泥水快速沉降。凝聚—絮凝联合沉降试验结果如表4所示。
由表4可以看出,Ca Cl2和淀粉接枝共聚物联合使用时,药剂产生了协同作用,沉降效果优于两药剂单独使用时的效果。Ca Cl2最佳药剂用量为800 g/L,淀粉接枝共聚物最佳用量为1.6mg/L,此时,初始沉降速度为33.85 cm/min,上清液浊度为50.3 NTU,煤泥水的沉降效果可以满足生产要求。
4 结论
经过对该选煤厂煤泥水性质分析,选用几种常用凝聚剂和絮凝剂进行用量和种类筛选试验,选用最佳药剂进行凝聚—絮凝试验,可以得到以下结论:
(1)根据分析,煤泥水样品中的煤泥粒度较细,以高灰细泥居多,矸石存在一定泥化现象,是煤泥水不能自然澄清的直接原因。粘土矿物含量高,是该选煤厂煤泥水难沉降的主要原因,需要在快速凝聚条件下进行絮凝沉降。
(2)单独使用凝聚剂和絮凝剂达不到良好的沉降效果。单独使用凝聚剂,煤泥水沉降速度较慢;单独使用絮凝剂,煤泥水上清液浊度较高。最佳凝聚剂为氯化钙,最佳絮凝剂为淀粉接枝共聚物。
(3)联合使用氯化钙和淀粉接枝共聚物进行凝聚—絮凝试验,两种药剂的最佳用量分别为800 g/L和1.6 mg/L,此时,初始沉降速度为33.85 cm/min,上清液浊度为50.3 NTU,沉降效果能满足生产要求。
参考文献
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[2]肖宁伟,张明青,曹亦俊.选煤厂难沉降煤泥水性质及特点研究[J].中国煤炭,2012,38(6):77-93.
[3]冷小顺.后所煤矿选煤厂难沉降煤泥水沉降特性研究[J].选煤技术,2015(3):8-11.
[4]王立成,董宪姝.东河矿选煤厂高泥化煤泥水沉降特性研究[J].选煤技术,2009(5):17-20.
沉降实验 篇5
1 沉降量的测量方法与现状
长期以来,基桩沉降一直采用传统的百分表(机械式或数字显示)接触式测量模式[2,3,4],即以测点为中心对称设置2根基准桩,在2根基准桩上架设1根基准梁,百分表安装在测点上,通过百分表的测杆接触基准梁跨中实现沉降测量(图1),D为试桩(点)、锚桩、锚杆的设计直径或边宽,取其较大者;如试桩或锚桩为扩底桩或多支盘桩时,试桩与锚桩的中心距尚不宜小于2倍扩大端直径;括号内数值可用于工程桩抽样检测时多排桩设计桩中心距离小于4D的情况。
其中,基准桩为测量参考点,基准梁起延伸测量参考点的作用。百分表、安装百分表的支架(磁力表座)、基准桩和基准梁共同组成沉降测量系统。为保证系统测量精度,防止或减少被测桩的沉降基准桩干扰,国家现行技术规范[2]对基准桩和测点中心距离有如下规定(表1)。
以上规定中对基准桩和测点间的中心距离要求实际上是对基准梁的长度要求,即基准梁的有效跨度至少须大于测点中心与基准桩中心距离的2倍。通常,基准梁的跨度一般在6～12 m之间。对于基准梁的刚度国内外的技术规范均无明确要求,但为了保持其足够的刚度,多采用型钢或钢桁架结构,导致梁自身较重。
根据国家有关技术规范[1],该沉降测量系统的基准梁应处于持续静止状态。但是当长跨度的基准梁在野外场地露天环境下持续工作时,梁的自重变形、环境温度变化带来的跨中变形等非线性干扰非常严重。经多组试验[5],图2是6 m基准梁在环境气温14～30℃作用下的跨中变形实测曲线。
如图2所示,在自重变形和环境温度的共同作用下,6 m基准梁的跨中变形量单方向达1.8 mm,变化量最大达0.38 mm/h,破坏了基准梁必须的持续静止状态,甚至改变了静载荷试验的沉降测量基准点。特别是每h变化量则明显超过了国家现行技术规范规定的桩顶沉降量不超过0.1 mm/h,并连续出现两次[2]的沉降相对稳定标准。在21:00-4:00的时间段,由于温度变化幅度较小,则基准梁的跨中变形也较小。
按该模式获取的桩顶沉降数据既包含了基桩在试验荷载作用下的沉降量,也包含了上述的非线性干扰,是两者叠加后的混合信息,在温度变化剧烈时段前者可能被后者掩盖。若以此混合信息作为静载荷试验的结果,可能导致较大的偏差或误判,亦会影响基桩在试验荷载作用下沉降量的真实性,进而弱化静载荷试验的可靠程度[5]。
另外,该模式要求整个测量过程中百分表的测杆须保证能竖向自由滑动。由于常规百分表的防水、防潮、防尘、耐候性能所限,该要求对基桩静载荷试验的野外、露天、全天候的测量环境较为勉强。若百分表的测杆无法竖向自由滑动时则会限制整个沉降测量系统的可靠程度。再之,基准梁长达6～12m的跨度也不利于运输和安装。
针对该测量模式的局限性,经研究,将倾角测量的原理和方法用于桩基沉降量检测,发明了基于数字高精度倾角传感器的桩基沉降检测尺[6],不仅可缩短基准梁的长度,而且改善了桩基沉降测量模式的耐候性和可靠性,效果较好。
2 倾角测量原理及其用于沉降量检测的思路和方法
2.1 倾角传感器的原理与应用
倾角传感器是运用惯性原理的微加速度传感器,用于测量相对于水平面的倾角变化量。其理论基础是牛顿第二定律,即在一个系统内部,速度无法测量,但却可测量其加速度。当倾角传感器静止时即侧面和垂直方向没有加速度作用,则作用在其上面的只有重力加速度,重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴间的夹角为倾斜角。随着现代科学技术的发展,倾角传感器内部已集成了MCU、MEMS加速度计、模数转换电路及通讯等单元,内部具备滤波、平滑、方差估计等数据处理能力,可直接显示输出倾斜角度等数据。目前,倾角传感器测量分辨率达0.0001°,可成熟应用于如卫星通讯天线的俯仰角测量、船舶航行姿态测量、火炮的炮管初射角度测量,地质设备倾斜监测、雷达平台检测,铁路轨道水平尺寸检测、高空平台安全保护等领域。
2.2 倾角传感器应用于检测沉降的思路与方法
基于倾角测量原理,在试桩桩顶侧面的合适位置固定测点,在试桩周围设置基准(可利用相邻的工程桩),将长度为L的检测尺架设在测点和基准上,倾角传感器(内置磁铁)吸附在检测尺表面,调整基准与测点基本水平,倾角传感器可测到1个初始角度Φ。在竖向荷载作用下桩顶发生沉降,架设在测点和基准上的检测尺的姿态角度Φ也会对应变化。根据已知L和倾角传感器实测角度变化△Φ,利用三角函数换算出桩顶的实际沉降量(图3)。
该桩基沉降检测尺配套了高精度倾角传感器,满量程为±3°,分辨能力优于0.001°,当检测尺支点两端距离L为2000 mm时,若出现0.001°的微小角度变化,相当于测点发生了0.0349 mm的竖向变形。该测量能力完全优于静载荷试验中常用的50mm量程百分表的最大允许误差(不大于0.1%FS)0.05 mm的要求同时该传感器已内置CPU实时处理、抗混滤波和温度补偿等功能,可方便的与计算机连接,并同步实现沉降值、力值测量数据的储存、传输和测量结果的分析、输出。
2.3 工程实例
在多个工程中成功采用了本方法,图4为某工程采用数字倾角传感器测量桩顶沉降的现场照片。桩径500 mm,检测尺长度为1810 mm,取代过去长度为6000 mm的基准梁和百分表。
3 结束语
通过将倾角测量理论及方法引入桩的沉降量检测,是桩基检测技术中的创新,具有以下特点:
(1)利用高精度倾角传感器测量桩顶测点和基准间角度的微小变化而推导出桩顶沉降的测量模式,理论上正确;
(2)在符合国家现行技术规程的前提下,检测尺的长度小于传统基准梁长度的1/2,材质为轻型槽钢、自重轻,抗自重变形和抗温度变形能力明显提高;
(3)装置新颖、结构简单、安装方便。倾角传感器整体已固化,外部不存在零部件的机械位移,利于测量器件的防水、防潮、防尘、耐候性能,防护等级达IP65。测量系统可取代传统的长跨度基准梁和百分表及安装百分表的支架(磁力表座),总体效果明显优于百分表接触式测量模式。
摘要：利用高精度倾角传感器测量桩顶测点和基准间角度的微小变化而推导出桩顶沉降的测量模式,并发明了基于数字高精度倾角传感器的桩基沉降检测尺,在符合国家现行技术规程的前提下,检测尺的长度小于传统基准梁长度的1/2,材质为轻型槽钢;倾角传感器外部不存在零部件的机械位移,利于测量器件的防水、防潮、防尘、耐候性能测量系统可取代传统的长跨度基准梁和百分表及安装百分表的支架(磁力表座),总体效果明显优于百分表接触式测量模式。
关键词：静载荷试验,倾角测量,沉降量,桩基,倾角传感器
参考文献
[1]GB 50007-2011,建筑地基基础设计规范[S].
[2]JGJ 106-2003,建筑基桩检测技术规范[S].
[3]TB 10218-2008,铁路工程基桩检测技术规程[S].
[4].JGJ/TF81-01-2004,公路工程基桩动测技术规程[S].
[5]唐新鸣,等.基准梁随温度变化特性的实验与研究[J].工程质量,2011(5).
沉降实验 篇6
压差沉降监测系统是一种新型沉降测量工具, 它是由静力水准仪优化而来, 二者均基于连通管原理开发, 但在每个监测点上, 压差沉降监测系统用体积更小的压差传感器代替静力水准仪较大体积的储液装置, 在保证了测量精度的同时, 使整个系统装置所占空间更小, 更利于在较为复杂的工程环境应用。
1 压差沉降监测系统介绍
1. 1 系统组成
压差沉降监测系统主要组成部件包含压差式变形测量传感器、综合采集仪、无线传输模块 ( Data Transfer Unit) 、PU管、储液容器等。
1. 2 系统监测原理
压差沉降监测系统是基于连通管的基本原理, 利用水、基准容器、水管及压差式变形测量传感器组成的一套装置 ( 见图1) 。让水箱中的液体通过水管自由流动, 当管中的水趋于稳定时, 各个测点的传感器会采集到一组初始压强值。基准容器和基点需远离沉降变形区, 且位于一个稳定的环境。当测点与基点之间的高程发生变化时, 将导致测点和基点传感器内的液位变化并采集到一组变化后的压强值, 再通过RS485 接口 ( 这种接口可以实现联网的点对点的通信方式) 将各传感器采集到的数据传输至云端上的云平台进行数据的处理计算与分析, 最终得出测点的沉降数据。
压差式变形测量传感器的沉降变化量计算式为
其中, ΔH为沉降变化量, mm; PR为基准点实际测得的值, k Pa; PR0为基准点测得的初始值, k Pa; Pi为测点实际测得的值, k Pa; Pi0为测点测得的初始值, k Pa; ρ 为液体介质密度, 通常取水的密度1 × 103kg / m3; g为重力加速度, 粗略计算时取10 m/s2。
2 南昌地铁二号线7 标辛家庵站基坑周边建筑物沉降监测工程实例
2. 1 工程概况
辛家庵站位于老城区上海路南段, 车站所在上海路路宽约26 m, 车站和围护结构占据大部分路宽, 车站两侧分布众多建筑物及管线。车站西侧建筑物大多为建于20 世纪80 年代的多层混合结构住宅, 多为浅基础, 距主体基坑距离约3. 5 m ~ 7. 5 m。辛家庵站为地下二层岛式车站, 标准段基坑深度15. 95 m ~ 17. 81 m, 端头井基坑深度为17. 20 m ~ 20. 11 m。车站长度为465. 0 m ( 内净) , 标准段主体结构宽度为17. 8 m, 端头井处主体结构宽度为21. 5 m。
本次监测项目的目标建筑物为南昌针织厂宿舍2 号楼, 该楼为一栋5 层砖混结构浅基础居民楼, 基础埋深2. 5 m, 距主体基坑最近处仅7. 3 m。
2. 2 建筑物沉降在线监测方案
1) 在线监测点的埋设与系统的搭建。
南昌针织厂宿舍2 号楼在线监测点的布设见图2, 其中03 号、04 号测点距离基坑主体最近处约7 m。
2) 监测方法及技术要求。
此监测项目采用压差式变形测量传感器, 设置系统数据采集时间为每30 min采集一次, 也可根据人工设置时间间隔进行实时采集, 传感器技术指标见表1。
2. 3 沉降监测系统的搭建
2. 3. 1 系统部件选型
为确保监测系统的精确、稳定, 对监测系统中各个主要部件的选型原则如下:
1) 压差传感器的量程选择。
按照JGJ 8—2007 建筑变形测量规范以及考虑到该建筑的建筑年限, 限定该建筑物沉降不大于3 mm/d, 累积沉降量不大于30 mm。辛家庵项目要求的变形监测等级为二级, 其监测容许误差不大于0. 5 mm, 为满足监测要求, 选择量程500 mm的FS-LTGY500 型压差式传感器进行监测。
2) 综合采集仪的选择。
考虑现场实际情况, 选择一个16位通道的采集仪。
3) 无线传输装置 (DTU) 的选择。
选择信号稳定且传输容量大的无线传输装置。
4) 储液容器的选择。
为了保持系统水压的长期稳定, 选用厚度为1 mm的薄钢片制作30 cm × 30 cm × 30 cm带液位计的水箱作为储液容器。
5) 液体介质的选择。
为了尽量减少液体介质中的气泡, 选择烧开后的水或蒸馏水, 并加入一定比例的防冻液, 最后在储液罐中加入一定量的硅油液封, 避免液体介质蒸发附着在储液罐上壁。
6) 连接水路的选择。
综合安装便利性、耐用性以及功能使用性等多方面考虑, 选择12 mm × 8 mm的PU ( 聚氨酯) 软管。
2. 3. 2 系统搭建
压差沉降系统的搭建主要遵循以下几个步骤:
1) 测点抄平。
现场安装传感器的测点应该用水准仪进行抄平, 尽可能使所有测点传感器都安装在同一水平线上。
2) 传感器固定支架的安装。
将传感器固定支架用膨胀螺栓固定在预先规划好的测点。
3) 传感器的安装。
根据设计要求或者结构物特点选择好安装点, 结合被测物实际情况, 将传感器安装到指定位置。
4) 储液罐的安装。
储液罐应安放在远离建筑物变形的区域, 且应保证测点传感器最高点与储液罐中液面的高度差不能超过传感器的量程范围, 最后将水管与储液罐连接, 完成水路的连通。
5) 线路的焊接。
根据布点及量测的管线长度裁剪通讯和电源线路线缆的长度。然后根据传感器的电源及通讯线焊接到总线, 最后将总线引入采集箱。
6) 连通水路。
传感器与储液罐之间水路的连通, 并用PVC管保护水管并连通至储液罐。在水路的连通过程中应把整个水路里面的气泡排净, 传感器应轻轻振捣, 直至不冒出气泡为止。
2. 4 压差沉降监测系统与人工监测对比
为了验证压差沉降监测系统的准确性和稳定性, 于2016 年在南昌针织厂宿舍2 号楼, 选择与测点传感器距离最近的5 个靠近地面的位置, 进行标高的人工观测, 在线监测布点图如图2 所示。图3 是测点01 ~ 05 的压差沉降监测系统沉降值与人工监测沉降值的对比。
由图3 可以看出, 在长达13 d的对比观测中, 在线监测系统和人工测量的结果基本吻合, 规律性一致, 多数点的偏差在1 mm以内。这说明压差沉降监测系统采集的数据能满足建筑物沉降监测的要求。
3 结语
1) 该压差沉降监测系统能够满足建筑物的实时沉降监测精度要求, 且能达到远程自动监测并预警的效果, 具有较高的工程应用价值。但在部件选型、安装与验收方面有严格的要求。
2) 结合南昌地铁二号线辛家庵站监测项目, 对压差沉降监测系统各个设备的选择与安装工艺进行严格的实施。压差沉降监测系统与现场人工监测的结果对比验证了在线监测系统采集数据的可靠性与准确性。
摘要：介绍了压差沉降在线监测系统, 结合某地铁基坑施工期间周边建筑物沉降监测项目, 验证了该监测系统的可靠性, 结果表明, 该系统能够满足建筑物的实时沉降监测精度要求, 且能达到远程自动监测并预警的效果, 具有较高的工程应用价值。
关键词：建筑物,压差沉降,监测系统
参考文献
[1]常青.静力水准自动监测系统的研究[J].地质装备, 2014, 15 (1) :30-32.
[2]潘华.静力水准系统在监测工程中的应用[J].低温建筑技术, 2013 (12) :102-105.