劣化特征（通用4篇）
劣化特征 篇1
1 盐害的概念
人类很早就注意到盐对孔隙材料的腐蚀问题。早在1833年, Turner指出应当使用盐溶液来检验建筑石料在冬季抗冻的坚固程度[1]。1910年前后发表的相关科技文献, 就明确将可溶盐与石料劣化问题联系在一起。Wellman&Wilson将盐类结晶引起的岩石破碎现象命名为盐类风化 (saltweathering) [2]。Goudie&Viles出版了《盐类风化病害》专著[3], 将盐类风化确切定义为蒸发盐在岩石内部及表部结晶引起的岩石破坏现象。到现在为止, 众所周知, 无机孔隙材料 (如岩石、砖石结构、混凝土、土体等) 中如果含有盐分, 特别是含有易溶盐或易于发生水合作用的盐分时, 容易遭受盐类侵害并导致材料劣化。采用NaNO3溶液检验材料的耐久性, 已经成为国内外建材行业评价盐害问题的通用方法。
盐类风化导致的孔隙材料劣化, 理论上认为主要是由3方面的原因引起的:结晶压力, 即蒸发作用导致溶液发生过饱和作用, 溶液中的可溶盐结晶并对孔隙或裂隙内壁产生膨胀压力;水合压力, 即部分可溶盐遇水发生水合作用而膨胀, 对孔隙或裂隙内壁产生膨胀压力;温差应力, 即可溶盐与不可溶岩石矿物的热膨胀系数存在差异, 在快速升温或降温过程中岩石晶体之间产生温差应力。
盐类风化导致的盐害现象, 不同学科有不同的名称。地质学一般将盐害归入物理风化过程进行研究天然石材耐久性研究一般借鉴岩石学的方法归入物理风化过程开展研究。建筑行业一般将砖石表面形成白色盐斑的现象统称为盐华。中国文物保护人员将壁画的盐害现象称之为酥碱, 或按照盐害导致的壁画破损形式进一步命名为粉化、脱落、疱疹等。以敦煌莫高窟为例, 壁画盐害主要发生在底层洞窟靠近地面的侧壁上 (如53窟) , 或出现在最上层洞窟的穹顶部位 (如194窟) 。据统计, 在莫高窟492个文物洞窟中, 明显发生盐害的洞窟高达70个以上。尽管岩石、砖石、混凝土、泥质壁画等材料在性能方面存在很大的差异, 但是, 它们都属于孔隙介质, 发育彼此联通的毛细孔隙体系。分析不同孔隙材料的盐害现象, 探讨水盐迁移与盐类风化之间的关系, 提炼其中的化学本质, 有助于提高对壁画盐害的认识水平。
2 盐的来源
某些材料本来就含有盐分;另一些材料的盐分是由水随后带入的。总结各种盐害研究实例, 孔隙材料中盐的来源途径主要有以下几种:大气降水入渗淋滤、土壤毛细水上升、大气污染、道路工程除冰撒盐、海水扑溅、不适宜的加固处理、不同建筑材料之间的化学反应等。
Arnold&Zehnder对古建筑墙壁盐害进行了长期的监测, 发现可溶盐主要包括碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硝酸盐和草酸盐, 见表1[4]。一般来说, 盐的类型与盐的来源有关, 例如, 钙矾石和硅灰石膏通常来自混凝土不过检测发现如果古代建筑采用混凝土或水泥灌浆加固过, 在长期腐蚀的墙壁上也检出了钙矾石和硅灰石膏。砖如果烧制不当, 可以含有Na2SO4。砖石结构完成后不久, 含有的盐分就可能以盐霜的形式在某些砖块上随机的表现出来。
历史建筑经过了长期的使用, 如果某些部分用作贮盐室或马厩, 可以积累很高的盐分。与普通的“干净土”相比, 与人类活动相关的土, 例如考古灰坑、土建筑墙体、古建筑庭院、古代生活遗址等, 可以富含硝酸盐和氯化物。硝酸盐是有机废物在微生物的作用下产生的, 大量的氯化物与人类对食盐的摄入和排泄有关。
使用波特兰水泥进行文物加固会导致盐害现象。混凝土或水泥砂浆在硬化之前会释放出大量的碱性物质, 导致加固对象发生非常严重的劣化现象。即使已经硬化的波特兰水泥也含有高达1%的可溶性碱 (McCoy&Eshenour) [5]。从水泥中溶出的离子会形成碱式碳酸盐盐华。水泥中的可溶性Na2O会形成泡碱 (Na2CO3·10H2O) , 泡碱与空气中的硫酸污染物反应形成芒硝 (Na2SO4·10H2O) , 对壁画、石材或砂浆造成严重的不可恢复的损害。水泥加固之后, 除了加固区边缘发生严重的盐害之外, 加固区与未加固区在色调、质地、透水性、热膨胀性能等方面也出现巨大的差别, 导致不同的环境响应。因此, 现代文物保护工程中严禁使用水泥。使用水泥直接加固文物, 甚至被认为是一种破坏行为。
水玻璃加固不当也会导致盐害的发生。硅酸钠 (Na2SiO3) 俗称水玻璃, 是在十九世纪初发明的加固材料, 长期以来广泛应用于加固石质文物和壁画, 也用来改善灰浆性能。早在19世纪就报道了水玻璃加固石质文物失败的事例:水玻璃会形成坚固的外壳, 加速剥离进程。大多数情况下, 水玻璃和水泥同样遭到拒绝, 不允许用来加固松散墙体, 也不允许用来进行防水处理。水玻璃与水反应之后, 能够产生自身重量30%的碳酸钠和20%的碳酸钾。碳酸钾因为强烈吸湿不能结晶, 一般认为是无害的。实际情况是, 碳酸钾与碱土金属盐反应, 见表2, 转化成硫酸钾、氯化钾或硝酸钾之后, 因为吸湿性能的降低就可能在通常情况下发生结晶。
3 盐溶液
已经知道, 当水溶性盐与其饱和盐溶液共处于一个封闭空间时, 产生的相对湿度及水蒸气压力是恒定的 (Lide, ) [6]。不同饱和盐溶液形成的相对湿度可以根据下式进行计算
式中, RH是相对湿度百分数 (一般误差为±2%) , T是开尔文温度, A、B是与盐的类型相关的常数。
在给定的温度下, 盐溶液表面的水蒸气压力比纯水表面的水蒸气压力要低。随着盐溶液浓度的增加, 水蒸气压力减小;饱和盐溶液的水蒸气压力为最小。饱和盐溶液的水蒸气压力习惯上称之为“平衡相对湿度” (equilibrium relativehumidity) 。表3列出了部分盐的平衡相对湿度, 这些盐经常在发生盐害的墙壁中检出 (Arnold&Zehnder[4]) 。
两种盐在溶液中混合存在时, 会影响它们各自的溶解度。在一定的温度下, 复合盐溶液并不存在单一的平衡相对湿度, 而是一个相对变化的范围, 这个范围也不一定落在原来单个盐平衡相对湿度的范围之内。一般规律是, 如果两种盐没有相同的离子 (如NaCl与CaSO4·2H2O混合时) , 由于溶液离子强度增大, 两盐的溶解度会增大, 而且较难溶的盐 (如石膏) 溶解度增大较明显。如果两种盐存在相同的离子 (如NaCl与Na2SO4混合时) , 两盐的溶解度会降低。Sawdy&Heritage通过实验测试认为, 混合盐晶体的溶解速率提高了, 混合盐溶液的蒸发速率降低了, 并且给出了两个解释理由[7]。第一是热力学效应, 即混合盐溶液水蒸气压力较低, 因此, 混合盐溶液的平衡相对湿度范围扩大。第二是动力学效应, 即混合盐溶液提高了水分吸附速率, 而且降低了水分解吸速率。
实际中, 孔隙材料盐劣化很少是由一种盐引起的。一般来说, 劣化部位会发现两种或更多的盐。Sawdy&Heritage根据实验数据进一步分析了混合盐对壁画及其他文物材料劣化可能带来的影响[7]。他们认为, 当盐分混合存在时, 如果气候在单种盐的平衡相对湿度附近波动, 混合盐可能会以盐溶液的形式出现, 即不容易结晶。但是, 对于混合盐结晶体而言如果空气的相对湿度短暂升高超过了混合盐的最低平衡相对湿度, 就会导致盐晶体快速溶解。他们还比较了不同环境湿度变化模式对盐害可能带来的影响:剧烈而短暂的湿度变化, 比长期而缓慢的湿度变化带来的有害影响更大。如果环境湿度在平衡相对湿度的基础上发生了10%的变化, 盐分就会在数小时内发生相变。这个结果可能暗示, 对于类似莫高窟这样的封闭性洞窟壁画而言, 尽量保持洞窟内微环境相对稳定, 对控制复合盐酥碱病害发展是有益的;相反, 快速的环境温湿度变化 (如窟门的频繁启闭及游客的大量介入) , 可能会促进酥碱部位复合盐的相变。
4 水盐运移
只有溶解于水, 盐才能在孔隙材料内部运动。因此, 认识水以何种形式进入孔隙材料内部, 以何种方式在孔隙中运动对理解盐分的迁移是至关重要的
水进入孔隙材料的方式有两种:液体水或气体水 (即水蒸汽) 。如果是液体形式, 两种机理发挥作用:毛细作用和静水压力。毛细作用是由于水与毛细材料之间形成固-液-气界面, 液体弯液面表面引力而引起的。毛细吸力是非饱和渗流的原动力。静水压力导致饱和渗流, 渗流速率取决于材料的渗透性。
如果是以水汽方式进入孔隙材料, 主要有两种机理:凝结和吸湿。凝结有两种类型, 即表面凝结和微孔内部凝结 (即毛细凝结) , 两者有一定的差别 (Camuffo) [8]。“吸湿性”是一个宽泛的术语, 是指材料从空气中吸收水分的性质。首先, 材料本身具有吸收或吸附一定数量水分的性质, 其吸收量与材料的化学性质及毛细孔隙结构有关。其次, 盐分也能吸收水分, 特别是环境的相对湿度超过盐的平衡相对湿度时, 盐的吸湿更明显。有些溶解性很好的盐, 可以从空气中直接吸收大量的水分使自己变成饱和溶液, 即发生潮解溶化。第三, 高浓度盐溶液, 比纯水的蒸气压力要小, 有从环境中凝结水蒸汽, 促使溶液中水分子的活动性与蒸汽中水分子的活动性达到平衡的趋势。
如果水以液态进入, 水就可以输送盐分, 将盐分带入材料内部。如果以气态进入, 就会以潮解的方式被阻滞。前一种情形依赖于毛细机理, 后一种情形依赖于扩散机理。两种机理之间的转换点定义为孔隙材料的临界含水量 (Childs&Collis-George) 。每一种材料都具有固定的临界含水量, 主要由材料的孔隙率和孔径分布决定 (Snethlage&Wendler) [9]。
在蒸发干燥条件下, 孔隙材料中的盐溶液会达到过饱和状态, 由于某些随机因素的影响, 结晶过程会快速发生。如果结晶发生在材料表面, 就会形成肉眼可见的盐斑或盐晕, 称之为盐霜 (efflorescence) 。如果结晶发生在孔隙材料内部, 一般称之为内部盐霜 (subefflorescence) 。盐霜发生在材料表面, 一般不会产生结晶压力, 也不会损害材料的内部孔隙结构。相反, 内部盐霜大多数情况下会给孔隙壁产生结晶压力, 导致孔隙材料内部结构发生损伤。一般来说, 表部盐霜容易发生在缓慢蒸发条件下, 如潮湿介质所处的环境比较湿热, 气流交替也比较缓慢。相反, 内部盐霜容易发生在快速蒸发条件下, 如环境干热气流交替迅速
5 结论
1) 孔隙材料盐害是由于可溶盐发生相变的结果。自由水或毛细水携带的可溶盐在孔隙材料内部发生过饱和作用, 盐分结晶析出时产生的膨胀压力对材料结构损伤最有害。
2) 加固材料携带的盐分可以与加固对象发生化学反应导致盐害的发生。
3) 从材料劣化的角度看, 环境温湿度变化时复合盐比单盐的响应更为有害。
4) 现有的物理化学知识只能为盐害现象提供粗线条的解释, 还无法阐释每一种盐害的具体机理。在现有的认识水平下, 采取被动控制的方法防止环境温湿度发生剧烈变化, 可能是减缓文物材料盐害发展的安全途径
摘要：阐述了孔隙材料盐类风化的概念, 分析了与材料盐劣化有关的可溶盐来源及主要可溶盐类型。从溶液化学的角度说明了水分迁移与盐分迁移的关系, 分析了混合盐对盐害发展的影响。现有的物理化学知识为解释盐害现象提供了基本框架, 但还不能揭示盐害发生的确切机理。笔者认为, 历史上文物加固材料使用不当引发的人为盐害问题, 应当引起高度的重视;在现有的认识水平下, 被动控制洞窟温湿度变化, 可能是减缓壁画盐害发展进程的安全途径。
关键词：盐类风化,孔隙材料,文物保护,壁画,可溶盐
参考文献
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劣化特征 篇2
然而,实际工程中的水泥土材料总是处在一定的环境中,经受着外界各种因素的影响,强度和耐久性等性能也会随之发生改变。影响水泥土性能的因素很多,包括水泥品种、水泥掺量、土质、温度以及外加剂等[3,4]。其中,温度的变化和外加剂的使用对于水泥土性能来说具有重要影响。一方面,随着我国西部及北方寒区经济建设的快速发展,国家在这些地区投入大量建设工程,如青藏川藏铁路工程、青康公路工程以及各种水电站大坝等,处于温度交替变化条件下的建筑材料则不可避免越来越多的被触及到。因此,研究温度交替变化对水泥土的损伤破坏作用,以及在这种作用下水泥土所表现出来的力学特征,对于寒区工程建设来说将具有重要的指导意义。另一方面,外加剂的合理添加使用可以有效改善水泥土的力学性能以及耐久性。当前,国内外专家学者通过使用外加剂对水泥土进行各种改性,试图获得既经济实用又能满足工程要求的新型改性水泥土。
迄今为止,国内外对在水泥土材料中使用外加剂已开展了广泛研究。孔燕萍[5]结合工程实例,分别在水泥土添加外加剂和不添加外加剂两个情况下,对水泥土进行无侧限抗压强度试验,以此来研究外加剂对水泥土强度的影响规律。叶观宝[6]等通过对加有几种不同添加剂的水泥土在不同养护龄期下分别进行微观结构分析试验,再结合无侧限抗压强度试验,研究添加剂对水泥土的作用机理。童小东、张海燕、贾尚华等[7—9]通过在水泥土中添加多种外加剂进行试验研究,并进行对比分析,从而选出能够有效提高水泥土强度的外加剂。相比之下,对水泥土冻融损伤的研究略显不足,陈四利等[10,11]对经历不同冻融循环次数后的水泥土进行抗剪强度、抗压强度以及渗透系数试验,得到不同冻融循环次数对水泥土抗剪强度、抗压强度、及渗透系数影响的试验数据,并建立回归曲线方程。
聚丙烯酰胺(polyacrylamide,简称PAM)是一种水溶性线性高分子聚合物,作为外加剂目前已在建筑工程中得到广泛应用,如聚丙烯酰胺建筑胶黏剂与水泥混合制成各种高性能混凝土等。本次试验基于新疆吉木乃某边坡治理工程,该工程拟采用水泥土作为护坡材料。针对该地区昼夜温差大、水泥土易开裂的实际情况,决定在水泥土中添加一定量的PAM来改善水泥土力学性能。通过冻融循环条件下PAM水泥土所表现出的力学特征与微观结构变化进行分析,对其损伤劣化机制进行探讨,从而为PAM水泥土在该边坡治理工程中的合理应用提供参考,另外对其他高寒地区的工程建设也具有一定参考价值。
1 试验材料与方法
1.1 试验用水泥土配合比
本次试验所用的原状土取自新疆吉木乃某边坡工程,该土在自然状态下呈软塑状态,其主要物理性质指标如表1所示。
本次试验选用西南牌P.O42.5普通硅酸盐水泥,每个水泥土试块的水泥掺量均为15%,以PAM用量为水泥掺量的3%、5%、7%、10%进行讨论。PAM的主要技术指标见表2。
1.2 水泥土试样制备
首先将取回土样风干、捻散并过2 mm孔筛,以除去未粉碎的大颗粒。按设计的水泥、PAM掺入比,分别称量适量的水泥、土样、PAM和拌合水(含水量40%),充分搅拌均匀,分层装入边长为70.7 mm的立方体试模内捣实,抹平表面并进行编号,24 h后脱模,置于标准养护箱中养护,到规定龄期后取出进行冻融循环试验。部分水泥土试样如图1所示。
1.3 水泥土试件试验过程
本次冻融循环试验参照JGJ/T 233—2011《水泥土配合比设计规程》上面的试验要求进行。本次试验主要仪器有:JB-T 17671—40A型水泥砼标准养护箱、FYL-YS—128低温保存箱、WHY—1000型微机控制压力试验机、TM—3000型扫描电镜等,具体实验步骤如下:
(1)水泥土养护28 d后取出,检查外观,然后用拧干的湿布将试件表面多余的水分擦去;
(2)参照我国北方寒区早晚的温差变化,本文冻融循环试验设定冻结和融化温度分别为-20℃和+20℃,冻结时在-20℃的恒温冷藏箱中,融化时放入水中浸泡,水温控制在(20±2)℃,浸泡时水面保持高出试件顶面20 mm以上;
(3)试验时水泥土在恒温箱中先冻结12 h,然后再在水中融化12 h,即每个冻融循环周期为24 h,如此反复。制备试验试样共60个,共20组,每组3个平行试样,编号从N-0-0~N-10-15(N代表水泥土试块,第二个数字代表PAM掺量,第三个数字代表冻融循环次数),按PAM掺量多少分为5小组,每组又分别对应四个不同冻融循环次数,分别为0、3、9和15次。其中第一组为基准组,PAM掺量为零,其余四组分别为掺入3%、5%、7%、10%PAM的水泥土;
(4)按不同冻融循环次数依次取出试件,检查外观变化情况,之后进行质量变化测定、无侧限抗压强度试验和电镜扫描试验。
2 结果与讨论
2.1 外观和质量变化
对经历不同冻融循环次数后的水泥土进行外观检查,并对试样剩余质量进行测定。因试件过多,水泥土试块外观变化图不再一一列出,部分水泥土试块外观形貌变化如图2所示,冻融循环前后质量变化情况见表3所示。结果表明:经历冻融循环后的水泥土试块总体质量都有所下降,但不同的冻融循环次数和不同PAM掺入比对其损伤劣化影响有所差别,外观形貌和质量变化特点不尽相同。在经历3次冻融循环过程后,水泥土剩余质量基本没什么变化,此时由于冰的冻胀和融缩,水泥土内部微孔隙不断增大,试块边缘开始出现裂缝,但总体外观并未发生实质变化,只是试块表层损伤。经历9次冻融循环后,水泥土剩余质量开始出现下降,此时试块裂缝大面积扩展,表层开始出现颗粒脱落现象。而在15次冻融循环后,水泥土质量损失较大,试块表面出现软化层并开始大量酥松剥落,试块表面已失去原有形貌。总的来说,水泥土试块表面破损程度随着冻融循环次数的增加越来越大;与纯水泥土试块相比,掺入PAM的水泥土试块表面破损程度和质量变化情况要好的多,当冻融循环次数一定时,水泥土试块质量变化率随PAM掺量的增加而逐渐降低,表面完整度逐渐提高。
注:冻融前后质量变化值为三组平行试样质量平均值。
2.2 无侧限抗压强度
在水泥土经历不同冻融循环次数(0、3、9、15次)后进行无侧限抗压强度试验,试验采用轴向位移速率控制,位移速率为2 mm/min,在室温(20℃)条件下进行。图3给出了水泥土在不同PAM掺量下和经不同冻融循环次数后的强度变化规律。
由水泥土无侧限抗压强度试验结果可以看出,掺入适当的PAM可以有效提高水泥土的抗压强度;当水泥土中PAM掺量一定时,随着冻融循环次数的增加,其抗压强度几乎呈线性关系逐渐降低;当冻融循环次数一定时,水泥土抗压强度随着PAM掺量的增加而呈现出先增后降的变化趋势,且在PAM掺量为3%时,水泥土强度达到顶峰,之后又逐渐降低,说明水泥土强度的提高对PAM来说存在一个最优掺量。
2.3 水泥土内部微观结构特征
为了更直观形象地说明水泥土在不同冻融循环次数下微观结构的变化和力学特性,采用电镜扫描手段对水泥土内部微观结构变化进行分析。因水泥土强度在PAM掺量为3%时达到最大,故取PAM掺量为3%时的水泥土试样和不掺PAM的水泥土试样进行研究。图4和图5分别为未掺PAM的水泥土和掺3%PAM的水泥土在0次,3次,9次和15次冻融循环时的微观结构变化特征。
由图4可以看出,当水泥土经历3次冻融循环后,水泥土表面孔隙体积开始增大,而在9次,15次冻融循环时,水泥土表面开始出现裂纹并逐渐连通扩大。总体来看,随着冻融循环次数的增加,水泥土颗粒之间的空隙逐渐增大,内部连通的孔隙增多,结构变得疏松。这是因为,当水泥土处于冻结状态时,水泥土颗粒孔隙中的水会凝结成冰,体积有所增大,因而会对孔壁造成一定的挤压力,当这种挤压力超过水泥土的极限抗拉强度时,就会在孔隙周围产生微小裂缝等不可逆的结构变化;而当处于融解状态时,冰融解成水,水会进入到新的微孔隙中,外部的水分也会沿着孔隙通道向水泥土内部迁移,导致已有微孔隙的扩展和新微孔隙的产生,如此反复的冻融循环损伤积累,造成水泥土内部微小裂纹的持续扩展、连通,最终导致水泥土材料的严重损伤破坏。
从图5中可以清楚直观地看出水泥土在不同冻融循环次数下的微观形态变化。不掺PAM时水泥土的骨架颗粒基本以粒状为主,形状、大小各异,排列杂乱无序,且颗粒间填充较多小孔隙,联结形式基本为镶嵌接触,裂纹发育较为明显。而在掺入3%PAM后,试样的密实度明显提高,土层表面上裂纹基本不发育,偶有较小的微裂纹。在经历3次冻融循环以后,可以看到土层表面较之前光滑平整,结构变得致密。这是因为此时水泥土颗粒表面吸附了一定量的PAM,土颗粒在PAM作用下已聚合为体积较大的土颗粒团,水泥已与周围土颗粒胶结成为一个整体,试样的密实度较之前得到明显提高。而在经历9次和15次冻融循环以后,试样表面的土颗粒变的松散,大部分附着在土层表面,褶皱明显且彼此交联,土层表面微裂纹开始增多,且微裂纹中间出现了较多交错发育的针状结构。这是因为土壤颗粒表面吸附了大量PAM,已将接触面处的土颗粒层层包裹,导致土颗粒之间胶结强度降低,试样的密实度明显不足。
2.4 机理分析
综合图4和图5的试验结果可以看出,加入3%掺量的PAM可以明显提升水泥土的强度,抵抗冻融循环所引起的结构损伤,但PAM掺量也不是越多越好,当掺量超过3%时,水泥土强度不升反降,抗冻性变差。究其原因主要为[12]:
(1)PAM分子表面具有较强的活性,而水泥土中的土颗粒和水泥颗粒又对PAM分子具有较强的吸附作用,当把PAM加入到水泥土中时,PAM与水泥颗粒和土颗粒之间相互接触粘结,其表面活性可以促使水泥颗粒所包裹的水分子释放出来,促使水泥充分水化,进而使水泥基体的水化产物更加密实,达到增强水泥土强度的目的。
(2)水解后的PAM可以和水泥水化产物中的多种金属阳离子如Ca2+、Al3+等相互作用,当它们相互作用时通常会生成结构较为致密的凝胶体,而当这些凝胶体填充于水泥土微孔隙之中时,会起到柔性加筋的作用,增大了胶凝材料和土颗粒之间的粘结力,有效减少微裂纹的产生及扩散,在宏观上就表现为PAM强度和抗冻性能的大幅提高。
(3)PAM水解后离子之间会发生各种化学反应,而其本身长分子链之间又相互缠绕粘接,这使得水泥土微孔隙彼此之间相互交错联结,形成一种密实牢固的空间网状结构,这种网状结构能将水泥和土颗粒胶结连接在一起,形成一种贯穿于土体内部的整体胶结加筋结构。当水泥土受力时,这种整体胶结加筋结构就将所牵连的各个微颗粒紧紧连接在一起共同受力,从而增强了土体的抗冻性能。但当PAM掺量超过一定量时,吸附于土颗粒表面的PAM分子之间的间距过于接近,其分子间斥力增强,这样就大大削弱了土颗粒之间的相互作用力,故而导致水泥土强度和抗冻性能的大幅降低。
3 结论
(1)水泥土的冻融循环试验表明,水泥土经冻融循环后的剩余质量和单轴抗压强度随冻融循环次数的增加而逐渐降低。在前3次冻融循环内,水泥土试块只是发生表层损伤。9次冻融循环后,试块裂缝大面积扩展,表层开始出现颗粒脱落现象。而在经历15次冻融循环后,水泥土强度急剧下降,试块表面出现软化层并开始大量酥松剥落,试块已失去原有形貌。
(2)掺入适当的PAM可以有效提高水泥土的抗压强度;当水泥土中PAM掺量一定时,随着冻融循环次数的增加,其抗压强度逐渐降低;当冻融循环次数一定时,水泥土抗压强度随着PAM掺量的增加而呈现出先增后降的变化趋势,且在PAM掺量为3%时,水泥土强度达到顶峰,之后又逐渐降低,由此说明水泥土强度的提高对PAM来说存在一个最优掺量。
(3)采用扫描电镜对水泥土的微观结构特征进行分析,探讨了水泥土在掺PAM与不掺PAM两种状态下的损伤劣化机制。
(4)本文的试验现象和相应的结论对PAM水泥土在寒区工程建设中的合理运用具有重要的参考价值。
摘要：研究聚丙烯酰胺水泥土在冻融循环条件下所表现出的损伤劣化特征对于水泥土材料在寒区工程建设中的应用具有重要的参考价值。配制15%水泥掺量和3%、5%、7%、10%聚丙烯酰胺掺量的水泥土试件共20组,在冻结温度为-20℃,融解温度为20℃条件下,分别进行0,3,9和15次冻融循环试验;并在不同循环次数后对水泥土试样进行质量变化测定和无侧限抗压强度试验。在此基础上,采用扫描电镜分析水泥土内部微观结构变化,探讨冻融循环条件下聚丙烯酰胺水泥土的损伤劣化机制。结果表明,掺入适当的PAM可以有效提高水泥土的抗压强度;当聚丙烯酰胺掺量一定时,水泥土抗压强度随着冻融循环次数的增加而降低;当冻融循环次数一定时,水泥土抗压强度随着聚丙烯酰胺掺量的增加而呈现出先增后降的变化趋势,且水泥土强度的提高对聚丙烯酰胺存在一个最优掺量。
关键词：聚丙烯酰胺水泥土,冻融循环,损伤劣化,力学特性,微观特征
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视频会议图像质量劣化分析 篇3
1 故障情况
2010年12月, 在召开省公司年度安全生产总结电视电话会议前的视频会议系统联调中, 视频会议专责发现县公司、生产基地的画面都不同程度出现马赛克, 甚至有停顿现象。
2 故障分析
南京供电公司视频会议系统是两套会议电视标准混合的集成系统。原市辖的五个区县公司视频终端设备通过市县传输网以H.320标准协议接入位于市公司老大楼视频会议核心设备MCU (多点控制单元) E1板;城北、雨花等生产基地, 以及市公司新老大楼各会场视频终端设备则是通过城区接入层传输网络以H.323标准协议接入位于市公司老大楼视频会议交换机, 并由此连接至核心设备MCU (多点控制单元) 。从下面的视频会议系统图我们可以逐段分析故障产生的原因 (如图1) 。
2.1 视频终端设备原因
视频会议系统设备主要为分布在各个会场的视频终端设备, 它是用来接收远端会议信号至会场并发送本端会议音视频信号至远端会场。由于这次故障在各会场都不同程度的出现, 我们以画面质量劣化程度最高的城北会议室进行测试。我们用备用终端替代原来的终端接入系统, 劣化程度并没有改善。由此说明该故障不是因外部站点设备问题引起的。同样的方法, 我们更换了位于公司主会场的视频会议终端。因为该终端是用来接收外部站点音视频信号至主会场的, 同样也是用来发送主会场音视频信号至下级站点。将其更换后, 图像质量也没有改善。
2.2 MC U (多点控制单元) 设备原因
MCU是视频会议系统的核心部分, 为用户提供群组会议、多组会议的连接服务。我们检查了该设备相关告警指示灯, 一切运行正常。至此, 我们排除了由系统硬件设备造成图像质量劣化的可能。
2.3 传输线路原因
主会场与各分会场是通过公司电力通信传输网络相连的, 我们通过资料查找了视频会议系统所用通道, 在传输设备侧并没有相关告警, 说明视频会议系统的传输层通道不存在问题。
2.4 接入层网络原因
由于接入会议电视系统的站点数量不断增加, MCU的接入板卡接口数量已不能满足要求。我们通过一台24口的数据交换机将各站点信号接入并与MCU的NET8板互联。我们看到在会议进行时, 与部分会场连接的交换机端口时常出现黄灯闪烁现象, 这说明端口有错误数据包。进一步观察, 我们发现黄灯闪烁的端口也就是图像劣化的站点。至此, 我们确定此次故障源为交换机这一侧的网络问题。
3 故障处理
在会议电视系统建设初期, 只有市公司中心节点以及5个县公司。我们将各点信号接入MCU的E1板, 通过H.320协议进行视频的传输 (H.320作为一个传统的电视会议标准, 过去几年中已被广泛地用在窄带ISDN网以及专线上的窄带可视电视终端及系统中) 。公司专业化、扁平化的发展, 城北、雨花基地、老大楼602和607会议室相继接入公司视频会议系统。省公司根据工作需要, 也将线路器材厂等三个直属单位接入南京的视频会议系统, 加上近期新大楼电视电话会议室、大会议室、202晨会室的接入, 该系统逐渐庞大。
随着新技术的出现以及通信网络结构的演变。H.320系统已经越来越表现它固有的局限性。它仅仅是窄带可视电视终端的定义, 主要应用于电视交换的网络上, 和传输网络本身有着密切的关系, 传输网不同, 每一台H.320终端 (包括MCU) 需要更换网络接口卡, 而且有时需要在第二层协议上做相应的修改, 造成软硬件的更换, 升级成本增加。因此, 在后来的会议电视系统扩容中, 我们均采用了更为先进的H.323 (基于包的多媒体通信系统) 协议进行信号传输。我们将采用该协议的站点信号全部接入一台数据交换机上, 并将该交换机与MCU的net8板 (采用H.323协议) 相连, 从而保证采用不同协议站点、不同速率站点之间信号的有效传输。
端口数据丢包的现象, 根据工作经验判断应该是端口设置的问题。我们通过命令查看交换机端口当前的双工模式为百兆半双工。在这种情况下网络就会出丢包等问题, 导致画面出现马赛克, 甚至画面停顿现象。我们随即通过软件查看了交换机和终端的网络端口设置, 交换机端口为自动协商, 视频终端为百兆全双工。
查阅了相关资料我们了解到交换机为了维护链路的正常可用, 接口要定期发送脉冲, 如果在规定时间内, 接口没有收到脉冲, 就进入down状态, 如果两次收到脉冲, 就转为up状态, 这种脉冲就是normal link pulse, 简称nlp.其发送脉冲的间隔是16 ms。百兆接口发送flp时, 如果在规定时间内收到了响应, 那接口可以进入百兆模式, 如果超时没有收到flp, 只收到nlp, 转而向下兼容, 发送nlp, 转为10兆模式, 而双工问题是在flp中进行的, 在一对接口中, 相互发送flp, 在flp中有个“速率双工能力”字段, 2个接口就是靠这个字段来协商双工问题的而要能保证两者进行协商, 前提是任何一方都不能手工指定双工, 否则这个“速率双工能力”将被忽略, 可能造成无法协商正确的双工结果。
该故障 (100兆半双工) 中, 100兆是因为双方都发送flp, 而半双工的原因是手工指定全双工的一端将flp中“速率双工能力”字段滞空, 另外自动协商一端无法就双工能力进行协商, 转为半双工。找到了故障原因, 我们随即将交换机端口也设为百兆全双工, 与终端匹配, 很快解决了问题。
4 故障总结
此次视频会议图像劣化的故障十分典型, 从故障原因来看, 是由于交换机端口配置不正确造成的。但究其本质, 我认为是通信专业人员把学习的重点放在物理层, 对上层设备的理论知识和实践能力相对欠缺。随着公司电网智能化的有序推进, 通信设备种类也会有不断增加, 只有掌握广泛的通信知识才能适应公司发展需要。
参考文献
[1]通信设备接口技术及其应用[M].人民邮电出版社.
[2]视频通信系统使用指南[M].电子工业出版社.
劣化淬火油的絮凝实验研究 篇4
目前劣化淬火油的再生方法主要有:酸洗、絮凝、吸附、沉降、过滤等,相对于酸洗的腐蚀设备、酸渣多等缺点,絮凝法则二次污染小,反应温和。而目前市场上的絮凝剂多为水处理用,与非极性的油往往产生不相溶、生成絮体困难等问题,需要寻找适用于油的絮凝剂。笔者通过大量实验筛选出适用于样品劣化淬火油的絮凝剂,进行两次絮凝脱色处理,并得出最佳的絮凝工况条件,后期再辅以吸附处理,以达到辅助劣化油再生的目的。
1 实验
本文将通过单因素实验分别对两次絮凝的最佳工况条件进行研究讨论。
1.1 两次絮凝药剂及工艺流程
通过大量实验,筛选出两种对本油样絮凝效果较好的药剂,即碳酸钠水溶液和二乙烯三胺絮凝剂,两次絮凝的工艺流程如下:
一次絮凝(碳酸钠水溶液)→沉降分离→二次絮凝(二乙烯三胺)→沉降分离
1.2 实验方法
将装有100 m L油样的烧杯置于一定温度的恒温水浴锅中,加入一定量的一次絮凝剂,加热搅拌一段时间,并恒温沉降8 h,取上清液再进行同样的二次絮凝。絮凝结果取沉淀后的上清液,以石油醚稀释一定倍数,在721型分光光度计中,560 nm条件下,石油醚作参比,测其吸光度,通过油品吸光度的变化情况反应絮凝沉淀的处理效果[3,4]。
2 结果与讨论
2.1 一次絮凝
2.1.1 碳酸钠水溶液浓度的影响
在反应温度为80℃、反应时间10 min、絮凝剂加量2%的条件下对油样进行絮凝处理,碳酸钠水溶液浓度对絮凝效果的影响见图1。由图1可见,碳酸钠水溶液浓度高于25%时,吸光度下降有限,即25%为碳酸钠水溶液最佳浓度。
2.1.2 碳酸钠水溶液加量的影响
在反应温度为80℃、反应时间10 min、碳酸钠水溶液浓度25%的条件下对油样进行絮凝处理,碳酸钠水溶液加量对絮凝效果的影响见图2。由图2可见,絮凝剂用量少絮凝效果差,而絮凝剂过多则出现再稳现象导致絮凝效果反弹。碳酸钠水溶液加量为3%(体积分数)时,吸光度最低,即3%为碳酸钠水溶液最佳加量。
2.1.3 反应温度的影响
在反应时间10 min、碳酸钠水溶液浓度25%、加量3%的条件下对油样进行絮凝处理,反应温度对絮凝效果的影响见图3。由图3可见,温度低,油样黏度大,影响絮体生成和沉淀;温度过高,油品会进一步氧化。反应温度为80℃时,吸光度最低,即80℃为最佳反应温度。
2.1.4 反应时间的影响
在反应温度为80℃、碳酸钠水溶液浓度25%、加量3%的条件下对油样进行絮凝处理,反应时间对絮凝效果的影响见图4。由图4可见,搅拌时间不足则絮凝剂不能和油样充分接触,而搅拌时间过长则会把已生成的絮体搅碎,反应时间为10 min时,吸光度最低,即10 min为最佳反应时间。
2.2 二次絮凝
2.2.1 二乙烯三胺加量的影响
在反应温度为80℃、反应时间10 min的条件下对一次絮凝后的油样进行二次絮凝处理,二乙烯三胺加量对絮凝效果的影响见图5。由图5可见,絮凝剂用量少絮凝效果差,而絮凝剂过多则出现再稳现象导致絮凝效果反弹。二乙烯三胺加量为1.5%(体积分数)时,吸光度最低,即1.5%为二乙烯三胺最佳加量。
2.2.2 反应温度的影响
在反应时间10 min、二乙烯三胺加量1.5%的条件下对油样进行二次絮凝处理,反应温度对絮凝效果的影响见图6。由图6可见,温度低,油样黏度大,影响絮体生成和沉淀;温度过高,油品会进一步氧化。反应温度为80℃时,吸光度最低,即80℃为最佳反应温度。
2.2.3 反应时间的影响
在反应温度为80℃、二乙烯三胺加量1.5%的条件下对油样进行二次絮凝处理,反应时间对絮凝效果的影响见图7。由图7可见,搅拌时间不足则絮凝剂不能和油样充分接触,而搅拌时间过长则会把已生成的絮体搅碎,反应时间为6 min时,吸光度最低,即6 min为最佳反应时间。
4 结论
通过单因素实验得出两次絮凝对该劣化淬火油的最佳絮凝工况条件分别为:(1)碳酸钠水溶液一次絮凝:碳酸钠水溶液浓度25%、加量3%(体积分数),反应温度80℃,反应时间10 min;(2)二乙烯三胺二次絮凝:二乙烯三胺加量1.5%(体积分数),反应温度80℃,反应时间6 min。在两次絮凝后结合吸附脱色处理可对本劣化油取得较好的净化效果。
参考文献
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