结构与性能之间关系

结构与性能之间关系（精选9篇）

结构与性能之间关系 篇1

0前言

过去几十年里, 大量实验已证明建筑材料的热、水分储存和传输参数以及强度与水分含量有着

密切关系[1,2,3,4,5]。 而泡沫水泥作为一种新兴的A级不燃材料,由于其具有隔声、隔热、轻质等优良特性,具有巨大的市场需求和广阔的推广应用前景[6,7,8,9]。 对于以普通硅酸盐水泥为主要胶凝材料的泡沫混凝土, 早在20世纪90年代末Hu W. Y.[10]就对14家加气混凝土产品分别进行了相应试验研究,但对于以快硬硫铝酸盐为主要胶凝材料的泡沫水泥性能的研究到目前为止寥寥无几。 有文献报道加气混凝土的导热系数从干燥状态到水饱和状态会相差几倍[4], 甚至高性能混凝土的导热系数会随着含水率的增加比初始状态高30%~40%[11,12,13], 由此可见, 含水率对于建筑材料性能影响的显著性。 本文主要研究在一定湿度条件下泡沫水泥性能的变化趋势,为材料性能预测和评价等提供依据。

1研究方法及过程

1.1试验材料

干密度(60℃干燥)分别为170~180kg/m3(以快硬硫铝酸盐水泥为主要胶凝材料)和150~160kg/m (以普通硅酸盐水泥为主要胶凝材料) 的两种泡沫水泥,分别标注为试样A和试样B。

1.2试验设备与测试方法

万能试验机,型号CMT5205;拉拔仪,型号BY- Ⅳ;电热古风干燥箱,型号DL-103 BS;智能型双平板导热系数测定仪,型号IMDRY3001-Ⅱ;标准养护箱,型号SHBY-40;恒温恒湿箱,型号LHS-50CL; 电子天平,型号AL-104。

抗压强度采用JG/T 266—2011《泡沫混凝土》规定的方法进行, 导热系数采用GB/T 10294—2008 《 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》规定的方法进行,抗拉强度采用JGJ 144—2008 《外墙外保温工程技术规程》规定的方法进行。

1.3试验方法

试样处理:将试样分别置于60℃的鼓风干燥箱中烘干至前后两次相隔4h的质量差不大于1g,取出试样后置于干燥器内冷却至室温,之后置于温度25℃、相对湿度90%的环境中,每隔24h测定一次性能(测试周期为一周)。

含水率的测定:将试样(一组试样为6块,试样大小为100mm×100mm×100mm) 按上处理方式处理。 试样的质量含水率按(1)式计算:

式中:Ws—含水率,%;M0—试样烘干后质量,g;M— 试验处理后质量,g。

抗压强度的测定:将试样(一组试样为6块,试样大小为100mm×100mm×100mm)按上述处理方式处理。 测试采用加压速率为500N/s,结束方式为力衰减30%N/s或压缩变形量超过15%。 每组试样的抗压强度为6块试样抗压强度的平均值(厂家提供:28d养护后抗压强度为0.39MPa)。 抗压强度按式(2)计算:

式中:f—试样的抗压强度,MPa, 精确至0.001MPa; F—最大破坏荷载,N;A—时间受压面积,mm2。

抗拉强度的测定:将试样(一组试样为9块,试样大小为100mm×100mm×50mm) 按上述处理方式处理。测试采用拉伸速度为5mm/min,拉伸至破坏并记录破坏时的拉力及破坏部位。 破坏部位在试验板拉伸界面时实验数据无效。 每组试样的抗拉强度为有效抗拉强度的平均值(厂家提供:28d养护之后抗拉强度为0.1MPa)。 抗拉强度按式(3)计算:

式中:St—抗拉强度,MPa;Pt—破坏荷载,N;A—试样面积, mm2。

导热系数的测定:将试样(一组试样为4块,试样大小为300mm×300mm×30mm) 按上述处理方式处理之后采用拉伸膜包裹,测量其在25℃时的导热系数 【厂家提供:28d养护之后导热系数为0.061W/ (m·K)】。

2结果与讨论

图1显示了抗压强度随含水率的变化规律。 由图1可知,含水率对泡沫水泥的抗压强度有显著影响,含水率越高,抗压强度越大,最大值为0.39MPa, 最小值为0.27MPa,两者相差近30%。 为了能够预测泡沫水泥抗压强度发展趋势,采用不同的拟合方式对试验数据进行拟合。 图1(a)为采用二次多项式拟合的结果,由图可知,在相对含水率在3%~8%范围内,抗压强度随含水率的增大而增大,但增大的速率却逐渐减慢。 图1(b)为采用波尔兹曼方程拟合的结果,同样可以得知,在相对含水率在3%~8%范围内,抗压强度随含水率的增大而增大,但增大的速率却是先快后慢。 虽然两种拟合的相关度都在95% 以上,但如果对原始数据直接进行求导,曲线形式与图1(b)中的求导曲线相近,也就是说波尔兹曼拟合更能准确反应泡沫水泥在相对湿度为90%、温度为25℃条件下抗压强度的变化规律。

图2显示了抗拉强度随含水率的变化规律。 由图2可知,含水率对泡沫水泥的抗拉强度有显著影响,含水率越大抗拉强度越大,最大值为0.09MPa, 最小值为0.06MPa,两者相差近50%。 为了能够预测抗拉强度的发展趋势,采用不同的拟合方式对泡沫水泥的抗拉强度进行拟合。 图2(a)为采用二次多项式拟合的结果,由图可知,在6%~12%范围内,抗拉强度随着含水率的增加而增加,增加速率也呈增大趋势,但其增加速率必定会有减慢的过程直至降低为零。 虽然二次多项式拟合的相关系数只有93%, 但由于图2(b)中波尔兹曼拟合的相关系数为零,故可近似利用二次多项式来拟合泡沫水泥抗拉强度随含水率的变化规律。

图3显示了导热系数随含水率的变化规律。 由图3可知,含水率对泡沫水泥的导热系数有显著影响, 含水率越大导热系数越大, 最大值为0.076W/ (m·K), 最小值为0.066W/(m·K), 两者相差近15%。 为了能够预测导热系数的发展趋势,采用不同的拟合方式对泡沫水泥导热系数进行拟合。 图3(a) 为二次多项式拟合的结果,由图可知,1%~16%范围内导热系数随着含水率的增加而增大,增加的速率也是随着含水率的增加而增大。 但图3(b)采用波尔兹曼拟合结果却显示导热系数的增加速率随含水率的增加, 在含水率为13%左右时会出现下降趋势。由于水分在材料中的存在形态有多种形式,故难以得知导热系数的增加速率到底是一直增加,直至一个恒定值(当水分增加到一定程度,导热系数的增加只由自由水来决定),还是先增加之后再降低直至一个恒定值。由于两种拟合的相关系数均在99%以上,故可以说明在含水率为1%~16%范围内可以通过二次多项式和波尔兹曼方程进行导热系数的推测,但究竟哪种拟合更为合理还有待于进一步试验证明。

3结论

(1)当泡沫水泥含水率在3%~8%范围时,可以采用二次多项式和波尔兹曼方程对泡沫水泥的抗压强度进行推测,其中波尔兹曼拟合更为合理。

(2)当泡沫水泥含水率在6%~12%范围时,可以采用二次多项式对泡沫水泥的抗拉强度进行推测, 此时用波尔兹曼方程拟合不合理。

(3)当泡沫水泥含水率在1%~16%范围时,可以采用二次多项式和波尔兹曼方程对泡沫水泥的导热系数进行推测,但两者哪个更为合理还有待于进一步验证。

摘要：针对泡沫水泥性能随含湿量变化的不可预知性,研究了快硬硫铝酸盐水泥经过60℃烘干后,在温度为25℃、相对湿度为90%、时间间隔相同的条件下抗压强度、抗拉强度和导热系数的变化规律。结果表明,抗压强度、抗拉强度和导热系数分别可以通过二次多项式或波尔兹曼方程推测其随含水率的变化,相关系数均在93%以上。

关键词：泡沫水泥,快硬硫铝酸盐水泥,抗压强度,抗拉强度,导热系数

结构与性能之间关系 篇2

分子定量结构与生物降解性关系模型的研究进展及性能评价

介绍不同的分子定量结构与生物降解性关系(QSBR)模型,对每种模型的`相关性和有效性进行客观的比较,并对每种QSBR模型的应用进行详细的描述.研究表明,只有用广泛的分子结构进行可生化性判断的模型才是最有效的.

作 者：支霞辉 王红武 马鲁铭 Zhi Xiahui Wang Hongwu Ma Luming 作者单位：同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海,92刊 名：环境污染与防治 ISTIC PKU英文刊名：ENVIRONMENTAL POLLUTION AND CONTROL年，卷(期)：27(8)分类号：X5关键词：可生化性 QSBR 生物降解速率

结构与性能之间关系 篇3

【关键词】高校毕业生；择业观；社会经济

中国分类号：F121

一、大学生不良择业观的表现

择业观念是大学生在择业过程中形成的对择业目的和意义的比较稳定的看法和态度的体现。它是大学生择业行动的先导，在择业过程中起基础性和导向性作用，是大学生的世界观、人生观和价值观在择业方面的集中体现。不良择业观念是大学生在择业过程中的消极择业观念，制约了大学生的择业。当前大学生的不良择业观念，主要表现为以下七个方面。

1.1“等”的观念

一些大学生面对社会、学校提供的就业机会顾虑重重，经不起磨难和挫折，不能独立地根据自己的实际选择合适的工作，依赖性过大，有的干脆依靠父母和亲属通过各种关系为自己联系单位，自己似乎成了双向择业的“局外人”。

1.2求“稳”观念

大学生在择业时，总是设想找到一份环境舒适、收入稳定、生活安定的工作，存在“一次选择，终身就业”的观念。在实际择业中，很多学生都把目光盯在国有企业、事业单位和外资企业。

1.3“漂”的观念

部分毕业生有能力就业、有机会就业而不想就业。在毕业生中表现为三个方面：一是不主动就业，考研失败却仍选择了准备，明年再考研，甚至有少部分女生准备毕业后结婚，成為全职太太。二是学习成绩好，工作能力和社会能力较强，或是毕业于重点高校的部分学生，就业期望值过高，挑三拣四。三是受自身能力限制暂时无法找到合适的工作岗位，不能就业。

1.4从众就业的观念

少数大学生认识问题能力差，缺乏主见，别人找什么样的工作，自己也找什么样的工作，什么工作热门就找什么工作，别人说什么工作好，就选择什么工作，没有自己的主见，择业不能发挥自己的特长。

1.5攀比的观念

在大学生求职中，普遍存在着攀高心理，理想职业的选择标准是“三高”、“三点”。“三高”即起点高、薪水高、职位高；“三点”即工作名声要好一点，牌子要响一点，管理松一点。

1.6怕苦的观念。尽管国家近年来一直鼓励大家到西部去建功立业，但仍有一部分人依然坚持“宁要大城市一张床，不要西部基层一套房”。有的毕业生因工作单位不满足他们的要求，宁愿让父母养着，也不去上班。

二、产生问题的原因分析

目前高校大学生择业取向中各种问题的产生，绝非偶然，其形成的主要原因包括以下几点。

2.1区域经济和城乡发展不平衡导致大学生择业地域集中

我国目前处于社会主义初级阶段，区域经济发展仍不平衡。京沪、沿海等开放城市经济发展较快，岗位多，待遇好。为了追求更大的职业发展空间和更好的经济生活条件，大部分毕业生在选择工作地点时倾向于经济发达地区，从而造成西部欠发达地区以及偏远山区人才匮乏的无奈现状。

2.2高校专业设置不合理导致学校培养与实际就业脱节

目前，高校存在专业增长盲目、专业类型层次结构性缺失、产销不对路、结构不合理等问题。造成了多数高校大学生在择业过程中发现自身所学专业缺乏职业针对性不能满足用人单位的要求，形成一边是企业招不到人，一边是学生找不到合适企业的现象，社会适应性随之下降。

2.3社会传统观念造成大学生择业意向单一，女大学生择业压力偏大

受传统观念的左右，人们往往认为职业具有高低贵贱之分，毕业生择业过程中更倾向于管理者、高级技术人员、公务员等工作条件较为优越且“体面”、“高尚”的职业，从而造成高校大学生择业意向过于单一集中。此外，女性就业呈“边缘化”趋势，她们面临着比男生更大的就业压力。

2.4高校就业指导工作滞后导致大学生择业准备不足，缺乏信心

当前高校中专门从事就业指导的教师明显不足，就业指导工作多表现出阶段性，指导形式和内容比较单一，就业心理指导工作明显滞后于学生就业心理的发展变化。此外，职业生涯规划在多数高校中仍处于起步阶段，没有科学系统的课程结构体系。大学生无法真正了解自身发展的正确途径及当前的就业形势，以至于在激烈的就业竞争中缺乏自信，驻足不前，难以成功。

2.5大学生自身因素的影响

由于社会对高学历的要求，高校毕业生已越来越不满足于目前的学历，许多学生已将继续求学作为毕业后的第一选择。但由于其他各方面的原因，仍有部分大学生自身素质不强，或者心理发展不成熟，承受不起挫折与失败；或者动手能力不强，缺乏实践经验；或者胸无大志，只考虑眼前利益；或者缺乏对自己的正确认识，不能正确评价自己。

三、对策研究

在严峻的就业形势下，分析大学毕业生择业观出现的诸多问题及其形成原因，进行深入的对策研究，对症下药，加强教育引导，积极采取各种有效途径及有力措施，以期提高高校毕业生的就业数量和质量。

3.1政府与社会相关机制的完善和政策的激励

首先，国家应提倡创业精神，鼓励和支持大学生创业。其次，在就业激励方面，国家应强化毕业生人力资本投资收益的补偿激励机制，扩大对大学生的有效需求。再次，在改进政策效能方面，消除对高校毕业生需求的政策抑制，实行自由就业政策，促进自主供给与自主需求的实现。最后，政府须加强宏观调控，进一步完善就业市场。

3.2学校的积极有效引导

首先，要加强学生的职业生涯教育观念。开设大学生生涯辅导课，增强学生职业生涯发展意识和生涯规划技巧，建立大学生职业心理测评体系，为大学生的职业生涯发展提供指导和方向。其次，高等学校就深化教育改革，增强大学生的就业竞争实力。再次，开展毕业生心理咨询。积极开展大学生健康择业心理教育和心理咨询活动，帮助大学生客观认识自己，做到正视现实、敢于竞争、不怕挫折、放眼未来。

3.3毕业生要充分发挥内因的作用

首先，树立强烈的竞争意识，培养雄厚的竞争实力，坚持正确的竞争原则，保持良好的竞争心态。其次，树立先就业再择业的观念。树立不断进取的职业流动观念，学会在流动中发现机会、抓住机会、把握机会。再次，树立扎根基层服务农村、服务基层的观念。最后，树立综合素质和终身学习并重的观念。

四、结束语

在择业时注重个人价值与社会价值的和谐统一。既满足自身利益，也要考虑国家需要。不排斥到需要人才的基层、偏远地区及农村去就业。同时要树立竞争观念，主动谋求适合自身发展的职业，主动寻求社会需要与个人需要的结合点，主动展示自己的特长和实力，勇于“推销”自己，积极参与竞争。

参考文献：

[1]艾军，黄志荣.大学生就业新形势分析及指导对策[J].东华理工大学学报（社会科学版）2010年01期

结构与性能之间关系 篇4

作为磨削加工用的磨具按常规有普通磨具和超硬磨具之分。普通磨具由于使用刚玉与碳化硅作为磨料, 磨料强度相对较低, 磨料的耐用度较超硬磨料差, 磨具制造过程中均保持有较高的孔隙率。以金刚石和cBN为磨料的超硬磨具正好相反, 所用磨料强度与耐磨性高, 为了适合超硬磨料的高耐磨性, 磨具中的孔隙率自然要比普通磨具低得多, 特别是使用强度较高磨料的金属结合剂磨具。对于两种类型的磨具, 由于原材料不同, 设计思路存在明显的差别。金属结合剂磨具在制造过程中为了保证超硬磨料的充分使用, 磨具内部的孔隙率较少, 从而也形成了金属结合剂磨具在磨削加工中寿命长但锋利度不够和修整困难的问题。本文从磨具内部结构分析金属结合剂磨具中气孔率存在的利与弊, 并通过实验对其进行了实验比较。

2 金属结合剂磨具磨削加工过程

普通磨具中, 陶瓷结合剂与树脂结合剂磨具具有较高的磨削自锐性, 这与磨具本身的内在结构有直接的关系。普通磨具制造过程中存在所谓的三要素即结合剂、磨料、气孔, 通过三者的合理搭配来生产不同类型不同用途的专用磨具。磨粒在使用过程中经过磨损、破碎、脱落等几个明显的过程。磨粒的及时脱落可以保证磨具具有其特有的自锐性。磨粒的脱落是通过结合剂桥的断裂而实现的, 所以气孔率在此起了重要的作用。磨具中气孔的存在同样也有磨削时利于溶屑与排屑, 修整时易于修整的优点。

金属结合剂超硬材料制品具有许多优异的性能, 应用领域非常广泛。作为磨削用的金属结合剂磨具, 为了提高结合剂对金刚石的把持力, 气孔率则相当低, 从而避免了价格远高于普通磨料的超硬磨料过早脱落, 这就对结合剂提出更高的要求即既要有较好粘结金刚石或cBN的能力还要能耐适当的磨损。磨具在磨削过程中磨粒之间由于孔隙较少, 磨粒不可避免地存在高效磨削过程中磨料不能合理脱落, 磨具磨削易堵塞 (特别是对脆性差的材料) 、磨具自锐性差和修整困难等问题。超硬磨粒的磨损是由磨粒表面磨损—磨粒形成平台—磨粒表面脆裂—磨粒微刃出现这样的过程循环进行的, 当磨粒平台较大时, 在磨削力的作用下就难以使高强度的磨粒出现新的裂纹, 从而导致磨削力大大提高或磨削难以继续进行, 此时超硬磨具就必须进行修锐。而普通结合剂磨具由于磨粒之间有较大的孔洞, 结合剂桥结合磨粒的能力相对较弱, 所以, 当磨粒上承受的力较大时, 参与磨削的已变成较大平面的磨粒就很容易脱落下来, 使新的磨粒暴露出来继续参与磨削加工, 从而表现出较好的自锐性。超硬磨具要实现好的自锐性必须靠结合剂的适当磨损来实现, 这大大地提高了磨具制造的难度, 也是到目前为止影响金属结合剂磨具应用的其中一个主要方面。

3 实验过程

3.1 实验原材料及仪器设备

金属粉末:Cu、Co、Sn、Zn、Pb、Ag粒度-400, 纯度不小于99.8%。

磨料:cBN 100/120。

主要实验设备:RYJ-2000K型烧结机;CMT4504型微机控制电子万能试验机。

3.2 实验方案

试验试样尺寸:40×5×5

热压参数:T烧=620℃～700℃;热压保温时间5 min;每模热压6个试样, 热压压力9MPa。

试验过程:原材料—配混料—真空热压成型—测试样块孔隙度和力学性能—试样加cBN热压—重新检测样块孔隙度与力学性能—显微镜观察表面磨料结合程度。

4 结果与讨论

4.1 相同孔隙度时不同热压温度对试样性能的影响

在孔隙度增大的情况下, 烧结制品最明显的问题是产品强度的下降。图1为在孔隙度10%时热压温度不同对试样抗折强度的作用。

图1明显表明温度高与低对孔隙率一定的烧结体的作用影响符合常规烧结规律, 温度过低, 烧结合金化作用低, 烧结不完善, 孔隙形状不规则, 在受力过程中抵抗外力的能力差, 容易出现应力集中裂纹扩展的问题, 所以强度会比较低。温度过高时, 在相同的热压工艺条件下, 液相量增加, 液相流动性提高, 高温受力时液相容易流失, 烧结合金晶体开始长大, 从而不利于强度的提高。

4.2 孔隙度变化时对试样力学性能的作用程度

图2是在热压温度670℃时不同孔隙含量对试样抗折强度与硬度的影响。从图2明显可以看到孔隙度的多少对试样强度和硬度影响较大。对硬度的影响可以简单解释为孔隙含量增加后硬度实际测量时试样有效承载面积减少造成的。强度的变化同硬度变化规律是一致的, 孔隙度越高, 强度下降越明显。

4.3 cBN品种对多孔试样力学性能的影响

在孔隙度增大的情况下, 强度下降是不利于磨具使用的, 通过调整配方和工艺可以进行适当的改善。表1为使用表面镀覆镍的cBN使用前后试样的强度改善情况。

图3、图4为试样的表面结构放大图。使用表面镀金属的磨料后, 磨料与结合之间没有明显的分界面, 结合牢固程度提高, 可适当弥补孔隙度增大对磨具强度的不利影响。

从表1中可以看出, 使用表面镀覆镍的cBN对提高高孔隙度磨具试样的强度还是很明显的, 镀覆镍cBN的采用一是能提高烧结时液相成分对磨料的润湿性, 另一方面通过表面镀覆的金属加强了磨料与结合剂的结合面积, 其过程如图5示意。

5 结论

(1) 随着磨具内孔隙度的增加, 由于结合剂有效结合面积减少的原因将导致磨具强度与硬度明显降低;

(2) 为防止因孔隙度增加磨料过早脱落利用率下降的问题, 可以使用表面镀覆金属的磨料, 可明显强化磨料与结合剂的结合面, 提高磨具的抗拉强度。

参考文献

[1]黄培云.粉末冶金原理[M].北京:冶金工业出版社, 2004.

[2]修世超, 蔡光起, 李长河.砂轮特性参数对磨削性能的影响规律及其研究进展[J].工具技术, 2004 (7) .

[3]奚正平, 汤慧萍, 等.金属多孔材料力学性能的研究[J].稀有金属材料与工程, 2007.36 (3) :554-557.

[4]戴秋莲, 徐西鹏, 王永初.金属结合剂对金刚石把持力的增强措施及增强机制评述[J].材料科学与工程, 2002.20 (3) :465-468.

[5]R.Snoeys, M.M aris, J.Pcters.Thermally induced damagein grinding[J].Annals of the CIRP, 1978, 27 (2) .

结构与性能之间关系 篇5

一、经济结构的调整是必然的选择

经济结构的调整是中国经济长远发展的必然选择, 这一点是由目前我国经济的发展方式所决定。一个地区经济增长方式的集中体现就是在经济结构上, 其反应的是该地区经济总量产生的途径与方式。长期以来, 在我国的经济结构中, 出口加工经济、中低端工业经济以及矿产品生产经济一直占据主力, 而这些经济都不是依赖技术为主要的竞争优势, 其中出口加工经济主要依赖于中国廉价的劳动力价格优势, 而后两者更多的是依赖资源、劳动力价格的优势。这些优势都不是具有长远发展能力的优势, 资源会越来越少, 劳动力的价格会越来越高, 这些因素的变化, 都将促使着这些产业竞争力的逐渐衰退。目前, 这种趋势已经开始显现, 2008年, 在国际金融危机的冲击下, 我国东南沿海地区大量的出口加工型企业破产倒闭, 建立替代产业, 转变经济结构已经成为了东南沿海地区经济发展的核心要求。

二、经济结构调整可以促进经济增长

经济结构调整, 本质上是一种通过产业组成以及其竞争力的变化来实现经济升级的途径。既然是一种经济发展能力的升级, 其必然会带来更高的经济发展水平, 也必然会形成经济增长。但是, 经济结构的调整并不是一件容易的事, 其核心内容是产业结构能否按时完成转变。传统产业, 或者缺乏核心竞争力的产业出现衰退是一个必然的过程, 不会以人的意志为转移;但新兴产业的建立, 却是需要大量的人力物力的投入, 通过一段时间的努力才能建立起来。

对经济结构调整而言, 最困难的莫过于新兴产业能否及时的填补传统产业衰退之后所出现的经济空缺, 只要新兴产业能够及时实现对传统产业的接力, 那么经济结构的调整就不会对经济增长产生太大的影响, 反而会因为经济结构的顺利调整而增长未来经济增长的动力;相反, 如果新兴产业不能够及时实现对传统产业的接力, 则经济结构调整的过程中必然会形成一定的产业真空期, 这个真空期是十分危险的。首先, 这期间内, 经济增速会大幅下降, 甚至出现负增长, 由此导致地区经济基础环境的恶化, 进而影响到新兴产业的发展环境。其次, 在这期间, 由于经济的低迷, 就业问题、养老问题等一系列社会问题会凸现出来, 一方面会影响当地的社会稳定, 另一方面也会影响到政府对新兴产业的支持力度, 减缓新兴产业的发展步伐。

因此, 在经济结构调整中, 通过及时地建立起相应的新兴产业, 是能够保证经济结构调整的顺利开展, 保证经济增长不受经济结构调整的影响。

三、中国该如何推进经济结构的调整

作为新兴国家, 由于前期发展方式的局限性, 使得经济结构的调整成为中国经济长远发展的必然要求, 而如何推进中国的经济结构调整, 使其能够和经济增长想协调, 就成为了中国进行经济结构调整必须认真对待的问题。

(一) 坚持经济结构调整战略不动摇

对中国而言, 推进经济结构调整的首要任务就是要明确经济调整战略的地位。从长远发展的角度来看, 经济结构调整是中国经济转变增长方式, 实现可持续发展的核心, 必须毫不动摇的坚持。经济结构调整的过程中, 难免会出现一系列的困难和问题, 甚至出现像今年年初以来的经济增速放缓的情况。在这种情况下, 必须要坚持经济结构调整的战略不动摇, 要清楚的认识到, 即便现在牺牲掉经济结构调整的机会来换取经济增长, 也不会提高经济增长的质量和潜力, 在未来经济增速还是会下降的, 而且会更加猛烈。

(二) 大力发展新兴产业

发展新兴产业, 是经济结构能够及时实现对传统产业接力的关键, 是整个经济结构调整能否顺利进行的关键。新兴产业的发展, 需要相关的一系列的资源供给来保证, 要有初始的技术创新基础, 要有充足的资本支持, 要有相应的土地资源与其他资源, 要配套的基础设施, 这些都需要市场和政府给与有力的支持。在新兴产业的发展初期, 由于产业的整体经济影响力还不是很强, 因此市场中相关的资源供给不会很充分, 这就需要国家、政府力量给与一定的支持, 来促进新兴产业的发展。

(三) 大力发展教育

人才是国之根本, 没有充足的人才供应, 任何经济发展与经济结构的调整都是不可能的。在经济结构调整的过程中, 技术能力的提高是重中之重, 而新兴产业的发展, 在很大程度上也是要依靠技术的进步来提供基础, 因此大力发展教育, 提高人才的数量与质量, 为经济结构调整提供有力的科技支撑便成为我国经济结构调整的重要内容。然而教育水平的提高并不是一朝一夕之事, 需要长期的努力才能完成。

总之, 虽然年初以来, 受国内外各种经济因素的影响, 我国经济增长出现了一定的下降, 但整体来看, 我国经济发展的总体趋势并没有太大的变化, 只要我们坚持经济调整战略不动摇, 依托科技进步, 大力发展新兴产业, 我国的经济结构调整就不会对经济增长产业过大的不良影响。

参考文献

[1]杨泽荣.关于推进结构调整和经济增长方式转变的思考[J].北方经济.2006 (01) :10-12

[2]鲁冲.经济增长方式转变和经济结构调整的关系[J].知识经济.2011 (15) :6

结构与性能之间关系 篇6

1 土木工程的基本概念

土木工程的含义十分广泛, 其所包含的内容比较多, 一切与水、土等有关的基础设施建设都能归纳于土木工程中。例如:道路建设、水利工程建设等。土木工程随着时代的发展, 其逐渐形成一种独立的学科, 具有综合性, 既包含了工程地质勘察和工程力学等知识, 又包含了建筑材料和建筑经济等内容, 结构较为复杂。土木工程是我国现阶段重点发展的产业之一, 其是社会生产和生活中必不可少的项目, 能够满足人们的物质需求, 为人们提供更为舒适的生活环境, 具有重要的意义。我们可以将土木工程分为两个部分的内容, 一部分是表示的是施工技术, 这一部分涵盖了施工过程中的各个环节, 从工程勘察到竣工收尾阶段;另一部分则是指土木工程具有不同的工程对象, 例如市政工程、桥梁工程等。

2 土木工程结构设计和施工技术相互配合的重要性

土木工程结构设计的合理性和所选用施工技术的有效性, 对土木工程的质量具有重要的影响作用, 是土木工程建设中的重要内容, 不容忽视。在土木工程项目施工过程中, 科学的结构设计能够优化土木工程的施工工序, 简化施工步骤, 从而在保障土木工程质量的基础上尽可能的减少所需要的施工时间。在水木工程的结构设计中, 必须结合施工技术的选用, 与施工技术进行相互配合, 以使土木工程结构设计更符合要求, 充分发挥土木工程施工技术的作用, 以推动土木工程建设的可持续发展。协调好土木工程结构设计和施工技术的关系, 必须提高土木工程管理者的管理水平, 要求其全面掌握整个土木工程项目的建设状况, 对土木工程施工中的各个阶段进行设计, 选择最为合适的施工技术, 加强对施工阶段的管理, 以保证土木工程的顺利开展。

3 促进土木工程结构设计与施工技术二者形成协调关系的有效措施

3.1 加强对土木工程结构设计人员和施工技术人员的培训

随着时代的发展、社会的进步, 我国土木工程在发展过程中需要不断地对施工技术进行创新, 以为土木工程建设带来更多的新鲜空气, 促进土木工程建设质量的提高。在土木工程发展过程中仍然还存在着一定的问题, 有待进一步改善和解决。为此必须创新土木工程的结构设计理念, 以解决结构设计和施工技术之间存在的问题, 能够统筹管理二者之间的关系。要加强对土木工程结构设计人员和施工技术人员的培训, 以全面提高土木工程建设队伍的素质。土木工程所涉及的部门比较多, 每个部门的工作人员都有其职责, 建设质量的好坏也受工作人员的影响, 因而不仅要对土木工程建设中的施工管理人员进行培训, 还要为结构设计人员和项目评估人员提供培训机会, 以使其提高自身的业务水平, 从而更好地投入到土木工程中。在土木工程建设中, 设计人员和技术人员要避免将过多的主观因素带入施工过程中, 以免施工出现问题和误差, 影响了土木工程施工的质量。

就目前而言, 我国土木工程结构设计和施工技术研究取得了一定的突破, 而且也拥有工作经验丰富的设计人员和技术人员, 但是土木工程结构设计还不够全面, 未能在设计的时候考虑到施工中所存在的问题。这是由于土木工程的相关人员在理念上还较为落后, 无法满足新时期下的土木工程设计要求, 所采用的施工技术也不具备时代性, 为此必须加强对土木工程专业人才的培养, 以为社会提供更多具有创新能力的高素质人才。

3.2 土木工程建筑中的深基坑支护设计和施工技术

现阶段的土木工程建筑结构设计图中, 并不包含深基坑支护设计方案。土木工程的设计单位通常都是以建筑总平面图为依据, 考虑到其建筑物的分布状况, 再与基坑侧壁的土壤质量和高度相结合, 以提出有效的建议, 然后交由施工单位自行设计。随着计算机技术的应用, 使得我国土木工程建筑中的深基坑支护设计更为科学, 但却未在整个土木工程建设行业中普及, 仍然存在着一定的技术风险。为此, 土木工程建设中的设计人员必须更换观念, 重视计算机技术的应用, 从而在深基坑支护设计中采用科学的施工技术, 确保支护工作的质量。

3.3 采用钻孔灌注桩基础来进行高层建筑的建设

在过去, 并未在土木工程结构设计的过程中, 标注高层建筑钻孔灌注桩基础所需要的施工技术, 而是将这一选择权予以施工单位, 不利于协调结构设计和施工技术之间的关系。设计人员可将所需要的施工技术和设备在设计中表明, 以防止施工单位为节省工程造价而选择不合适的施工技术, 影响了工程质量。将工程结构设计与施工技术相结合, 可确保在实际施工过程中, 所采用的施工工艺符合标准, 防止设计图中的要求与施工技术不相符而影响了桩基的质量, 从而加快施工进程。

4 结束语

在土木工程建设中, 如何使土木工程的结构设计和施工技术有效配合是其重要的研究课题, 受到业界人士的广泛关注。土木工程建设质量既需要科学的结构设计来予以保障, 又需要先进的施工技术给以支持, 缺一不可。为促使土木工程中的结构设计环节和施工技术使用的相互配合, 则必须从施工各方面来探讨二者间的关系, 要创新土木工程施工工艺, 规范施工工序, 以使其更符合施工标准;要加强对设计人员和技术人员的培训, 以提高设计人员和技术人员的业务水平, 培养其良好的职业素养, 从而使其能够友好相处、协调合作, 为土木工程建设质量提供重要的保障。

摘要：本文主要简单的介绍了土木工程的基本概念, 对土木工程结构设计和施工技术相互配合的重要性进行分析, 探索促进土木工程结构设计与施工技术二者形成协调关系的有效措施, 以提高土木工程建设的质量。据此, 有利于完善我国土木工程结构设计方案, 创新我国土木工程的施工技术, 以使我国土木工程结构设计和施工技术可以相互配合, 从而促进我国土木工程建设水平的提升, 推动我国土木工程项目建设的可持续发展。

关键词：土木工程,结构设计,施工技术,协调配合

参考文献

[1]周艳娇.浅谈土木工程结构设计与施工技术两者之间的关系[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2011, (33) .

[2]张丹斌.土木工程中施工的技术与设计初探[J].科技致富向导, 2013, (12) .

[3]李家清.土木工程中施工的技术与设计初探[J].科技致富向导, 2011, (23) .

结构与性能之间关系 篇7

土地荒漠化是地表植物遭到破坏后,威胁人类生存和影响社会发展的一个重要问题。沙漠化是土地荒漠化的主要类型,我国是世界上沙漠化最严重的国家之一。近年来,沙层暴的频繁出现,直接威胁着人们的生活环境,因此,防风固沙已被日益迫切地提出。沙漠化防治主要是通过各种方式对沙地进行固定。目前,沙漠化防治的主要措施根据其作用方式的不同,大致可以分为3大类:机械固沙、植物固沙和化学固沙。其中,机械固沙的主要方式是编织草方格,而植物固沙也称为生物固沙,包括建立人工植被或恢复天然植被、形成大型防沙阻沙固沙林带与防护林网,恢复和改善沙漠生态环境。由于这两种固沙方式都是手工操作,费时费工,操作极慢,而且造价极高,因而没有得到普遍的推广。

目前,高效、快速、方便的化学固沙已受到较大的关注。国外化学固沙的研究开始于20世纪30年代,到20世纪50年代有了较快速的发展。20世纪60年代起,国内就已开始了一些化学固沙试验和研究,近年中科院兰州沙漠所试验的聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯乙酸酯(PVAc)和聚丙烯酰胺(PAM)等固沙剂,都取得了一定的成效[1,2,3,4]。但很少有人对现有固沙材料的结构和其固沙性能进行系统的研究。本文旨在阐述现有固沙材料的结构与其固沙性能的内在关系。

1 化学固沙原理

沙粒的主要成分是由钙、钠、镁等阳离子组成的硅酸盐、碳酸盐、氧化物等无机矿物质,它们在沙土中的含量一般在95%以上[5]。化学固沙就是利用具有一定化学胶结性能的物质即固沙剂喷洒于松散的流沙表面,聚合物分子上的有效基团将主要与无机矿物质分子形成某种结合,并通过其分子长链的作用使多个沙土颗粒聚集形成团聚体,从而起到防风固沙的作用[6]。

具备足够的润湿性以能够与沙粒表面直接接触是化学固沙剂进行粘接的基本前提。要做到与沙粒表面充分接触,固沙剂的润湿性需要达到能够在沙粒表面进行润湿铺展的程度。沙粒的主要成分是SiO2、硅酸盐等无机盐类,属极性固体,天然具有亲水性,用于化学固沙的固沙剂大多都含有大量能与沙土颗粒结合的有效亲水基团,如羧基、羟基、氨基、磺酸基、季胺盐基等,按照这些基团的离子类型不同,可将它们分为阳离子、非离子和阴离子基团,相应地,含部分阴离子基团的固沙剂被称为阴离子型固沙剂,而只含非离子基团的固沙剂为非离子型固沙剂。一般认为,非离子基团主要通过氢键与土壤颗粒结合,阳离子基团则是与带负电的沙土颗粒通过静电引力结合,阴离子基团通过共用沙土颗粒上的多价金属阳离子相互结合[7]。

除了聚合物本身的性质外,沙土表面状况也会影响聚合物的作用效能。与聚合物和其他材料的粘接原理相同,固沙剂与沙土颗粒之间也是通过范德华力、氢键、化学键等分子间作用力连结在一起的[8]。这种作用力的大小不仅与固沙剂的性质有关,也与沙土颗粒的表面状态有关。固沙剂和沙粒表面的粘接与固沙剂在沙粒表面上的润湿程度有关,润湿程度越好,固沙剂与沙粒通过分子间力相互结合的机会越大,相互之间的连结越强。润湿程度又与固液界面张力有关,固液界面张力(γl-s)越小,越有利于润湿[9]。

与非离子型的固沙剂相比,阴离子型固沙剂上含有的羧基、磺酸基等有效基团可以降低固沙剂乳液的界面张力,有利于固沙剂乳液在沙土颗粒表面的润湿。

2 固沙材料的结构与固沙性能的关系

化学固沙材料十分丰富,产品很多,早期使用的固沙剂主要是石油产品,如乳化沥青,随着高分子化学工业及合成化学工业的发展,许多国家研制并生产了大量新型高分子及合成有机固沙材料。高分子材料所特有的结构与性能使它成为荒漠化治理的首选固沙材料。某些线形高分子可通过物理或化学作用结合在沙土颗粒上,使微细沙土颗粒通过这些大分子链相互连结起来,提高了对风蚀水蚀的抵抗力[10]。

在化学固沙中应用的高分子材料,根据来源不同大致分为石油产品类、合成高分子类、生物质资源类[11]。另外,高吸水树脂产品由于具有优良的吸水保水性能,也经常与固沙剂一起应用于沙漠综合治理[12]。

下面就常用的高分子固沙材料的结构与固沙性能作一概述。

2.1 石油产品类固沙剂

沥青乳液是石油产品类固沙剂的代表,是当前世界各国应用化学固沙最广泛的材料。它是将冷沥青加热到流动状态,然后经过机械力的作用使沥青能以一种细小的颗粒状态分散在含有一定量乳化剂的水溶液中,形成水包油(O/W)状的沥青乳液。在乳化的过程中,乳化剂分子中亲油基进入到水中后首先向沥青颗粒靠拢,然后插入到沥青颗粒中,同时乳化剂分子的亲水基则插入到了水中,这样就使得每个沥青颗粒的表面聚集了许多个乳化剂分子,把沥青颗粒包裹住,形成一层界面膜。在界面膜的外层排布的是乳化剂分子的亲水基,它能够以氢键的方式与水分子结合在一起,这样在界面膜的外层又形成了一层水合层,沥青乳液中的水相与沙土接触后,首先润湿沙土的表面,然后水相沿着毛细孔进入到沙土的内部。随着水相的移动,乳化剂分子也移动。乳化剂分子亲水基吸附在沙土表面的同时,亲油基也随之向沙土的表面靠近,这样沥青颗粒被拉向沙土的表面,沥青颗粒之间相互融合在一起使界面膜消失,沙土的表面完全被沥青包裹住,形成了一层沥青薄膜。被挤出的水分处在沥青薄膜之上,在空气中挥发掉,从而起到固沙的作用[13,14]。但是,乳化沥青在使用过程中由于环境因素,特别是在紫外线、氧气的长期作用下,老化现象极其严重。这是因为在大气中氧的作用下,乳化沥青中的碳、氮、硫元素发生氧化反应,使其羰基与亚砜基官能团含量增加,表现为乳化沥青中生成更多的酸、醛、酮以及亚砜等,使其产生老化现象。由于乳化沥青表层的老化产生的脆性,引起使用性能的下降,以至最后开裂被风掏蚀。反应历程如图1所示[15,16,17]。

氮的氧化:

硫的氧化:

2.2 合成高分子类固沙剂

合成高分子类固沙剂是20世纪60年代以来发展起来的新型化学固沙剂[18],从本质上看,属于水溶性或油溶性化学胶结物。

(1)SH固沙剂

SH固沙剂是一种成本低廉的新型高性能有机高分子化学固沙材料。目前,对于SH的化学结构仍然存在争论,但从化学结构分析,SH是一类含酚羟基、羧基、醇羟基等多种官能团的大分子芳香化合物[19]。由于SH为分子量在几万到几十万之间的聚合物,具有良好的粘接力和成膜性能。SH的主链为疏水的碳链,链上侧基为-COOH、-OH等亲水基团,所以其具有良好的亲水性能,而且具有螯合作用。沙子的主要成分是SiO2、硅酸盐类及其它盐类,沙粒表面还有少量的Si-OH、Ca2+、Mg2+等。当SH喷洒在沙粒表面后,SH含有的-OH或-COOH基团和沙粒表面的-OH基团可形成C-O···H-O氢键,即沙粒表面游离的羟基减少,氢键增加;同时SH还会和沙粒之间形成化学键合作用、螯合作用、物理吸附作用和絮凝作用。其中化学作用与螯合作用如图2所示[20,21,22]。

随着水分的蒸发,高分子链相互聚集形成薄膜,碳-碳链上的-COOH、-OH等可以与沙粒表面的Ca2+、Mg2+和Si-OH等发生络合作用,这种络合作用将使高分子链与Ca2+、Mg2+、Si4+等紧紧结合在一起,从而使沙粒与聚合物成为一个不溶性的、坚固的、网络状的整体,实质上就是沙子被包裹在高分子链之中。由于这些作用在水中的不可逆性,所以达到了固沙的目的,且在水中能继续保持固沙强度。

(2)PVAc固沙剂

PVAc固沙剂是以醋酸乙烯酯为单体,采用乳液聚合制备的高性能高分子化学固沙材料。然而,由于其耐热性差、耐水性及抗蠕变性欠佳等缺点,使其应用范围受到极大的限制[23],因此常采用共混、共聚、交联等改性手段来克服其缺点[24]。目前,彭雷等[25]将醋酸乙烯酯与丙烯酸丁酯共聚,由于BA具有一定的疏水性,可提高PVAc的耐水性能,同时,丙烯酸丁酯的引入,一方面增加了聚合物的分子量,使得聚合物的粘度有所提高,粘结性能提升,另一方面也增强了链的柔性,使得聚合物的韧性增强。由于BA的加入,聚合物体系中也生成了VAc-BA、BA-BA的聚合物,从而增强了PVAc与PBA的相容性,故稳定性提高。VAc-BA、BA-BA间的聚合物结构式如图3所示。

白龙等[26]通过VAc-BA共聚实验,研究了该共聚物的热稳定性,随着BA含量的不断增加,一方面由于BA长链侧基起到了空间位阻和保护作用,从而有效缓解了PVAc侧基的脱除反应,升高了聚合物的热分解温度,另一方面BA中的长链侧基也提高了聚合物的柔韧性,从而降低了聚合物的玻璃化温度。

在自然干燥条件下,PVAc-PBA具有良好的成膜性,这是由于线性共聚物分子的柔性所致,链上存在-COOC-极性基团,因此其既具有很高的内聚强度,又有很强的粘接力,对提高固结强度极为有利,链上的酯基也可与沙土中的无机离子发生络合作用,这进一步提高了固沙效果。

孟旭等[27]设计制备了阳离子P(VAc-BA-DMC)乳液,将其用于固沙得到良好的效果,其设计思想为阳离子乳液乳胶粒离子带有正电荷,可中和沙粒表面的负电荷形成离子键,从而减少沙粒间的相互排斥作用,促使沙粒结合在一起,这是阳离子型固沙剂静电粘接理论在固沙中的首次应用。

(3)PVA固沙剂

PVA固沙剂是以聚乙烯醇为主要基料的乳状液高分子环保固沙剂[28]。但是,由于其分子中含有大量的亲水基团羟基而导致亲水性大、耐水性差,极大地限制了该固沙剂的应用[29]。目前,可采用TDI交联[30]、硼砂改性[31]等方法来提高其耐水性能,但由于TDI具有刺激性气味及毒性,对环境造成污染;硼砂改性易形成凝胶,该过程很难得到控制,这些弊端使得该类固沙剂的使用受到限制。谭雪琴等[32]向PVA中掺入光敏剂重铬酸铵。由于重铬酸铵的掺入,减少了羟基,促进疏水结构的形成,提高了PVA的耐水性能,保证了固沙剂不会在水中溶解。同时,聚合物形成网络结构,增加了聚合物的刚性,使其固沙强度得以提高。聚合物结构如图4所示,其中M为光敏剂,其他链状结构为聚乙烯醇。PVA含有的-OH基团和沙粒表面的-OH基团可形成HO···H-O氢键,通过交叉链接形成庞大的空间体,将沙土颗粒包裹在空隙中,起到固沙作用。

(4)PAM固沙剂

PAM是一种常用的功能高分子沙土稳定材料,首先PAM足够大的分子量使其具有良好的粘接力,并且PAM大分子链上具有-CONH2极性基团,与水相互作用产生的粘聚作用能有效粘接较多的沙土颗粒。沙粒表面还有少量的Si-OH、Ca2+、Mg2+等,当PAM喷洒在沙粒表面后,PAM含有的-NH2基团和沙粒表面的-OH基团可形成H2N···H-O氢键。而且PAM分子链固定在不同的沙土颗粒表面上,各颗粒之间形成聚合物的桥,使颗粒形成聚集体[33]。陈渠昌等[34]采用室内风洞实验方法,研究了PAM对内蒙古西部干旱半干旱地区荒漠沙地的抗风蚀能力。当PAM用量为2g/m2时,可以抵御8~10m/s风速的风沙流,历时30min的吹蚀,试样未破坏;当PAM用量达4g/m2时,可以抵御10m/s风速的风沙流,历时30min的吹蚀,试样仍未破坏,使其起到了很好的固沙效果。

由于PAM还具有平面网格和立体网格结构,并极易溶于水,Lentz R D等[35]发现在几种土壤中施用PAM能增强土壤团聚体水稳性,提高土壤渗透率。唐泽军等[36]利用电子扫描显微镜,研究了在降雨情况下PAM对沙土团聚的影响,如图5所示。研究发现,在对照实验中,土壤表面结构中所见土壤颗粒几乎全是单粒级颗粒,没有发现团聚体结构;而在实验组中,均匀喷洒的PAM溶解后,形成的粘絮物质类似分子结构中的键,可以连接两个或多个沙土颗粒,形成稳定的团聚体结构。起着黏絮作用的PAM“键”在土壤表层中随处可见。

同时,PAM还具有吸水、保水作用。PAM本身具有三维空间网状结构,内部有许多亲水基(CONH2)和疏水基(-CH)。PAM在未接触水之前处于固态网束状态,当其与水接触后,疏水基可因疏水作用而转向内侧,形成不溶于水的粒状结构,亲水基团伸向外侧,通过氢键与水分子结合形成水合水,在分子表面形成厚度为0.5~0.6nm的水分子层,这就是水合作用。水合作用使PAM分子链网束展开,由于网状结构中含有一定数量的亲水离子,使三维结构网内外出现了离子浓度差,从而造成了网状结构内外产生渗透压,水分子便在渗透压的作用下进入三维结构内部,形成了网孔水,从而使得水分子的运动受到限制[37,38,39,40]。

(5)PAA固沙剂

丙烯酸与丙烯酰胺同属于丙烯酸类单体,PAA(聚丙烯酸)作为固沙剂时,分子结构上含有可以与沙土中Ca2+、Mg2+等结合的羧基。正是由于PAA的渗入,其上的羧基与沙粒表面的羟基形成氢键,使得沙粒与大分子链相互连接起来。当沙子被PAA作用之后就形成了一个整体,从而提高了对风蚀的抵抗力。沙漠中水分蒸发的特点是位于沙漠表层20cm左右的水分蒸发速率较大[41],但传统的PAA固沙剂固结的沙层坚硬,阻碍水向沙漠保水层的渗透,从而影响到植物的生长。所以采用PAA固沙剂固结的沙层仅有较好的固结效果,并不具有很好的渗水保水性,从而使得沙漠的降水大部分都被蒸发,降水的利用率差。人们利用分子设计的原理,以丙烯酸与其它单体共聚,以提高固结沙层的渗水性、降低沙层本身的吸水率。苏鹏等[42]将丙烯酸与全氟辛基甲基丙烯酸酯共聚,合成一种新的含氟共聚物,将其应用于PAA固结沙柱,可以在被PAA包裹的沙粒层再包覆一层含氟共聚物,由于此共聚物含有大量的氟基团,具有较强的疏水性,从而可以起到疏水的作用,使得降水快速地下渗到沙漠的保水层,并且同时可以降低沙层本身的吸水率,使得沙漠的降水能够最大限度地保存下来,以备沙漠植被吸收,提高了固沙剂的固沙效果。其固沙剂的作用原理图如图6所示。

(6)PU固沙剂

聚氨酯型固沙剂是由多元醇和异氰酸酯合成的一种带有活性异氰酸基(-NCO)的预聚体,其分子结构如图7所示。当聚氨酯固沙剂与水按一定比例进行稀释喷洒于沙土表面时,聚氨酯预聚体将与水进行快速的反应,首先生成不稳定的氨基甲酸,然后氨基甲酸分解成二胺和CO2,所生成的二胺会继续与预聚体发生反应生成聚脲,形成高分子聚合物,反应过程如图8所示。这种聚合物便会在沙土表面以及内部形成空间网络结构,随着水分的散失,聚合物会填充沙土中的孔隙并包裹沙土颗粒。由于PU固沙剂自身的粘结性,从而将沙土包裹在一起,在沙土和PU之间形成物理的或化学的联系。同时,聚氨酯固沙剂还具有空间网络结构的特点,并且其高分子链末端的活性基团(如羟基或羧基)可与沙土表面的Si-OH、Ca2+、Mg2+等产生物理和化学的作用,将沙土颗粒粘接成网络状的结构整体,在沙土表面形成一定厚度的固结层,提高沙土的抗风蚀能力,具有较好的固沙效果[43,44,45,46]。

2.3 生物质资源类固沙剂

木质素是一种复杂的、非结晶性的、三维网状结构的酚类高分子聚合物[47]。木质素类固沙材料是制浆废液中的木质素经化学改性制备而成的一种生物质资源类固沙剂[48]。自20世纪60年代起,前苏联就曾研究木质素磺酸盐在沙土稳定性中的应用,其分子结构式如图9所示[49]。木质素磺酸盐分子中存在着大量如酚羟基、醇羟基、羧基、羰基等活性基团,木质素磺酸盐喷洒在沙土表面后与沙土颗粒结合,通过静电引力、氢键和化学络合作用,在沙土颗粒之间产生架桥作用,同时由于其分子链的三维网络状结构将沙土颗粒包裹在一起,促进了沙土颗粒的聚集,从而使得表层沙粒彼此紧密结合在一起,并且分子链中含有刚性较大的苯环结构,因此形成具有一定强度的致密的固结层,达到固沙的目的[50]。

鲁小珍等以木质素作为固沙材料,对沙漠地区植被恢复情况进行了研究。 由于木质素中有机质含量超过80%[51,52,53],含有可促进植物生长的活性成分[54,55],喷洒木质素固沙材料1%~2%的浓度和2.5L/m2的剂量既可有效固沙,也可减缓水分蒸发,对植物的发芽、生长及生物量积累均起到了良好的作用[56]。

2.4 高分子吸水树脂

高分子吸水树脂是一种含强亲水性基团,并经过适度交联的功能高分子材料,具有很强吸水、保水作用[57]。目前,高分子吸水树脂已被广泛用作固沙材料。在沙土中加入高分子吸水树脂,可以大幅度提高沙子之间的粘结性,同时也可增加沙土的保水能力和有效水分含量。高吸水性树脂具有交联的三维网络结构,交联增加了产物的分子量,使得产物的粘结性能得到提高;胶结性能的提升,同时也增加了不同高分子链之间的交联性,成膜性能明显提高。此外,分子链上大量的吸水基团也可与沙粒中的无机离子发生络合作用,将明显增加固沙层的强度[58]。

詹发禄、柳明珠等[59,60]在丙烯酸待聚合液中加入磷酸氢二钠和尿素,制得了既具有吸水、保水能力,又具有肥效性且可缓释的高吸水性树脂,这种高吸水性树脂可用作固沙材料。由于它是一种轻度交联的、含有大量亲水基团的聚电解质,所以当其与水接触后,其亲水基团会发生解离,使得高分子链带有大量的负电荷。这些负电荷之间的同电排斥效应会使得高分子链伸展,从而使聚合物溶胀成凝胶,但由于分子链中交联结构的存在,其不能无限溶胀。因此,该材料表现出较强的保水性。另一方面,包埋在内的营养元素首先溶解,然后向凝胶粒子外边扩散,但溶胀的凝胶对营养元素的扩散具有一定的位阻和吸附效应,对尿素中的氮元素而言,它在固沙剂中主要以两种形式存在:一部分转换为酰胺基团键合在高分子侧链上,另一部分则以尿素的形式被包埋在PAA中。当PAA与水接触后形成凝胶,包埋在内的尿素首先被溶解,部分溶解尿素可以酰胺基团键合在PAA的侧链上;另一部分溶解的尿素随着水分子向凝胶外部扩散,但是由于溶胀的凝胶对尿素的扩散产生位阻效应,而且溶胀的凝胶可以吸附大量的尿素,从而延缓了尿素的溶出速度,使它对肥料具有比较好的缓释性,这样可以促进沙漠中植物的生长,增加了固沙效益。

关于高分子聚合物材料固沙,大多集中在宏观固沙特性的研究,就其本身结构的系统研究比较少,现就合成高分子类固沙剂的结构与性能的内在联系做了简单介绍。

3 结语

我国是世界上受土地沙漠化影响最严重的国家之一。沙漠化给生态环境和社会经济带来极大的危害,导致大面积可利用土地资源的丧失,影响工农业生产,严重制约着区域的可持续发展。沙漠化已成为全国性的重大生态环境和社会经济问题。开发低成本、高性能、环境友好的生态固沙材料是当务之急。

虽然在前期的固沙工作中,人们已取得了很多可喜的研究成果,但仍然存在着一些问题。目前常用的化学固沙材料在高盐碱沙地上容易粉化,固沙强度大幅度下降,固沙效果较不理想。解决这一问题就需要从固沙材料结构考虑:固沙材料本身与沙粒之间的粘接力;盐对固沙材料在沙粒上的解吸附力以及固沙材料分子链功能性端基的耐盐性等,从而制备出耐盐碱型的固沙材料。

结构与性能之间关系 篇8

组织切片技术在皮革工业中是一种重要的研究和控制生产的手段，通过组织切片能比较直观地观察皮革的组织结构状态，皮革组织结构是决定成革性能的内在因素[1]。通过对成品革组织结构的观察研究，可以知道造成成品革缺陷的原因、所用皮革化学品的优劣以及结构与性能的关系，从而为工艺方案的修订、皮革化学品尤其是复鞣剂和加脂剂的选择提供依据，为提高成品革质量打下基础。本文主要对鞋用猪、羊皮成品革的组织结构与物理性能的关系进行探讨。

1 组织切片实验

1.1 实验材料及仪器1

原料:1号羊成品革横、纵切片，2号猪成品革横、纵切片

试剂:10 g/L硫酸耐尔蓝、1%冰醋酸、60℃蒸馏水、常温蒸馏水、阿拉伯胶

仪器:滴管、表面皿、载玻片、盖玻片、MDI多媒体显微镜

1.2 染色[2]

取样:将4 cm×4 cm猪、羊皮成品革样块浸水浸透;

包埋:以10%明胶浸泡24 h,25%明胶浸泡24h,10%甲醛液固定24 h;(样品预处理)

染色步骤:切片水洗→硫酸耐尔蓝染色(10～20 min)→60℃蒸馏水水洗→1%醋酸分化(30 s)→蒸馏水水洗→阿拉伯胶封固→光学显微镜观察→多媒体显微镜拍片。

1.3 观察

采用多媒体显微镜观察染色切片:蓝色部分为加脂剂;胶原纤维被脂肪包裹也呈现蓝色，红色部分为中性脂肪，深蓝色部分为脂肪酸。

2 结果与讨论

2.1 样品成品革图片

2.2 样品革观感

羊皮样品的观感:革身扁薄，粒面较细，质轻，不丰满，柔软无弹性，无身骨，，纵、横向延伸性差。

猪皮样品的观感:革身厚实，粒面较粗糙，较硬，不柔软、弹性较差、不丰满，无身骨。

2.3 样品物理性能测试

2.4 结果与讨论

2.4.1 羊皮成品革结果与讨论

从图3和图4中可以看出纤维颜色基本呈现蓝色，深蓝色只存在于切片边缘部分，没有红色。说明该羊成品革中，加脂剂渗透和分散良好;中性脂肪不存在或者存在很少;深蓝色是由于切片边缘吸附的染料所导致，原料皮中的脂肪酸被去除干净，脱脂效果较好。因此，该成品革具有良好的柔软度，这与物理实验数据和观感相一致。另外可以看出该羊成品革乳头层中，纤维束细而且编织紧密，水平走向纤维较多，网状层的纤维束量多，而且分散比乳头层均匀，呈现出波浪状，在乳头层和网状层的分界处，由于毛囊存在和胶原纤维编织疏松，导致乳头层和网状层有明显分层现象。由此分析可知该样品革柔软、丰满，但是容易松面，有一定弹性和延伸性，这与观感结论相符。

这种成品革在前加工过程中需要加强浸灰碱。选用填充性较强的复鞣剂，在加脂剂的成分中，配以乳液粒子小的加脂剂，能分散到更细小的胶原纤维之间，进入到一般油脂不易进入的更细小的胶原纤维间隙里去，分隔纤维并增加纤维间的相互滑动性并有利于油脂的渗透，使其较紧实的部位得到较好地疏松，使革更显柔软和丰满，也有利于粒面的平细和紧实。

2.4.2 猪皮成品革结果与讨论

从图5和图6中可以看出纤维颜色呈现深蓝色，蓝色部分不明显，没有红色。说明猪成品革中，油脂、毛根已完全脱除;中性脂肪不存在或者存在很少。可以观察到该组织结构中胶原纤维束多，且较粗壮，立体交叉多，水平走向和纵向纤维比例大致相等，立体感强，纤维束轮廓清晰;纤维分散均匀，但纤维束间空隙较大，编织疏松。纵切片中蓝色两边比中间较深，表明加脂剂渗透不完全。由此结构推知该样品革不丰满，柔软且弹性一般，横向抗张强度较好，撕裂强度差，与观感观察结论相符。因此，如在加工过程中加强复鞣填充，即选用填充性强的复鞣剂，选用渗透性、填充性好的加脂剂，且在主加脂剂组分中配以鲸脑油、卵磷脂加脂剂进行加脂，可获得好的丰满性，并有防止分层的效果[3]。

2.5 实验结果对比

样品猪、羊皮的实验结果对比如表2所示。

3 结论

两种成品革综合手感排序:羊成品革>猪成品革。组织结构观察结果与观感和物理实验结果相符。通过对两者组织结构观察结果对比可知，影响成品革柔软度的因素主要有两个方面:一方面是，加脂剂的渗透情况，加脂剂渗透均匀且完全的成品革相对较柔软，反之，成品革较硬。另一方面与纤维束的交织情况有关，纤维束间空隙较大，交织疏松的皮革较柔软，且弹性较好，反之，皮革较硬，弹性较差。因此，成品革组织结构决定了成品革的不同手感和物理性能的优劣，也决定了成品革的质量和档次。通过对组织结构的观察，可找出造成成品革缺陷的原因，为工艺方案的修订、加脂剂和复鞣剂的选用提供了切实可行的依据。

除此之外，皮革的抗张强度及抗撕裂强度与纤维的走向和交织情况有关，纤维横纵向交叉走向较多，且纤维束间交织紧密者，其抗张强度和抗撕裂强度较大，反之，抗张强度和抗撕裂强度较小。此结论可解释不同成品革的适用范围并为改善成品革的综合性能提供了一条思路。

摘要：用硫酸耐尔兰染色法制作猪、羊皮成品革组织切片,在多媒体显微镜下观察其组织结构,并通过对其物理性能的测试,分析其组织结构与成皮革物理性能的关系,探讨改善服装革或鞋用革的有效途径。

关键词：组织结构,性能,成品革

参考文献

[1]俞从正.皮革生产过程分析[M].北京:中国轻工业出版社,2006:1.

[2]芮菊生,杜懋琴,陈海明.组织切片技术[M].北京:人民教育出版社,1980:240.

结构与性能之间关系 篇9

关键词：聚α-烯烃合成油基础油,结构组成,性能,关联性,进展

聚α- 烯烃(PAO)是由线形α- 烯烃( 主要是C6~C12) 在催化剂作用下聚合,再通过加氢以及蒸馏等程序处理,获得的以三聚体、四聚体和五聚体为主要成分的合成油基础油,其结构均是比较规则的长链烷烃。理论上讲,在聚合反应过程中,异构体的产生是交错的。例如,癸烯-1 聚合中三聚体与四聚体之间的异构分子结构可达到6×1013[1]。大量不同分子结构的异构体存在于润滑油基础油当中会产生两个问题,一是哪种异构体分子结构赋予润滑油优异的性能;二是如何调变工艺条件,以便高选择性地获得某一特定的分子结构。合成技术的改进是对第二个问题的回答[2,3,4],而进行PAO分子结构与性能的关系的研究则是对第一个问题的回答。

润滑油主要由基础油和添加剂组成,其中基础油是润滑油的主要成分,决定着润滑油的基本性质。由于润滑油基础油的结构组成复杂,同时缺乏有效的分离手段,严重阻碍了对润滑油基础油的结构及其性能的研究,对此,本文综述了国内外对聚α- 烯烃基础油结构组成与部分性质之间关系的研究进展。

1 PAO分子结构

线性α- 烯烃的制备方法主要有蜡裂解法和乙烯齐聚法,我国目前没有系列化的α- 烯烃工业生产技术,仍采用石蜡裂解法。齐聚法生产的聚α- 烯烃是较规整匀称并呈梳状结构的异构烷烃,其侧链长度均匀且整齐,蜡裂解工艺生产的PAO侧链长短不一(图1),且裂解产物中含较多内烯、双烯等杂质,产品质量较差。

PAO是一种化学分子式不确定的宽馏分混合物,其独特的分子链结构赋予PAO合成润滑油特殊的性能[5]。由于采用原料不同,PAO产品分子结构有所差异,导致产品性能差距较大。

2 聚α- 烯烃合成基础油结构组成与性能关系分析

2.1 聚α- 烯烃合成基础油结构组成与黏温性能关系

润滑油的黏度和黏度指数是表示油品质量的一项重要指标,其中黏度反映油品的内摩擦力,黏度指数表示油品黏度随温度变化的程度。黏度指数越高,表示油品黏度随温度变化越小,其黏温性能越好。聚α- 烯烃基础油中存在多种异构体分子,分子中的支链数量、长度和相对位置对润滑油的理化性能都有一定影响,尤其对润滑油基础油的黏度和黏度指数影响显著。

邱银山[6]考察了润滑油黏度的影响因素,认为黏度与油品的结构组成有直接关系。润滑油基础油主要由烷烃、环烷烃、芳香烃及其衍生物类组成。其中烷烃的黏度最低,环状结构的烃类黏度比烷烃高,环数愈多,黏度愈大。李春秀等[7]利用红外光谱分析比较了不同温度下齐聚法生产的3 种PAO的黏度特性,同样证实了分子结构存在的差异是同类型不同型号PAO黏度存在差异的真正原因。但他们均未从分子层面指出不同分子结构(分子链长、支链数量、长度和位置等)对于黏度和黏度指数的影响程度。国外早期就对PAO合成油基础油分子结构与性能进行过研究[8],认为分子量和骨架结构是主要影响因素,并从经验上找到一个描述润滑油性能的参数——支化率(branch ratio),指的是甲基含量占整个分子的比例。通过经验观察可发现,PAO黏度指数增加,支化率降低。Denis等人指出,直链烷烃具有最低的支化率,因此具有高黏度指数,但是其低温性能不好,因此认为合适的支化程度才可以满足PAO产品优异的综合性能,但黏度指数和支化度关联性变化的原因是什么并不清楚。

因此,为了清楚认识PAO分子结构对润滑油性能的影响,不能只限于纯粹物化性质的测定,应该从分子水平研究基础油的结构。目前,国外采用分子模拟方法对PAO分子结构对性能的影响进行了大量的深入研究[9,10,11,12,13]。Lahtela.M小组通过分子模拟方法考察了典型的PAO分子的立体构像特性,但未涉及黏度方面计算,随后他们应用非平衡分子动态模拟方法研究了二十烷烃异构体的侧链对流变力场的影响。由于采用的分子模型和力场不同,很难得出明确的结论,但可以确定的是分子结构对于流体的黏度和扩散性有很大影响,并且模拟计算的可靠性较强。美国圣母大学Loukas I. Kioupis[14]团队通过建立3 种不同PAO分子结构模型(己烯-1 三聚体的3 种异构体,分别命名为“星型”、“高支化型”和“直链型”),采用平衡和非平衡分子动态模拟方法,考察3 种异构体分子结构对黏温性能的影响,通过构建温度和运动黏度之间的关系式且作图进行比较,结果显示星型和直链型的异构体分子运动黏度受温度影响较小,即黏度指数较高,直链型分子低温性能较差,因此作者认为PAO分子中支链的数量少、长度较长且分布稀疏的结构(类似星型)是PAO产品的理想分子结构。

郭青鹏从摩擦学角度解释分子链长对黏温性能的影响,认为聚α- 烯烃分子链结构中,随着主链长度的增长,黏度和黏度指数增大,是因为分子之间的相互作用力和液体与固体壁面之间附着力增大,使液体内部层与层之间产生运动速度差异的现象增多,相邻液层间因运动速度不同而产生的摩擦阻力随之增大,从而造成润滑油黏度随着碳原子数的增大而增大。

2.2 聚α- 烯烃合成基础油结构组成与低温性能关系

倾点是表示润滑油低温流动性的一个重要质量指标,对于生产、运输和使用都有重要意义。Dhvaryu等人[15]应用核磁共振分析技术,研究了基础油结构与低温流动性的关系,认为倾点的高低主要与正构烷基和芳香环或环烷环α位亚甲基含量有关,正构烷烃倾点较高,而异构烷烃倾点较低。由表1 可知,直链烷烃倾点比较高,异构烷烃特别是长支链的异构烷烃倾点较低,支链结构与位置对于倾点的影响是复杂的。

低温下,润滑油中分子定向排列,形成针状或片状结晶,并相互联结成三维网状结构,同时将低熔点油通过吸附或溶剂化包于其中,致使整个油品丧失流动性。刘婕[17]应用现代核磁技术对润滑油基础油性能进行研究,通过分析6 种不同润滑油基础油的倾点及变化趋势,认为基础油中长链脂肪族中的甲基,即-(CH2)nCH2CH2CH3(n > 1)的含量越多时,基础油的倾点将越低。可见,多侧链的异构烷烃骨架有利于PAO保持良好的低温流动性,侧链的存在增大了PAO整体结构的不规整性,使其结晶度较低,从而使PAO具有良好的低温流动性。

衡量基础油低温性能的指标除倾点之外,还有低温泵送性和冷启动性。这两种性质相对比较复杂,不但和基础油的结构组成相关,还与生产设备有关系。

2.3 聚α- 烯烃合成基础油结构组成与氧化安定性的关系

随着机械工业与汽车工业的发展,润滑油质量要求日益提高。基础油作为润滑油的主体,其氧化安定性对润滑油质量有很大影响。润滑油基础油的氧化安定性与其化学组成关系密切,国内外学者对其进行了大量的研究工作[18,19,20,21]。结果表明,当有添加剂存在时,基础油中的理想组分是饱和烃。PAO基础油有较规整的多侧链烷烃结构,且齐聚法生产的PAO成分不含烯烃等不饱和化合物,使得PAO具有一定的氧化安定性。鄂红军等人[22]采用GC/MS、13C核磁共振光谱法等技术手段,分析了APIⅢ-4 和PAO-4 基础油的组成结构对热稳定性和氧化安定性的影响,认为PAO-4 基础油含有的高达96.4% 的链烷烃,以及大量的S-1、S-2、S-11 的结构分子,决定了其对抗氧剂具有更优异的感受性。

2.4 聚α- 烯烃合成基础油结构组成与其他性能关系

由于机械剪切的作用,油品中的高分子聚合物被剪断,油品黏度下降,影响正常润滑,因此剪切安定性是润滑油的一种特殊理化性能。在相同剪切应力作用下,不同油品的黏度变化趋势有所差异,根本原因在于其分子结构不同。Loukas I. Kioupi采用分子模拟方法,考察不同结构分子运动黏度随剪切速率变化的规律,结果认为支化度较高的分子抗剪切性能较差,而具有长侧链的星型分子具有较低的牛顿黏度,且在高剪切速率下黏度变化较小。作者认为在剪切作用下,线性分子定向排列,剪切稀化,而星型分子的长侧链间相互缠绕,抵抗分子定向排列趋势,弱化剪切作用。

润滑油的闪点也是其重要的物理性质。闪点的高低是衡量其蒸发损失、储藏安全性以及运输使用的一个重要的指标参数。一般来说,芳烃、环烷烃挥发度相对较高,其中环烷烃挥发性最高。PAO类合成油基础油,链烷烃高达90% 以上,挥发性较低,储存或运输损失过程中蒸发损失相对较小,较高的闪点赋予PAO类基础油易于运输、寿命较长等优点。

3 结语

通过研究PAO合成基础油结构组成与其性能之间的关系,综合比较黏温性能、低温性能以及氧化安定性发现,PAO合成油基础油中的理想分子结构是带长侧链、且支链分布稀疏的烷烃结构,类似“星型”结构;直链烷烃虽然黏度指数最高,抗氧化性强,但是低温性能较差,并非理想PAO分子结构;而支链较多且支链分布密集,即具有高支化度的分子结构,致使PAO运动黏度对温度变化更为敏感,黏温性能差,不是最佳结构组成。