性能影响

性能影响（精选12篇）

性能影响 篇1

中草药是我国的“国粹”, 是研发新产品的原材料, 中草药活性成份分离是推进中草药现代化的主要内容, 将中草药中绿色安全的成份开发成饲料以及食品添加剂顺应了发展趋势。辛夷为木兰科植物望春花 (Mangoliabiomdoo Pamp.) 、玉兰 (Magnolia denudate Desr.) 、或武当玉兰 (Mangolia sprengeri Panip.) 的干燥花蕾, 主要分布于河南北部、安徽、浙江、江西、湖南、广东等地, 多为庭园栽培, 冬末春初花未落时采收, 除去枝梗, 阴干入药。辛夷性温味辛, 通胃经, 归肺, 有发散风寒, 通鼻窍 (黄杰芳, 等, 2009) 的功效, 是临床常用中药, 其有效成分是挥发油类 (Ye, 2013) , 分离提取方法有液液萃取、蒸馏萃取 (Zeng et al, 2011) 、微波辅助法、凝胶层析、超临界萃取 (张坤, 等, 2005) 、薄层扫描法 (于宗渊, 等, 2006) 等方法。辛夷的开发和利用主要集中在辛夷精油的提取和鼻炎用药上 (黄杰芳, 李惠霞和邓慧敏, 2009) , 其是否能作为饲料添加剂还没有得到验证, 其对动物的生长性能和繁殖性能的作用效果如何需要进行研究。

1 材料和方法

1.1 试验动物及原料

辛夷:购自张仲景药房, 在80℃烘干12 h, 测定其水分为4%, 然后粉碎, 过200目的筛备用。昆明小鼠72只, 2周龄, 雌雄各半, 分为4组, 每组3个重复, 每个重复6只, 第一组 (对照组) , 第二组、第三组、第四组分别添加0%、0.004 5%、0.009%、0.013 5%的辛夷煎剂。饲料:购自实验动物中心。辛夷煎剂:自制。

1.2 仪器设备

GFSJ-18粉碎机:新乡同心机械有限公司;不锈钢鼠笼盖:上海亚荣生化仪器厂;500ml饮水器 (塑料瓶) ;CPJ1603电子天平:奥豪斯公司中国地区;电热恒温鼓风干燥箱:上海精宏试验设备有限公司。

1.3 生长性能和和繁殖性能测定

先预饲3 d, 然后进行生长性能试验, 为期2周, 于试验期始末称量小鼠体重, 计算平均日增重、料肉比;每两天测一次每组小鼠的排泄量。然后继续饲养, 进行繁殖试验, 每组挑选雌雄小鼠各3只组成3对, 每对雌雄小鼠分别置于一个笼子中, 继续喂养直到繁育出幼鼠, 记录其幼鼠的个数及成活率。

1.4 数据的统计处理

试验结果用“平均数±标准差, 或平均数”表示。数据采用SPSS18.0软件进行单因素方差分析, 采用LSD和Duncan进行两两比较, P<0.05表示差异显著;P<0.01表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 辛夷煎剂对小鼠生长性能和繁殖性能的影响

辛夷煎剂对各组总增重、料肉比、产仔数、成活数、日总排泄量影响见由表1。各组间初始体重、料肉比、成活率差异不显著 (P>0.05) ;结束总体重、产仔数、成活数差异显著 (P<0.05) ;总增重差异极显著 (P<0.001) ;饲料消耗量差异极显著 (P<0.001) 。随着辛夷浓度的升高小鼠的, 结束总体重 (g) 、总增重、饲料消耗量、产仔数、成活数、日总排泄量呈逐渐降低趋势, 而料肉比呈逐渐升高趋势。辛夷对小鼠的增重是负相关的, 随着辛夷浓度的升高, Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组与Ⅰ组相比总增重分别减少3.39%, 11.98%, 12.64%, 差异显著 (P<0.05) , 饲料消耗量、产仔数、成活数也有相似的变化规律。表明随着辛夷浓度的升高, 小鼠的生长性能在下降。

辛夷不利于母鼠的产仔数的提高, 但对于产仔后小鼠的成活率却有积极作用, 但差异不显著 (P>0.05) 。因此, 在今后的实验中可以深入研究辛夷对未断乳仔鼠的作用。

小鼠代谢性能的主要指标包括排粪量、尿液量、饮水量等, 本实验中测定了排粪量, 由表2可以看出辛夷浓度对排粪量有负相关作用, 随着辛夷浓度的增加小鼠的排粪量却在下降, 并且经单因数方差分析发现各组的排泄量差异显著 (P<0.001) , 说明辛夷不利于小鼠的代谢, 随着辛夷煎剂添加的浓度升高, 小鼠的饲料消耗量下降, 日总排泄量也是降低的。

3 讨论

本试验中, 在添加0%、0.004 5%、0.009%、0.013 5%的辛夷煎剂的条件下, 随着辛夷煎剂浓度增加, 各组总增重、料肉比、产仔数、日总排泄量呈献负相关, 这可能与其毒理特性有关, 辛夷的毒理研究表明, 其对小鼠的半数致死量为LD50= (7.1±0.1) m L/kg, 辛夷挥发油具有一定的毒性 (李寅超和赵宜红, 2009) , 在本实验的浓度下, 超出了其对小鼠的最佳适用浓度, 在后续的实验中可以选择更适宜的浓度。

在小鼠繁殖性能测定试验中即产仔数和成活数指标方面, 辛夷降低母鼠的产仔数, 而在哺乳期辛夷能提高小鼠的成活率的趋势, 尽管差异不显著, 这可能与其抗菌抗炎作用密切相关, 有学者研究发现, 辛夷挥发油对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌抑制效果都在中强度以上, 而对白色念球菌的抑制效果在中度及弱度, 同时发现对细菌抑制作用较大的是挥发油中极性相对较大的组分, 而对真菌抑制作用较大的主要是挥发油中极性相对较小的组分 (豆婧婧, 2012) 。辛夷挥发油能抑制活化的人内皮细胞与中性粒细胞黏附, 具有抗炎与抗黏附效应 (陈志东, 等, 2005) , 具有抗非特异性炎症作用 (王文魁, 等, 2005) , 能降低炎症组织血管的通透性, 抑制炎性肿胀, 减轻充血、水肿、坏死和炎细胞浸润等炎性反应, 对急性炎症显示出较好的抑制效应 (王文魁, 等, 2000) 。

辛夷是常见的中草药, 性温味辛, 胃经, 归肺, 具有发散风寒, 通鼻穷的功效, 被广泛用于降压、消炎、抗过敏 (赵文斌, 等, 2002) 、慢性鼻炎和过敏性鼻炎、哮喘炎症 (范欣生, 等, 2005;范欣生, 等, 2005) 的治疗。

辛夷的药用及香用有效成分均为其所含的挥发油, 主要化学成分有1, 8-桉叶素 (13.23%~38.02%) (杨柳, 等, 2007) 、樟脑 (0.18%~43.26%) 、α-松油醇 (6.57%~12.29%) 、α-荜澄茄烯 (5.53%~15.15%) (Zeng et al, 2011) 、、香桧烯、蒎烯、金合欢醇, 其挥发油香气质量好、挥发油含量多、生物活性广泛, 并且毒性小, 常可以用作日化香精、化妆品香精、食品香精、烟用香精等等, 有学者研究发现添加辛夷挥发油对降低卷烟主流烟气中的总粒相物、焦油、CO等有害成分具有一定效果 (杨磊, 2009) 。辛夷挥发油在临床上应用越来越广泛, 主要用来止咳, 祛痰, 利尿, 健胃, 抗菌, 消毒等 (韩双红, 等, 1990) 。

辛夷中含有多种木脂素类成分, 该类成分具有血小板活化因子受体拮抗活性, 为辛夷抗过敏和抗炎的有效成分, 其中辛夷脂素的效价为最高, 辛夷脂素为中国药典规定的3种正品辛夷即望春花、玉兰和武当玉兰花蕾中所共有的化学成分 (于宗渊, 曲永胜和苏本正, 2006) , 且其血小板活化因子受体拮抗活性最强,

辛夷中Ca、Al、Mg、P、Fe等元素含量相对较高 (张雷红, 等, 2009) , 另外辛夷对小鼠酒精性肝损伤具有明显的保护作用, 可能与降低CYP2E1 m RNA表达水平和氧化应激作用有关 (黄川锋, 等, 2015) 。

4 小结

综上所述, 鉴于辛夷的毒理范围, 在本实验的辛夷煎剂浓度条件下, 其对小鼠的总增重、料肉比、产仔数、日总排泄量呈献负相关, 而对仔鼠的成活率有提高潜力, 因此, 可以考虑辛夷用在仔鼠饲料中, 可以开发成仔鼠的药物饲料添加剂。

注:总末体重、总增重、饲料消耗量、产仔数、成活数存在组间差异。小写字母不同表示组间存在显著差异, 大写字母不同表示组间存在极显著差异。

注:小写字母不同表示组间存在显著差异, 大写字母不同表示组间存在极显著差异。

性能影响 篇2

重量误差对隔振系统性能的影响

从如何确定航空电子设备配重模型件重量精度指标的角度,分析了重量误差对隔振系统性能的`影响,提出了解决问题的观点和方法.

作 者：朱健勇 ZHU Jian-yong  作者单位：中国西南电子技术研究所,成都,610036 刊 名：电讯技术  PKU英文刊名：TELECOMMUNICATION ENGINEERING 年，卷(期)： 47(5) 分类号：V241 关键词：航空电子设备   配重模型   隔振系统   重量误差  

试析影响客车运行性能的原因 篇3

关键词：列车提速；纵向冲动；运行性能

随着旅客列车速度的不断提高，提速客车逐渐暴露出纵向冲动加剧、舒适度下降、车钩磨耗加快等问题。由于提速客车批量较少，车辆配件的检修规程还没有形成，只是按有关厂段修规程进行列检，发现超限者则予以更换。但随着提速客车的迅速增加，提速客车的维修量、维修费用亦迅速增加，客车生产厂、车辆运用维修部门对此反映强烈。

旅客对车辆动力学性能方面的意见较多，特别是列车纵向冲动问题。为此，铁道部运输局等有关部门专门立项进行研究，找出了影响旅客列车运行性能的原因，并研究了部分解决方案。因此，如何解决提速客车纵向冲动加剧、车钩磨耗加快等间题已成为当务之急。

1.列车纵向冲动现状

铁路经过几次提速，提速客车的一些关键部件都有了很大的发展，但车钩缓冲装置直到2001年都变化不大。25K型列车仍然采用15号车钩加G1型缓冲器的钩缓装置。15号车钩连挂间隙较大，由于列车中各个断面的间隙累积效应，使25K型列车在运行过程中发生纵向冲动;G1型缓冲器的性能不能完全适应提速要求，在正常运行过程中基本不吸收能量，导致车钩之间发生刚性碰撞，造成列车纵向冲动加剧。在这种情况下，纵向冲动问题成为影响提速旅客列车运行平稳性的一个重要因素。

对不同车辆装备、不同运行条件下的25K型列车运行品质数据进行实时检测记录，发现25K型列车纵向冲动的发生概率相对其他25型车要小，但列车在加速、制动停车、运行调速或过道岔、过长大坡道时仍有发生冲动的可能，有时甚至在几分钟的时间内连续发生几次或十几次较大的冲动。例如，25K型列车在山地运行下长大坡道时，发生纵向冲动的纵向加速度峰值很高，19以上的冲动时有发生，测试到的最大冲动加速度为1.55g,瞬时加速度变化率高达200g/s^-500g/s，冲击能量主要集中在10Hz以下的低频段。

2.列车纵向冲动的影响因素

根据国内外列车纵向动力学分析的结论，影响旅客列车纵向冲动的原因可以归纳为以下几个方面。

列车牵引定数或编组辆数(以下简称为编组辆数)。列车编组辆数的多少不仅影响列车的稳态力，结合车辆特性、线路条件还会影响列车的动态力。一般来说，编组辆数愈多，列车的纵向冲动愈大。

客车制动系统的性能。旅客列车调速、停车均需要有制动系统来完成，由于制动系统的不同制动工况的制动波速不同，基础制动装置动作的不一致性，闸瓦牵擦因数的不稳定性会造成列车中车辆产生相对的速度，在列车运行过程中产生纵向冲动。

缓冲器的特性。对于提速客车，在编组14~20辆的条件下。缓冲器的特性对缓解列车纵向冲动的作用也是非常重要的。缓冲器性能设计适当，可以大幅度地降低列车的纵向冲动水平。

飞车钩连挂系统的纵向间隙的大小。车钩连挂系统的纵向间隙的大小是造成列车纵向冲动的条件因素，车钩纵向间隙的存在为车辆间产生纵向冲动提供了环境条件，车钩间隙越大，纵向冲动越大。

线路的特性，线路的水平曲线是影响列车调速的主要原因之一，在竖曲线上列车在过变坡时同样会造成列车中车辆的相对速差，引起纵向冲动。

列车的操作。司机操作不当也会造成列车的纵向冲动。

在影响列车纵向冲动的六大因素中，有两项是无法更改的。列车的编组数量是增加列车载客量的需要，为减少纵向冲动而减少载客量是非常不经济的，为部分提速客车对线路进行大面积的改造同样是不经济的。而第6项列车操作水平的提高受到司机的经验、身体健康情况及情绪的影响，是难以稳定的因素。

剩余的三个因素中，以第二项客车制动系统性能的改善最为困难，技术、经济难度最大，就我国制动系统而言，在采用了电控制动后，技术上已很难再取得更大的突破。相对于其他几个因素而言，从技术储备、实践经验、经济效益上来讲是最为可行的。

3.影响列车运行性能的其他问题

A.转向架

从调查中发现，车辆走行部分暴露出的问题比较严重，主要有:车轮的擦伤、剥离;抗侧滚扭杆橡胶节点老化或破损;各部件磨耗比较严重。

B.制动系统

列车提速后，制动变得尤为重要，现车辆制动系统存在的问题主要有:制动同步性能差，成为列车纵向冲动大的主要原因;客车双管供风与机车的配置协调问题没有解决;制动缸快装管漏气。

C.车上电气装置

电子整流器电压不稳定，适应的电压范围较窄;电瓶性能不稳定。

D.车钩缓冲系统

旅客列车提速后，列车车钩钩头下垂、钩尾框上偏的问题较为严重，车钩尾部上跳，冲击车体底部防跳板，甚至引起钩尾框断裂;车钩的磨耗速度加快，磨耗程度严重。

4.如何解决提速客车运行出现问题

我国在改善车辆特性方面重点作了两大方面的工作，一是对钩缓系统装置进行了可能的改进和改型，二是对车辆制动系统装置进行了改进。

A.解决提速客车纵向冲动问题

客车用小间隙自动车钩及大容量缓冲器研制成功并装车运用考验。根据西南交大等单位的理论计算结果，采用巧号小间隙车钩和新型弹性胶泥缓冲器的20辆编组的提速列车，在牵引工况、常用制动工况、紧急制动工况、常用制动缓解工况下，最大车钩力幅值相对于15号车钩和Gl号缓冲器可减少37.%，车辆最大加速度幅值减少4%。目前，装用小间隙车钩的提速车(K21,F22)已运行4个多月，从整列车的纵向冲动水平来看，优于同样编组数量的非提速列车。经过检查，车钩运用状态正常。

B.尽快推广F8型制动机和电控制动系统

C.提高列车控制操作的硬件水平，尽可能实现列车控制计算机化和程序化

D.减少车钩磨耗必须提高车辆的振动特性，改善缓冲器的性能

也可以改善车钩的结构，约束车钩连接面的运动和支撑方式或采用密接式车钩缓冲装置。作为辅助措施，也可以在车钩连接面增加润滑。

E.加强车辆关键零部件的使用寿命研究分析，制定合理的、符合我国国情的车辆检修制度

提高旅客列车运行性能是一项长期的艰巨的任务，只有通过不断的试验研究，才能综合提高列车乘坐舒适度，保持铁路的市场竞争力。

参考文献

[1]潘俊杰,王一新.铁路旅客列车行李车配装问题的遗传算法研究[J]兰州:甘肃科技.2004.06

[2]雷定献,陈德良.平衡装载问题的优化模型和算法[J]天津:系统工程学报.2004.06

[3]浏小群,马士华,徐天亮.装载能力有限下多品种货物配装的容重比平衡法[J]上海:工业工程与管理

硅粉对高性能混凝土性能的影响 篇4

抗压强度是混凝土的基本性能,为了提高耐久性,混凝土必须具有高强度。与普通混凝土(NSC)相比,高性能混凝土(HPC)中通常水胶比很低、高效减水剂用量大,以及使用硅粉。降低水胶比,总水化热降低,早期相对强度增长较快;高效减水剂通常推迟水化进程,但会使水化峰值增加;硅粉掺入混凝土中,可以获得高强度混凝土,硅粉在混凝土中起到填充和火山灰材料作用,大大降低了水泥水化浆体中的孔隙尺寸,改善了孔隙的分布,于是使混凝土强度提高和渗透性降低。文中就硅粉及硅粉在混凝土中的作用作一较详细论述。

1 硅粉及硅粉的成分

硅粉又称硅灰,是铁合金厂在冶炼铁合金或金属硅时,从烟尘中收集的一种飞灰。

收集硅灰的方法主要有两种,即带有热回收利用系统回收方法和无热回收利用系统回收方法,一般呈干状和湿状。其化学成分及性能随回收方法不同而异。

硅粉的组成中,86%～96%是一种漂亮的球状体,粒径为1 μm以下,平均粒径为0.1 μm左右,密度为2.2 g/cm3,松堆密度只有0.18 g/cm3,其孔隙率高达90%以上,其比表面积在13 000 m3/kg～20 000 m3/kg之间。对已知硅铁合金冶炼炉所生产的硅粉,具有相对稳定的化学成分(见表1),由表1可知,SiO2含量最高,其是非晶质的,易溶于碱溶液中。

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2 硅粉在混凝土中的作用及对混凝土性能的影响

2.1 硅粉的填充性和火山灰活性

硅粉具有独特的细度,无定型的SiO2含量高,这使其适于代替一部分胶凝材料,小的球状硅粉填充于水泥颗粒之间,使胶凝材料具有更好的级配。硅粉提高混凝土强度的关键在于提高了水泥浆体与集料之间的粘结强度。硅粉的作用为降低泌水、防止水分在集料下表面凝聚,从而提高界面过渡区的密实度和减小界面过渡区的厚度,硅粉与粉煤灰一样,具有火山灰活性。硅粉含有大量的非晶质硅和超细粉末,在水泥水化初期与Ca(OH)2反应,生成C—S—H凝胶,使混凝土中的钙硅比降低,从而提高了混凝土的强度。

硅粉掺入水泥石中,填充了水泥浆部分微细空隙,减小了水泥中的孔隙率,使水泥石致密化,提高了强度,降低了透水性和透气性。由压汞法测定,在掺入硅粉的水泥石中,0.1 μm以上的大孔径数量有所降低。

2.2 与混凝土流动性、需水量及高效减水剂的关系

在小掺量情况下,小的球状硅粉颗粒可填充粗颗粒水泥之间的部分空间,使细颗粒的粒度分布更为合理,而且能置换出部分水泥颗粒间的填充水,置换出的这部分水能改善混凝土的流动性。但是,硅粉的比表面积很大,在较多的掺量下,硅粉会使混凝土所需的拌合水量增加。一般情况,硅粉对需水量要求取决于几个方面的因素,特别是外掺高效减水剂,W/B,水的用量和硅粉的掺量。关于硅粉的取代量与需水量的关系,现分析为:在坍落度相同的情况下,硅粉取代水泥量越大,其需水量越多,在一定范围内(SF/(C+SF)<20%)取代量与需水量成直线关系,即硅粉取代水泥每增加1%(5 kg SF),需水量就增加7 kg;在硅粉不同掺量情况下,掺硅粉的混凝土需水量增加可通过掺加减水剂得以补偿,使混凝土的坍落度相对固定,需水量不变;掺入硅粉可提高水泥浆体的稠度,降低泌水量。

2.3 硅粉对混凝土中含气量的影响

在混凝土中掺入硅粉,会降低混凝土中含气量,要获得所需要的含气量,需要掺入较多的引气剂,特别是对那些低的W/B情况下。

2.4 硅粉对混凝土凝结时间与水化热的影响

Bellander的研究发现,掺入硅粉的混凝土,不含减水剂时,与不掺减水剂的混凝土相比,其凝结时间会延长,特别是硅粉含量高时。以硅粉代替部分水泥,能降低水泥水化热但不降低强度。

2.5 硅粉对混凝土强度发展的影响

铁道科学院用不同硅粉掺量取代水泥,不掺减水剂,保持混凝土的坍落度为一定值,28 d强度,除掺5%硅粉的混凝土强度与基准混凝土相同外,其他大掺量硅粉混凝土的强度均低于基准混凝土,掺量越大,强度越低。这是因为硅粉取代量大,W/(C+SF)增大,造成强度降低。但如果掺入高效减水剂,则情况大不一样,含硅粉的混凝土强度高于基准混凝土强度,故掺硅粉混凝土必须与高效减水剂同时使用。

2.6 硅粉取代量对混凝土收缩的影响

硅粉掺入混凝土中,发生“内收缩”作用。硅粉是以“葡萄串”絮状的非紧密堆积结构。“葡萄串”絮状结构内含有大量的空隙,经计算表明空隙率高达90%以上。虽然加水搅拌过程中部分“葡萄串”絮状结构发生破坏,但只是变成平均粒径更小的“葡萄串”絮状结构,因此其内部仍含有大量的空隙。故混凝土中的水分缓缓地渗入到“葡萄串”絮状结构的颗粒裂隙间的空间,引起混凝土体系的宏观体积收缩,这种收缩称为“内收缩”。“内收缩”作用一般在混凝土初凝前结束。

此外,硅粉混凝土的总孔隙率小,其中气孔更少,毛细孔与胶孔相对要多一些,其中存在着受毛细管力作用的可蒸发水。

在混凝土中掺入硅粉,随着硅粉的掺量增加,混凝土的干缩会增大。

3 硅粉对混凝土耐久性的影响

掺入硅粉能明显降低硬化水泥浆的孔隙率以及过渡区的孔隙,因此掺入硅粉混凝土能提高其抗渗性;掺入硅粉能降低混凝土中Ca(OH)2含量,降低侵蚀化学药品的扩散速率,也降低了各种硫酸盐离子与Ca(OH)2反应生成钙矾石所造成膨胀的危害性;由于碱骨料反应形成碱硅凝胶,在潮湿条件下,产生膨胀,使混凝土结构产生裂缝。用天然沸石粉、粉煤灰和磨细矿渣等掺入混凝土中,可以抑制碱骨料反应。但是,如果再掺入10%～15%的硅粉,能更有效地抑制碱骨料反应;由于硅粉的填充和火山灰作用,硅粉在混凝土中使孔溶液净化,从而提高了小毛细孔中的冰点;经过试验研究,硅粉对混凝土抗碳化性能改善不明显;硅粉的非晶质SiO2与水泥水化产物Ca(OH)2反应生成C—S—H,水泥石中Ca(OH)2含量减少,晶粒细化,再生成的C—S—H,填充了水泥石中的粗孔,大大改善了水泥石的孔结构,从而提高水泥石强度和抗磨蚀性能。因此混凝土中掺加硅粉是提高水泥石抗冲磨性能的有效途径之一。

4 目前硅粉高性能混凝土存在的问题

从当前研究来看,掺硅粉的高性能混凝土在性能上还存在以下几个问题:

1)自缩,由于高性能硅粉混凝土微管中水分的蒸发与凝聚而产生的收缩,使混凝土的表面产生裂缝,这对高性能混凝土的抗碳化、抗冻融循环作用以及抗氯离子扩散等都是不利的;也降低了高性能混凝土的耐久性。

2)“湿胀”引起的表面裂缝,高性能混凝土的水泥用量高、水灰比低,当硬化后长期处于水中时,水分通过微管扩散到内部,未水化的水泥颗粒进一步水化,产生膨胀,这也会使高性能混凝土表面产生裂缝。

3)高性能混凝土的应力—应变曲线与普通混凝土不同,不能用普通混凝土的固定理论去分析高性能混凝土。

5 结语

高性能混凝土(HPC)中通常水胶比较低、高效减水剂用量大,以及使用硅粉。文中在搜集资料的基础上,介绍了硅粉的定义、硅粉在混凝土中发挥的性能和硅粉对混凝土耐久性的影响,以及目前在高性能混凝土发展方面还存在的问题。关于硅粉在高性能混凝土应用还未取得极至效果,还需广大同仁继续努力,解决目前所面临的问题,极至发挥硅粉对混凝土的改善性能作用。

参考文献

[1]冯乃谦.高性能混凝土技术[M].北京:原子能出版社,2000.

[2]威特曼.高性能混凝土——材料特性与设计[M].北京:中国铁道出版社,1998.

[3]林宝玉.高强硅粉抗磨蚀混凝土开裂的成因及防治[J].混凝土,2000(7):6-7.

性能影响 篇5

合金元素在钢中的存在形式：

溶入铁素体、奥氏体和马氏体中，以固溶体的溶质形式存在形成强化相，如溶入渗碳体形成合金渗碳体，形成特殊碳化物或者金属间化合物

形成非金属夹杂，如合金元素与O、N、S形成氧化物、氮化物和硫化物

有些元素如Pb、Ag等游离态存在。

一、合金元素与铁的相互作用扩大奥氏体区的元素（奥氏体形成元素）

使A4点上升，A3点下降，导致奥氏体稳定区域扩大

无限扩大奥氏体区的元素：Ni, Mn, Co 有限扩大奥氏体区的元素：C, Cu, N 2.缩小奥氏体区的元素（铁素体形成元素）

使A4点下降，A3点上升，导致奥氏体稳定区域缩小

完全封闭奥氏体区的元素： Cr, Ti, V, W, Mo, Al, Si 缩小奥氏体区，但不使之封闭的元素：B, Nb, Zr

二、合金元素与碳的相互作用

1.非碳化物形成元素

主要包括：B, N, Ni, Cu, Co, Al, Si等

它们不能与碳元素形成化合物，但可以固溶于铁中形成固溶体

这些元素都位于元素周期表中铁元素的右边

2.碳化物形成元素

主要包括Ti, Zr, Nb, V, W, Mo, Cr, Mn, Fe 这些元素都位于元素周期表中铁元素的左边

它们都可与碳元素形成化合物，但形成的碳化物的性质差别很大

Fe-C相图是研究钢中相变和对碳钢进行热处理时 选择加热温度的依据，因此有必要先了解合金元素对Fe-C相图的影响。

钢中有三个基本的相变过程：加热时奥氏体的形成、冷却时过冷奥氏体的分解以及淬火马氏体回火时的转变。

合金元素对钢加热时奥氏体形成过程的影响

合金元素对减小奥氏体晶粒长大倾向的作用也各不相同。

Ti、V、Zr、Nb等强碳化物形成元素强烈阻碍奥氏体晶粒长大，细化晶粒。

W、Mo、Cr阻止奥氏体晶粒长大的作用中等。

非碳化物形成元素Ni、Si、Cu、Co等阻止奥氏体晶粒长大的作用轻微。

Mn、P有助于奥氏体晶粒的长大。

合金元素对过冷奥氏体分解过程的影响

几乎所有的合金元素（除Co）外都使C－曲线向右移动，即减慢珠光体类型转变产物的形成速度。除Co、Al以外，所有的合金元素都使马氏体转变温度下降。

提高淬透性的元素主要有

Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B 合金元素对回火过程的影响

合金元素的主要作用是提高钢的回火稳定性（钢对回火时发生软化过程的抵抗能力），使回火过程各个阶段的转变速度大大减慢，将其推向更高的温度。

对合金钢的回火稳定性影响比较显著的为：钒、钨、钛、铬、钼、钴、硅等元素；影响不明显的为：铝、锰、镍等元素

一、合金元素对钢力学性能的影响

1.溶解于铁起固溶强化作用

几乎所有合金元素均能不同程度地溶于铁素体、奥氏体中形成固溶体，使钢的强度、硬度提高，但塑性韧性有所下降，使钢具有强韧性的良好配合。

2.形成碳化物，起第二相强化、硬化作用

按照与碳之间的相互作用不同，常用的合金元素分为非碳化物形成元素和碳化物形成元素两大类。碳化物形成元素包括Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn等，它们在钢中能与碳结合形成碳化物，如TiC、VC、WC等，这些碳化物一般都具有高的硬度、高的熔点和稳定性，如果它们颗粒细小并在钢中均匀分布时，则显着提高钢的强度、硬度和耐磨性。

3.使结构钢中珠光体增加，起强化的作用

合金元素的加入，使Fe-Fe3C相图中的共析点左移，因而，与相同含碳量的碳钢相比，亚共析成分的结构钢（一般结构钢为亚共析钢）含碳量更接近于共析成分，组织中珠光体的数量，使合金钢的强度提高。

二、合金元素对钢工艺性能的影响

1.对热处理的影响

（1）对加热过程奥氏体化的影响 ：合金钢热处理可适当提高加热温度和延长保温时间

合金钢中的合金渗碳体、合金碳化物稳定性高，不易溶入奥氏体；合金元素溶入奥氏体后扩散很缓慢，因此合金钢的奥氏体化速度比碳钢慢，为加速奥氏体化，要求将合金钢（锰钢除外）加热到较高的温度和保温较长的时间。除Mn外的所有合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用，尤其是Ti、V等强碳化物形成的合金碳化物稳定性高，残存在奥氏体晶界上，显着地阻碍奥氏体晶粒长大。因此奥氏体化的晶粒一般比碳钢细。

（2）对过冷奥氏体转变的影响 ：合金钢淬透性更好，可减小淬火冷速，减小淬火变形。但残余奥氏体增多

除Co外，所有溶于奥氏体中的合金元素，都使过冷奥氏体的稳定性增大，使C曲线右移，马氏体临界冷却速度减小，淬透性提高。这使得合金钢利用较小的冷却速度即能淬成马氏体组织，可减小淬火变形。因此大尺寸、形状复杂或要求精度高的重要零件需要用合金钢制作。除Co、Al外，大多数合金元素都使Ms点降低，使合金钢淬火后的残余奥氏体量比碳钢多，这将对零件的淬火质量会产生不利影响。

（3）对回火转变的影响 ：合金钢耐回火性好，回火后强韧性配合更好，有些钢可产生“二次硬化”

合金钢回火时马氏体不易分解，抗软化能力强，即提高了钢的耐回火性，回火后能有更好的强韧性配合。合金元素能提高马氏体分解温度，对于含有较多Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素的钢，当加热至500～600℃回火时，直接由马氏体中析出合金碳化物，这些碳化物颗粒细小，分布弥散，使钢的硬度不仅不降低，反而升高这种现象称为“二次硬化”。但有些合金钢应避免“回火脆性”的产生。

2.对焊接性能的影响

淬透性良好的合金钢在焊接时，容易在接头处出现淬硬组织，使该处脆性增大，容易出现焊接裂纹；焊接时合金元素容易被氧化形成氧化物夹杂，使焊接质量下降，例如，在焊接不锈钢时，形成Cr2O3夹杂，使焊缝质量受到影响，同时由于铬的损失，不锈钢的耐腐蚀性下降，所以高合金钢最好采用保护作用好的氩弧焊。

3.对锻造性能的影响

由于合金元素溶入奥氏体后使变形抗力增加，使塑性变形困难，合金钢锻造需要施加更大的压力吨位；同时合金元素使钢的导热性降低、脆性加大，增大了合金钢锻造时和锻后冷却中出现变形、开裂的倾向，因此合金钢锻后一般应控制终锻温度和冷却速度。

三、各种合金元素对钢性能的影响

目前在合金钢中常用的合金元素有：铬（Cr），锰（Mn），镍（Ni），硅（Si），硼（B），钨（W），钼（Mo），钒（V），钛（Ti）和稀土元素（Re）等。五大元素：硅、锰、碳、磷、硫。五大杂质元素：氧、氮、磷、硫、氢。

1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。

2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%，硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。

3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。锰可提高钢的强度，增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。

4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。

5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢、耐热钢的重要合金元素。铬是合金结构钢主加元素之一，在化学性能方面它不仅能提高金属耐腐蚀性能，也能提高抗氧化性能。当其含量达到13％时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高，并增加钢的热强性。铬能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，但它使钢的塑性和韧性降低。

7、镍（Ni）：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。镍钢铁性能有良好的作用。它能提高淬透性，使钢具有很高的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍能提高耐腐蚀性和低温冲击韧性。镍基合金具有更高的热强性能。镍被广泛应用于不锈耐酸钢和耐热钢中。

8、钼（Mo）：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力（长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变）。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。钼能提高钢的高温强度、硬度、细化晶粒、防止回火脆性。钼能抗氢腐蚀。

9、钛（Ti）：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。可提高强度、细化晶粒，提高韧性，减小铸锭缩孔和焊缝裂纹等倾向。在不锈钢中起稳定碳的作用，减少铬与碳化合的机会，防止晶间腐蚀，还可提高耐热性。

10、钒（V）：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。钒用于固溶体中可提高钢的高温强度，细化晶粒，提高淬透性。铬钢中加少量钒，在保持钢的强度情况下，能改善钢的塑性。

11、钨（W）：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。

12、铌（Nb）：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。

13、钴（Co）：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。

14、铜（Cu）：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。

15、铝（Al）：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力，降低冷脆性。铝还能提高钢的抗氧化性和耐热性，对抵抗H2S介质腐蚀有良好作用。铝的价格比较便宜，所以在耐热合金钢中常以它来代替铬……铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

16、硼（B）：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。

17、氮（N）：氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。

18、稀土（Xt）：稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。稀土元素可提高强度，改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接性能。

焊接应力对焊缝金属性能的影响 篇6

【摘要】综述了焊接应力的形成条件、影响其分布的主要因素，分析了焊接应力对焊缝金属性能的影响，对今后改善焊接应力的发展趋势进行了展望。

【关键字】焊接 应力 形成条件 工作性能

【中图分类号】TU758.11 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04—0458-01

前言

焊接是低合金高强度钢能否实现其应用价值的最重要的加工手段。我国正处于高速、持续的发展时期，油气管线、储备原油球罐、大型公路桥梁、船舶军舰等大型结构、设备、设施等的建设都需要用到焊接技术。

焊接过程不均匀的加热和冷却使得焊缝及其附近金属产生非均匀的膨胀和收缩，从而产生焊接残余应力。焊接应力在一定的条件下会导致金属结构的断裂、对形状尺寸精度和疲劳强度产生极为不利的影响。由此对焊接应力的研究是焊接工艺的一个重要方向。本文综述了焊接应力的形成条件、影响其分布的主要因素，分析了焊接应力对焊缝金属的影响，对今后改善焊接应力的研究方向进行了展望。

1、焊接应力的产生

焊接构件在焊接过程中产生的内应力称之为焊接应力，焊接后残留在焊接构件内的焊接应力称之为焊接残余应力。焊接残余应力的形成，一般包括下列三个方面：

（1）直接应力，是由于不均匀加热而造成的，是焊接残余应力形成的主要方面，其取决于焊接构件加热和冷却时的温度梯度而表现出来的热应力。

（2）间接应力，是焊接前工序带来的应力，构件在轧制和冷拔后表面会产生拉伸应力，它与焊接产生的应力叠加，并对焊接后的构件的变形产生了附加的影响。

（3）组织应力，是由于组织变化而产生的应力，与材料的含碳量及材料的其他成分有关。

2、影响焊接应力分布的主要因素

焊接应力的产生和发展是在加热和冷却的工作条件下随材料的弹塑性应力应变变化的过程。影响焊接应力分布的主要因素有以下2个方面。

1.材料物理特性

温度的变化是决定焊接热应力、应变的重要物理特性，影响焊接温度场分布的主要因素是材料物理参量如热焓s、比热容c以及密度p.

目前国内主要通过计算或测量焊接温度场来分析焊接应力、应变热弹塑性动态，陈楚等人对非线性的热传导问题进行了二维温度场有限元分析，并对脉冲TIG焊接以及局部干法水下焊接等温度场进行了实例分析。

2.相变时的比容变化

金属比容及性能在加热及冷却时随金属相变发生变化而变化，不同组织由于晶格类型不一样，其比容也不一样。一般情况下，钢材加热冷却不影响焊接残余应力；但当冷却速度很快或合金及碳元素增加时，在400℃以下条件奥氏体也能转变成马氏体，这种相变会引起比容变化，对焊接残余应力产生很大的影响。

3、焊接应力对焊缝金属的影响

3.1 残余应力对焊缝金属稳定性的影响

在外载荷作用下，材料实际应力是由荷载应力与残余应力的叠加组成，残余应力能使部分材料截面提前屈服而进入塑性状态。这会导致部分材料截面提前退出工作，材料有效截面减小，惯性矩下降，整体稳定性降低。

3.2 残余应力对焊缝金属结构刚度的影响

焊接残余应力会影响焊接材料的刚度，由于材料是实际应力是由荷载应力与残余应力的叠加组成，当实际应力到达材料屈服点时会使得材料发生塑性变形，造成结构的有效截面积减小，结构的刚度也因而降低。

3.3 残余应力对金属构件变形的影响

残余应力是一个不稳定的应力状态。当焊件受外力作用时会与残余应力相互作用，使构件局部区域呈塑性变形，截面内应力重新分布；当外力去除后，整个构件发生变形。所以，残余应力显著地影响构件加工后的精度。残余应力对构件变形的影响包括两个方面：一是构件抵抗静、动载荷的变形的能力，一是载荷卸除后材料变形的恢复能力。残余应力在这两方面对构件的影响相当大。

3.4 残余应力对焊件疲劳强度的影响

钢材在循环应力多次反复作用下出现的裂缝生成、扩展以致断裂破坏的现象称为钢材的疲劳。残余应力的存在使动荷载产生的应力与残余应力叠加后，应力幅值产生了变化，这将对结构抗疲劳的强度产生影响。因此，如应力集中处存在的残余拉应力较大，疲劳强度就会明显降低。应力集中系数越高，残余应力的影响越显著。因此，焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显不利影响。

为验证焊接残余应力是否影响疲劳强度，Wilson、Newman、Navrotskii等分别对焊态及经应力释放的各种对接焊缝接头试件，在脉动拉伸循环载荷下进行了大量常幅疲劳试验。综合分析表明：少数情况下应力释放并未改善疲劳强度，多数情况下尽管疲劳强度有所提高，但提高幅度很小。日本国立材料科学研究所对焊接残余拉应力、应力比、材料拉伸强度等因素对角焊缝及对接焊缝接头的疲劳强度影响进行了深入的研究。其中，Ohtam等的试验研究同样证实了焊接残余应力对结构疲劳强度具有重要影响。

3.5 残余应力对裂纹扩展的影响

焊接构件在使用过程中如果长期承受循环载荷的作用，构件内部就可能产生裂纹，从而导致疲劳破坏.焊接残余应力作为初始应力附加于普通构件的断面上时，就会很容易产生裂纹，乃至断裂。焊接拉伸残余应力能使构件承受外应力的能力下降到很低的水平。

4、改善焊接应力的方法及趋势

性能影响 篇7

关键词：聚乙烯纤维,超高性能混凝土,强度,流动性,韧性

0 引言

超高性能混凝土 (Ultra high performance concrete, UH-PC) 具有超高强度和优异耐久性[1], 目前已经成为水泥基复合材料发展的重要方向。超高性能混凝土是通过提高组分的活性与细度, 去除普通混凝土中的粗骨料, 仅保留粒径小于1mm的细骨料, 减少材料内部缺陷, 优化界面及微观结构, 同时采用热水养护、蒸汽养护等养护制度促进体系内的化学反应, 以获得高强度、高耐久性[2]。但UHPC仍然是一种脆性材料, 在UHPC中掺入纤维, 可以显著提高混凝土的韧性和延性[3]。近年来, 具有高强度、高韧性、良好工作性能和自然条件成型的超高性能纤维增强混凝土得到了广泛的应用[4]。目前, 国外对各种新型纤维增强UHPC研究较多, 其性能与纤维的掺量、弹性模量、断裂强度等力学性能及纤维表面特性有直接关系[5,6,7];国内对聚丙烯纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维在普通混凝土中的应用有一定的研究, 但因普通混凝土存在纤维与基体之间粘结较弱, 纤维的掺入增加了整个体系的界面薄弱区, 在有粗骨料情况下纤维不易分散等问题, 整体上表现为掺入纤维混凝土韧性有一定程度的增加, 极限抗压强度和抗折强度提高较少, 纤维掺量对抗折强度和抗压强度影响不明显等[8,9,10]。本实验采用剔除粗骨料的超高性能混凝土作为基体, 通过降低水胶比、掺入矿物掺合料等对基体进行改善, 并径90℃热水养护, 增强纤维和基体的粘结, 从而显著地改善了混凝土的韧性, 大幅度地提高了混凝土的极限抗折强度和抗压强度。

1 实验

1.1 原材料

水泥:“南方牌”P.O 42.5普通硅酸盐水泥;硅灰:山西忻州铁合金有限公司生产, 灰白色粉末, 平均粒径为88nm, 比表面积为18500m2/g;粉煤灰:长沙德比粉煤灰工程有限公司生产, 灰色粉末;石英粉:长沙环宇石英砂有限公司生产, 325目, 平均粒径为50μm, 密度为2.626g/cm3;超活性矿渣粉:济南鲁新新型建材有限公司生产, P10000型超活性矿渣粉;石英砂:长沙环宇石英砂有限公司生产, 10~20目, 粒径范围0.9~2mm;高效减水剂:苏州弗克新型建材有限公司生产, FOX-8HP型聚羧酸减水剂, 粉红色粉末, 适宜掺量为2.0%左右, 减水率大于30%;聚乙烯纤维:仪征化纤股份有限公司生产, 其性能见表1。

1.2 配合比

本实验研究了不同长径比和不同掺量PE纤维对UHPC流动性、抗折强度、抗压强度的影响, 配合比如表2所示。

1.3 实验方法

1.3.1 试件制备及养护

(1) 根据试验配合比, 准确称量各材料质量, 将水泥、硅灰、微矿粉、石英粉、粉煤灰和石英砂混合倒入搅拌机内, 干拌5min[11]。

(2) 缓慢加入拌合水 (溶有FOX-8HP粉末型减水剂) , 搅拌5min。

(3) 均匀加入PE纤维, 搅拌10min。

(4) 浇筑成型, 采用振动台振动成型, 振动时间为3min, 制成40mm×40mm×160mm、100mm×100mm×400mm两种试件。

(5) 试件成型后, 移入养护室 (20±2) ℃养护48h后拆模, 进行热水 (温度90℃) 养护72h。

1.3.2 测试方法

(1) 流动度测定

采用NLD-3型水泥胶砂流动度测定仪测定UHPC的流动性, 测定步骤按GB/T2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》进行。

(2) 抗折、抗压性能测定

力学性能测定主要是测定抗折强度和抗压强度, 测定方法采用GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检测方法》。抗折试验采用40mm×40mm×160mm长方体试件, 加载速率为 (50±10) N/s。抗压试验采用40mm×40mm×40mm正方体试件, 加载速率为 (2400±200) N/s。

(3) 弯拉韧性测定

参照ASTM-C10181标准, 采用100mm×100mm×400mm长方体试件, 按照3等分点加载方式, 初裂前采用力控制模式加载, 加载速度为0.05 MPa/s, 开裂后采用位移控制模式加载, 加载速度为0.1mm/min, 测定PE纤维增强UHPC的荷载-挠度曲线。为确保位移测定的准确性, 消除压力机本身变形的影响, 本试验试件挠度位移采用千分表单独测定, 并采用应变片校核试件荷载-挠度曲线的弹性阶段及初裂强度。

2 结果及分析

2.1 PE纤维对UHPC流动性的影响

与普通混凝土相比, UHPC原材料种类较多, 影响流动性的因素也比较多, 包括水胶比、水泥品种、矿物掺合料掺量、外加剂掺量、搅拌方式、环境因素等, 这些因素都会对UHPC的工作性能产生不同程度的影响[12]。PE纤维为憎水材料, 但在搅拌过程中仍吸附一定量的拌合水, 流动性较其它纤维明显降低[13], 从而降低了UHPC构件纤维分散均匀性, 增加了内部孔隙或缺陷, 不利于UHPC强度和耐久性的提高。为改善混凝土的工作性能, 在UHPC的配比基础上掺入一定量的微矿粉及粉煤灰, 由于它们粒径分布、形貌及表面特征的特殊性, 在UHPC的颗粒体系中会产生“颗粒填充效应”和“滚珠效应”, 改善UHPC的流动性能。本实验首先在固定基体配合比、相同搅拌工艺的情况下, 仅研究纤维长度和纤维掺量对UHPC流动性的影响, 结果如图1所示。

未掺入纤维时, 混凝土流动性为285mm, PE纤维的掺入使得浆体内部摩擦阻力增大, 流动性显著降低。从图1可以看出, 随着掺量的增加, 流动性降低越来越明显, 当纤维掺量大于2%时, 工作性差, 有结团现象, 虽能够勉强成型, 但试件表面凸凹不平, 成型后气孔缺陷较多。PE纤维长度对流动性影响较小, 在同一掺量情况下, 6~12mm的不同长度纤维对流动性影响较小, 但随着纤维掺量的增加, 12mm长度纤维结团现象更为明显。

2.2 PE纤维对UHPC抗折强度的影响

采用水泥胶砂抗折试验的方法评价UHPC的抗折性能。纤维的掺入对基体中的裂缝起到“桥架作用”, 在弯曲荷载作用下, PE纤维能够对UHPC基体提供足够的桥联应力, 开裂后能显著抑制裂缝进一步扩展, 承担基体因开裂释放的部分应力, 依靠基体与纤维的粘结将力传递给两侧未开裂的基体, 最终因纤维的拔出或拔断而破坏。开裂前PE纤维对UHPC的弯拉强度影响较小, 开裂后破坏形式同素UHPC存在较大差异, 改变了素混凝土的开裂即断的脆性破坏, 具有较好的塑性;同时素UHPC断面较为平整, 加入纤维后破坏断面较为粗糙, 且随着纤维掺量的增加, 断面粗糙度显著增加。测得各纤维掺量及长度的抗折强度如图2所示。

由图2可知, PE纤维增强UHPC的最低纤维掺量为1%左右, 当纤维掺量在1%以下时, 纤维掺量小于临界掺量, 混凝土开裂退出工作后, 纤维的粘结力不能承担从基体转移的应力, 达不到增强的效果, 随着纤维掺量的增加, 抗折强度几乎不变。当纤维掺量超过1%后, 抗折强度明显增加。当纤维体积掺量为2%时, 纤维长度为6mm、9mm、12mm的UHPC抗折强度分别为28.0MPa、26.4MPa、26.8 MPa, 较素UHPC分别提高了47.3%、38.9%、41.1%。纤维长度对抗折强度影响较小, 随着纤维长度的增加, 抗折强度略微降低。

2.3 PE纤维对UHPC抗压强度的影响

PE纤维掺入UHPC后, 对UHPC初始裂缝起到了抑制作用, 对混凝土的抗压强度有一定增强, 显著改变了UHPC的破坏形式。素UHPC受压破坏时, 表现为脆性, 达到极限荷载后混凝土瞬间破坏, 而掺入PE纤维的UHPC在裂缝出现后并不立即被破坏, 而是随着荷载施加仍能承受部分荷载并缓慢变形, 表现出延性特征。PE纤维对UHPC抗压强度的影响如图3所示。

2.3.1 不同掺量对UHPC抗压强度的影响

UHPC抗压强度随着PE纤维掺量的增加而不断增加, 对于长度为12mm的纤维, 当纤维掺量分别为1%、1.5%、2.0%时, 抗压强度较素UHPC分别提高10.2%、21.9%、28.1%, 但随着掺量的增加, 基体工作性能下降, 薄弱界面增多, 受压时薄弱界面首先出现裂缝, 导致抗压强度无法随掺量的增加而持续提高。

2.3.2 不同长度对UHPC抗压强度的影响

由图4可知, 在低纤维掺量下, 抗压强度在小长径比情况下提高较多, 当纤维掺量为1.0%时, 6mm纤维抗压强度提高16.4%, 9mm纤维抗压强度提高13.6%, 12mm纤维抗压强度提高10.2%。当纤维掺量较高时, 长径比较大条件下抗压强度提高较大, 当纤维掺量为2%时, 6mm纤维抗压强度提高19.4%, 9mm纤维抗压强度提高21.8%, 12mm纤维抗压强度提高28.1%。

2.4 PE纤维对弯曲韧性的影响

根据UHPC流动性、抗压性能、弯拉性能, 综合考虑选择9mm纤维为代表, 采用100mm×100mm×400mm试件, 测试0%、1%、1.5%、2%四种掺量情况下的弯拉韧性。试验表明, 由于PE纤维弹性模量与UHPC弹性模量相差较小, 纤维掺量对混凝土的开裂强度影响较小。达到开裂荷载后, 掺纤维的UHPC出现第一条裂缝, 裂缝宽度较细, 肉眼无法识别, 需借助放大镜观察, 继续加载, 裂缝数量不断增加, 裂缝保持稳定, 发展缓慢, 试件达到极限荷载前, 试件发展为多条细密裂缝, 裂缝宽度大体相同, 峰值过后, 裂缝数量不再增加, 原有裂缝中一条裂缝逐渐发展变宽, 形成主裂缝, 试件发生断裂破坏, 存在典型的位移硬化和多点开裂现象。试件侧面观测到的裂缝如图5所示。

根据试验过程中万能试验机荷载读数及千分表位移读数, 4种纤维掺量的UHPC弯拉荷载-位移曲线如图4所示。参照规范ASTM-C1018进行增韧效果的评价, 先确定初裂点A和初裂挠度M, 再分别按初裂挠度的3.0、5.5、15.5倍数, 依次确定横坐标上N、P、Q三点及曲线上B、C、D三点。然后根据式 (1) -式 (3) 计算弯曲韧性指数, 计算结果如表3所示。

荷载-位移曲线和坐标轴围成的面积为UHPC构件在破坏过程中所消耗的能量。韧性指数为构件在指定挠度时的耗能与构件开裂时耗能的比值, 反映了构件开裂后的耗能能力, 韧性指数越大, 开裂后构件的耗能能力越大, 韧性越好。由表3可知, PE纤维对UHPC的初裂强度和初裂挠度影响较小, 但随着纤维掺量从0%增加到2%, 峰值强度提高了55.7%, 峰值挠度提高了251.5%, 韧性指数ηm, 5、ηm, 10、ηm, 30分别提高6.26倍、14.31倍、30.71倍。由此可知, 随着纤维掺量的增加, PE纤维增强UHPC韧性显著增强。

3 结论

(1) 随着PE纤维掺量的增加, UHPC流动性能明显降低;在相同掺量情况下, 不同纤维长度对流动性影响较小。

(2) 在UHPC中掺入PE纤维能显著改善UHPC的抗折和抗压性能, 纤维体积掺量为2%的UHPC较素UHPC, 抗折强度提高47.3%, 抗压强度提高28.1%。

(3) 在UHPC中掺入PE纤维能显著改善UHPC的韧性, 采用矩形小梁弯拉试验, 纤维体积掺量为2%的UHPC较素UHPC韧性指数ηm, 5、ηm, 10、ηm, 30均大幅提高。

(4) 综合考虑UHPC的流动性、抗压强度、弯拉韧性等指标, 对于直径为20μm、长度6~12mm范围内的PE纤维, 最佳体积掺量为2%, 最佳长度为9mm。

(5) PE纤维在试验过程中仍然以拔断为主, 需继续选择更高强度纤维或者对PE纤维表面进行处理, 以此获得更高的韧性。

参考文献

性能影响 篇8

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 黄芪黄酮

黄芪活性黄酮提取物, 黄酮含量为50%, 采购自西安恒堡生物科技有限公司。

1.1.2 试验动物

1日龄体重相近的AA肉仔鸡, 采购自黑龙江省伊春市某肉鸡养殖基地。

1.2 试验方法

将1日龄体重相近的AA肉仔鸡250只, 随机分为5个处理, 每个处理5个重复, 每个重复10只鸡, 公母混养。试验分为预饲期和试验期两个阶段, 预饲期为3d, 试验期为46d。对照组饲喂基础日粮, 试验1~4组在每千克基础日粮中分别添加黄芪黄酮5, 10, 15, 20mg。试验鸡分别在21, 35, 49日龄时进行空腹称重, 称重前要停饲12h;记录肉仔鸡的死亡量, 便于及时清算饲料, 将死亡鸡的饲料消耗量剔除, 计算鸡的日增重和料重比。试验在鸡21, 35, 49日龄时无菌采样, 每组随机取出3只鸡, 称重后处死, 采集胸腺、脾脏和法氏囊, 剔除脂肪后称取鲜重。屠宰时用一次性注射器翅下静脉采血, 并制备血清, 样品置于-20℃冰箱保存待测。

1.3 测定指标

1.3.1 生长性能指标

平均体重、日增重 (ADG) 、料重比 (F/G) 。

1.3.2 血液指标

血清中的Ig A、Ig G、Ig M, 采用免疫球蛋白A&G&M免疫透射比浊法试剂盒进行检测。

1.3.3 数据的分析与处理

采用SAS、DPS统计软件对各数据进行方差分析及多重比较。

2 结果与分析

2.1 黄芪黄酮不同添加剂量对肉仔鸡平均体重的影响 (见表1)

注:表中同列数据肩注字母相同表示差异不显著 (P>0.05) , 不同字母表示差异显著 (P<0.05) 。

由表1可见, 在21日龄时, 黄芪黄酮各添加组与对照组相比平均体重有上升趋势, 各添加组比对照组增加了5.69%、5.24%、4.53%、3.56%, 但平均体重差异均不显著 (P>0.05) , 各添加水平之间的差异也不显著 (P>0.05) 。其中10mg/kg添加组平均体重最高。在35日龄时, 黄芪黄酮各添加组与对照组相比平均体重有上升趋势, 各添加组比对照组增加了1.41%、2.44%、1.92%、1.17%, 其中10mg/kg添加组平均体重最高, 但差异不显著 (P>0.05) 。在49日龄时, 平均体重最高的也是10mg/kg添加组, 比对照组提高了6.44%, 差异不显著 (P>0.05) 。

2.2 黄芪黄酮不同添加剂量对肉仔鸡日增重及料重比的影响 (见表2)

由表2可见, 平均日增重最高的是10mg/kg添加组, 比对照组提高了2.99%, 差异不显著 (P>0.05) 。料重比最低的也是10mg/kg添加组, 比对照组降低了3.63%, 差异不显著 (P>0.05) 。

2.3 黄芪黄酮不同添加剂量对肉仔鸡血清抗体的影响 (见表3)

注:表中同列数据肩注字母相同表示差异不显著 (P>0.05) , 不同字母表示差异显著 (P<0.05) 。

mg·m L-1

注:表中同列数据肩注字母相同表示差异不显著 (P>0.05) , 不同字母表示差异显著 (P<0.05) 。

由表3可见, 肉仔鸡生长全期各添加组IgA含量和对照组相比无显著差异 (P>0.05) 。在21日龄时IgG含量差异不显著 (P>0.05) , 在35日龄时5mg/kg、10mg/kg、15mg/kg添加组IgG含量与对照组相比差异显著 (P<0.05) , 20 mg/kg添加组与对照组相比不显著 (P>0.05) 。当49日龄时各添加组和对照组相比差异显著 (P<0.05) 。肉仔鸡生长全期各添加组Ig M含量都有升高的趋势, 但与对照组比较差异不显著 (P>0.05) 。

3 讨论与结论

有研究报道, 黄芪或含有黄芪的复方添加剂能提高雏鸡增重、饲料转化效率和机体的健康状态。黄芪化学成分众多, 主要含有皂苷类、黄酮类、多糖类等有效成分, 不同的有效成分具有不同的药理作用。针对黄芪的研究大多都集中于黄芪多糖提取物对畜禽生长性能及免疫性能方面的影响, 极少见到关于黄芪黄酮对畜禽生长性能及免疫性能方面的报道。研究以黄芪黄酮为主要因素, 在肉仔鸡的基础日粮中分别添加5, 10, 15, 20mg/kg。从试验结果来看, 黄芪黄酮对肉仔鸡的生长性能的影响并不显著 (P>0.05) , 主要原因可能是由于黄芪黄酮味苦, 而且对口腔和消化道有刺激作用, 降低了饲料的适口性, 使采食量减少。但通过试验数据可以看出当黄芪黄酮添加剂量在10mg/kg的时候平均日增重最高、料重比最小, 说明适宜的黄芪黄酮添加量有可能对肉仔鸡的生长性能有一定的影响。关于黄芪黄酮在禽类中的应用报道比较少, 鉴于试验条件的有限, 进一步的研究有待于在以后的试验中完备, 这也是今后黄芪黄酮需要研究解决的问题。

试验表明, 虽然黄芪黄酮添加组对IgA含量影响与对照组比较差异不显著, 但是各添加组血清IgA含量比对照组都有所提高, 黄芪黄酮组中IgM与对照组比较差异不显著 (P>0.05) , 但其Ig M含量都有升高的趋势。

试验结果表明, 在35和49日龄时, 与对照组相比, 黄芪黄酮添加组IgG含量比对照组差异显著升高 (P<0.05) , 21日龄时也有上升趋势。这一结果说明在日粮中添加黄芪黄酮对IgG能够很好地发挥抗菌和抗病毒具有积极的作用。

试验首次研究了黄芪黄酮对肉仔鸡生长性能和免疫指标的影响, 确定了试验范围的最适宜添加量。黄芪黄酮对促进动物免疫性能有积极作用, 表明黄芪黄酮有望作为新型天然免疫调节剂应用于畜禽业生产中, 其最宜添加剂量为10mg/kg。

易混淆成语

【一挥而就】出自宋·孙觌《鸿庆居士文集翰林莫公内外制序》第三十卷:“一昔召公独草六制, 宰相吴敏因是以危公, 公解衣据案, 一挥而就。”挥:挥笔;就:成功。一动笔就写成了。形容写字、写文章、画画快。

常见影响母猪生产性能的问题 篇9

1.1 便秘

饲养管理不当, 饮水不足, 饲料配比不合理, 精料过多缺乏粗饲料;运动不足;其他疾病等都可能引起母猪便秘。

1.2 尿路感染

尿路感染急性期常不为人们发觉, 但母猪尿道短而宽, 对外封闭程度低, 易逆行感染。尿路末端、阴道下端存在大肠杆菌、链球菌、葡萄球菌等病原体。它们是条件性致病菌, 一旦侵入, 不仅自身引发疾病, 而且为一些致病菌, 如猪放线菌 (棒状杆菌) 、假单孢菌、化脓链球菌、无乳链球菌、金葡萄球菌入侵提供了条件。定位也易造成后躯污染。再加上妊娠、分娩造成膀胱颈括约肌松弛开放。交配、人工授精、分娩对尿道的损伤。所以在淘汰母猪中, 约有1/5是尿路感染。

1.3 缺乳

夏季天气炎热, 母猪内分泌系统紊乱, 表现为母猪烦躁不安, 体温升高, 泌乳减少或无乳。母猪妊娠期营养不良引起无乳, 妊娠期饲养不当, 过胖或过瘦, 分娩前后乳房膨胀程度差, 虽有部分初乳, 产后2~3d无乳。乳房炎、乳房水肿、后备母猪配种过早、其他疾病都可能引起缺乳。

2 症状

2.1 便秘

妊娠期母猪便秘会导致母猪乳腺发育不好, 乳房膨胀程度低, 产后无乳, 仔猪初生重小, 弱仔多。转到分娩舍再有便秘的, 一方面粪便残留在大肠内, 挤压产道, 引发难产, 会导致母猪分娩时间延长, 仔猪会因缺氧窒息, 从而增加了死产数;便秘努责可引起阴户水肿、脱肛、阴道冲血、阴道狭窄, 造成难产。另一方面母猪排便不畅, 肠内残留时间长, 利于细菌在粪便中大量繁殖, 增加了母猪尿路被感染的可能性。便秘常常导致母猪食欲不振, 产后没奶。

2.2 尿路感染

妊娠期常见母猪卧地时从阴道中流出灰白色、黄色黏稠分泌物, 食欲无明显变化, 阴户周围可见到分泌物的结痂。有的表现为分娩时间延长, 产仔数减少, 母猪体况下降, 产后泌乳性能与母性下降。产后或流产后, 病猪体温升高, 减食或不食, 不愿起立, 伴有排尿动作, 但每次尿量少, 不时努责, 随同努责从阴道内流出带臭味的红褐色黏夜或脓性分泌物, 有的夹有胎衣碎片, 此外病猪还表现消瘦、发情不正常或延期, 返情率增高, 大大降低了母猪的生产能力。

2.3 缺乳

仔猪吃不到足够的母乳, 体质弱, 成活率降低, 生长缓慢, 而且出生仔猪的死亡原因中有43%是母猪缺乳。

3 防治办法

3.1 便秘

(1) 50kg饲料添加2~2.5kg麦麸子, 连喂3d, 切忌多喂, 否则会影响母猪食欲;造成产后缺乳或乳质差, 导致仔猪腹泻。

(2) 每50kg饲料添加150g小苏打, 喂2次/d, 适用于吃精料造成胃酸过多, 小苏打可以中和胃酸, 缓解幽门括约肌痉挛, 有利于胃排空, 改善消化, 便秘现象得到缓解。 (3) 体温高的用抗生素和磺胺进行全身治疗。

3.2 尿路感染

(1) 配种前和分娩时用0.1%高锰酸钾清洗外阴部;

(2) 有浓性分泌物时用青霉素1支+链霉素1支冲洗产道, 2次/d;同时肌肉注射氨苄头孢4~5支/头, 2次/d, 连用3d。

(3) 产前7d到产后7d饲料内添加泰佳5g/头.次;2次/d。能预防尿路感染、乳腺炎, 防止产后没奶。

3.3 缺乳

(1) 加强怀孕后期的营养管理, 增加蛋白质饲料的喂量, 产仔后多喂给豆浆、麸皮汤和动物性饲料等进行催奶, 也可以将母猪产仔时留的胎衣 (晒干贮存) , 放在水中浸泡并煮熟, 喂给母猪吃。对于肥胖无奶的母猪要减少能量饲料, 同时要加强运动。

(2) 饲料内添加鱼粉2.5kg/50kg, 个别严重的饲料内加催乳片10~15片/头。

(3) 一般来说, 母猪少乳或乳量不足, 总的表现为食欲较差, 滞食, 甚至厌食, 所以必须用健胃药或喂些刺激食欲的饲料来消除这一现象。

(4) 严格消毒, 产后肌注催产素20U/头, 泌乳不足注射40~60U/头, 4~6次/d, 连用2d。

(5) 添加抗生素, 产前7d到产后7d, 佳康400g/t+2.5%洛美沙星1000g/t, 添加“乳乐键”2~3kg/t。

(6) 乳房炎时, 用乳房基部封闭疗法, 青霉素80万U+2mL普鲁卡因, 并配合全身治疗, 静脉注射头孢唑林5g/头.次。

中草药催乳的药方很多, 可根据当地具体条件选用, 但应首先找出乳量少的根本原因并采取相应措施, 如高产母猪产后加料过慢, 喂量不足或有病者易表现缺乳。

4 小结

凸焊接头性能的影响因素 篇10

一、凸焊的物理本质

凸焊的物理本质是利用焊接区金属本身的电阻热和大量塑性变形能量, 使两个分离表面的金属原子之间接近到晶格距离形成金属键, 在结合面上产生足够量的共同晶粒, 而得到焊点。因此, 适当的热和机械作用是获得凸焊优质焊点的基本条件。

二、凸焊的工艺流程

在一般的凸焊焊接循环条件下, 焊点的形成过程是由预压、通电加热和冷却结晶3个连续阶段所组成的。

1. 预压阶段。

在电极压力作用下, 凸点与被焊板材表面紧密贴合并产生变形。此阶段的作用是清除一部分接触表面的不平和氧化膜, 形成物理接触点, 这就为以后焊接电流的顺利通过及表面原子的键合做好准备。

2. 通电加热阶段。

该阶段的作用是在热与机械力作用下形成塑性环、熔核并随着通电加热的进行而长大, 直到获得需要的熔核尺寸。

3. 冷却结晶阶段。切断焊接电流, 熔核在压力作用下开始冷却。

三、凸焊工艺参数的选择

从凸焊的工艺流程来看, 凸焊的主要工艺参数是电极压力、焊接电流和焊接时间。

1. 电极压力。

凸焊的电极压力取决于被焊金属的性能、凸点的尺寸和凸点数量等。电极压力应足以在凸点达到焊接温度时, 将其完全压溃, 并使两工件紧紧贴合。电极压力过大会过早地压溃凸点, 失去凸点的作用, 同时因电流密度减小而降低接头强度, 压力过小将使通电前凸点预变形量太小, 凸点贴合面电流密度显著增大, 造成严重飞溅, 甚至烧穿焊件。因此凸焊机的随动性越高越好, 提高随动性的方法主要是减小加压系统可动部分的质量, 以及在导向部分采用滚动摩擦。

2. 焊接电流。

焊接电流是最重要的凸焊参数。对于给定的工件材料和凸点尺寸, 焊接电流并非越大越好。此外, 电流密度对加热也有显著影响。如果焊点出现分流、电极接触面积增大等都会降低电流密度, 从而使接头强度显著下降。

3. 焊接时间。

焊接时间由焊接电流和凸点刚度决定。与电极压力和焊接电流相比, 焊接时间是次要的, 在确定合适的电极压力和焊接电流后, 再调节焊接时间以获得满意的焊点。如想缩短焊接时间, 就要相应增大焊接电流, 但过分增大焊接电流可能引起金属过热和飞溅, 通常凸焊的焊接时间比点焊长, 而电流比点焊小。

4. 焊接电流与焊接时间的匹配。

一般情况下, 增加焊接电流或焊接时间都会增加焊接时的热输入量, 从而有利于增加接头的熔核尺寸。但过大的焊接电流或焊接时间会使凸点容易产生偏移, 从而使强度降低。在焊接低碳钢板材时, 一般选用大焊接电流短焊接时间的硬规范。

5. 焊接电流和电极压力的匹配。

这种匹配是以焊接过程中不产生飞溅为主要特征, 一般认为在增大电极压力的同时适当加大焊接电流以维持焊接区加热程度不变。

四、凸点设计

凸点的作用是将电流和压力局限在工件的特定位置上, 其形状和尺寸取决于应用的场合和需要的焊点强度。通常情况下多采用圆球形凸点, 多点凸焊时, 凸点高度不一致将引起各点电流不平衡, 使接头强度不稳定, 一般凸点高度误差应不超过±0.10mm。

五、电极材料的选用和设计

凸焊机上的电极是凸焊机上的重要部件, 在焊接过程中, 电流和压力都是通过它传递的其物理性能的好坏直接影响到焊接质量的优劣。所以在电极材料的选用上, 一般选用高强度、高硬度的Cu-Cr-Zr合金电极材料或者Cu-Be-Ni合金电极材料。由于这两种材料的电阻率ρ和热导率ω比较偏高, 所以在使用中, 要采用强制水冷方式加以冷却。

在电极的设计上, 要根据加工工件的实际形状来确定电极的形状。既要有利于工件加工, 又要有利于冷却降温, 而且电极的接触面必须足够大, 要超过全部凸点的边界, 超出量一般至少应相当于一个凸点直径。

六、凸焊机的选用和维护保养

凸焊时, 电极必须随着凸点的被压溃而迅速下降, 否则会因为失压而产生飞溅, 所以应采用电极随动性好的凸焊机。

为了防止凸点移位, 除在保证正常熔核的条件下, 选用较大的电极压力, 较小的焊接电流外, 还应尽可能地提高加压系统的随动性。提高随动性的方法主要是减小加压系统可动部分的质量, 另外还可以采用弹簧和减少导轨阻力, 使随动性获得提高。

凸焊机设备的维护和保养, 对焊接质量起着至关重要的作用。部分单位所用的凸焊机多为次级整流式凸焊机 (这类焊机次级为直流回路, 感抗可以忽略。当输出相同电流时, 焊机的功率因素大大提高, 可达到0.8~0.9。直流电流通过强磁性金属, 所产生的集束效应使焊点成型好、穿透力强) 主要包括机械部分 (加压机构、冷却系统、机身) 和电气部分 (焊接回路、阻焊变压器、主电力开关、功率调节机构、控制设备) 。

浅谈材料燃烧性能对火灾的影响 篇11

关键词：燃烧性能；热释放；生烟性；烟密度；烟气毒性

中图分类号：TU551 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0163-03

1 火灾的发展过程

材料点燃后，燃烧的发展情况取决于所处环境和材料燃烧性能。在燃烧室内，火灾发展可建立一个通用模型。

四个阶段：阶段1是起始阶段，是指材料被小火焰引燃的阶段。阶段2是发展阶段，是指材料燃烧直至发生轰燃。阶段3是完全燃烧阶段，是指轰燃发生到火、热衰减之前的过程。阶段4是火灾衰减到熄火，如图1所示：

2 材料燃烧性能影响火灾的主要参数

材料燃烧会释放出热量和烟气，可从燃烧的热危害、烟气危害两方面对火灾进行评估，如图2所示：

材料燃烧性能是指材料对火反映的能力。目前试验方法只是在可控实验条件下，测试材料的各个燃烧性能参数。例如，材料可燃性、点燃性、火焰传播、热释放性、生烟性和烟气毒性等。

2.1 评价热危害的参数

2.1.1 可燃性。材料可燃性往往是评价材料初始燃烧阶段的重要参数，是材料在规定条件下进行有焰燃烧的能力，包括点燃性和火焰传播。

（1）点燃性。材料的点燃性表征着材料引发火灾的概率。点燃的材料必须是可燃材料，并且有足够的热源和适量的供氧量。这个热源可以是化学热能（如火焰）、电热能（如电热丝或电热棒）或机械能（摩擦生热）等。同种材料在不同的环境条件下点燃难易度是不同。例如：氧气的浓度和室温对点燃性影响较大。最常用的试验方法有氧指数试验GB/T2406和可燃性试验GB/T8626等。

（2）火焰传播。火焰传播表征材料维持燃烧的能力，它由表面火焰的传播速率和传播距离等指标来衡量。在实际火灾中，火焰传播与材料表面方向密切相关，不同的表面方向会有不同的实验结果。例如，同种材料在天花、墙面、地面火焰传播的结果是不同的。此外空气流动方向也是影响火焰传播的主要因素。常用的试验方法有铺地材料的燃烧性能测定GB/T11785、塑料水平及垂直燃烧试验GB/T2408和泡沫材料水平垂直燃烧试验GB/T8333、GB/T8332等。

2.1.2 热释放性。材料热释放是描述火灾过程的一个重要参数，它体现了材料在火灾中释放能量的多少，是决定火灾发展和火灾危险的基本参数，也是评价材料燃烧发展阶段的重要参数。

（1）热释放速率（HRR）。热释放速率反映材料燃烧释放热量的速率。它能够指示火灾的大小，提供火势发展的速度，是火灾研究的基础数据。目前，实验室测试材料热释放速率多采用耗氧原理的方法。耗氧原理是指大多数固体材料完全燃烧每消耗一单位质量的氧气所释放的热量基本相同（13.1±0.05MJ/kgO2）。通过测定材料燃烧的烟气组分，计算材料在燃烧过程中的热释放速率。

，单位为kW。

△p为气体经过孔板后压力的变化，Pa；Te为气体在孔板处的温度，K；C为孔板流量计的标定常数。为材料燃烧消耗单位质量氧气放出的能量，13.1MJ/kg：为进入系统空气中O2的摩尔分数；为烟气中O2的摩尔分数。

（2）总热释放量（THR）。总热释放量THR反映了材料在燃烧过程中释放热量的多少。根据能量守恒原理，固定质量的同种材料完全燃烧释放的热总量是相同的，它与外界受到的热辐射是无关的。，单位为MJ。

（3）燃烧增长速率指数（FIGRA）。燃烧增长速率指数反映了材料对热反应的能力，是指材料热释放速率峰值max.（HRR）与峰值出现的时间t的比值。指数越大，表明材料一旦暴漏在过强的热环境就能够快速燃烧，使火势迅速蔓延扩大。单体燃烧试验中计算该参数公式如下：

，单位为W/s。

2.2 评价材料烟气危险参数

2.2.1 材料生烟性。材料生烟性是个较为复杂的过程，它与火灾规模、单位质量物质的生烟量、通风情况、材料燃烧时的温度等一系列因素有关。目前生烟性的测试方法多采用光学法。光学法评价材料生烟性有静态分析法和动态分析法两种。

（1）静态分析法。静态分析法是材料燃烧生成的全部烟量处于一个封闭的空间，测定烟气对光束的衰减。现有以光学测定烟密度的仪器，都是按照Bouguer-lambert原理工作的。例如：GB/T8627、GB/T8323等试验方法。

基本公式：F=F0e-σL

F为烟层引起衰减后的光通量；F0为初始光通量（定义为100）；σ为衰减系数；L为通过烟的光径长。

（2）动态分析。动态分析法的测定系统是开放式的，在烟气通过设备流出的过程中测定烟气对光的衰减。实际上，烟密度越大或增长越快，所提供给疏散人员和灭火的时间越短，故应考虑时间要素。目前，锥形量热仪和单体燃烧试验方法均采用此方法进行评价。测定的主要烟气参数如下：

比消光面积（SEA）是消耗单位质量样品产生的烟气量，可衡量烟气的遮光性。公式：，单位

为m2/kg。OD为光密度，Vflow为体积流速。MLR为燃烧过程中样品质量的损失率。

生烟速率（SPR）被定义为比消光面积与质量损失速率之比。公式：SPR=SEA/MLR，单位为m2/s。

生烟总量（TSP）表示单位样品面积燃烧时的累积生烟总量。可由积分得到，，单位为m2。

烟气生成速率指数（SMOGRA）试样产烟率与所需受火时间的比值的最大值。公式：，单位为m2/s2。该指

数越大，烟气危险性就越大。

2.2.2 烟气毒性。材料燃烧形成的毒性物质对人及动物影响至关重要，目前的试验方法有化学分析法和生物试验法两大类。

（1）化学分析法。化学分析法主要采用光谱法（包括红外光谱、质谱、色谱、色谱-质谱及核磁共振普）测定气态产物中CO、CO2、HCN、HBr及NO2等有害气体的浓度。化学分析法评估火灾气体的毒性时，往往与烟密度测定平行进行，一般只考虑最普通的有毒物质，所以结论意义是相当有限的。

（2）生物试验方法。生物试验方法多基于燃烧产物对被试验动物中枢神经系统（致死率）及生理状态的影响，但这种影响与很多因素有关，如材料的分解模式（热裂解还是燃烧）、分解产物的温度及浓度、动物种类及中毒时间等。GB/T20285主要采用实验室定量制取材料烟气的方法和实验小鼠急性吸入烟气染毒的方法进行材料毒性评价。

3 GB8624-2006评价火灾危险性的应用

目前，国家标准GB8624-2006是我国建筑材料燃烧性能的主要分级方法。标准将材料燃烧性能分为A1、A2、B、C、D、E、和F七个等级。从试验测试方法来看，考虑了材料的火焰传播、燃烧热释放速率、热释放量、烟气浓度和烟气毒性等参数，而这些参数均属于评价热危害和烟气危害的重要内容。如表1。

参考文献

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[3] 王庆国，张军，张峰.锥形量热仪的工作原理及应用[J].现代科学仪器，2003，（6）：36-39.

[4] 赵成刚.中国建筑材料燃烧性能分级体系的进展[J].塑料助剂，2006，（2）：1-9.

[5] 建筑材料及制品燃烧性能分级（GB8624-2006）[S].

锆合金耐蚀性能影响因素概述 篇12

锆合金热中子吸收截面小,在高温高压水中具有较好的腐蚀性能,又有良好的加工性能,同UO2相容性好,且具有足够的高温强度等特点,是目前世界上已运行和正在建造的水冷动力堆中唯一可选用的包壳材料。随着核反应堆向高燃耗方向发展,改进的Zr-4合金已经不能满足要求,于是各国相继开展了新型锆合金的研制工作。目前,从发展的趋势来看,含铌锆合金已经成了主要的研究方向之一,而且已经开发出了一批性能优异的新型锆合金[1], ZIRLO以及M5等性能优异的新一代锆合金已相继投入使用。核燃料包壳在恶劣的环境中服役,众多因素影响着其腐蚀性能,本文对这些影响因素分别进行了阐述,以更好地理解锆合金的腐蚀行为。

1 锆合金的腐蚀

1.1 均匀腐蚀

锆合金的均匀腐蚀主要发生在压水反应堆中,其在空气、高温水和水蒸气中腐蚀时,具有两种不同性质的腐蚀阶段,且不同腐蚀阶段之间有转折点。转折前的腐蚀速率低,与时间近似立方关系;转折后的腐蚀速率高,与时间近似直线关系[2];转折处伴随着裂纹的出现、柱状晶向等轴晶以及四方相向单斜相的转变。转折后的腐蚀对总腐蚀量来讲是主要的,因此,锆合金转折后的腐蚀速率是代表其腐蚀性能的主要参数。

锆合金在高纯水或蒸气中与水反应,在表面生成一层氧化膜,化学反应可用式(1)表示。

Zr+2H2O→ZrO2+4H (1)

均匀腐蚀过程可用图1表示。

锆合金的均匀腐蚀实质上是一个电化学过程,阳极反应是O2-扩散通过氧化膜与锆基体生成ZrO2,阴极反应是电子扩散通过氧化膜并在介质/氧化膜界面上与H+生成H2,阳极反应是腐蚀过程的控制步骤。O2-在氧化膜中的扩散途径是晶界、位错等缺陷,电子在氧化膜中的扩散途径是镶嵌在氧化膜中的金属夹渣物及第二相。

1.2 非均匀(疖状)腐蚀

疖状腐蚀是沸水堆中锆合金表面经常发生的一种局部腐蚀现象。在压水堆中,包壳表面氧化膜生长通常较为均匀,但在不加氢除氧的氧化型水质的沸水堆中,氧化膜均匀地生长到一定厚度后,还会产生不均匀的疖状腐蚀。在堆外高压釜的试验中,疖状腐蚀一般在450℃以上产生,可导致包壳管的过早破损,它的产生直接影响包壳管的使用寿命和反应堆的安全性。

疖状腐蚀进一步发展将连成一片疏松易剥落的白色氧化膜,造成有效壁厚减薄,影响包壳强度,可能引起包壳破裂[3]。一般认为大尺寸的第二相粒子是疖状腐蚀的起源点,较小的第二相尺寸有利于改善锆合金的抗疖状腐蚀性能。

2 锆合金腐蚀行为的影响因素

2.1 合金成分

锆进行合金化的目的是获得优良的耐腐蚀性能和提高它的强度,锆合金的发展过程就是研究不同合金元素如何影响锆合金的腐蚀行为。合金成分和组织的微小变化将导致腐蚀性能的显著变化。几十年来,科技工作者采用“经验式的炒菜方法”进行着不断的探索[4]。下面对锆合金中一些常用的元素进行分析。

(1)Nb

Nb的优点是热中子吸收截面小(1.1b),可消除C、Al、Ti等杂质对锆合金耐蚀性能的危害[5],并能减少吸氢量。在Zr-Nb二元合金中,由于Fe等β相稳定元素的影响,Nb在α-Zr中的固溶度小于0.3%(质量分数),α基体中Nb达到其平衡浓度且均匀分布时将显著增强Zr-Nb合金的耐腐蚀性能[6]。当Zr-Nb合金经β淬火后在偏析温度(610 ℃)以下于α+βNb相区退火时,会通过α′→α+β-Zr→α+βNb相转变来产生βNb。含Nb锆合金耐蚀性能的改善并不是由于βNb的产生,而是由于βNb的形成所导致的基体中Nb含量降低达到Nb的固溶度的平衡[7]。

当合金中Nb含量在0.3%以下时Nb会完全固溶于α基体中(图2),无含Nb第二相和βNb形成,合金显示出优异的耐腐蚀性能,并且它们的耐腐蚀性能不受热处理制度影响;当Nb含量在0.3%~0.8%时,Nb会过饱和固溶于α-Zr中,并析出少量的βNb,此时锆合金的耐腐蚀性能一般较差[8];而当Nb含量较高,达1.0%~5.0%时,锆合金的腐蚀速度对退火处理制度非常敏感,由于Nb的扩散速率很小,在570 ℃退火50 h才能得到βNb沉淀。含Nb锆合金只有经过合理的热处理,使第二相细小、均匀分布时,耐腐蚀性能才会好[9]。Kim等[10]研究表明,对于不同Nb含量的Zr-xNb二元合金,其经β淬火+570 ℃不同时间退火然后在360 ℃/18.6 MPa的去离子水中腐蚀后,发现不经过退火的淬火试样随Nb含量的增加,腐蚀增重增加;经过退火的试样,随退火时间延长,含Nb量超过0.5%的Zr-Nb合金的腐蚀增重降低;当退火时间超过50 h后,腐蚀增重基本保持恒定。而当Zr-Nb二元合金中的Nb含量低于0.3%时,耐腐蚀性能的变化对热处理不敏感,这与前面的结论一致。腐蚀结果表明,当α-Zr基体中Nb含量达到其在α-Zr中的平衡固溶极限时,耐腐蚀性能最佳,并且耐腐蚀性能的改善和氧化膜中四方相以及柱状晶结构的稳定有着密切的关系。

(2)Sn

Sn能扩大α相区,升高α-β转变温度,它的化合价通常为+4价。其在α-Zr中有一定的溶解度,500 ℃时约为1.2%[11],而在400 ℃时则约为0.5%,因此Sn对锆合金主要起固溶强化作用。锆合金中添加Sn,可抵消海绵锆中氮对耐腐蚀性能的有害影响,Sn能消除N的有害作用,其机理如图3所示。N3-能置换氧化物晶格中的氧离子,产生附加的阴离子空位,加速腐蚀,但加入Sn后,因N3-及氧离子空位力图停留在Sn3+附近,三者结合后可动性差,使空位迁移率降低,所以Sn能抵消N的有害作用,降低Zr的腐蚀速率[12]。使海绵锆耐腐蚀性能达到最佳值的Sn的加入量与海绵锆中的氮含量有关[13](见表1),随Sn含量的进一步增加,耐腐蚀性能反而降低,不过这种降低可通过加入适量的Fe、Cr和Ni等元素进行调整,保持合金较高的耐腐蚀性能,同时Sn还可减缓Nb和Fe的扩散,因为它减缓了再结晶。

Jeong等[8]研究了改善锆合金耐腐蚀性能的最佳Sn含量。Sn对锆合金在360 ℃纯水中的耐腐蚀性能有害,而对改善360 ℃ LiOH水溶液中的耐腐蚀性能有益,360 ℃纯水和360 ℃ LiOH水溶液中的腐蚀结果表明最佳的Sn含量为0.4%~0.6%。

Etoh等[14]所做的400 ℃蒸汽腐蚀实验表明,降低Sn含量明显改善了锆合金在该种介质中的耐腐蚀性能。

(3)Fe、Cr、Ni

Fe、Cr、Ni被看作β共析体,因为在它们的相图中这些元素都有β相共析分解。Fe在0.5%~1.5%范围内均可改善耐蚀性,随Fe含量增加,合金强度增加,但塑性相应下降。Cr对锆的蠕变抗力有改善作用,Cr含量升高对耐蚀性不利。Ni对锆有一定的强化作用,对力学性能的影响与Fe相似,锆中加入Ni能改善锆合金高温蒸汽腐蚀性能,但Ni增加锆的吸氢量,引起锆的氢脆现象。

(4)Cu、Mo

Cu对锆有十分显著的强化作用,还能弥补Cr的有害作用,但Cu会降低锆的冲击韧性。Mo对锆的强化效应很高,但使合金塑性下降,其单独加入是极其有害的,但含量低于0.5%时,在多元合金中有Fe存在时其不利影响会得到补偿。

(5)O、S

O是一种α稳定元素,它在锆中占据八面体间隙,形成间隙固溶体,扩展α相区,通过固溶强化增强屈服强度;S在许多合金中被认为是降低边界粘聚力、引起脆化的元素,而在锆合金中,25×10-6的S即可提高合金的力学性能、蠕变性能和耐蚀性能[15],但是随着S含量的增加,延伸率降低[16]。

2.2 氧化物类型

Takashi Sawabe等[17]的研究发现,在锆合金表面形成氧化膜的过程中,晶体结构以Zr→Zr3O→t-ZrO2→m-ZrO2的顺序从基体向氧化膜发展。随着锆合金腐蚀时间的延长,氧化膜中的t-ZrO2不断转变为m-ZrO2,t-ZrO2逐渐减少,致密的氧化膜保护层逐渐变薄,保护作用逐渐减弱,腐蚀速率不断增加[18,19]。因此,氧化膜中的t-ZrO2 转变为m-ZrO2 是控制腐蚀速率的重要因素,且氧化膜中含t-ZrO2越多,越容易形成致密的氧化膜保护层,腐蚀速率越小,样品的耐腐蚀性能越好。除了t-ZrO2的含量会影响合金的耐蚀性能,宏观压应力在梯度方向上的变化也是重要的影响因素。金属/氧化膜界面附近t-ZrO2含量越多,随压应力降低,t-ZrO2转变得越多。在氧化膜中,宏观压应力随离氧化膜金属(O/M)界面距离的增大而逐渐减小,一部分t-ZrO2会向m-ZrO2转变,由于转变时产生应变,在转变的ZrO2晶粒附近会产生高的内应力,这种效应会导致在三晶交界处产生裂纹。研究表明[20],氧化膜中t-m转变时产生的内应力是导致锆合金耐蚀性能恶化的关键因素。Kim等[21]认为,低价态的元素(如Y、Ca等)有助于稳定四方相。

t-ZrO2在低的m(Nb)/m(Fe)时有更高的体积分数(如图4所示),而此时锆合金具有较低的腐蚀速率,可推测在Zr-Nb-Fe合金中,fcc的(ZrNb)2Fe比hcp的Zr(NbFe)2更能使t-ZrO2稳定[22]。

2.3 第二相

当各种合金元素超过在α-Zr基体中的固溶极限时,随化学成分、加工工艺及热处理制度的不同,锆合金中会析出Zr3Fe、Zr(FeCr)2、Zr2(FeNi)、(ZrNb)2Fe、Zr(NbFe)2、β相等第二相,细小的晶粒多为βNb,相对大一点的第二相为Zr-(NbFe)2型和Zr3Fe型沉淀。第二相类型相对其他沉淀相特征对腐蚀行为影响更大。在腐蚀过程中,β-Zr(约20%Nb) 加速锆合金的氧化,而βNb则抑制锆合金的氧化[23]。

Jeong Y H等[24]的研究表明,β-Zr加速了氧化膜结构由柱状转化为等轴状,而Garzarolli F[25]、Anada H[26]、Jeong Y H 的研究表明,氧化膜中的柱状晶对耐腐蚀性有利而等轴晶对耐腐蚀性有害,β-Zr还使t-ZrO2向m-ZrO2转变,而βNb没有这种影响。

对于不含Nb的Zr-Sn合金,SPP(第二相粒子尺寸)>0.1 μm时才会有更好的耐腐蚀性能;而对于Zr-Sn-Nb合金SPP<0.1 μm时才会有更好的耐腐蚀性能,而且更小的晶粒有益于耐疖状腐蚀[27]。

2.4 晶粒形貌

从柱状晶到等轴晶的转变往往伴随着裂纹的产生,等轴晶在氧化膜外层中的密度要高于其他部位,柱状晶向等轴晶的转变主要发生在被氧化的沉淀相附近,沉淀相的氧化是腐蚀加速的原因。在大多数氧化层中,柱状氧化膜晶粒的位向垂直于O/M界面,比较大且有较好取向的柱状晶氧化膜表现出更好的耐蚀性[28],而且在氧化膜中裂纹附近通常可以观察到等轴晶[29]。Garzarolli F等的研究也表明,具有较好耐蚀性能的合金都具有宽而长的柱状氧化物晶粒,而耐蚀性较差的则具有更多的等轴晶和短而窄的柱状晶。

组织转变引起的加速腐蚀,主要反映在H和O扩散路径的变化。H和O在氧化膜中的扩散主要以短程路径或晶界为主,其次是通过晶格。ZrO2由柱状晶向等轴晶的转变以及裂纹的产生会增加晶界区域和短程扩散路径,这都会加速H和O的扩散。

2.5 水化学

由于核动力反应堆-回路冷却水中加入有化学添加剂,因而会影响包壳锆合金的腐蚀行为,特别是加入的氢氧化锂容易在氧化膜内浓缩而显著影响氧化。

(1)硼酸的影响

压水堆(PWR)-回路水中加有硼酸来控制反应性,加入适量的硼酸,对氢氧化锂加速腐蚀有很强的抑制和改善作用。

(2)氢氧化锂的影响

PWR-回路水中加入氢氧化锂是为了中和硼酸而使冷却剂略带碱性,从而抑制腐蚀产物在包壳上沉淀,并降低堆内不锈钢和镍基合金部件的腐蚀速率,但过多的氢氧化锂会加速锆合金的腐蚀。

3 改善锆合金耐蚀性能的途径

目前改善锆合金耐蚀性能的途径主要体现在以下两个方面。

(1) 改变合金元素成分和比例

不同合金元素的作用对于处于不同腐蚀介质中的锆合金的影响是不同的,因此要考虑合金元素的协同作用。当前新型锆合金的设计趋势是:降低Sn的含量(0.3%~0.6%),提高耐腐蚀性能;添加一定量的Cu(0.01%~0.2%),提高耐腐蚀性能;增加Fe(0.1%~0.35%)的含量,降低Nb、Fe质量比;尽量避免Cr、Ni的加入,以减少吸氢。

(2)表面改性处理

目前主要使用的表面改性处理方法有离子注入技术和等离子电解氧化技术。

陈小文等[30]研究了钇、铈离子注入对Zr-4合金氧化性能的影响,证实钇、铈离子注入均能明显改善Zr-4合金的氧化性能,改善的程度随注入剂量的提高而增大。因此,可选择合适的元素,通过合理的离子注入工艺达到改善锆合金耐腐蚀性能的目的。

等离子电解氧化(PEO)技术就是在合适的电解液中进行等离子电解氧化,使锆合金表面生成陶瓷氧化物膜,提高材料的耐磨性和耐腐蚀性能。研究表明[31],PEO技术是一种改善锆合金耐腐蚀性能的有效方法。

4 结语