强度指标（精选7篇）
强度指标 篇1
近年来, 中美元首在应对气候变化方面达成重要共识, 为推动全球达成减碳协定奠定坚实基础。我国承诺二氧化碳排放在2030年左右达到峰值且将努力早日达峰, 单位国内生产总值二氧化碳排放 (即碳强度 (1) ) 将比2005年下降60~65%, 2017年启动全国碳排放权交易, 为我国推动控制和减少温室气体排放制定了时间表和努力目标, 也标志着我国碳排放控制将由强度单项指标向强度和总量双项指标转变, 政府在今后很长一段时期会持续加大应对气候变化工作力度, 持续推进生态文明建设。
我国从2014年开始对碳强度降低指标实施考核, 由于碳强度与单位生产总值能源消费量的密切关联性以及应对气候变化刚开始试点工作, 因此采取碳强度与能源消费强度降低指标挂钩的办法。然而, 随着应对气候变化工作深入开展及新的形势需要, 有必要将两者指标脱钩, 形成独立的考核体系。如何科学确定碳强度考核指标并按照行政隶属关系进行层层分解, 是一项需要迫切解决的问题。当前, 国内对碳排放指标分解方法处于研究探索阶段, 不同的研究机构和试点地区进行了不同的研究和尝试。笔者力图另辟蹊径, 基于公平、效率和预期变化因素构建一种新的分解方法。
1 现有分解方法
1.1 降碳与节能指标挂钩方法
采取碳强度降低指标紧盯能源消耗强度降低指标, 将两者按照1:1或1.1:1的比例挂钩, 在政府对下级下达考核任务时广泛使用。我国已经建立了完备的节能工作体系和考核体系, 在分解方法不成熟的情况下, 利用两者高度相关性将其挂钩, 是一种简单有效的方法, 节能指标完成即可认定碳强度降低指标完成。根据相关系数公式可以验证降碳与节能之间的高度相关性, 作为挂钩的依据。利用河北某市历年数据计算出能源消费量与二氧化碳排放量、能源活动温室气体排放量、温室气体排放总量相关系数分别为0.820、0.818、0.787, 三个数值达到或接近高度相关水平。
这种方法有明显的缺陷:将两者完全挂钩, 使碳强度降低指标成为影子指标, 大可不必分设两个指标;掩盖了两者的差异性, 这种差异性在某些非化石能源生产发达地区可能比较显著。
1.2 数学模型分析方法
国内不少机构借鉴能源模型对碳排放影响因素解析方法进行研究, 对数均值迪式分解法 (LMDI) 因没有残差值和除零问题而广被使用。复旦大学朱聆、张真利用LMDI模型对1995~2008年上海市碳排放强度影响因素进行解析[1], 其研究结果表明产业部门能源强度是主要影响因子, 能源结构调整和产业结构调整是次要因子, 其作用呈现阶段性变化。兰州大学高璐通过LMDI模型对四川省2000~2011年碳排放变化影响因素解析[2], 认为经济产城、能源强度、产业结构对碳排放具有显著影响, 人口规模和能源结构影响力有限。从以上两者的研究成果可以看出, 不同城市不同发展阶段内在发展特征不同, 碳排放影响因素不同。
LMDI方法可以利用统计数据对影响因子贡献率进行量化分析, 还可以根据分析需要增加影响因子。但这种方法容易忽略一些潜在因素的影响, 同时对未来情景预测上受到限制。
1.3 打分法
广东作为国家低碳试点省份, 将六个方面指标列为能反映碳强度下降能力的若干因素:能源结构、产业结构、新上重点项目、电力跨区域调度、经济发展水平、总体发展定位, 前四个指标权重为20%, 后两个指标权重为10%。通过对下级地区打分的方法, 将“十二五”碳强度下降19.5%指标按高 (21%) 、中 (19.5%) 、低 (18.5%) 三档分解到21个地级市[3]。
该方法在常规影响因素之外, 考虑了未来生产力布局对区域碳排放的影响, 结合主体功能区的设置, 将经济区域划分为优化开发、重点开发、部分生态开发、生态发展四个类别, 对地区经济开发方式和强度进行分类控制;也考虑到重大项目 (如大型能源项目) 对较小区域范围碳排放强度产生显著影响;反映了跨区域电力调度对地区间碳排放的作用。
2 外因模拟法
以上方法各具特色, 其实国际应对气候变化谈判成果是人类智慧的结晶, 许多谈判准则可以为我们所借鉴。《京都议定书》认可发达国家在历史上的排放责任, 确立了“共同但有区别”的原则, 对发达缔约国采取多种减少碳排放措施, 并对发展中国家留有发展空间。去年的联合国气候变化大会达成一项雄心勃勃的《巴黎协定》。与《京都议定书》自上而下减排方式不同, 《巴黎协定》确立2020年以后各国采取自下而上的减排方式。
我国将碳强度纳入政府考核序列, 但其不能区分经济的发达程度和反映人均碳排放水平。较低碳强度既可能是贫困地区生产落后的表征, 也可能是发达地区技术先进的体现。碳强度指标分解时均衡地让不同地区同步降低碳排放, 很可能抑制落后地区的发展, 这也是国际上采取区别对待的原因。
能源结构的优化、非化石能源比重的提高、高碳产业的转型升级及产业结构的调整、技术进步、投入产出效率的提升、碳汇的增加等是减少碳排放的重要途径, 但如果通过分析这些因素变化预测一个地区的碳强度降低率具有很大的挑战性和不确定性, 这些途径是一个地区内部选择努力的方向。笔者尝试通过外部约束促进内因优化的思路, 设置人均历史排放水平、GDP增速、碳排放效率、主体功能定位、重大碳排放项目布局五项影响因素指标, 解析碳强度降低。这种方法应更加体现公平、效率和生产力分工的原则。
2.1 影响指标设置
我国政府在国际谈判中一直坚持人均原则, 即不以碳强度作为唯一衡量尺度, 应体现人人享有均等碳排放的权力, 体现人类利用自然资源的平等权力。表1可以看出我国碳强度指标显著高于发达国家, 人均碳排放刚刚进入发达国家行业, 而人均历史累积碳排放与发达国家相比还很低。国内碳强度指标分解虽不同于国家间的博弈, 是一种政府主导推动的行为, 但也应一以贯之的体现人均原则。人均历史碳排放能够更加体现一个地区历史责任。不同学者提出了不同的人均概念, 主要有动态人口算法、静态人口算法、人年算法[4]、加权法[5]等。笔者倾向于人年算法, 更简洁和具有说服力。
GDP增速的高低将直接影响新增碳排放量的大小, 更高的GDP增速需要更大的碳排放量支撑。一个地区GDP的增长速度根据本地上年度增速并参考上级地区预期增速确定。碳强度是反映碳排放效率的重要指标, 被普遍接受并广泛使用。根据碳强度高低给予不同的指标可以体现出奖优罚劣, 促进公平和提高效率的原则。主体功能区是国家近年来实施的一项重大发展战略, 体现了分工协作发展和全国一盘棋的思想, 限制开发区和禁止开发区应当从严控制碳排放指标, 重点开发区应该给予更多的排放权。新上重大碳排放项目的布局可能会对一个区域的碳排放水平产生显著影响, 应当予以考虑, 也作为一项影响因素。
2.2 计算过程
(1) 设定指标权重。根据上述五项指标对碳排放降低率的影响, 设置不同的权重, 权重之和为1。这五项指标中, 人均历史碳排放量和碳排放效率两项指标是正值标, 其它三项为负指标。正指标说明指标数量高低与碳排放降低率设定指标呈正比例关系, 负指标为反比例关系。
(2) 计算指标数值。分别计算下级各地区 (Dj表示) 各指标的碳强度降低率影响数值。人均历史碳排放量、GDP增长率和碳排放效率三项指标采用比例计算法, 各指标中最好的数值为1, 其它的按其比例计算。基础数据按以下方法测算, 人均历史碳排放量可采用人年法计算;GDP增长率为Dj下年度的预期值, 缺乏数据时可采用本年度数据;碳排放效率采用Dj本年度碳强度数据。主体功能定位和重大项目碳排放项目两项指标采用打分法, 根据Dj的主体功能定位和重大碳排放项目分布设定相应数值。
(3) 结果计算。根据Dj各指标数值及权重计算出各地区的综合影响数值, 见公式1。以其平均数值对应本地区碳强度降低率, 按比例计算出Dj的碳强度降低率。
式中:Pj表示第j个地区综合影响值;Gi表示第i个指标的影响值;Ei表示第i个影响因素指标的权重。
(4) 修正计算结果。由于下级各地区碳排放量 (Cj表示) 占本地区碳排放量 (C表示) 比重不同, 以上计算会产生下级各地区碳排放量计算值之和与本地区碳排放控制量不一致情况, 即计算误差或残值, 见公式2。如果误差满足两个条件即可接受: (1) Cj小于等于C; (2) z足够小, 不足以对排放量指标分配产生显著影响。如果不能满足以上两个条件, 需要对计算结果进行修正。可按照误差率的大小, 同比例调整下级各地区碳强度降低率, 可将z降低到可接受范围内。
式中:Cj表示第j个下级地区碳排放量;C表示本级碳排放量;z表示残值。
通过以上方法确定的碳强度降低率只是理论上的分解办法, 它不可能将实际工作中各种因素变动的差异准确反映, 需要在工作中动态调整减碳的方向和力度, 满足考核任务要求。
3 结论与建议
碳强度指标的考核旨在提高碳排放效率, 通过外因模拟法可以得到一个能够均衡公平、效率和分工的碳强度降低分配结果。需要说明的是, 碳强度降低不能保证碳排放总量的降低, 当经济增长速度大于碳强度降低率时, 总量仍将增加, 因此碳排放总量控制应是今后的发展方向。碳排放总量将首先从重点碳排放领域实施, 并应逐步扩大范围。碳强度与碳排放总量控制也是相互影响的, 各地区应根据碳强度指标完成情况动态调整降碳力度, 未来可以通过碳排放权交易促进本地区的碳强度指标降低和满足本地区额外的碳排放权不足问题。
摘要：随着应对气候变化工作的推进, 国家对减少温室气体排放考核的力度不断加大。如何科学合理的将碳强度降低率指标分解到下级地区是需要迫切解决的课题。本文在总结他人研究成果的基础上, 借鉴国际气候谈判成果, 提出外因模拟法, 为分解碳强度降低指标开拓出新的解决方案。
关键词：碳强度,指标,分解,新方法
参考文献
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[2]高璐.四川省碳排放变化影响因素分解分析.环境与生活, 2014 (16) :7~9.
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强度指标 篇2
我国近30年来的生物学教材用光合速率、光合强度、呼吸速率、呼吸强度作为定量评价的生理指标,从字面上理解其中的速率、强度,完全可以反映出代谢反应的快慢和强弱,但其内涵却是这样定义的:光合速率是单位时间内单位叶面积的光合作用活动[1,2]。光合速率(Photosynthetic rate)是指单位时间、单位叶面积吸收CO2的量或放出O2的量[2,3]。光合强度(Photosynthetic intensity)是植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。可以这样理解[2]:光合作用速率是针对单位时间、单位叶面积吸收CO2的量或放出O2的量,光合作用强度是针对单位时间内制造糖类的数量,由于吸收CO2的量或放出O2的量与制造糖类的量之间具有一定的数量关系,若制造的糖类是葡萄糖时,吸收6个分子的CO2,可制造1个葡萄糖分子。因此,这2个概念没有本质区别,只是测定的角度不同。对呼吸作用进行测量的呼吸速率、强度的定义和对光合作用的描述如出一辙,呼吸速率(Respiratory rate)又称呼吸强度(Respiratory intensity),通常以单位时间内单位鲜重或干重植物组织或原生质释放的CO2量(QCO2)或吸收O2的量(QO2)来表示[3]。
上述教材、教学对代谢速率、强度的量度定义、理解,存在误用和混淆等问题。无论是光合作用还是呼吸作用,其中的代谢反应都是化学反应—生物化学反应,那么对反应速率的定义不应该有双重标准,只能执行统一的标准[4,5,6,7]。假定一个代谢反应如下:
式中:A、B为代谢反应底物;C、D为反应产物。则有:
式中:V为代谢反应速率,表示代谢反应的快慢;dA、dB为单位时间dt内反应底物的减少量;dC、dD为单位时间d内反应产物的生成量。另有:
式中:Q为代谢反应比速率,表示代谢反应的强度;V为代谢反应速率,表示代谢反应的快慢;S表示生物量。
把上述生物代谢反应速率、比速率的统一定义标准应用于生物代谢生理指标的评价,即反应速率是单位时间内底物的减少量或产物的生成量,表示代谢反应的快慢。光合速率、呼吸速率采用这种定义就不会产生疑议。
讨论特定的代谢生理活动,如光合作用,为了使2种不同生物个体的反应速率有共同比较的基础,需要引入比速率的概念,即单位生物量的反应速率,比速率用以表示代谢反应的强度。其中的生物量可用叶面积、鲜重或干重等来表示。用比速率度量光合作用、呼吸作用,才是众所周知的光合强度、呼吸强度的真实含义。
通过这种科学界定,可以明确区分光合速率与光合强度、呼吸速率与呼吸强度,避免歧义与混淆,从而方便教学,也比较容易辨析。
摘要：针对现行生物学教材与教学中误用、混淆代谢速率、强度的问题,提出并倡导用单位时间内底物的减少量或产物的生成量测度代谢反应的速率,如光合速率、呼吸速率;用单位生物量的反应速率测度代谢反应的比速率,即代谢强度,如光合作用强度、呼吸作用强度。
关键词：代谢速率,代谢强度,科学界定
参考文献
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强度指标 篇3
关键词：游泳应激,小鼠,血清,生化指标
游泳应激作为一种经典的抑郁应激模型, 在应激研究中得到广泛应用。以往研究多数集中于应激对小鼠血液和组织脂质过氧化水平[1,2,3]、大鼠行为[4]、血液激素指标[4]和神经细胞功能[5,6]等方面的影响, 而关于不同游泳强度对小鼠血液相关生化指标影响的研究报道较少。因此, 研究通过检测不同游泳强度小鼠血清中葡萄糖、尿素、肌酐、钙和磷的含量, 分析不同强度游泳应激对小鼠相应组织器官功能的影响并探讨其可能的机制, 为评价小鼠应激反应的生化特征及畜牧业生产提供理论依据。
1 材料
选用健康清洁级昆明小鼠40只, 体重为 (20±2) g。实验室温度为14～16 ℃, 湿度为60%～65%, 小鼠适应性饲养1周后进行试验。
2 方法
2.1 试验分组及样品采集
选取40只昆明小鼠进行游泳试验, 先随机选取10只小鼠进行眼眶采血致死, 采集血液作为游泳前对照组样品, 之后将剩余30只小鼠放入水箱中进行游泳试验, 水箱长70 cm, 宽50 cm, 高60 cm, 水深50 cm, 水温20 ℃。游泳开始、15 min、30 min、50 min后分别随机选取10只小鼠进行眼眶采血致死, 采集血液, 依次作为不同游泳应激时间组的样品。
2.2 样品处理及指标测定
在室温下凝固血样, 3 000 r/min离心10 min, 将血清倾出后低温保存, 备用。
采用分光光度法测定血清中葡萄糖、尿素、肌酐、钙和磷含量, 试剂盒购自北京中生北控生物科技股份有限公司, 具体操作方法见试剂盒说明书。
2.3 数据分析
试验数据以平均值±标准误表示, 以SPSS 11.0统计软件中单因子方差分析 (One-Way ANOVA, LSD) 检验组间差异显著性。
3 结果 (见表1) 与分析
注:同列数据肩标字母完全不同表示差异显著 (P<0.05) , 含相同字母表示差异不显著 (P>0.05) 。
由表1可知:15 min游泳组小鼠血清葡萄糖水平显著高于对照组 (P<0.05) , 30 min游泳组小鼠葡萄糖水平继续升高, 50 min游泳组小鼠葡萄糖水平略有下降, 但仍显著高于对照组 (P<0.05) ;游泳过程中小鼠尿素水平持续升高, 30 min和50 min 游泳组均显著高于对照组 (P<0.05) ;游泳过程中小鼠血清肌酐和钙水平均无显著变化 (P>0.05) ;前30 min游泳过程中小鼠血清磷含量无明显变化, 50 min游泳组小鼠磷水平却显著下降 (P<0.05) 。
4 讨论
葡萄糖是动物机体组织的必需燃料, 稳定的血糖浓度对维持动物正常生命活动有重要意义。研究表明:15 min游泳应激使小鼠血清葡萄糖水平显著升高, 30 min游泳应激后继续升高, 50 min游泳应激后仍显著高于对照组, 这可能与游泳应激能够显著增强小鼠下丘脑—垂体—肾上腺皮质轴的活性, 进而引起糖皮质激素释放增加, 糖皮质激素可降低机体组织对葡萄糖的利用率, 同时使肝糖元异生作用增强, 结果引起血糖升高。另外, 游泳应激也可能引起小鼠肾上腺髓质释放儿茶酚胺类物质的量增加, 后者可促使糖元分解加强, 进而引起血糖升高。这与杜浩等[7]、R.Sandodden等[8]有关应激试验研究中血糖的变化结果基本一致。
尿素是机体蛋白质分解代谢的产物, 主要由肾脏代谢排出, 其含量的高低反映机体蛋白质的代谢情况。长时间高强度运动, 体内蛋白质的分解代谢明显增强, 从而导致尿素含量明显升高[9]。研究表明, 在整个游泳应激过程中, 血清尿素水平持续升高, 且均显著高于对照组, 对小鼠而言, 游泳应激是一种较为强烈的刺激源, 小鼠机体蛋白质分解代谢显著增强, 肾小球滤过功能降低。肌酐是机体磷酸肌酸脱去磷酸或肌酸脱去水后的代谢产物, 几乎全部由肾脏排出, 在体内生成的量相对稳定。有研究表明, 过度训练可导致大鼠骨骼肌损伤, 机体分解代谢加快, 肌酐排出量显著升高[9]。当肾小球滤过功能受损时, 血液中肌酐含量显著升高, 提示肾脏排泄功能受损[10]。研究表明, 在游泳过程中小鼠血清肌酐含量无明显变化, 说明游泳应激未对小鼠肌酐代谢产生明显影响, 小鼠肾脏功能未受到显著影响。
强度指标 篇4
三轴压缩试验是测定土的抗剪强度的一种方法,通常用3~4个圆柱形试样,分别在不同的恒定围压下施加轴向压力,进行剪切直至破坏。以法向应力σ为横坐标,剪应力τ为纵坐标,在横坐标轴上以(σ1f+σ3f)/2为圆心,(σ1f-σ3f)/2为半径,画出不同围压下的应力圆,然后做各圆的公切线,该切线的倾角即为内摩擦角,纵轴上的截距为粘聚力。试验数据处理时,计算绘图工作量大,需要做大量的重复性工作,且作图法亦引入一些人为误差。国内外学者对岩土三轴压缩试验的数据处理做了一些研究。刘金禹[1]等做了三轴压缩试验数据处理的Excel的电子表格,但强度包线采用绘制一条直线,用鼠标调整该直线的两端点使其与图表中各圆尽量相切,人为因素大,且麻烦。吴娜[2]等采用二元函数求极值定理计算公切线的斜率和截距,但公式推导错误。陈立宏[3]等通过线性拟合pq曲线或者拟合大小主应力的方法来求解抗剪强度参数,结果表明采用直接拟合大小主应力更为合理。随着办公软件的功能越来越强,Excel提供了超强的数学运算、统计分析等实用程序。何丽[4]等采用线性规划的方法,对水与岩石之间的相互作用进行模拟,利用Excel规划求解功能对其进行求解。杨慧光[5]等应用Excel的“规划求解”功能进行沥青混合料配合比设计的优化计算,求出混合料中各集料的最佳用量。巩敦卫[6]等利用Excel求解基于质量职能配置的产品规划模型。Lynne[7]利用Excel规划求解功能进行产品设计,结合算例详细阐述了求解过程,并提出了一些建议。本文采用非线性规划的方法,对三轴试验的强度包线进行模拟,建立了由目标函数和约束条件方程组构成的数学模型,利用EXCEL对其进行求解并绘图,实现试验数据自动处理并自动绘图。
1 数学模型
1.1 方法原理
绘制各圆的公切线时,由于土样不均匀,试验读数误差等原因,往往绘制的直线不能与所有摩尔应力圆相切,总是存在一些误差,根据这些误差的平方和为最小,可以确定一条直线为近似公切线,见图1。下面建立目标函数,确定约束条件将决策变量用数学公式表达出来,使需要优化的目标及评判标准量化为这组变量的函数[8]。
1.2 目标函数
任意一点B(x0,y0)到直线y=kx+b的距离为:
以4种不同围压绘制出4个摩尔应力圆,假如,它们的圆心坐标为分别为O1(x1,0)、O2(x2,0)、O3(x3,0)、O4(x4,0),半径分别为R1、R2、R3、R4,4个圆心到直线y=kx+b的距离分别为d1、d2、d3、d4,可以得出4个偏差d1-R1、d2-R2、d3-R3、d4-R4,它们的平方和表达式为:
上式有k、b两个变量,实际为非线性规划问题,求解目标函数的最小值,数学模型可写成:
1.3 约束条件
在三轴试验中,因为土的强度参数c、Φ值为非负,所以约束条件为:
2 利用Excel规划求解确定土的强度参数
Excel规划求解首先要设计好一个工作表,根据建立的数学模型,将决策变量、约束条件、目标函数等依次排列[9,10],并在工作表中将相关固定信息初始化,具体步骤如下。
(1)打开Microsoft Excel软件后,按图2的格式建立工作表,将有关数据输入工作表中(其中F2、G2为空白,有待计算),再H2单元格输入:
(2)打开Excel软件,在“工具”栏下拉菜单中找到“规划求解”,如果没有此选项,可以选择“加载宏”将“规划求解”加载进来。单击“规划求解”,出现“规划求解参数”对话框,如图3所示。设置目标单元格:$H$2,在“等于”选项中选“最小值”,在“可变单元格”中输入$F$2:$G$2,在“约束”中单击“添加”后,逐个输入下式,$F$2>=0,$G$2>=0,最后按“确定”。
(3)单击“求解”后,会出现“规划求解结果”对话框,并提示求解的结果,单击“确定”,可以将最接近规划求解结果信息填充到工作表中的目标单元格和可变单元格,完成规划求解结果的保存;选择“报告”编辑框的报告类型,可以创建“运算结果报告”、“敏感性报告”、“极限值报告”三种类型之一的规划求解报告。在“运算结果报告”中将列出目标单元格和可变单元格以及它们初始值、最终结果、约束条件和有关的约束条件信息;在“敏感性报告”中提供了关于求解结果对目标单元格以及约束条件的微小变化的敏感信息;“极限值报告”中将列出目标单元格和可变单元格以及它们的数值、上下限和目标值。计算结果如图4所示。
(4)计算土的强度参数。在K2单元格输入“内摩擦角(°)”,在K3单元格输入“粘聚力(k Pa)”,在L2单元格中输入“=ATAN(F2)*180/PI()”,在L2单元格中输入“=G2”,这样就自动计算出土的强度参数。人工绘图计算与用本程序计算结果误差,粘聚力绝对差在0.2~0.4k Pa之间,内摩擦角绝对差在0.2~0.5°之间。
3 绘制摩尔应力圆及强度线
3.1 绘制摩尔应力圆
在A6、A7内录入角度值0、5(为了使摩尔圆更光滑可将角度值细分),然后选定0、5数字应用拖动复制功能直至反黑的单元格内数字为180止。在B6单元格内输入“=($A$2+0.5*($C$2-$A$2))+0.5*($C$2-$A$2)*COS(A29*PI()180)”,在C6单元格内输入“=0.5*($C$2-$A$2)*SIN(A29*PI()/180)”,而后选定B6、C6单元格应用鼠标拖动复制功能直至A列数据的末端。在“图标类型”中选择选择“XY散点图”,在“子图表类型”中选择“无数据点平滑线散点图”,即可绘出光滑圆顺的摩尔应力圆。按照同样方法绘制另外的三个圆。
3.2 摩尔破坏包线的绘制
在I2单元格中输入“0”,在I3单元格中输入“=3*C5/4+A5/4”,在J2单元格中输入“=$F$2*I2+$G$2”,选定J2单元格应用鼠标拖动复制功能下拉至J3。选定数据区域$I$2:$J$3在“图标类型”中选择选择“XY散点图”,在“子图表类型”中选择“无数据点折线散点图”,即可绘出光滑圆顺的摩尔应力圆,绘图效果如图5。
4结论
利用Excel的“规划求解”功能,可简单准确地进行岩土三轴剪切试验的强度参数计算,并利用其绘图功能绘制摩尔应力圆及强度包线,操作都在可视化界面上输入、输出,操作简单、结果准确、图形美观。同时,该工作表可作为一个应用程序保存下来,可以反复使用,避免了繁琐的计算绘图处理,为试验人员节约大量时间,提高了工作效率。结果证明,此法不仅数据可靠有效,而且简明直观。
参考文献
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强度指标 篇5
关键词：滑坡稳定性,抗剪强度指标,反算法
0 引言
滑坡 (landslide) 是斜坡岩土沿着某一破坏面 (或软弱面) 整体向下滑动的现象, 是山区常见的一种不良物理地质现象。对滑坡稳定性进行分析研究已经是多数工程必做的工作。滑坡稳定性分析时, 除需知道滑面位置外, 还必须知道滑体容重γ、滑面的抗剪强度指标c、以及设计所要求的稳定系数K。滑体容重γ通过试验或凭经验确定, 滑面强度指标c、影响很大, 因为即使有微小的差别, 均能造成很大的差异。
1 根据滑坡的滑动性质用剪切试验方法求滑面上的抗剪强度指标
用试验方法求滑面土的的抗剪强度指标的关键在于要尽可能地模拟它的实际状态, 只有这样才可能获得符合实际情况的数据。
对于各种类型滑坡, 就其滑面上的剪切状况来说, 大致可分为三种情况: (1) 新生滑坡, 现在尚未滑动而即将发生滑坡者, 显然这时潜在滑动面上并未发生剪切破坏, 待发生剪切破坏时滑坡就滑动了; (2) 滑坡已滑动, 而且持续不断在发生剪切位移, 滑带土已剪坏; (3) 介于上述两者之间, 历史上曾发生过滑动, 而现今并非经常滑动的滑坡。
然而由于滑坡过程本身的多样性和复杂性, 以及土介质的多样性, 成因、结构的复杂性与不均匀性, 其强度随外界因素变化的可变性等, 使得使用现有的土工试验仪器和方法很难准确地模拟滑带土的实际受力状态和变化过程。
2 用反算法求滑面土的抗剪强度指标
滑坡的每一次滑动都可以看成是一次大型的模型试验。只要弄清滑动瞬间的条件, 就可以求出该条件下滑面土的抗剪强度指标。对于曾经产生过滑动的滑坡稳定性, 可通过滑坡滑带土在滑动前瞬间处于极限平衡条件下的抗剪强度指标与现场实测的抗剪强度指标对比分析, 以判断滑坡的稳定性。然后, 再按滑动已发生后的实际断面检算滑坡体的稳定系数。反算法所求出c、值的可靠性取决于反算条件是否完备与可靠。实践证明, 只要反算条件可靠, 所得指标将能较好的反映土的力学性质。
根据滑带土的性质不同, 滑坡极限平衡状态抗剪强度指标的推算可以分为综合c法、综合法及兼有c、法。
2.1 综合c法
当滑带土的抗剪强度主要受黏聚力控制, 且内摩擦角很小时, 将摩擦力的实际作用纳入c的指标内考虑, 反算综合黏聚力c。此种简化只适用于滑带饱水且滑动中排水困难, 滑带又为饱和黏性土或虽含少量粗颗粒但被黏土所包裹而滑动时粗颗粒不能相互接触的情况。
对于均质土, 可假设为圆弧滑动面滑坡。滑动面抗剪强度综合c0值可按下式推算:
式中:W2W1———在轴两侧滑坡体重;
c0———极限平衡条件下滑面 (带) 的综合黏聚力;
L———滑面 (带) 的长度, S为总强度。
对于折线形的滑动面, 可将滑体分为若干条块计算, 即:
式中:ΣTR、ΣTc———分别表示滑坡体抗滑、下滑段的抗滑力及下滑力水平投影;
S———滑面 (带) 总强度;
Wi、Wj———分别表示抗滑、下滑段滑体重;
αi、αj———分别表示抗滑、下滑段滑面倾角;
Li、Lj———分别表示抗滑、下滑段面的长度。
由上可反算滑面 (带) 的综合值。
2.2 综合值法
当滑带土的抗剪强度主要为摩擦力而黏聚力很小时, 可假定c=0, 反算土的综合内摩擦角, 所谓综合是指包含了少量黏聚力的因素。这种简化方法适用于滑带土由断层错动带或错落带等风化破碎岩屑组成, 或为硬质岩的风化残积土的情况, 因为这种情况下滑带土中粗颗粒含量很大, 抗剪强度主要受摩擦力控制。
2.3 兼有c、值法
当滑带土必须同时考虑黏聚力和内摩擦力时, 可有如下几种办法: (1) 在同一次滑动中, 找出两个邻近的瞬间滑动计算断面, 建立两个反算式, 联立解出; (2) 根据同一断面位置, 不同时间但条件相似的两次滑动瞬间计算断面, 建立两个反算式联立解出; (3) 根据滑面土条件和滑动瞬间的含水情况, 参照类似土质情况的有关资料定出其中的一个指标, 反算另一个指标值等。其计算公式为:
式中:Wi、Wj———分别表示抗滑、下滑段滑体重;
αi、αj———分别表示抗滑、下滑段滑面倾角;
Li、Lj———分别表示抗滑、下滑段面的长度;
c———折线滑面上综合单位黏聚力;
φ———折线滑面上综合内摩擦角;
m, n———滑体下滑段和抗滑段的分块数。
用反算法只能求出一组c、值, 它只能代表整个滑面上的平均指标。对大多数滑坡来说, 由于滑面各段的性质有差别, 从上到下使用同一级c、值将带来一定误差。为了消除这种影响, 反算式可先用试验方法或经验数据确定上下段的指标, 只反算埋深较大的主滑段指标。
3 用经验数据确定滑带土的抗剪强度指标
根据过去的经验发现, 滑坡的出现具有一定规律, 例如构成滑带的土往往是某些性质特别软弱土层, 如风化的泥质岩层及含有蒙脱石等矿物的黏性土, 滑动时滑带土的含水量也在一定范围内, 或滑动面被水润湿。因此可以从过去治理滑坡所积累的资料里, 根据滑带土的组成、含水情况等和现今滑坡进行对比, 参考选用指标。对每一个滑坡的滑带土抗剪强度指标, 为了确保其可靠性, 通常都同时从上述三个方面来获得数据, 然后经过分析整理定出使用值。
4 算例
首先用兼有c、值反算法求解某滑坡抗剪强度指标, 考虑到滑坡已有数次蠕滑, 但还没有加速滑动状态, 取K=0.97。滑坡中未出现抗滑段, 故。选择该滑坡两个相邻滑动断面1-1、2-2, 其断面图如图1、图2所示。
所需各项数据见表1, 表2。
计算断面1-1得到:
将以上数据代入式 (3) 中并整理得到:
计算断面2-2得到:
将以上数据代入式 (3) 中并整理得到:
联立式 (4) 、式 (5) 得到:
即由兼有c、值反算法求解某滑坡抗剪强度指标φ=12.73°;c=10.1k Pa
再由经验数据判断该滑坡地质岩层为灰色炭质页岩风化之砂粘土, 其抗剪强度指标经验值取得φ=12.42°;c=9.8k Pa。
经实际工程证明, 采用反算法得到的抗剪强度指标与实际情况较为吻合。反算法是确定滑坡稳定性分析中的抗剪强度指标的一种有效方法。
5结语
(1) 剪切试验因受各种条件限制, 局限性很大, 无法模拟实际滑面上不同部位各种因素变化的实况, 其结果常难令人满意。而经验数据过多的强调经验, 实际上很难把握。 (2) 在反求主滑带c、值时要充分考虑工程实际, 按当时坡体上出现的变形行迹, 特别是坡体上出现裂缝的过程, 经过分析才能划清滑坡的条块, 列出相应的平衡方程, 使得反算结果符合滑坡的实际情况。
参考文献
[1]汤罗圣.三峡库区堆积层滑坡稳定性与预测预报研究[D].中国地质大学, 2013.
[2]燕建龙.凤凰山滑坡稳定性分析及治理监测研究[D].中南大学, 2005.
强度指标 篇6
天津临港工业区是国家发改委规划的国家级石化基地, 是天津市及天津滨海新区“十一五天津临港工业区”规划重点发展区域之一, 是天津滨海新区化学工业区、临港产业区的核心组成部分。临港工业区总规划面积约80 km2, 围海造地18 km2。其发展目标是建设国家重要的化工基地、造修船基地、装备制造业基地, 最终发展成为海上工业新城。
因此工业区建筑基坑开挖边坡稳定性分析和基坑支护结构设计等工作的重要性越来越明显。基坑支护结构设计中的重要环节便是土压力的计算, 其中土层抗剪强度指标的选取至关重要, 直接关系到基坑工程的安全性和经济性。本文重点对临港工业区 ( 以下简称“工作区”) 30 m以浅地基土基坑支护设计参数进行分析研究。
1 工作区的工程地质条件
1. 1 工作区地基土层序划分
工作区30 m以浅地基土主要由第四系全新统 ( Q4) 和上更新统 ( Q3) 组成, 属海陆交互沉积, 岩性包括填土、淤泥、粘性土和砂性土。依据DB/T 29—191—2009 天津市地基土层序划分技术规程, 综合考虑地层沉积环境特征及其物理力学性质, 对工作区地基土进行了统一的土性排序和编码, 具体见表1。
1. 2 工作区工程地质特征
该区位于塘沽海河入海口南侧滩涂区, 东临渤海, 规划面积约80. 0 km2。第四纪地貌以海积为主, 30. 0 m以浅地层岩性主要为人工填土、粘性土、淤泥和粉 ( 砂) 土, 各土层性质简述如下:
①2素填土: 主要分布在该区北部, 颜色一般呈灰黄色, 软塑~可塑状态, 土质较均, 结构松散, 属中~ 高压缩性土, 局部夹碎石及少量植物根系。层厚一般0. 5 m ~ 3. 0 m。
①4冲填土: 灰色, 以粘性土为主, 软塑~ 可塑状态, 土质较均, 属中~ 高压缩性土, 含大量有机质斑点。顶板埋深0. 0 m ~3. 0 m, 层厚一般1. 5 m ~ 5. 0 m。
⑥1-1淤泥: 黄灰色, 流塑状态, 夹少量粉质粘土薄层, 含有机质, 土质均匀, 局部见毛蚶, 属高压缩性土。顶板埋深2. 0 m ~ 6. 0 m, 层厚一般1. 5 m ~ 8. 0 m。
⑥1-4粉质粘土: 黄灰色, 软塑状态, 粉粒含量高, 含有机质, 土质不均, 属中~ 高压缩性土。顶板埋深2. 5 m ~ 8. 0 m, 层厚一般0. 5 m ~ 3. 0 m。
⑥2-2粘土: 黄灰色, 软塑状态, 夹少量粉砂斑团, 含有机质, 土质较均, 属中~ 高压缩性土。顶板埋深7. 0 m ~ 12. 0 m, 层厚一般1. 5 m ~ 5. 0 m。
⑥2-3粉质粘土: 褐灰色, 软塑状态, 粉粒含量高, 土质不均, 属中~ 高压缩性土。顶板埋深8. 5 m ~ 13. 5 m, 层厚一般1. 0 m ~5. 0 m。
⑥3-3粉土: 灰色, 湿, 稍密状态, 标贯击数N = 8. 0 ~ 12. 0, 含大量贝壳碎片, 土质较均, 属中等压缩性土。顶板埋深12. 0 m ~18. 0 m, 层厚一般2. 0 m ~ 6. 0 m。
⑦2粉质粘土: 浅灰白色, 可塑状态, 局部含有机质, 见豆螺壳体, 土质较均, 属中等压缩性土。顶板埋深15. 0 m ~ 20. 0 m, 层厚一般0. 5 m ~ 3. 0 m。
⑧3粉土: 灰白色, 湿, 密实状态, 标贯击数N = 20. 0 ~ 35. 0, 土质均匀, 局部夹粉砂, 属中~ 低压缩性土。顶板埋深18. 0 m ~22. 0 m, 层厚一般1. 5 m ~ 6. 5 m。
⑨1-2粉质粘土: 黄褐色, 软塑~ 可塑状态, 含少量氧化铁斑, 土质较均, 属中等压缩性土。顶板埋深19. 0 m ~ 27. 0 m, 层厚一般1. 0 m ~ 4. 0 m。
⑨2-4粉砂: 绿灰色, 饱和, 中密~ 密实状态, 标贯击数N =20. 0 ~50. 0, 成分以石英、长石为主, 土质均匀, 属中~ 低压缩性土。顶板埋深23. 0 m ~ 28. 0 m。
2 工作区抗剪强度指标统计分析
在汇总分析大量岩土工程资料基础上, 对工作区地基土抗剪强度指标进行了归纳统计, 为了避免由于试验或人为因素造成试验指标误差过大, 综合考虑数据的离散程度和已有的工程经验对子样进行了相应的取舍, 分别提供了最大值、最小值、平均值和标准值, 形成了工作区30. 0 m以浅各土层抗剪强度指标统计表, 详见表2。
由表2 可以看出, 该区浅部填土及第一海相沉积土层内摩擦角值普遍偏小, q平均值一般在5. 0° 左右, c值在7. 0° 左右; 第二、三陆相层粉质粘土 q值在15. 0° ~ 25. 0° 左右, c平均值一般在17. 0° ~ 30. 0°左右; 饱和粉 ( 砂) 土内摩擦角值变化不大, 平均值一般在27. 0° ~ 33. 0° 之间。大部分土层粘聚力值随深度变化不大, C平均值在15. 0 k Pa ~ 20. 0 k Pa左右, 其中冲填土和第一海相层淤泥质土粘聚力值较小, C平均值一般小于10. 0 k Pa。
综上所述, 同时结合本区工程建设特点, 确定该区对基坑稳定性易产生不利影响的软弱土层主要包括浅部的冲填土和第一海相层淤泥。两种岩性土层基本呈流塑状态, 压缩性高, 厚度一般在2. 0 m ~ 3. 0 m, 抗剪强度指标 q和 c值一般在5. 0°左右, Cq值一般在8. 0 k Pa左右, Cc在10. 0 k Pa左右。
3 不同岩性土层抗剪强度指标特征及选取方法
1) 填土。
本工作区上部填土主要为素填土和冲填土, 素填土受填垫土料和堆填方式等因素的影响, 该层土的抗剪强度指标差异较大;冲填土力学性质相对较差, 且厚度较大, 主要由沿海滩涂开发及河漫滩造地形成, 天然含水量较高, 一般大于液限, 多呈流塑状态, 属高压缩性土, 抗剪强度指标较低, 在基坑工程中须给予足够的重视。本文提供的抗剪强度指标未考虑填垫年限和堆填方式等因素, 在基坑支护设计计算时, 其抗剪强度指标应进行折减使用。对经过特殊处理的人工填土, 应进行专项土工试验。
2) 淤泥。
淤泥在工作区内广泛发育, 且厚度一般较大, 是典型的软弱土层, 工程性质较差, 灵敏性高、抗剪强度及承载力极低, 在饱水状态下还具有触变和流变性等特点, 是造成基坑变形的重要层位, 建议在基坑支护设计中该土层采用直剪快剪抗剪强度指标标准值。
3) 粉质粘土。
工作区30 m以浅粉质粘土成因类型复杂, 包括河床~ 河漫滩相、浅海相和沼泽相沉积, 成因类型不同, 抗剪强度指标有所差异。粉质粘土颗粒一般较细, 孔隙小而多, 透水性弱, 具有膨胀、收缩等特点。在基坑开挖过程中一般不易受扰动, 建议在基坑支护设计计算中采用直剪快剪强度指标标准值。
4) 粉 ( 土) 砂。
工作区粉 ( 土) 砂抗剪强度指标差异不大, 在纵向上随深度的增加有一定的增大。粉 ( 土) 砂颗粒间粘聚力较小, 结构松散, 透水性相对较好。在基坑开挖过程中容易受到动力和地下水渗流力的影响而扰动, 建议在基坑支护设计计算中采用水土分算, 抗剪强度指标采用固结快剪强度指标标准值。
4 结语
本文初步查明工作区不同土层直剪试验指标区域分布规律和特点, 更好地指导工作区的基坑支护设计工作, 为其提供科学的抗剪强度指标参考依据, 有效保证基坑工程的经济安全。基坑支护设计人员在选用土层参数时应慎重, 要综合各种因素, 只有在设计参数选取合理且符合客观实际的情况下, 才能保证基坑工程的安全性与经济性, 同时应重视基坑支护工程的监测分析工作, 不断积累区域性土层抗剪强度指标C, 经验值, 掌握不同地区不同成因的土层力学参数特点及其分布规律。
本文属于区域性研究成果, 可作为工作区基坑支护初步设计概算的依据, 不能直接作为基坑支护结构设计依据, 需针对具体工程做专门的岩土工程勘察。
参考文献
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[2]深基础工程特殊技术问题[M].北京:人民交通出版社, 2011.
[3]天津市滨海新区综合地质评价报告[R].天津:天津市地质工程勘察院, 2005.
[4]滨海地区工程地质调查报告[R].天津:天津市地质调查研究队, 1998.
[5]天津市滨海地区软土工程特性研究[Z].天津:天津市地质调查研究队, 1993.
[6]程玉梅.基坑开挖卸荷影响深度的确定[D].北京:中国石油大学, 2001.
强度指标 篇7
墙体材料的抗冻性是墙体材料耐久性能的一项重要指标,并以抗冻标号来表示。材料在冻融循环作用下产生破坏,是由于材料内部毛细孔隙及大孔中的水结冰时体积膨胀(约9%)造成的。膨胀对材料孔壁产生巨大的压力(可达100 MPa),由此产生的拉应力超过材料的抗拉强度极限时,材料内部产生微裂纹,强度下降,表面亦会出现裂纹、剥落等现象。如此反复循环,材料内部结构就会遭到破坏,最终导致制品强度的下降和质量的损失。
抗冻性试验通常是使材料吸水饱和后,在-15℃～-20℃温度下冻结4 h～8 h,然后在10℃～20℃的水中融化4 h,如此反复冻融循环若干次,然后检测其强度和质量的损失是否符合某一限度,从而评定其是否合格。在现行的硅酸盐砖标准中,对于规定的评定抗冻性合格与否的强度评定指标———强度等级公称值的80%,笔者认为不尽合理,曾撰文[2]进行过初步探讨,本文拟就此作进一步讨论并提出建议。
2 粉煤灰等硅酸盐砖国家现行标准
2.1 何谓硅酸盐砖
根据国家标准《硅酸盐建筑制品术语》(GB/T16753)和《墙体材料术语》(GB/T 18968)的相关规定,硅酸盐砖是以硅质材料和钙质材料为主要原料,掺加适量集料和石膏,经坯料制备、压制成型、养护等工艺制成的以水化硅酸钙、水化铝酸钙为主要胶结料的实心、多孔或空心砖。硅酸盐砖常以硅质材料命名,如粉煤灰硅酸盐砖(简称粉煤灰砖)、炉渣硅酸盐砖(简称炉渣砖)等。
依据GB/T 18968的规定,硅质材料是“以二氧化硅为主要成分的原料。在一定条件下,能与氢氧化钙反应生成以水化硅酸钙为主的胶结料”。硅质材料有:砂、粉煤灰、炉渣、尾矿等。
钙质材料是“以氧化钙为主要成分的原料。水化后能与二氧化硅反应生成以水化硅酸钙为主的胶结料”。钙质材料有:水泥、石灰、电石渣和钢渣等。
2.2 硅酸盐砖国家现行产品标准
符合国家标准《硅酸盐建筑制品术语》(GB/T16753)和《墙体材料术语》(GB/T 18968)定义的以硅质材料和钙质材料为主要原料,采用一定的工艺方法,在自然或人工水热合成条件下反应生成以水化硅酸钙、水化铝酸钙为主要胶结料的硅酸盐砖的国家现行标准有5个。下面分别说明。
2.2.1 行业标准《粉煤灰砖》(JC/T 239)
行业标准《粉煤灰砖》(JC/T 239)定义的粉煤灰砖是“以粉煤灰、石灰或水泥为主要原料,掺加适量石膏、外加剂、颜料和集料等,经坯料制备、成型、高压或常压养护而制成的实心粉煤灰砖”。其是以粉煤灰为硅质材料,以石灰或水泥为钙质材料的粉煤灰硅酸盐砖。
由JC/T 239给出的粉煤灰砖定义可知,该标准所规定的各项技术指标,既适用于蒸压粉煤灰砖,又适用于蒸养粉煤灰砖。
2.2.2 行业标准《炉渣砖》(JC/T 525)
行业标准《炉渣砖》(JC/T 525)明确炉渣砖是“以炉渣为主要原料,掺入适量(水泥、电石渣)石灰、石膏,经混合、压制成型、蒸养或蒸压养护而成的实心炉渣砖”。其是以炉渣为硅质材料,以石灰、水泥或电石渣为钙质材料的炉渣硅酸盐砖。
由JC/T 525给出的炉渣砖定义可知,该标准所规定的各项技术指标,既适用于蒸压炉渣砖,又适用于蒸养炉渣砖。
2.2.3 行业标准《非烧结垃圾尾矿砖》(JC 422)
行业标准《非烧结垃圾尾矿砖》(JC 422)给出的非烧结垃圾尾矿砖的定义是“以淤泥、建筑垃圾、焚烧垃圾等为主要原料,掺入少量水泥、石膏、石灰、外加剂、胶结剂等胶凝材料,经粉碎、搅拌、压制成型、蒸压、蒸养或自然养护而成的一种实心非烧结垃圾尾矿砖”。其是以淤泥、建筑垃圾、焚烧垃圾和尾矿等为硅质材料,以石灰或水泥为钙质材料的垃圾尾矿硅酸盐砖(简称垃圾尾矿砖)。
行业标准JC 422规定“非烧结垃圾尾矿砖”可采用蒸压、蒸养或自然养护。因此,该标准所规定的各项技术指标,既适用于蒸压垃圾尾矿砖,又适用于蒸养垃圾尾矿砖,还适用于自养垃圾尾矿砖。
2.2.4 国家标准《蒸压灰砂砖》(GB/T 11945)
国家标准《蒸压灰砂砖》(GB/T 11945)规定的蒸压灰砂砖是“以砂为硅质材料,石灰为钙质材料,经一定的工艺方法,高压蒸汽养护制成的实心硅酸盐砖”。
2.2.5 行业标准《蒸压灰砂空心砖》(JC/T 637)
行业标准《蒸压灰砂空心砖》(JC/T 637)规定的蒸压灰砂空心砖是“以砂为硅质材料,石灰为钙质材料,经一定的工艺方法,高压蒸汽养护制成的孔洞率大于15%的硅酸盐砖”。
3 国家现行标准关于粉煤灰等硅酸盐砖抗冻性强度评定指标的规定不尽合理
3.1 国家现行标准关于粉煤灰等硅酸盐砖抗冻性强度评定指标的规定
墙体材料标准中关于其抗冻性合格与否,是以冻融后强度和质量的损失是否符合规定的某一限度来评定的。其中关于强度的评定指标的规定有两种,一种是冻后抗压强度平均值最小限值;另一种则是冻后抗压强度损失率最大限值。上述5个标准均采用了前一种形式,规定了冻后抗压强度最小限值。如规定强度等级分别为MU20和MU15的砖,冻后抗压强度平均值分别不小于16 MPa和12 MPa,即最小限值分别为16 MPa和12 MPa。不难看出,与强度等级公称值之比均为80%。
3.2 以冻后抗压强度平均值最小限值作为评定指标并不能确切的评定砖保持强度的能力
墙体材料经冻融循环后的强度评定指标,是评定其抗冻性合格与否的两个指标之一。其应具有两个功能,一是评定其抗冻性是否合格;二,更重要的是要通过该指标,判断其保持强度的能力和能否满足墙体耐久性的需要。
如以冻后抗压强度平均值最小限值作为抗冻性评定指标之一,当硅酸盐砖经规定次数冻融循环后的抗压强度,如不低于标准所规定的冻后抗压强度平均值最小限值,则仅能表明该硅酸盐砖冻后的抗压强度按标准规定的指标要求合格。但是,如上所述,砖的某一强度等级,冻后抗压强度平均值最小限值与强度等级公称值之比为80%,那么,实际上就允许其冻后强度损失率大于20%,即允许砖经冻融后强度有较大的衰减速度,因此,以砖冻后抗压强度平均值最小限值,并不能确切的判断其经冻融后保持强度的能力和能否满足墙体耐久性的需要。
假设(也许实际情况并不存在,但为了说明问题故而设之)某一批蒸养粉煤灰砖其10块平均抗压强度值为19.9 MPa(或为22 MPa),按标准要求经15次冻融循环冻后抗压强度为12.2 MPa,不低于强度等级MU15要求的冻后抗压强度平均值最小限值12 MPa,当其他各项技术指标均满足标准要求时,且冻前和冻后的强度指标,符合强度等级MU15的要求,则按标准的规定可判该批砖强度等级MU15合格。此时砖的冻后抗压强度损失率达38.7%(或为41%),显然强度损失率具有高的增长速率,表明砖经冻融后强度有较大的衰减速率,应该说其保持强度的能力欠佳,但按标准规定其抗冻性能合格。因此,以冻后抗压强度平均值最小限值作为抗冻性评定指标,无法确切的判断该批砖经冻融后保持强度的能力和能否满足墙体耐久性的需要。
3.3 小结
综上所述,由于采用冻后抗压强度最小限值———强度等级公称值的80%,作为评定硅酸盐砖抗冻性合格与否的冻后强度评定指标,实际上就是允许其冻后强度损失率大于20%,即允许砖经冻融后强度有较大的衰减速率,则不能确切的判断其经冻融后保持强度的能力和能否满足墙体耐久性的需要。因此,国家现行硅酸盐砖的标准,规定以冻后抗压强度最小限值作为抗冻性合格与否的冻后强度评定指标不尽合理。
4 以冻后抗压强度损失率最大限值作为评定砖抗冻性的指标更为科学合理
砖经冻融后,我们希望其强度有尽可能低的衰减速率,以使砖在经历长时间的反复冻融循环后仍具有保持一定强度的能力,以满足墙体耐久性的需要。以砖冻后强度平均值最小限值,来反映砖的强度经冻融后的衰减速率的大小和评定其保持强度的能力,显然难以做到。而以砖冻后强度损失率最大限值,如灰砂砖德国工业标准DIN 106规定为20%,不仅可以确切的评定砖经冻融后保持强度的能力,还可以对砖的其他耐久性能有所了解。
4.1 吸水率对蒸压粉煤灰砖抗冻性影响的实验研究
材料的孔隙率和开口孔隙率,是影响材料抗冻性的主要因素之一。而材料的开口孔隙率约等于其体积吸水率。因此,材料的吸水率大小可近似的表征其开口孔隙率的大小。长沙理工大学土木与建筑工程学院的研究人员,对不同吸水率的蒸压粉煤灰砖进行了冻融试验,分析了吸水率对蒸压粉煤灰砖抗冻性能的影响,得出了砖冻融后强度损失率随砖的吸水率增大而增加。下面就其试验作简要介绍。
4.1.1 试验方法
试验采用了四组不同厂家生产的具有不同的原始抗压强度和吸水率的蒸压粉煤灰砖,试验数量及厂家的生产情况如表1所示。表中的原始抗压强度为未冻融砖在温度为10℃～20℃水中浸泡24 h后的抗压强度,吸水率为饱和吸水率,均参照《砌墙砖试验方法》(GB/T 2542-2003)试验方法得到。
蒸压粉煤灰砖的冻融试验的试验方法,参照国家标准《砌墙砖试验方法》(GB/T2542-2003)的规定试验方法进行:
用毛刷清理试样表面,将试样放入鼓风干燥箱烘干至恒量,称其质量G0;按规范方法进行冻融,达到要求的冻融循环次数后,再将试样烘干至恒量,称其质量G1;将干燥后的试样在10℃～20℃的水中浸泡24 h进行抗压强度试验,测得冻融后的抗压强度。
4.1.2 试验结果
每组取10块砖进行冻融循环试验,冻融循环50次后,测得四组试件的抗压强度损失率平均值与吸水率的关系如图1所示。
从图1可以看出:经50次冻融循环后,蒸压粉煤灰砖的吸水率越大,其强度损失率越大,当吸水率超过20%,其强度损失率大于20%。同时表明,吸水率越小,冻后强度损失率越小,强度衰减速率越小,保持强度的能力越强。
4.2 砖冻后强度损失率的高低可反映出砖其他耐久性能的优劣
由上可知,砖的吸水率越小,冻后强度损失率越小。反之,砖经冻融后强度损失率越小,其吸水率越小,则表明砖具有较低的孔隙率和较高的密实度,从而具有较好的耐久性能。
为了使硅酸盐砖具有较低的孔隙率和较高的密实度,降低其冻后强度损失率,就粉煤灰砖而言,首先,需要原料性能符合相关标准的要求且有科学而合理的配合比,并具有合理的颗粒级配,这是降低孔隙率,提高密实度的先决条件;二要加强原料制备;三要采用技术先进,具有多次加压排气功能的液压压砖机,从而保证砖具有较低的孔隙率、较高的密实度;四,更重要的是要采用技术先进的高压蒸汽养护制度,充分地进行水化反应,使水化产物具有较高的结晶度,其中结晶良好的托勃莫来石可占水化硅酸钙系列产物的近40%,从而可提高砖的抗冻性,降低其冻后强度损失率。制品中有托勃莫来石晶相存在很重要,它不仅对强度有好处,而且对提高抗冻、抗碳化和抵抗收缩性能都是非常有用的。因此,一般来说,砖的冻后强度损失率越小,其他耐久性能及抵抗干燥收缩性能会越好。
对于常压蒸汽养护和自然养护的硅酸盐砖,即使具备上述前三个条件,降低砖的孔隙率,提高砖的密实度,但由于在非蒸压养护条件下,水化产物的结晶度极差,难以生成抗冻性能良好的托勃莫来石晶体,而以抗冻性能欠佳的低碱度的水化硅酸钙凝胶为主要水化产物,则难以满足砖经多次,如50次反复冻融循环后具有较低的强度损失率,如不大于20%的要求,耐久性欠佳,而不能满足墙体耐久性的需要。难怪财政部、国家发展改革委颁布的财综[2007]77号文件附件二《新型墙体材料目录》中,在“砖类”产品中只将“蒸压粉煤灰砖(符合JC239-2001技术要求)”列入,而将符合JC239-2001技术要求的“蒸养粉煤灰砖”排除在外。
4.3 小结
由上可知,以砖冻后强度损失率的最大限值,作为冻后强度评定指标,不仅可以直观的反映出砖的强度经冻融后衰减速率的大小和评定其保持强度的能力,而且可对砖的其他性能有初步的了解。更重要的是,由于其对砖的抗冻性优劣的要求,较以冻后抗压强度平均值最小限值的要求更为严格,而有利于促进硅酸盐砖生产工艺和生产技术的进步,因此,更为科学合理。
5 建议
a.应以砖冻后强度损失率最大限值20%,取代砖冻后强度平均值最小限值———强度等级公称值的80%。
b.应借鉴国家标准《轻集料混凝土小型空心砌块》(GB/T 15229-2002)中,关于轻集料混凝土小型空心砌块当“粉煤灰掺量≥取代水泥量50%时”,不分地区和使用条件“抗冻标号F≥50”的规定,为充分保证硅酸盐砖的耐久性能,亦应不分地区和使用条件规定其抗冻标号F≥50。
摘要：抗冻性是材料抵抗多次冻融循环作用,保持其原有性质的能力。对结构材料主要指保持强度的能力。国家现行硅酸盐砖标准评定这种能力的评定指标,均采用冻后抗压强度平均值最小限值——强度等级公称值的80%,由于其不能反映砖经冻融后强度衰减的速率和评定保持强度的能力,因而不尽合理。建议应采用冻后强度损失率最大限值——20%,作为保持强度能力的评定指标。
关键词：硅酸盐砖,抗冻性,抗压强度,损失率,评定指标
参考文献
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[2]李庆繁.关于制定蒸压粉煤灰砖行业标准的建议[J].墙材革新与节能建筑,2004,(11).
[3]郑立,姚通稳.新型墙体材料技术读本[M].化学工业出版社.北京,2005.