水泵的分类：
常用的水泵可以分为：隔膜泵，循环泵，节能泵，离心泵，自吸泵，纸浆泵，化工泵，排污泵，磁力泵，油泵，螺杆泵等。
特殊结构分为：液下式，筒式，双壁壳式，地坑筒式，抽出式，自吸式，潜液式和屏蔽式等。
用途不同主要分为：高压锅炉给水循环泵，循环水泵，排污泵，杂质泵，砂泵，渣浆泵，泥浆泵，污水泵，清水泵，消防泵，增压泵，耐腐蚀泵。
材质不同分为︰铸铁泵、不锈钢泵、塑料泵、氟塑料泵、工程塑料泵。
驱动方式分为：直接连接、齿轮传动式、液力偶合传动式、皮带传多式和共轴式。
按壳体剖分型式分为径向剖分式和轴向剖分式。
水泵形式分为：中心支承式，管道式，共座式，分座式，可移式。
吸入形式可分为单吸和双吸。
级数可以分为单级和多级。
轴向力平衡方式分为：平衡鼓式、平衡盘式、自身平衡式和平衡孔式。
泵轴方向可分为卧式，立式和斜式。
离心泵的工作原理：
普通离心泵的工作原理是通过离心力的原理，在启动之前将泵和进水管注满水，或者使用真空泵抽气后进行启动，普通离心泵自动供水装置的工作原理是利用人工压井直接排出水泵和水泵吸水管内的空气，并通过止回阀，闸阀等设施使水泵和水泵吸水管始终充满水，可以随时的进行启动
隔膜泵的工作原理：
在隔膜泵的两个对称工作腔中，各装有一块有弹性的隔膜片，联杆将两块隔膜结成一体，压缩空气从泵的进气孔进入气腔，推动两个工作腔内的空气对膜片进行挤压，驱使联杆联接的两块隔膜同步运动。与此同时，另一工作腔中的气体则从隔膜的背后排出泵外。一旦到达行程终点。配气机构则自动地将压缩空气引入另一个工作腔，推动隔膜朝相反方向运动，这样就形成了两个隔膜的同步往复运动。每个工作腔中设置有两个单向球阀，在隔膜片的往复运动中，造成工作腔内容积的改变，迫使两个单向球阀交替地开启和关闭，从而将液体连续地吸入和排出。
磁力泵的工作原理：
磁力传动是通过磁体可以吸引铁磁物质与磁体或者磁场之间有磁力作用的特点，非铁磁物质不影响或者很少影响磁力的大小，能无接触地通过隔离套来进行动力传输。
磁力传动能分为异步电机与同步电机。大部分磁力离心泵是使用同步电机。电机利用外部联轴器与外磁钢连接在一起，叶轮却和内磁钢连接在一起。在内磁钢与外磁钢之间配有全密封的隔离套，把内外磁钢全部隔离开，全部内磁钢一直处于介质当中，电机的转轴利用磁钢间磁极的吸力直接将叶轮带动一同运行。
齿轮泵的工作原理：齿轮油泵是利用两个齿轮相互旋转以进行工作的，并且对介质的要求不高。通常它的压力低于6MPa，且流量也很大。齿轮油泵在泵体内装有一对旋转齿轮，一个为主动，一个为被动。依靠两个齿轮的相互啮合，泵中的整个工作腔被分为两个独立的部分：一部分是吸入室，另外一部分是排出室。当齿轮油泵运行时，主动齿轮带动被动齿轮旋转。当齿轮从齿轮啮合到脱开时，在吸入侧会形成部分真空，从而抽吸液体。吸入的液体充满齿轮的每个齿轮，并被带到排放侧。当齿轮进入啮合时，液体被挤出，形成高压液体，然后通过泵的排出口排出泵外。
浅谈铁路工程技术研究论文
铁路工程技术论文范文一：浅谈铁路工程技术与发展
摘要：铁路工程技术，主要表现为施工技术，施工技术管理包括技术基础工作、施工过程技术管理工作、技术开发与技术总结四大部分。本文以铁路的工程技术、材料及铁路的发展做出的探讨。
关键词：工程技术工程标准 高铁发展
中图分类号： 文献标识码：A文章编号：
1.铁路工程技术标准的确定
因为铁路科学技术在不断地发展，铁路工程技术标准也在逐步更新。铁路工程技术标准主要有以下几点：⑴轨距：铁路轨道两股钢轨头部内侧之间的最短距离。铁路工程技术标准规定：标准轨距为1435毫米。轨距大于或小于标准轨距的分别称为宽轨距和窄轨距。⑵坡度：铁路区段内在规定的行车速度下对机车牵引重量起限制作用的坡度，即一个一定类型的机车，牵引一定重量的列车在上坡道上能够以“计算速度”运行的最大坡度，称为该线的限制坡度。⑶曲线半径：铁路平面的中心线，由直线和曲线(圆曲线及缓和曲线)组成。曲线设置在两相邻直线间。列车以一定速度通过曲线时，为了列车的安全，曲线最大外轨超高和未被平衡的离心加速度应受限制。当列车以求得的“平衡速度”通过曲线时，能够保证列车安全、稳定的圆曲线半径的最低限值，称为铁路的最小曲线半径。⑷限界：为了保证机车车辆的安全运行和铁路建筑物不受损害,需要规定几种横断面的轮廓尺寸,以约束机车车辆的构造外型尺寸和建筑物设备的位置，这种规定称为铁路限界。⑸到发线有效长：到发线是站线的一种，是供列车到达或出发使用的线路。到发线供列车停留而又不妨碍邻线行车或调车的长度，称为到发线有效长。一条铁路线路的到发线有效长应根据这条铁路的等级、输送能力和所处的地形，并考虑与相邻区段到发线有效长的配合等因素决定。⑹洪水频率：根据数理统计原理，推算一定大小的洪水在任何一年会发生的概率，常以分数 1/T来表示。⑺标准活载：在铁路桥梁和线路建筑物设计中，要考虑各种可能产生的外力作用，其中主要外力之一就是列车的活载。但是铁路上使用的机车车辆类型繁杂，车列组合形式也不尽相同，因此需要制定一种有代表性的车列组合，作为设计的依据，这种特定车列组合所形成的活载，就称为标准活载。
2.桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计标准
为统一铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计标准，贯彻国家有关法规和铁路技术政策，使设计符合安全适用、技术先进、经济合理，以下的要求： 材 料：⑴混 凝 土――混凝土强度等级可采用C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、 C60。钢筋混凝土构件当采用HRB335级钢筋时，桥跨结构混凝土强度等级不宜低于C30。其它结构混凝土强度等级不宜低于C20。预应力混凝土主要承重结构的混凝土强度等级不宜低于C40。管道压浆用水泥浆强度等级不宜低于M35，并掺入阻锈剂。混凝土的骨料选择及碱含量应符合《铁路混凝土工程预防碱―骨料反应技术条件》(TB/T3054)的规定。混凝土中的氯离子含量不得大于，在有腐蚀性环境下的桥涵结构应采取耐腐蚀措施。 ⑵钢筋 ――铁路桥涵混凝土结构可采用下列类型的普通钢筋和预应力钢筋：①普通钢筋宜采用Q235和HRB335钢筋，其技术条件应符合现行国家标准《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》(GB13013)和《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》 (GB1499)的规定。承受疲劳荷载的桥涵结构(≤)， HRB335钢筋的化学成分6MnC+应小于或等于。 ②预应力钢丝应符合现行国家标准《预应力混凝土用钢丝》 (GB5223) 的规定。③预应力钢绞线应符合现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》 (GB5224)的规定。④预应力粗钢筋可采用预应力混凝土用高强度精轧螺纹钢筋。 注：⑴普通钢筋系指用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋。⑵严禁使用经高压穿水处理过的HRB335级钢筋。
3.中国高速铁路关键技术
⑴接口设计：高速铁路技术是轨道，桥梁，路基，通信，信号，电力，牵引，供电，环保等专业技术高度集成的创新性工程体系。系统中各专业的技术创新, 都将对桥梁技术的发展起到促进作用。在高速铁路的大系统中统筹考虑桥梁技术发展,综合考虑专业之间的接口以及设计、 施工、 运营、 养护维修技术。
⑵运营养护：随着高速铁路陆续建成, 在提高建设质量的前提下,特别急需系统完善运营及养护维修技术,进而形成我国高速铁路桥梁运营养护维修的技术与管理体系。
⑶高速铁路应用技术:随着材料和加工技术的进步, 目前我国桥梁支座已经形成了多种材料系列化定型产品,同时也形成了系列化设计、 加工、 安装、 养护维修方面的技术规程。为满足高速铁路桥梁更高的刚度需求、 适应某些区域沉降地区特点、 预留建成后沉降的调整条件,我国已研发了满足调高需求的可调高盆式橡胶支座。
⑷高性能混凝土材料应用技术：结合我国环境特点和材料、 工艺、 装备水平, 高速铁路工程多采用高性能混凝土材质。高性能混凝土是选用优质原材料, 掺加矿物细掺料和高效外加剂,采用现代技术制作的混凝土,具有低水胶比配制特点,能满足结构耐久性、 体积稳定性等要求。目前我国已初步掌握高性能混凝土工作机理、 材料控制标准、 工艺等主要技术,系统制定了设计、 施工、验收规范规程。
4.现代铁路发展动向综述
从一开始起铁路优于其他交通运输工具的地方是速度较快和每列列车装载较多。现代铁路又在高速及重载方面有新的发展。
⑴提高速度
法、意、联邦德国、英、苏、美等国铁路都用不同的方法致力于提高旅客列车速度。在技术上，采用传统轨道将旅客列车速度提高到250公里/时左右已成为可能。此外，德、日、法等国正在探索磁浮式铁路，试验时速已突破500公里。
⑵增加载重量
指的是：①增加货运车辆载重，在原有桥梁与轨道荷载潜力范围内提高车辆轴重与增加轴数，货车载重可达100吨。②增加列车中车辆数目，列车编组为100～150辆，最多达200辆，用机车5～8台分挂于列车各部，列车长为1800～4000米，列车货物载重1～2万吨。③发展循环专用列车或单元列车，即为一个特定用户专编车型一体化的直达列车，在两固定站(如矿区、港口等)之间循环运行。重载长大列车的运输成本在美国比普通货运列车约降低1/3～1/4，在货运量大的线路上有明显的经济效益。
⑶新的课题
现代铁路的发展给铁路工程提出了不少新问题，例如：客运和货运线路标准之间的巨大差别;加修第二线的最佳时间;站坪长度、坡度、曲线的优化设计;轨道结构的强度与稳定性等，都有待于深入研讨。
总结
新技术的发展是高速铁路发展的需要,如何处理技术参数标准和高速之间的统一和矛盾是今后铁路研究的重要课题。铁路建设工程管理是一项综合的管理过程，它涉及的专业知识面广，专业种类多，具体管理内容多，各方协调关系复杂，如何科学地把握好工程管理中各个环节，使之不出问题或出了问题后能妥善、尽快及时地解决，是铁路管理工作应着重考虑的地方。
参考文献：
中华人民共和国铁道部. 新建时速 300 ~ 350公里客运专线铁路设计暂行规定 (上、 下 ) [ S ] . 北京: 中国铁道出版社, 2007
林峰.公路路基施工问题探讨[J].四川建材，2007，6.
李萍.浅谈公路路基施工技术要点[J].青海交通科技，2007，5.
铁路工程技术论文范文二：铁路工程中轨道铺设施工技术
摘要：铁路工程在我国的交通业之中，具有十分重要的作用，直接推动着我国经济的发展，因此需要保证其质量，铁路工程之中，轨道铺设技术是其十分重要的组成部分，基于此，本文探讨了铁路工程之中轨道铺设相关技术。
关键词：铁路工程;轨道铺设
中图分类号：TU74文献标识码： A
引言
铁路轨道的施工对整个铁路建设工程来说具有重要意义，铁路轨道施工是一项非常系统的工程，需要事前严谨规划、合理设计。铁路轨道施工质量的好坏直接关系到铁路工程能不能正常投人运行。在文章中，笔者从正线铺设道床的施工工艺出发，系统探讨了铁路轨道施工的工艺。
1、道床预铺底碴
底碴是铁路道床的重要组成部分，位于道床道碴层和路基基床表层之间，起着传递、分散列车负荷的作用，并防止底碴和路基颗粒之间互相渗透，既防止了渗水过度，也起到了防冻保温的作用。使用的道碴应进行品种、外观的检验，质量必须符合现行《铁路碎石道床底碴》的规定。碴面平整度不得大于10 mm。道岔前后各30 m范围内应做好顺坡并碾压。
2、轨排拼装
轨排在铺架基地设单线往复式轨排生产线拼装，轻轨锚固及轨排拼装采用固定式锚固拼装作业线拼装，轻轨锚固采用反锚方法，利用熔锅熬制硫磺砂浆，拼装由散枕、翻一道枕、上锚固板、翻二道枕、灌浆锚固、翻三四道枕、匀枕、散扣件、布轨、预上扣件、扣件紧固、质量检查、吊轨排等工序组成。
3、机械架梁
施工前先做好施工调查，做好架梁准备，对填土质量、桥头地形、地貌情况、墩台施工质量等进行调查复核。了解梁片的技术标准、生产日期、直曲线梁标识、几何尺寸的验收，避免不合格桥梁的出现。架梁的主要工序包括：复测桥跨及墩台支撑垫石几个尺寸、桥梁准备、桥头路基加固、架桥机定位、桥梁换装、喂梁、吊梁、落梁、安装支座、焊接连接板、铺桥面轨、梁肋及支座锚栓孔灌注混凝土、桥梁接缝处理、封锚、桥面板等。
4、底碴摊铺作业的道碴摊铺设备
在底碴摊铺过程中，为了确保因路基基层床表层轨道作业不当而影响道碴的平顺性和均匀性，选用国内合资的Titan423型摊铺机铺设底层道碴，该道碴摊铺设备具有经济实用的特点，另外，在底碴摊铺工序中，也可以采用平地机和压力机等机械设备，通过人工配合作业的方式来设底碴摊铺，但是，这种人工配合作业的方式在施工过程中难以控制，难以保证摊铺质量。针对某铁路客运专线轨道工程施工，其主要采用Titan423型摊铺机改造后的设备来进行底碴摊铺施工，其主要通过改造摊铺机系统中的刮板输送带，即改变刮板输送带的节距，并加上一层橡胶垫板，提高刮板输送带的结构强度。
5、轨道铺设机组配置
由于国内外出现了各种各样、不同种类的铺轨机组，目前，轨道铺设施工主要有群枕法、单枕法等铺设方法，这就要求不同的铺设方法应采用不同的轨道铺设机组配置，而轨道铺设中使用最多的是单枕法，针对单枕法的机组配置，主要包括瑞士马蒂萨公司生产的TCM60行铺轨机组、美国HTT公司制造的NTC性铺轨机组和国内生产的PC500型铺轨机组，第一，对于TCM60型机组铺轨机组，其最高布整速度可以达到15根/min，(12h)，由于履带走行器宽度与轨枕长度相同，并且钢轨与轨枕同车装运，不仅能保持道碴平整度，也能提高车辆利用率，缩短钢轨铺设时间，但是，由于布设的`轨枕容易倾斜，则容易造成轨枕倾翻;第二，对于PC500型铺设机组，其最高布整速度也可以达到15根/min，(12h)，由于垂直布设轨枕，布枕准确，钢轨与轨枕同车装运，车辆利用率高，钢轨铺设时间段，能够是实现一次铺设长500m钢轨，该铺设机组性能好，价格低廉实惠。该铁路客运专线轨道工程施工主要采用TCM60型铺设机组设备进行轨道铺设。
6、补碴、MDZ机组作业中的机组配置
针对MDZ作业机组，其主要进行线路维护作业，采用MDZ作业机组配置进行线路维护作业，不仅可以提高轨道铺设质量，也可以提高轨道铺设的平顺性和密实度，针对某铁路客运专线轨道工程，其主要采用SPZ-200型双向道床配碴整形车、WD-320型动力车、08-32型自抄平起拨道捣固车等MDZ作业机组，其都是基于集机、电、液、气于一体化的大型线路机械，第一，SPZ-200型双向道床配碴整形车是一体化的自行式大型线路机械，主要对道床进行抛碴、清扫轨枕;第二，WD-320型动力车可以将道碴重新排列，其工作原理是通过激振装置产生的垂直静止压力，使道碴发生相应的变化，从而提高道碴的密实度和精度，进而提高线路作业效率;第三，08-32型自抄平起拨道捣固车，目前，已被升级为09-32型自抄平起拨道捣固车，其具有作业效率高、操作方便的特点，在补碴、MDZ作业中，该配套技术不仅可以进行起道、抄平等作业，也可以进行枕端道喳夯实作业，通过ALC自动导向技术来实现现场作业的实时监控，即控制主车的作业速度和降低车体冲击次数，从而提高作业的准确度。
7、钢轨的焊接
施工中使用u75v的热轨性能更好，并且价格合理，适合在地铁施工中推广。我国的钢轨焊接工艺分为气压焊、接触焊和铝热焊三种。气压焊运用电流通过电阻时产生的大量热量进行钢轨焊接，并经过一定的顶锻加工达到焊接所需的效果。接触焊的焊接效率相对更高，焊接的质量也更好，是目前世界范围内广泛使用的焊接方式。铝热焊的施工环境比较差，焊接后钢轨接头的质量没有保障，焊接后接缝处的极限强度只能达到母材的70%，所以一般地铁轨道施工焊接中不采用这种方式。但针对轨道交通中既有线钢管和续建部分钢管的焊接，使用铝热焊具有明显的优势。铝热焊的焊接工艺相对简单，比较适合流水性较强的作业。在进行铝热焊施工作业时，首先要对氧气瓶、加热的工作压力等进行严格控制，以此保障焊接的顺利实施和焊接的质量。
8、站线人工铺轨的施工工艺分析
、站线人工铺轨施工前的准备
站线人工施工前的准备主要包括三方面的内容，具体如下:第一，根据工程施工组织的计划以及工期的安排，精心组织轨料和轨枕的进场;施工所需要的施工设备应当由卡车运抵施工现场。第二，在铺轨之前，应当根据信号专业设计的标准进行信号的测定，从而合理确定绝缘接头所处的位置。第三，在铺轨之前，应当准备好施工的材料和施工的用具，检查施工机械和施工机具的性能是不是完好等
、施工工艺分析
人工铺设。从站线的一段岔尾部开始铺设，根据铁路信号绝缘接头的位置来确定非标轨的具体长度;使用单轨车把钢轨沿着正线均匀散布到位，然后用合乎工艺标准的抬轨钳用人工的方式抬人承轨槽，并与之进行连接
轨枕位置用白漆标杆在一侧钢轨内侧，而在曲线地段标于外股钢轨轨的内侧，而另外一侧则用方尺进行定位如果一侧钢轨扣件上的太紧，则需要进行相应的调整，然后再进行温度的计算轨道线路达到施工标准之后，应用机车进行压道处理，然后再进行沉落和整修道床，以便使道床的断面符合相关的设计要求;轨道的配件必须齐全，做到钢轨、坡脚线和渣肩线三线平行。
此外，在上渣整道过程当中，应该对轨道线路的方向、水平以及标高、接头错才、超高等进行仔细检查，发现问题应立即整改。
9、轨道床裂缝的修补
一般对影响轨道床整体强度、危及列车行车安全的裂缝需要提前停止地铁运营，封闭修补区域，掺入早强剂并用混凝土浇筑来修补裂缝，保证尽快恢复地铁运行。但这种方法对轨道运行的影响比较大，目前多运用“封口注胶”的方法来修补裂缝。首先对裂缝表面进行处理，去除混凝土表面的灰尘和杂物，然后将封口胶粘在裂缝的中心部位，注入胶体前先检查裂缝的状态，保持注入器和孔的间距为20一25厘米。之后将裂缝密封并让封口胶自然固化，为后续工作做准备。封口胶固化后注入灌注胶，等灌注胶固化后清理混凝土表面。
10、结语
铁路助推中国经济快速发展，同时随着中国经济社会的快速发展，铁路工程的建设规模和投资规模将会大幅度增加在铁路工程建设中，轨道的铺设是重中之重，在文章中，结合自身的实际经验，系统分析了铁路轨道施工的工艺，主要有铁路正线道床的铺设工艺、站线人工铺轨的施工工艺等。希望文章有助于提高铁路轨道施工工艺水平。
参考文献
[1]程木珍.浅谈铁路工程中轨道铺设施工技术应用[J].科技信息,2011,05:734+762.
[2]石永军.浅谈铁路工程中轨道铺设施工技术[J].技术与市场,2012,06:228.
[3]薛淑红.海南东环城际铁路轨道工程施工技术方案研究[D].西南交通大学,2013.
[4]屈文波.城市轨道交通工程多种轨道结构施工技术研究[D].西南交通大学,2013.
一、泵的分类1.泵按工作原理可以分为（1）叶片式泵（2）容积式泵（3）其他类型泵 叶片式分为a、离心泵b、混流泵c、轴流泵d、旋涡泵 容积式分为a、往复泵b、回转泵 其它类型还有a、真空泵b、射流泵c、水击泵2.泵按产生的压力分为：低压泵：压力在2MPa 以下；中压泵：压力在2～6MPa；高压泵：压力在6MPa 以上。二、泵的工作原理1．离心式泵工作原理离心式泵的工作原理是，叶轮内的液体受到叶片的推动而与叶片共同旋转。由旋转而产生的离心力﹐使液体由中心向外运动﹐并获得动能增量。在叶轮外周﹐液体被甩出至蜗卷形流道中。由于液体速度的减低﹐部分动能被转换成压力能﹐从而克服排出管道的阻力不断外流。叶轮吸入口处的液体因向外甩出而使吸入口处形成低压(或真空)﹐与吸入池液面形成压差，因而吸入池中的液体在液面压力(通常为大气压力)作用下源源不断地压入叶轮的吸入口﹐形成连续的抽送作用。2．轴流式泵工作原理．轴流式泵的工作原理是，旋转叶片的挤压推进力使流体获得能量，升高其压能和动能，其结构如图所示。叶轮1 安装在圆筒形泵壳3 内，当叶轮旋转时，流体轴向流人，在叶片叶道内获得能量后，沿轴向流出。轴流式泵适用于大流量、低压力，电厂中常用作循环水泵。3．往复泵工作原理活塞泵主要由活塞在泵缸内作往复运动来吸人和排除液体。当活塞开始自极左端位置向右移动时，工作室的容积逐渐扩大，室内压力降低，流体顶开吸水阀，进入活塞所让出的空间，直至活塞移动到极右端为止，此过程为泵的吸水过程。当活塞从右端开始向左端移动时，充满泵的流体受挤压，将吸水阀关闭，并打开压水阀而排出，此过程称为泵的压水过程。活塞不断往复运动，泵的吸水与压水过程就连续不断地交替进行。此泵适用于小流量、高压力，工厂中常用作加药泵。4．齿轮泵工作原理齿轮泵具有一对互相啮合的齿轮，主动齿轮固定在主动轴上，轴的一端伸出壳外由原动机驱动，另一个齿轮(从动轮)装在另一个轴上，齿轮旋转时，液体沿吸油管进入到吸人空间，沿上下壳壁被两个齿轮分别挤压到排出空间汇合(齿与齿啮合前)，然后进入压油管排出。5．螺杆泵工作原理 螺杆泵是一种利用螺杆相互啮合来吸人和排出液体的回转式泵。螺杆泵的转子由主动螺杆和从动螺杆组成。主动螺杆与从动螺杆做相反方向转动，螺纹相互啮合，流体从吸人口进入，被螺旋轴向前推进增压至排出口。此泵适用于高压力、小流量。电厂中常用作输送轴承润滑油及汽轮机调速器用油的油泵。6．喷射泵工作原理 将高压的工作流体，由压力管送人工作喷嘴，经喷嘴后压能变成高速动能，将喷嘴外围的液体(或气体)带走。此时因喷嘴出口形成高速使扩散室的喉部吸人室造成真空，从而使被抽吸流体不断进入与工作流体混合，然后通过扩散室将压力稍升高输送出去。由于工作流体连续喷射，吸人室继续保持真空，于是得以不断地抽吸和排出流体。工作流体可以为高压蒸汽，也可为高压水，前者称为蒸汽喷射泵，后者称为射水抽气器。在电厂中都可用作抽出凝汽器中的空气。7．水环式真空泵工作原理在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按图中顺时针方向旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。三、 泵的主要性能参数泵的主要性能参数有流量Q、扬程、功率、效率，转速，泵还有表示汽蚀性能的参数，即汽蚀余量或吸上真空高度。这些参数反映了泵的整体性能，现分别介绍如下：1．流量流量是指单位时间内所输送的流体数量。它可以用体积流量Qv 表示，也可以用质量流量Qm表示。体积流量的常用单位为m3／s或m3／h，质量流量的常用单位为kg／s 或t／h。2．扬程，系指单位重量液体通过泵后所获得的能量，即流体从泵进口到泵出口所获得的能量增加值，为水泵的扬程。用H表示。单位为．功率与效率泵的功率可分为有效功率、轴功率和原动机功率。有效功率是指单位时间内通过泵的流体所获得的功率，即泵的输出功率，轴功率即原动机传到泵轴上的功率，又称输入功率。轴功率与有效功率之差是泵与风机内的损失功率。泵与风机的效率为有效功率与轴功率之比。由于原动机轴与泵或风机轴的连接存在机械损失，所以，原动机功率通常要比轴功率大。考虑泵与风机运转时可能出现超负荷情况，所以原动机的配套功率通常要大些，4．转速转速系指泵轴每分钟的转数，用符号n表示，单位为r／min。
绿色高性能混凝土建筑材料可持续发展的设想 多年来,关于混凝土材料的研究和对其发展方向的制定,过于偏重于使其达到某种或综合的优良性能这一基本原则上,而对其耐久性重视程度不够。90 年代初高性能混凝土概念提出后,促使人们加强了对混凝土材料的施工性和耐久性的研究,而绿色高性能混凝土则是将单纯的材料性能的获得与建筑材料的可持续发展综合考虑时的必然方向。1 绿色高性能混凝土 高性能混凝土应该具有下列某些或多项优良性能: (1) 优良的施工性:能在正常施工条件下保证混凝土结构的密实性和均匀性,并尽量降低振动噪音和振实能耗; (2) 强度高:尽量减少肥梁胖柱,并要考虑到建筑的美学效果和结构挠度以及功能等方面的要求; (3)耐久性优良:如抗冻性、抗渗性、抗冲击性、抗水砂冲刷性等; (4) 具有某些特殊功能:如超早强、低脆性、高耐磨性、吸声、自呼吸性等。尽管在开发应用高性能混凝土的过程中,一般都要使用高性能外加剂和性能优良的掺合料,在一定程度上可以起到节约水泥从而节约资源和能源、保护环境的作用,但高性能混凝土的提出者及研究开发者都很少从环境保护、节约资源和能源的高度来认识这一问题,过分强调在任何工程中都使用高强混凝土,无凝是对宝贵而有限的地球资源和能源的浪费。 最早提出绿色高性能混凝土概念的是中国工程院院士吴中伟教授。简要地说,符合以下条件的高性能混凝土才真正能称得上是绿色高性能混凝土: (1) 所使用的水泥必须为绿色水泥,砂石料的开采应以十分有序且不过分破坏环境为前提; (2) 最大限量地节约水泥用量,从而减少水泥生产中的“副产品”———CO2 、SO2 和NOx 等气体,以保护环境; (3) 更多地掺加经加工处理的工农业废渣,如磨细矿渣、优质粉煤灰、硅灰和稻壳灰等作为活性掺合料,以节约水泥保护环境,并改善混凝土耐久性; (4) 大量应用以工业废液,尤其是黑色纸浆废液为原料改性制造的减水剂,以及在此基础上研制的其它复合外加剂,帮助其它工业消化处理难以处治的液体排放物; (5) 集中搅拌混凝土,消除现场搅拌混凝土所产生的废料、粉尘和废水,并加强对废料、废水的循环使用; (6) 发挥高性能混凝土的优势,通过提高强度,减小结构截面积或结构体积,减少混凝土用量,从而节约水泥和砂、石的用量;通过改善施工性能来减小浇筑密实能耗,降低噪音;通过大幅度提高混凝土耐久性,延长结构物的使用寿命,进一步节约维修和重建费用,减少对自然资源无节制的使用; (7) 对大量拆除废弃的混凝土进行循环利用,发展再生混凝土。2 绿色高性能混凝土的原材料 尽管绿色高性能混凝土是一种相对节能的建筑材料,但随着世界水泥年产量和混凝土浇筑量的不断增加,它对资源、能源和环境所产生的影响是非常惊人的。据估算,生产1t 水泥熟料所排放的CO2 约为1t ,同时还要排放SO2 、NOx 等有害气体,CO2 的大量排放直接导致“温室效应”,而SO2 、NOx 等气体的排放则会引起“酸雨”现象,由于收尘设施不佳,水泥生产还排放出大量粉尘,水泥厂一直被看作环境污染源;水泥工业也是耗煤、耗电大户,水泥的大量生产和应用还将导致地球矿产资源的匮乏和生态平衡的破坏。因此,混凝土能否长期作为最主要的建筑材料,不仅要求其具备在耐久性、施工性和强度等方面的高性能,而且最关键之处在于其绿色“含量”是否高。水泥虽然只占混凝土所有原材料质量的10 %～20 % ,但水泥工业生产中所消耗的能量是最多的,几乎占混凝土能耗的50 %～60 %;混凝土从原材料生产加工到浇筑成型的整个过程中,水泥工业是排放粉尘和有害气体的最大的污染源。 因而,发展绿色高性能混凝土的首要条件是生产和使用节能型、环境污染少的绿色水泥。“绿色”型水泥生产是将资源利用率和二次能源回收率均提高到最高水平,并能够循环利用其它工业的废渣和废料;技术装备上更强化了环境保护的技术和措施;产品除了全面实行质量管理体系外,还真正实行全面环境保护的保证体系;粉尘、废渣和废气等的排放几乎接近于零,真正做到不但自身实现零污染,无公害,又因循环利用其它工业的废料、废渣,而帮助其它工业进行三废消化,最大限度地改善环境。3 开发研制和应用绿色高性能混凝土尚需进行的工作 绿色高性能混凝土从原材料到具体工程应用涉及到的部门和环节很多。实现水泥生产“绿色化”一个环节是不够的,必须同时开展如下工作: 第一、要加强混凝土科研开发、标准制定、工程设计和施工人员等的环保节能意识,加大“绿色”概念的宣传力度,引起混凝土工程领域各环节的高度重视。 第二、工程设计人员应更新传统的混凝土设计方法,敢于在重大工程中掺用活性混合材料和加大掺量;施工人员要提高质量意识,严格施工,加大活性混合材掺量对混凝土各项性能所产生的益处已众所周知,但未被工程界充分重视。比如,对粉煤灰的应用问题,尽管科研工作者早就着手大掺量粉煤灰混凝土的研究,但目前即使在商品混凝土中粉煤灰的实际掺量一般也只有15 %左右,很少超过20 %。有人曾研究过粉煤灰替代率为35 %～50 %的低强度等级混凝土(14MPa)的性能,认为可大量用于道路的路基,大掺量粉煤灰混凝土,尤其适合于大体积混凝土工程和海工混凝土工程。再如针对混凝土材料的耐久性,人们并没有象所期望的那样加大活性混合材的用量,控制某些种类防冻剂和早强剂的掺量,或者重视低碱水泥的使用,以致范围广泛的混凝土工程碱集料破坏现象仍很严重。 第三,研究对工业废渣行之有效的加工方法、加工设备,以期充分利用其活性;在工业废渣利用方面,还要坚持贯彻优质优用的原则,即超细磨矿渣和优质粉煤灰主要用于配制高强度混凝土,而配制中低强度等级混凝土一般仍应采用普通细度矿渣或低等级粉煤灰。 第四,开发适合于掺活性混合材混凝土的高性能外加剂,以解决掺混合材对混凝土性能产生的某些负面效应,同时还可避免过分提倡混合材超细磨所引起的能耗问题。通过掺用合适的高效减水剂和引气剂,可配制出各种性能相当优异的混凝土。对于大掺量普通细度活性混合材的混凝土,通过掺加有效的激发剂,有望改善其早期强度,但应严格限制激发剂中C1 和SO2的含量,或禁止使用这类激发剂,以免引起钢筋锈蚀或碱集料反应。 第五,研究一种或多种活性混合材和外加剂与水泥矿物成分的超叠加效应,以便针对具体材料提出最佳设计方案。 第六,对纸浆黑色废液进行加工处理,开发以纸浆废液为主要原材料的各种外加剂,并扩大其使用范围,长期以来,黑色纸浆废液一直是导致我国长江、黄河流域以及其它河道水质严重污染的“元凶”。我国大约有9000 多家造纸厂,每年产生的黑色废液大约有30 亿～90 亿t ,绝大多数厂家都把未经处理的废液直接排放到江河中,造成的污染十分惊人———竟占我国所有化工污染的1/ 4 ! 尽管国家已对部分厂家实行了关停并转,但处理纸浆废液的任务仍刻不容缓。利用纸浆废液来制取混凝土减水剂不仅可以节省工业萘的消耗,降低成本,最重要的是可帮助造纸厂处理并循环利用废液,减少其对环境、工农业生产以及人身健康造成的巨大危害。 第七,研究和制定绿色高性能混凝土的质量控制方法、验收标准等,绿色高性能混凝土都要求掺加活性混合材,然而,除硅灰和稻壳灰等外,活性混合材对混凝土强度的贡献主要在后期。如果仍沿用普通混凝土质量控制方法和验收标准,即以28 d 抗压强度来衡量混凝土的质量,则不符合实际情况,势必要造成强度和材料的浪费,也影响绿色高性能混凝土生产者的积极性,使绿色高性能混凝土难以推广,这与混凝土“绿色化”的真正目的是背道而驰的。另外,绿色高性能混凝土要求混凝土具有较为优良的耐久性,但对混凝土质量评定的传统和现行的标准只考虑强度,而对耐久性指标一般不予考虑,希望新标准中增加耐久性指标。 第八,应针对当前城市改造过程中大量拆除旧结构物混凝土,研究出一整套破碎、分级技术,开发再生混凝土,用于浇筑强度要求相对较低的地坪、中低等级混凝土路面、路基等工程。
城市地下岩土工程是岩土工程的一部分，是城市可持续发展，特别是我国大城市可持续发展所面临的诸多问题之一，更是摆在岩石力学工作者面前的新课题和新任务。 1 城市地下岩土工程是新世纪城市建设的重要环节 随着国民经济的高速发展，我国城市化水平正在快速提高，从1990年的提高到1997年末的。城市化水平的提高标志着城市工程建设的飞速发展。但是，我国城市建设基本上沿用“摊大饼”的粗放发展模式，给国民经济带来不应有的损失。主要是： (1)城市范围无限制地外延扩展，耕地损失严重。据卫星遥感资料判断和测算，1986～1996年间，全国31个特大城市城区实际占地规模扩大，有的城市占地成倍增长。另据预测，至2010年，我国城市总数将从1996年的640座增加到1 000座，其结果是占用了大量耕地。到下世纪中叶，我国城市化水平将提高到65%左右，这意味着城市人口将比1990年增加7亿多人，按每个城市人口用地100 m2计，将占用耕地1亿多亩。土地问题是我国可持续发展的关键，城市人口急剧增长与地域规模的限制已成为城市发展的突出矛盾，城市 发展非走节约土地的集约化发展模式不可。 (2)城市人口密度大，形成了所谓的“城市综合症”。首先表现在城市交通阻塞，行车速度缓慢。例如北京市干道的平均车速比10年前降低50%以上，且正以年递减2 km/h的速度持续下降。上海、北京每公里道路的汽车拥有量相应为506辆与345辆，为发达国家大城市相应拥有量的1倍及至数倍。其次是，由于城市基础设施落后于城市面积的扩展和城市人口的增长，造成城市环境的恶化。当前我国城市环境形势日趋严重，大气污染日趋加剧，全国500多座城市大气质量达到一级标准的不到1%，酸雨面积超过国土面积的40%，重庆等城市尤为严重；城市污水80%未经处理排入江河；城市地下水受到污染；垃圾围城现象普遍；噪声污染普遍超标，建筑空间拥挤，城市绿地减少，生态恶化。 (3)城市总体抗灾抗毁能力偏低。在城市总体规划中，除防洪、防空外，目前尚缺少综合防灾的内容，城市基础设施的防灾措施处于空白。为了克服这方面的弊端，解决城市人口、环境、资源三大危机，医治“城市综合症”，实施城市可持续发展，世界发达国家都在把地下空间作为新的国土资源，开发利用城市地下空间，成为越来越受到重视的城市建设指导方针和发展方向。 城市功能空间能转入和宜转入地下的领域是很广阔的，包括商业、交通、部分市政设施、文化娱乐休闲、部分工业生产、仓储、防灾(避难)和救灾空间等。充分利用地下空间是城市立体化开发的最重要组成部分。它可以达到扩大空间容量、提高开发集约度、消除步车混杂、交通顺畅、商业更加繁荣，地面绿地增加，环境优美开敞，购物与休闲，娱乐相互交融的多功能效果，与向城市上空发展的模式相比，是一种更为合理的发展模式。 向地下要土地、要空间已成为城市建设发展的必然趋势，显示了无比的优越性。我国及国外大城市的地下商业城(街)、地下车库、地下影剧院、地下铁道、地下人防系统，是众所周知的城市地下工程。有的国家已开始实施和计划采用地下污水收集和处理设施、地下垃圾处理厂、地下超导磁直接储存电能、地下供热供冷系统、地下多功能公用隧道(共同沟)以及具有抗灾功能的地下空间系统。它们是未来城市建设的发展方向。 2 城市地下岩土工程的特点及难点 众所周知，地下岩土工程是一个具有悠久历史的领域。可以说自有人类以来就有岩土工程，特别是进入工业社会以后岩土工程处处存在，但是城市岩土工程，除了传统的地面房层工程外，地下岩土工程却是随着现代城市的兴起而发展的。经过最近几十年的实践，无论从设计、施工、设备和工艺，还是理论、技术和经验，都已达到相当高的水平，特别是深埋地下岩石工程，更是达到了较成熟的程度。 但是，城市地下岩土工程却具有与一般岩土工程不同的特点，主要是：多数埋深较浅。地面建筑、交通设施密集，地下管线多，开挖造成的影响大，地质条件复杂，多以土体为主，常有膨胀土、沙层、地下水，尤其是沿海沿江城市，淤土、软土的开挖难度更大。因此，城市地下岩土工程存在许多需要解决的特殊问题。主要是： (1)浅埋、超浅埋暗挖施工技术。城市地下工程的埋深，不仅直接影响工程造价，而且关系到工程使用方便与否，因此，城市地下工程一般埋深较浅。在浅埋、特别是超浅埋的条件下，地下工程需要穿越建筑物和线路、街道，地面保护成为施工技术中的首要问题。 (2)复杂、恶劣环境下的开挖技术。诸如流砂层、膨胀土、高压缩性软土淤土、风化破碎岩石、高浓度瓦斯地层、大涌水、硫化氢、岩溶、高应力、地下管线、地面大车流量、大型载重车多、建筑物密集等等，都是地下岩土工程施工中的难题。 (3)大断面隧道开挖、支护技术。主要是地铁车站及商场、仓库、厅、室，其跨度尺寸达10 m以上。 (4)开挖影响控制技术。随着工程埋深的减小，开挖对地面的影响越来越大，在超浅埋条件下，开挖影响的控制与开挖方式、施工工艺、支护方法等众多因素有关，是地下工程施工中最为复杂的问题。 3 城市地下岩土工程的开挖技术及其适应条件 我国城市地下工程建设起步较晚，随着人防、地铁、地下商场、仓库、影剧院等大量工程的建设，特别是近年来的工程实践，城市地下空间开挖技术得到了长足发展和提高。我国城市地下隧道及井孔工程先后采用了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等，这些技术有的已达到国际先进水平。 明挖法 明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全的优点，城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术。其缺点是对周围环境的影响较大。 明挖法的关键工序是：降低地下水位，边坡支护，土方开挖，结构施工及防水工程等。其中边坡支护是确保安全施工的关键技术。主要有： (1)放坡开挖技术。适用于地面开阔和地下地质条件较好的情况。基坑应自上而下分层、分段依次开挖，随挖随刷边坡，必要时采用水泥粘土护坡。 (2)型钢支护技术。一般使用单排工字钢或钢板桩，基坑较深时可采用双排桩，由拉杆或连梁连结共同受力，也可采用多层钢横撑支护或单层、多层锚杆与型钢共同形成支护结构。 (3)连续墙支护技术。一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽，也可采用多头钻和切削轮式设备成槽。连续墙不仅能承受较大载荷，同时具有隔水效果，适用于软土和松散含水地层。 (4)混凝土灌注桩支护技术。一般有人工挖孔或机械钻孔两种方式。钻孔中灌注普通混凝土和水下混凝土成桩。支护可采用双排桩加混凝土连梁，还可用桩加横撑或锚杆形成受力体系。 (5)土钉墙支护技术。在原位土体中用机械钻孔或洛阳铲人工成孔，加入较密间距排列的钢筋或钢管，外注水泥砂浆或注浆，并喷射混凝土，使土体、钢筋、喷射混凝土板面结合成土钉支护体系。 (6)锚杆(索)支护技术。在孔内放入钢筋或钢索后注浆，达到强度后与桩墙进行拉锚，并加预应力锚固后共同受力，适用于高边坡及受载大的场所。 (7)混凝土和钢结构支撑支护方法。依据设计计算在不同开挖位置上灌注混凝土内支撑体系和安装钢结构内支撑体系，与灌注桩或连续墙形成一个框架支护体系，承受侧向土压力，内支撑体系在做结构时要拆除。适用于高层建筑物密集区和软弱淤泥地层。 暗挖法 适用于城市中不能采用明挖法施工的地方，亦适用于松散层及含水松散层地层。 一般应按照“新奥法”原理设计和施工，采用较强的初期支护，先注浆后开挖的方法。施工原则是：“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”。一般用30～50 mm钢管超前棚顶导管，然后注入水泥或化学浆，形成“结石体”，以增强围岩自稳能力。每次开挖进尺 m左右，先进行环状开挖，留核心土，预喷5～8 cm混凝土，架拱架和钢筋网，再喷25～30 cm混凝土，形成初期支护，做防水层后再做二次衬砌。 暗挖法有单拱单跨和多拱多跨暗挖施工技术。北京地铁西单车站为多拱多跨。也有三连拱、四连拱、五连拱地铁车站、公路隧道和地下商场。北京天外天地下商场为五连拱结构。还有平直墙暗挖施工技术。国际上传统的暗挖法其顶部都是拱形结构，我国创造出平顶直墙超浅埋暗挖施工技术，如北京长安街过街道。 在岩石中进行暗挖施工时，一般采用钻爆法。为了保护围岩的自承能力，普遍采用光面爆破技术。为了减少对地面的振动影响，还采用微差爆破及合理设计爆破参数等减振技术。 盖挖法 指的是边坡支护为连续墙、混凝土灌注桩，其上为盖板所构成的框架结构，并在其保护下开挖及结构施工的方法。它具有快速、经济、安全的优点，是较明挖法对环境影响少，较暗挖法成本低的一种方法。适于市区高层建筑密集区。 盖挖法可分为由浅而深地逐层开挖、逐层做结构的盖挖逆作法以及依次开挖至底后再做结构的正作法两种。前者适用于地质条件复杂、开挖断面大的情况，后者反之。 盾构法 指的是全断面推动园筒状钢盾构进行开挖的方法。施工方法有人工、半机械及全机械化多种。盾构由液压千斤顶推进。用盾构法能完成直径几十厘米至十多米尺寸的隧道，以及双联、三联和四联盾构的大型工程。它适于稳定和不稳定松散含水地层。 从施工技术上看，盾构法有泥水盾构法、土压平衡法(可控制地面沉降)、开敞式机械化盾构、气压盾构、插刀盾构及混合盾构等多种。在岩石地层中，也可采用隧道掘进机(岩石盾构)。 此外，国内外还开发了称为“地老鼠”的非开挖技术，包括导向钻进、定向钻进、冲击矛、夯管、水平顶管及螺旋钻等。我国首都机场跑道下采用这种方法完成一次顶进�273 mm、壁厚8 mm、长110 m作为安装通讯电缆用的钢管。我国最长铺管长度可达500 m，最大铺管直径800 mm，铺设设备达到国际先进水平。 冻结法 地层冻结法是采用人工制冷固结不稳定松散砂土地层或软岩地层，并隔断地下水的施工方法。在拟开凿的地下工程周围钻凿一定数量的冻结孔，通过冻结管中的供液管，循环由制冷设备提供的低温盐水，使地层局部形成不透水且有一定强度能抵抗地压的冻结壁，并在其保护下进行开挖施工，工程完工后，冻结壁融化，地层岩土恢复原状。此法适用于松散含水地层，已在煤矿广泛采用。上海地铁1#线、2#线的联结通道及泵站、上海杨树浦水厂泵站基坑、北京地铁大北窑区间隧道等复杂高难地段，均用此法获得成功，并首次试成水平冻结技术及液氮快速冻结技术。 沉管(箱)法 沉管(箱)法是采用将事先预制的钢筋混凝土结构，焊封头部钢板、然后放水浮运沉入到设计的位置来建造水下岩土工程的方法。国外及我国煤矿均有大量施工实例。广州珠江隧道采用了这种方法。适于修建过江、过海隧道的水中部分及浅表土层中的竖井施工。 钻井法 钻井法是一种用途广泛、技术先进的岩土井、孔施工方法，其全部开挖工程在地面操作，工人不需“入地”，劳动强度小，它是通过专门的大直径钻机(我国最大钻井直径 m)驱动钻杆及钻头钻进，泥浆护壁，压气排渣，井壁漂浮下沉，壁后充填固井等工序，一次超前钻进，分级扩孔成井。我国煤矿已成功采用此法完成47个深井井筒。此外还有由下而上施工的反井钻进技术。钻井法在我国矿山、铁路、交通、国防、水电等复杂及水下岩土工程中得到成功应用。 注浆法 注浆法指的是通过注浆设备以选定的注浆工艺利用钻孔进行岩土加固的一种施工技术。它早就被广泛应用。根据注浆材料不同有单液和双液注浆，水泥注浆、粘土水泥和化学材料注浆；根据注浆机具不同有重力注浆和压力注浆，有渗透注浆和喷射注浆等。 近年来发展起来的高压喷射注浆法，在岩土工程的加固和治水中更是发挥了独特作用，例如高压旋喷桩法、高压定喷墙法以及水平旋喷法。三重管高压旋喷桩法在上海地铁1#线的施工中，对淤泥地层进行帷幕堵水、防渗加固，效果十分理想。高压旋喷桩与灌注桩结合法在高层建筑地基基坑护坡工程中更是得到广泛应用。 4 城市地下岩土工程中的开挖影响及环境保护 城市地下岩土工程中的开挖影响指的是开挖引起的围岩移动与地面沉降，不包括其它扰民影响。地下开挖必然会在其周围岩土体中引起位移与变形。由于开挖深度小，其影响必然要波及到地面上，但由于开挖宽度有限，其影响也是可以控制的。影响的程度与范围，取决于众多因素。对于浅理、超浅埋隧道式开挖工程，主要取决于开挖方式、断面跨度、导坑形式、机具、支护方式与时机、构件刚度、回填、地面载荷(动、静载)、岩土体性质及地下水抽排等。 据实测研究，隧道式开挖引起的地面沉降，其横剖面一般呈盆状，大体上用可概率积分曲线来描述。 对于浅埋和超浅埋隧道式开挖引起的地面沉降，其最大下沉值大致由开挖空间支护前的下沉、地下水抽排引起的下沉以及开挖空间支护后的下沉等构成。这些下沉可通过采取一定的减沉措施减少到最小程度。从北京、上海和广州等城市的地铁施工实例结果看，北京地铁“复—八线”两侧高大建筑物累计下沉量最大仅为 mm，北京地铁西单车站正上方累计地表最大下沉量也未超过30 mm；广州地铁有一段隧道横穿市区主干道天河路，隧道顶距路面7 m，地层为饱含水细砂层，地下密布有供水管、污水管及电缆线，地面昼夜车流量约12万辆，还有载重30～60 t大型集装箱运输车快速通过。开挖后，据对128个测点观测，最大下沉为 mm，低于国际上地面沉降控制标准。 根据国内外浅埋开挖实践，地面减沉的措施有： (1)围岩预加固。为了加固软弱和松散岩、土体，一般采取导坑或全断面预注浆。对于软弱或破碎岩体，采用单液或双液压力预注浆；对于松散土体，采用单液或双液高压旋喷预注浆。 (2)强力支护。包括预支护、提高支护构件刚度及壁后充填等。预支护有管棚和插板两种方法。管棚钻孔深度受导坑尺寸限制，可兼作注浆管，适用条件广泛。插板需用千斤顶顶进，具有防水效果，但不能用于卵石地层。及时支护可以有效减少支护前的下沉。锁脚锚管是用于分步支护构件基础的稳定，为下部开挖与支护安装创造良好条件，减少上部支护构件的沉降。提高支护构件刚度可以减少支护后的下沉。壁后充填是减少支护构造与岩土体之间空隙的有效措施，在一次支护和二次支护后采用小导管注浆法进行充填。 (3)分步开挖，及时支护。实践证明，分步开挖、及时支护可以有效地减少围岩及地面下沉。例如北京长安街过街道，跨度大(开挖跨度 m)、超浅埋(表土厚度仅～ m)、有动载、地下管线多，为了减少地面下沉，采用“中洞法”分步施工，地面下沉减到24 mm，效果良好。 (4)降水—回灌技术，是治理地下水和减少地面下沉的有效方法，已在北京地铁施工中推广应用。一般是“浅抽深灌”或“前抽后灌”。据北京地铁“复—八线”实测，采用此法后其两侧高大建筑物下沉未超过 mm。 值得研究的是，近年来我国试验成功的“高水速凝材料”，具有快速固结含水砂层的性能。如能在地下工程中进行试验，对于阻隔地下水渗入施工空间，将具有良好的应用前景。 5 国外地下岩土工程开挖技术的新进展 (1)全过程机械化。从护坡、土方开挖、结构施工，包括暗挖法施工的拱架安装、喷射混凝土、泥浆配制和处理等工序的机械化，同时采用计算机技术进行监控，从而保证了施工安全、快速施工和优良的工程质量。 (2)盾构法得到较大发展。近30年内英、美、法、日等国大量采用盾构施工技术，日本已生产盾构近万台，用于地铁、铁路、公路，水工及管网施工，已出现双联、三联、四联盾构，能完成三跨地铁车站，开挖宽度达17 m。日本正设想设计直径80 m的盾构，在地下建造人造太阳和住宅区。 (3)微型盾构和非开挖技术已广泛应用。主要用于建造各种直径的雨、污水、自来水管道和电缆管道。微型盾构就是直径2 m以下的盾构。刀盘掘进，遥控和卫星定位控制方向和坡度，然后安装管片。非开挖技术就是采用微型钻机，通过切割轮成孔，退回钻杆后安装管线或电缆。 (4)预砌块法施工技术。拱圈是在土方开挖后采用拼装机安装，管片上留有注浆孔，衬砌拼装完成后，由注浆孔向壁后注浆，堵塞空隙，增强围岩与衬砌的共同作用。法国用此法施工的最大单拱跨度达 m。 (5)预切槽法施工技术。意、法等国制造了一种地层预切槽机，采用链条沿拱圈将地层切割出一条宽15 cm，长4～5 m的槽缝，然后向槽缝内喷射混凝土，并在其保护下开挖土方，做防水层及二次衬砌，形成隧道。 (6)顶管大管棚法。修建地铁车站时，在顶管内灌混凝土，形成大管棚，再在其保护下进行暗挖施工。 (7)微气压暗挖法。就是在具有1个大气压以下的压缩空气环境下，按照“新奥法”原理进行施工。优点是可以排出地下水，保证工作面干燥；由于气压存在，可减少地面沉降；还可降低衬砌成本。 (8)数字化掘进，又称计算机化掘进(Data drilling，Computerised drilling)，应用于硬岩工程的开挖。在数字化掘进时，钻杆的推进是程序化的，从一个洞到另一个洞也是自动的。掘进机手可以同时管理3套钻杆，其作用是监督钻杆的运动，必要时予以调整。孔位、孔深和掘进序列预先已在掘进机的计算机软件中安排，掘进方向由激光束控制，实现了孔的严格定位，从而可以实现掘进工艺的最优化以及曲线隧道的掘进。数字化掘进的优点是：控制隧道掘进的超挖；实现掘进方案的优化；消除了工作面上的人工测量。 作者简介 刘天泉 教授，院士，1927年生，1958年毕业于波兰克拉科夫矿冶学院采矿系，获硕士学位，1959年起至今，在煤炭科学研究总院从事地下开挖影响理论与控制技术研究工作。地址：北京市和平里煤炭科学研究总院，邮码：100013。 作者单位：刘天泉（中国工程院院士，煤炭科学研究总院） 钱七虎（中国工程院院士，总参军事科学技术委员会） 参 考 文 献 1 城市地下空间开发利用设计与施工技术.中国建筑科学研究院，1998(8) 2 钱七虎.可持续城市化与地下空间开发利用.世界科技研究与发展，1998(10) 3 邵根大.北京地下铁路建设中最新的技术进步.北京地铁建设，1994(5) 4 侯景岩等.北京地铁工程降水—回灌技术研究.北京地铁建设，1996(4) 5 洪伯潜等.地下工程特殊施工技术.能源与矿业工程学部学术报告汇编，1998 6 傅同雷.从广州地铁施设中探求防止地面下沉的方法.北京地铁建设，1996(3) 这个很有权威性哦,对您有帮助么?
水泥混凝土和易性是，水泥混凝土混合料在施工过程中的流动性和不易离析、易于捣实等综合性质。 对于影响混凝土和易性的主要因素有： 一、水泥数量与稠度的影响 混凝土拌合物在自重或外界振动动力的作用下要产生流动，必须克服其内在的阻力，拌合物内在阻力主要来自两个方面，一为骨料间的摩擦力，一为水泥浆的粘聚力，骨料间摩擦力的大小主要取决于骨料颗粒表面水泥浆层的厚度，亦水泥浆的数量。水泥浆的粘聚力大小主要取决于浆的干稀程度，亦即水泥浆的稠度。 混凝土拌合物在保持水灰比不变的情况下，水泥浆用量越多，包裹在骨料颗粒表面的浆层就越厚，润滑作用越好，使骨料间摩擦力减小，混凝土拌合物易于流动，于是流动性就大。反之则小。但若水泥浆量过多，这时骨料用量必然减少，就会出现流浆及泌水现象，而且好多消耗水泥。若水泥浆量过少，致使不能填满骨料间的空隙或不够包裹所有骨料表面时，则拌合物会产生崩塌现象，粘聚性变差，由此可知，混凝土拌合物水泥浆用量不能太少，但也不能过多，应以满足拌合物流动性要求为度。 在保持混凝土水泥用量不变得情况下，减少拌合用水量，水泥浆变稠，水泥浆的粘聚力增大，使粘聚性和保水性良好，而流动性变小。增加用水量则情况相反。当混凝土加水过少时，即水灰比过低，不仅流动性太小，粘聚性也因混凝土发涩而变差，在一定施工条件下难以成型密实。但若加水过多，水灰比过大，水泥浆过稀，这时拌合物虽流动性大，但将产生严重的分层离析和泌水现象，并且严重影响混凝土的强度和耐久性。因此，绝不可以单纯以加水的方法来增加流动性。而应采取在保持水灰比不变的条件下，以增加水泥浆量的办法来调整拌合物的流动性。 以上讨论可以明确，无论是水泥数量的影响，还是水泥稠度的影响，实际都是水的影响。因此，影响混凝土拌合物和易性的决定性因素是其拌合用水量的多少。 二、砂率的影响 砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分比。 砂率是表示混凝土中砂子与石子二者的组合关系，砂率的变动，会使骨料的总表面积空隙率发生很大的变化，因此对混凝土拌合物的和易性有显著的影响。当砂率过大时，骨料的总表面积和空隙率均增大，当混凝土中水泥浆量一定的情况下，骨料颗粒表面积将相对减薄，拌合物就显得干稠，流动性就变小，如果保持流动性不变，则需增加水泥浆，就要多耗水泥，反之，若砂率过小，拌合物中显得石子多而砂子过少，形成的砂浆量不足以包裹石子表面，并不能填满石子间空隙，在石子间没有足够砂浆润滑层时，不但会降低混凝土拌合物的流动性，而且会严重影响其粘聚性和保水性，使混凝土产生骨料离析、水泥浆流失，甚至出现崩散现象。 由上可知，在配置混凝土时，砂率不能过大，也不能太小，因该选用合理的砂率值。 所谓合理砂率是指在用水量及水泥用量一定的情况下，能使混凝土拌合物获得最大的流动性，且能保持粘聚性及保水性能良好的砂率值。 三、组成材料性质的影响 （1）水泥品种的影响 在水泥用量和用水量一定的情况下，采用矿渣水泥或火山灰水泥拌制的混凝土拌合物，其流动性比用普通水泥时小，这是因为前者水泥的密度较小，所以在相同水泥用量时，它们的绝对体积较大，因此在相同用水量情况下，混凝土就显得较稠，若要二者达到相同的塌落度，前者每立方米混凝土的用水量必须增加一些，另外，矿渣水泥拌制的混凝土拌合物泌水性较大。 （2）骨料性质的影响 骨料性质指混凝土所用骨料的品种、级配、颗粒粗细及表面形状等。在混凝土骨料用量一定的情况下，采用卵石和河沙拌制的混凝土拌合物，其流动性比碎石和山砂拌制的好：用级配好的骨料拌制的混凝土拌合物和水性好，用细砂拌制的混凝土拌合物的流动性较差，但粘聚性和保水性好。 （3）外加剂的影响 混凝土拌合物掺入减水剂或引气剂，流动性明显提高，引气剂还可以有效的改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性，二者还分别对硬化混凝土的强度与耐久性起着十分有利的作用。 四、拌合物存放时间及环境温度的影响 搅拌拌制的混凝土拌合物，随着时间的延长会变得越来越干稠，塌落度将逐渐减小，这是由于拌合物中的一些水分逐渐被骨料吸收，一部分被蒸发，以及水泥的水化与凝聚结构的逐渐形成等作用所致。 混凝土拌合物的和易性还受温度的影响，随着环境温度的升高，混凝土的塌落度损失的更快，因为这时的水分蒸发及水泥的化学反应将进行的更快。 和易性。混凝土的主要性质是和易性。和易性是指混凝土是否易于施工操作和均匀密实的性能。影响和易性的因素主要有以下几方面。1)用水量；2)水灰比；3)砂率；4)其他影响因素：水泥品种、骨料条件、时间和温度、外加剂等。 (2)普通混凝土结构的力学性质。1)混凝土的抗压强度和强度等级。混凝土强度包括抗压、抗拉、抗弯和抗剪，其中以抗压强度为最高，所以混凝土主要用来抗压。2)普通混凝土受压破坏特点。混凝土受压破坏主要发生在水泥石与骨料的界面上。混凝土受荷载之前，粗骨料与水泥石界面上实际已存在细小裂缝。。3)影响混凝土强度的因素。影响混凝土强度的因素主要有： (A)水泥强度和水灰比。(B)龄期。(C)养护温度和湿度。(D)施工质量，施工质量是影响混凝土强度的基本因素。4)提高混凝土强度的措施。提高混凝土强度的措施有：采用高强度等级水泥、采用干硬性混凝土拌合物、采用湿热处理(蒸汽养护和蒸压养护)、改进施TT艺、加强搅拌和振捣(采用混凝 土拌合用水磁化、混凝土裹石搅拌法等新技术)、加入外加剂(如加入减水剂和早强剂等)。 (3)普通混凝土的变形性质。1)化学收缩。2)干湿变形。3)温度变形。4)荷载作用下的混凝土变形。混凝土变形分为弹性变形和塑性变形。徐变是指混凝土在持续荷载作用下，随时间增长的变形称为徐变。徐变变形，初期增长较快，然后逐渐减慢，一般持续2～3年才逐渐趋于稳定。 然而怎么提高混凝土和易性呢？一下有几种施工过程中经常用到的方法： 1。当塌落度值比设计要求值小或大时，在水灰比不变的情况下，增加或减少水泥浆量，或在保持砂率不变的情况下，按比例减少或增加粗细骨料用量。 2。选用最佳砂率。 3。改善砂石级配。 4。尽量减少较粗的砂石。 5。增加水泥浆量。 6。使用外加剂（减水剂、塑化剂）。 所以。。。。。 以上资料仅供参考，，，
物理学作为研究其他自然科学不可缺少的基础,其长期发展形成的科学研究 方法 已广泛应用到各学科当中。下面是我为大家整理的物理学博士论文，供大家参考。
《 物理学在科技创新中的效用 》
摘要：论述了X射线的发现，不仅对医学诊断有重大影响，还直接影响20世纪许多重大发现;半导体的发明，使微电子产业称雄20世纪，并促进信息技术的高速发展，物理学是计算机硬件的基础;原子能理论的提出，使原子能逐步取代石化能源，给人类提供巨大的清洁能源;激光理论的提出及激光器的发明，使激光在工农业生产、医疗、通信、军事上得到广泛应用;蓝光LED的发明，将点亮整个21世纪.事实告诉我们，是物理学推动科技创新，由此得出结论：物理学是科技创新的源泉.昭示人们，高校作为培养人才的场所，理工科要重视大学物理课程.
关键词：X射线;半导体;原子能;激光;蓝光LED;科技创新;大学物理
1引言
物理学是一门研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用以及最一般的运动规律的科学[1-3]，其内容广博、精深，研究方法多样、巧妙，被视为一切自然科学的基础.纵观物理学发展历史可以发现：其蕴含的科学思维和科学方法能够有效促进学生能力的培养和知识的形成，同时，其每一次新的发现都会带动人类社会的科技创新和科技发展.正因如此，大学物理成为了高等学校理、工科专业必修的一门基础课程.按照 教育 部颁发的相关文件要求[4-5]，大学物理课程最低学时数为126学时，其中理科、师范类非物理专业不少于144学时;大学物理实验最低学时数为54学时，其中工科、师范类非物理专业不少于64学时.然而调查显示，众多高校(尤其是新建本科院校)并没有严格按照教育部颁发的课程基本要求开设大学物理及其实验课程.他们往往打着“宽口径、应用型”的晃子，大幅压缩大学物理和大学物理实验课程的学时，如今，大学物理及其实验课程的总学时数实际仅为32-96学时，远远低于教育部要求的最低标准(180学时).试问这么少的课时怎么讲丰富、深奥的大学物理?怎么能够真正发挥出大学物理的作用?于是有的院、系要求只讲力学，有的要求只讲热学，有的则要求只讲电磁学，…面对这种情况，大学物理的授课教师在无奈状态下讲授大学物理.从《大学物理课程 报告 论坛》上获悉，这不是个别学校的做法，在全国具有普遍性.殊不知，力、热、光、电磁、原子是一个完整的体系，相互联系，缺一不可.这种以消减教学内容为代价，解决课时不足的做法，就如同削足适履，是对教育规律不尊重，是管理者思想意识落后的一种体现.本文且不论述物理学是理工科必修的一门基础课，只论及物理学是科技创新的源泉这一命题，以期提高教育管理者对大学物理课程重要性的认识.
2物理学是科技创新的源泉
且不说力学和热力学的发展，以蒸汽机为标志引发了第一次工业革命，欧洲实现了机械化;且不说库伦、法拉第、楞次、安培、麦克斯韦等创立的电磁学的发展，以电动机为标志引发了第二次工业革命，欧美实现了电气化.这两次工业革命没有发生在中国，使中国近代落后了.本文着重论述近代物理学的发展对科学技术的巨大推动作用，从而得出结论：物理学是科技创新的源泉.1895年，威廉•伦琴(WilhelmR魻ntgen)发现X射线，这种射线在电场、磁场中不发生偏转，穿透能力很强，由于当时不知道它是什么，故取名X射线.直到1912年，劳厄(MaxvonLaue)用晶体中的点阵作为衍射光栅，确定它是一种光波，波长为10-10m的数量级[6].伦琴获1901年诺贝尔物理学奖，他发现的X射线开创了医学影像技术，利用X光机探测骨骼的病变，胸腔X光片诊断肺部病变，腹腔X光片检测肠道梗塞.CT成像也是利用X射线成像，CT成像既可以提供二维(2D)横切面又可以提供三维(3D)立体表现图像，它可以清楚地展示被检测部位的内部结构，可以准确确定病变位置.当今，各医院都设置放射科，X射线在医学上得到充分利用.X射线的发现不仅对医学诊断有重大影响，还直接影响20世纪许多重大科学发现.1913-1914年，威廉•享利•布拉格(willianHenrgBragg)和威廉•劳仑斯•布拉格(WillianLawrenceBragg)提供布拉格方程[6，P140]2dsinα=kλ(k=1,2,3…)式中d为晶格常数，α为入射光与晶面夹角，λ为X射线波长.布拉格父子提出使用X射线衍射研究晶体原子、分子结构，创立了X射线晶体结构分析这一学科，布拉格父子获1915年诺贝尔物理学奖.当今，X射线衍射仪不仅在物理学研究，而且在化学、生物、地质、矿产、材料等学科得到广泛应用，所有从事自然科学研究的科研院所和大多数高等学校都有X射线衍射仪，它是研究物质结构的必备仪器.1907年，威廉•汤姆孙(W•Thomson)发现电子，电子质量me=×10-31kg，电子荷电e=×10-19C.电子的荷电性引发了20世纪产生革命.1947年，美国的巴丁、布莱顿和肖克利研究半导体材料时，发现Ge晶体具有放大作用，发明了晶体三极管，很快取代电子管，随后晶体管电路不断向微型化发展.1958年，美国的工程师基尔比制成第一批集成电路.1971年，英特尔公司的霍夫把计算机的中央处理器的全部功能集成在一块芯片上，制成世界上第一个微处理器.80年代末，芯片上集成的元件数已突破1000万大关.微电子技术改变了人类生活，微电子技术称雄20世纪，进入21世纪微电子产业仍继续称雄.到各个工业区看看，发现电子厂比比皆是，这真是小小电子转动了整个地球啊!电子不仅具有荷电性，还具有荷磁性.
1925年，乌伦贝克—哥德斯密脱(Uhlenbeck-Goudsmit)提出自旋假说，每个电子都具有自旋角动量S轧，它在空间任意方向上的投影只可能取两个数值，Sz=±h2;电子具有荷磁性，每个电子的磁矩为MSz=芎μB(μB为玻尔磁子)[7].电子的荷磁性沉睡了半个多世纪，直到1988年阿贝尔•费尔(AlberFert)和彼得•格林贝格尔(PeterGrünberg)发现在Fe/Cr多层膜中，材料的电阻率受材料磁化状态的变化呈显著改变，其机理是相临铁磁层间通过非磁性Cr产生反铁磁耦合，不加磁场时电阻率大，当外加磁场时，相邻铁磁层的磁矩方向排列一致，对电子的散射弱，电阻率小.利用磁性控制电子的输运，提出巨磁电阻效应(giantmagnetoresistance,GMR)，磁电阻MR定义MR=ρ(0)+ρ(H)ρ(0)×100%式中ρ(0)为零场下的电阻率，ρ(H)为加场下的电阻率[8].GMR效应的发现引起科技界强烈关注，1994年IBM公司依据巨磁电阻效应原理，研制出“新型读出磁头”，此前的磁头是用锰铁磁体，磁电阻MR只有1%-2%，而新型读出磁头的MR约50%，将磁盘记录密度提高了17倍，有利于器件小型化，利用新型读出磁头的MR才出现 笔记本 电脑、MP3等，GMR效应在磁传感器、数控机库、非接触开关、旋转编码器等方面得到广泛应用.阿尔贝?费尔和彼得?格林贝格尔获2007年诺贝尔物理学奖.1993年，Helmolt等人[9]在La2/3Ba1/3MnO3薄膜中观察到MR高达105%，称为庞磁电阻(Colossalmagnetoresistance,CMR)，钙钛矿氧化物中有如此高的磁电阻，在磁传感、磁存储、自旋晶体管、磁制冷等方面有着诱人的应用前景，引起凝聚态物理和材料科学科研人员的极大关注[10-12].然而，CMR效应还没有得到实际应用，原因是要实现大的MR需要特斯拉量级的外磁场，问题出在CMR产生的物理机制还没有真正弄清楚.1905年，爱因斯坦提出[13]：“就一个粒子来说，如果由于自身内部的过程使它的能量减小了，它的静质量也将相应地减小.”提出著名的质能关系式△E=△m莓C2式中△m.表示经过反应后粒子的总静质量的减小，△E表示核反应释放的能量.爱因斯坦又提出实现热核反应的途径：“用那些所含能量是高度可变的物体(比如用镭盐)来验证这个理论，不是不可能成功的.”按照爱因斯坦的这一重大物理学理论，1938年物理学家发现重原子核裂变.核裂变首先被用于战争，1945年8月6日和9日，美国对日本的广岛和长崎各投下一颗原子弹，迫使日本接受《波茨坦公告》，于8月15日宣布无条件投降.后来原子能很快得到和平利用，1954年莫斯科附近的奥布宁斯克原子能发电站投入运行.2009年，美国有104座核电站，核电站发电量占本国发电总量的20%，法国有59台机组，占80%;日本有55座核电站，占30%.截至2015年4月，我国运行的核电站有23座，在建核电站有26座，产能为千兆瓦，核电站发电量占我国发电总量不足3%，所以我国提出大力发展核电，制定了到2020年核电装机总容量达到58千兆瓦的目标.核能的利用，一方面减少了化石能源的消耗，从而减少了产生温室效应的气体———二氧化碳的排放，另一方面有力地解决能源危机.利用海水中的氘和氚发生核聚变可以产生巨大能量，受控核聚变正在研究中，若受控核聚变研究成功将为人类提供取之不尽用之不竭的能量.那时，能源危机彻底解除.
20世纪最杰出的成果是计算机，物理学是计算机硬件的基础.从1946年计算机问世以来，经历了第一至第五代，计算机硬件中的电子元件随着物理学的进步，依次经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路;主存储器用的是磁性材料，随着物理学的进步，磁性材料的性能越来越高，计算机的硬盘越来越小.近日在第十六届全国磁学和磁性材料会议(2015年10月21—25日)上获悉，中科院强磁场中心、中科院物理所等，正在对斯格明子(skyrmions)进行攻关,斯格明子具有拓扑纳米磁结构，将来的笔记本电脑的硬盘只有花生大小，ipod平板电脑的硬盘缩小到米粒大小.量子力学催生出隧道二极管，量子力学指导着研究电子器件大小的极限，光学纤维的发明为计算机网络提供数据通道.
1916年，爱因斯坦提出光受激辐射原理，时隔44年，哥伦比亚大学的希奥多•梅曼(TheodoreMaiman)于1960制成第一台激光器[14].由于激光具有单色性好，相干性好，方向性好和亮度高等特点，在医疗、农业、通讯、金属微加工，军事等方面得到广泛应用.激光在其他方面的应用暂不展开论述，只谈谈激光加工技术在工业生产上的应用.激光加工技术对材料进行切割、焊接、表面处理、微加工等，激光加工技术具有突出特点：不接触加工工件，对工件无污染;光点小，能量集中;激光束容易聚焦、导向，便于自动化控制;安全可靠，不会对材料造成机械挤压或机械应力;切割面光滑、无毛刺;切割面细小，割缝一般在;适合大件产品的加工等.在汽车、飞机、微电子、钢铁等行业得到广泛应用.2014年，仅我国激光加工产业总收入约270亿人民币，其中激光加工设备销售额达215亿人民币.
2014年，诺贝尔物理学奖授予赤崎勇、天野浩、中山修二等三位科学家，是因为他们发明了蓝色发光二极管(LED)，帮助人们以更节能的方式获得白光光源.他们的突出贡献在于，在三基色红、绿、蓝中，红光LED和绿光LED早已发明，但制造蓝光LED长期以来是个难题，他们三人于20世纪90年代发明了蓝光LED，这样三基色LED全被找到了，制造出来的LED灯用于照明使消费者感到舒适.这种LED灯耗能很低，耗能不到普通灯泡的1/20，全世界发的电40%用于照明，若把普通灯泡都换成LED灯，全世界每个节省的电能数字惊人!物理学研究给人类带来不可估量的益处.2010年，英国曼彻斯特大学科学家安德烈•海姆(AndreGeim)和康斯坦丁•诺沃肖洛夫(Kon-stantinNovoselov)，因发明石墨烯材料，获得诺贝尔物理学奖.目前，集成电路晶体管普遍采用硅材料制造，当硅材料尺寸小于10纳米时，用它制造出的晶体管稳定性变差.而石墨烯可以被刻成尺寸不到1个分子大小的单电子晶体管.此外，石墨烯高度稳定，即使被切成1纳米宽的元件，导电性也很好.因此，石墨烯被普遍认为会最终替代硅，从而引发电子工业革命[14].2012年，法国科学家沙吉•哈罗彻(SergeHaroche)与美国科学家大卫•温兰德()，在“突破性的试验方法使得测量和操纵单个量子系统成为可能”.他们的突破性的方法，使得这一领域的研究朝着基于量子物理学而建造一种新型超快计算机迈出了第一步[16].
2013年，由清华大学薛其坤院士领衔、清华大学物理系和中科院物理研究所组成的实验团队从实验上首次观测到量子反常霍尔效应.早在2010年，我国理论物理学家方忠、戴希等与张首晟教授合作，提出磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是实现量子化反常霍尔效应的最佳体系，薛其坤等在这一理论指导下开展实验研究，从实验上首次观测到量子反常霍尔效应.我们使用计算机的时候，会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题.这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗.而量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则，电子自旋向上的在一个跑道上，自旋向下的在另一个跑道上，犹如在高速公路上，它们在各自的跑道上“一往无前”地前进，不产生电子相互碰撞，不会产生热能损耗.通过密度集成，将来计算机的体积也将大大缩小，千亿次的超级计算机有望做成现在的iPad那么大.因此，这一科研成果的应用前景十分广阔[17].物理学的每一个重大发现、重大发明，都会开辟一块新天地，带来产业革命，推动社会进步，创造巨大物质财富.纵观科学与技术发展史，可以看出物理学是科技创新的源泉.
3结语
论述了X射线，电子、半导体、原子能、激光、蓝光LED等的发现或发明对人类进步的巨大推动作用，自然得出结论，物理学是科技创新的源泉.打开国门看一看，美国的著名大学非常注重大学物理，加州理工大学所有一、二年级的公共物理课程总学时为540，英、法、德也在400-500学时[18].国内高校只有中国科学技术大学的大学物理课程做到了与国际接轨，以他们的数学与应用数学为例，大一开设：力学与热学80学时，大学物理—基础实验54学时;大二开设：电磁学80学时，光学与原子物理80学时，大学物理—综合实验54学时;大三开设：理论力学60学时，大学物理及实验总计408学时.在大力倡导全民创业万众创新的今天，高等学校理所应当重视物理学教学.各高校的理工科要按照教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导委员会颁发的《非物理类理工学科大学物理课程/实验教学基本要求》给足大学物理课程及大学物理实验课时.
参考文献：
〔1〕祝之光.物理学[M].北京：高等教育出版社，.
〔2〕马文蔚，周雨青.物理学教程[M].北京：高等教育出版社，.
〔3〕倪致祥，朱永忠，袁广宇，黄时中，大学物理学[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2005.前言.
〔4〕教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会.非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求[J].物理与工程，2006，16(5)
〔5〕教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会.非物理类理工学科大学物理实验课程教学基本要求[J].物理与工程，2006,16(4)：1-3.
〔6〕姚启钧，光学教程[M].北京;高等教育出版社，.
〔7〕张怪慈.量子力学简明教授[M].北京：人民教育出版社，.
〔8〕孙阳(导师：张裕恒).钙钛矿结构氧化物中的超大磁电阻效应及相关物性[D].中国科学技术大学，.
《 应用物理学专业光伏技术培养方案研究 》
一、开设半导体材料及光伏技术方向的必要性
由于我校已经有材料与化学工程学院，开设了高分子、化工类材料、金属材料等专业，应用物理、物理学专业的方向就只有往半导体材料及光伏技术方向靠，而半导体材料及光伏技术与物理联系十分紧密。因此，我们物理系开设半导体材料及光伏技术有得天独厚的优势。首先，半导体材料的形成原理、制备、检测手段都与物理有关;其次，光伏技术中的光伏现象本身就是一种物理现象，所以只有懂物理的人，才能将物理知识与这些材料的产生、运行机制完美地联系起来，进而有利于新材料以及新的太阳能电池的研发。从半导体材料与光伏产业的产业链条来看，硅原料的生产、硅棒和硅片生产、太阳能电池制造、组件封装、光伏发电系统的运行等，这些过程都包含物理现象和知识。如果从事这个职业的人懂得这些现象，就能够清晰地把握这些知识，将对行业的发展起到很大的推动作用。综上所述，不仅可以在我校的应用物理学专业开设半导体材料及光伏技术方向，而且应该把它发展为我校应用物理专业的特色方向。
二、专业培养方案的改革与实施
(一)应用物理学专业培养方案改革过程
我校从2004年开始招收应用物理学专业学生，当时只是粗略地分为光电子方向和传感器方向，而课程的设置大都和一般高校应用物理学专业的设置一样，只是增设了一些光电子、传感器以及控制方面的课程，完全没有自己的特色。随着对学科的深入研究，周边高校的互访调研以及自贡和乐山相继成为国家级新材料基地，我们逐步意识到半导体材料及光伏技术应该是一个应用物理学专业的可持续发展的方向。结合我校的实际情况，我们从2008年开始修订专业培养方案，用半导体材料及光伏技术方向取代传感器方向，成为应用物理学专业方向之一。在此基础上不断修改，逐步形成了我校现有的应用物理专业的培养方案。我们的培养目标:学生具有较扎实的物理学基础和相关应用领域的专业知识;并得到相关领域应用研究和技术开发的初步训练;具备较强的知识更新能力和较广泛的科学技术适应能力，使其成为具有能在应用物理学科、交叉学科以及相关科学技术领域从事应用研究、教学、新技术开发及管理工作的能力，具有时代精神及实践能力、创新意识和适应能力的高素质复合型应用人才。为了实现这一培养目标，我们在通识教育平台、学科基础教育平台、专业教育平台都分别设有这方面的课程，另外还在实践教育平台也逐步安排这方面的课程。
(二)专业培养方案的实施
为了实施新的培养方案，我们从几个方面来入手。首先，在师资队伍建设上。一方面，我们引入学过材料或凝聚态物理的博士，他们在半导体材料及光伏技术方面都有自己独到的见解;另一方面，从已有的教师队伍中选出部分教师去高校或相关的工厂、公司进行短期的进修培训，使大家对半导体材料及光伏技术有较深的认识，为这方面的教学打下基础。其次，在教学改革方面。一方面，在课程设置上，我们准备把物理类的课程进行重新整合，将关系紧密的课程合成一门。另一方面，我们将应用物理学专业的两个方向有机地结合起来，在光电子技术方向的专业课程设置中，我们有意识地开设了一些课程，让半导体材料及光伏技术方向的学生能够去选修这些课程，让他们能够对光伏产业的生产、检测、装备有更全面的认识。最后，在实践方面。依据学校资源共享的原则，在材料与化学工程学院开设材料科学实验和材料专业实验课程，使学生对材料的生产、检测手段有比较全面的认识，并开设材料科学课程设计，让学生能够把理论知识与实践联系起来，为以后在工作岗位上更好地工作打下坚实的基础。
三、 总结
半导体材料及光伏行业是我国大力发展的新兴行业，受到国家和各省市的大力扶持，符合国家节能环保的主旋律，发展前景十分看好。由于我们国家缺乏这方面的高端人才和行业指挥人，在这个行业还没有话语权。我们的产品大都是初级产品或者是行业的上游产品，没有进行深加工。目前行业正处在发展的困难时期，但也正好为行业的后续发展提供调整。只要我们能够提高技术水平和产品质量，并积极拓展国内市场，这个行业一定会有美好的前景。要提高技术水平和产品质量，就需要有这方面的技术人才，而高校作为人才培养的主要基地，有责任肩负起这个重任。由于相关人才培养还没有形成系统模式，这就更需要高校和企业紧密联系，共同努力，为半导体材料及光伏产业的人才培养探索出一条可持续发展的光明大道，也为我国的新能源产业发展做出自己的贡献。
有关物理学博士论文推荐：
1. 有关物理学论文
2. 物理学论文范文
3. 物理学论文
4. 物理学教学专业毕业论文
5. 物理学实验本科毕业论文
6. 物理学本科毕业论文
四氧化三铁是铁的一种氧化物，其化学式为Fe3O4，相对分子质量为。四氧化三铁是中学阶段唯一可以被磁化的铁化合物。四氧化三铁中含有Fe2+和Fe3+，X射线衍射实验表明，四氧化三铁具有反式尖晶石结构，晶体中并不存在偏铁酸根离子FeO2。四氧化三铁，又称磁性氧化铁、氧化铁黑、磁铁、磁石、吸铁石，天然矿物类型为磁铁矿。铁在四氧化三铁中有两种化合价，为反式尖晶石结构，即FeⅢ[FeⅢFeⅡ]O4。另外，四氧化三铁还是导体，因为在磁铁矿中由于Fe2+与Fe3+在八面体位置上基本上是无序排列的，电子可在铁的两种氧化态间迅速发生转移，所以四氧化三铁固体具有优良的导电性。SiO2又称硅石。在自然界分布很广，如石英、石英砂等。白色或无色，含铁量较高的是淡黄色。密度 ～.熔点1670℃（鳞石英）；1710℃（方石英）。沸点2230℃，相对介电常数为。不溶于水微溶于酸，呈颗粒状态时能和熔融碱类起作用。用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、硅铁、型砂、单质硅等。
你的问题太广泛 是什么论文 小论文？毕业论文？ 如果是小论文可以到有数据库的院校下载，如果是毕业论文，建议还是自己好好写写，多看小论文，尤其是SCI/EI 收录的文章，多看看，多模仿，相信你会写出优秀的论文的
环境工程专业的论文
导语：针对环境工程这一专业，大家会写出什么样的论文呢？下面是我收集整理的环境工程专业论文，供各位阅读和参考。
摘要：
磁性固化技术凭借自身的特点与优势在环境工程利用中得到了广泛地应用，并且从其应有效果来看，其具有不错的应用前景。该文在介绍磁性固化技术种类的基础上，对其在环境工程领域中的应用进行了介绍，仅供参考。
关键词：
磁性固化；环境工程；废气处理
磁性固化技术通过物理或化学方法将酶或微生物定位于磁性固化载体，待固化反应完后，通过外部磁场完成对其的分离处理，同时使酶或微生物能够保持活性，并且可以进行多次固化，具有不错的应用前景。
1磁性载体的固化分类
磁性纳米球是磁性固化过程中的常用载体，对其进行分类大体可以分为以下几种。
（1）吸附法，利用物理吸附方法，将酶固定在琼脂糖或多孔玻璃等载体上。该固定方法具有固定条件温和、工艺简单等诸多优点，同时其载体具有较为广泛的选择空间，既可以选择人工合成的高分子材料，也可以选择天然的高分子材料，在吸附过程中可以实现固定化和纯化，失活的酶能够再次活化，而应用的载体也能够实现再生。
（2）共价法，支持物反映基团和分子功能基形成共价键，粘合十分牢固，在应用过程中具有较高的稳定性，并且很少会发生酶脱落的情况。该方法在应用过程中的主要缺点是固化和载体活化起来相对比较复杂，并且反应发生所需要的环境也十分剧烈，因此要想获取活力较好的固定化酶，必须要对反应条件进行严格地控制。
（3）包埋法，在聚合物材料的微囊或格子结构中固定酶，通过这种方式有效地避免了酶蛋白释放，而在实际操作中，在微囊或格子中仍然可以有底物落入与酶发生接触。该方法的最大优点是操作起来相对比较容易，只是将酶分子包埋起来，不会对生物活性造成较为严重地破坏，但是该方法并不是适用于分子较大的底物。（4）交联法，对试剂进行应用，完成蛋白酶之间交联，从而使多功能试剂与酶分子之间形成共价键，最终形成三向交联网结构，酶分子不仅存在外交联，而且也存在内交联。在实际操作过程中添加材料上的差异会使产生的固化酶具有不同的物理性质。
2环境工程对磁性固化技术的应用
环境检测
免疫磁性分离技术在生物学和医学中的应用已经十分成熟，近几年其也被应用到环境检测中。通过对免疫磁分离技术的应用可以从样品中将目标微生物分离，如果在检验过程中与荧光免疫分析、多聚酶链式反应等方法合理地结合在一起，可以提高检测极限和分离效率。在检测废水大肠杆菌的含量时，可以结合三磷酸腺苷为生活和免疫磁性分离技术相结合，实验结果显示，检测的整个环节时间低于60min，并且检测结果具有较高的精准度，因此是一种快速有效的检测方法。部分学者在研究过程中在分离金属离子过程中利用了一种表面被改性后的磁性纳米微生物球，实验结果显示，在浓度为10ng/ml，pH=4的溶液中,Cu、Co、Pb等离子能够依照顺序被提出，并且提取效率超过了90%，是一种不错的方法。
废气处理
磁性固定化技术因为具有反应速度块、密度高、产物易分离、抗毒性较强等等优点，被广泛地应用到废气治理领域中。宣群等研究人员利用海藻酸钠进行固化实验，在对氧化亚硫酸铁的降解率超过了97%，得到不错的应用效果。马艳玲等研究人员利用海藻酸钙制定固定微生物颗粒实现对硫化氢等废气的净化，通过实验发现，硫化氢的排除率超过了90%，排除效果良好。此外，马艳玲通过对活性炭的应用，对假单胞菌进行吸附降解油烟废气，通过实验结果发现，当气流速低于8L/h，油烟浓度未超过100mg/L，容积负荷处于～，油烟的滞留时间超过30s时，生活反应器对讲解油烟的效率超过了95%，降解效果十分明显，对油烟的处理效果明显，并且以活性炭为填充料的反应器具有较强的抗冲击能力，这也确保了其应用的合理性。
废水处理
部分学者在尝试在污水处理过程中将磁性技术与固化技术结合，将磁性物质作为酶或微生物在固化过程中的载体，通过其具有的磁场和高效分离等特点对微生物和污水进行处理，这弥补了传统废水处理中难以对微生物进行处理，难以将水与微生物进行分离的弊端，探索出一条处理废水的新途径。在对磁性纳米球进行一系列地处理后，可以使其携带功能基团，这在一定程度上提高了载体对微生物的固载量。固定微生物附着在磁性载体上可以使其在废水处理上的效率、速度得到提高，同时在污水处理过程中还具备磁处理所具有的优势，也就是在存在外磁场的情况下，具有较强的磁响应，因此很容易从反应体系中将载体分离出来，具有良好的处理效果。
部分学者在磁性微球上固定辣根过氧化物酶，在固定酶过程中，酶最大固载量可以达到，在反应器中利用其对废水（含有酚酞）进行处理，在实验过程中对废水的成分进行处理，通过测量，游离酶的动力学参数Km为224μmol/L，固定化酶动力学参数Vmax为371μmol/L；也有学者对磁活性污泥进行应用对奶厂生产过程中产生的废水进行处理，主要处理废水中的氨氮和有机物，相关实验表明，处理率分别可以达到98%和92%，并且随着科技的发展，处理率还会进一步提高，可见其是一种高效的处理方法；部分学者也针对功能化硅包覆介孔磁性载体固定细菌效果进行了研究，主要针对pH值、处理时间、处理温度等因素进行分析，同时在研究过程中需要将结果与其他载体固菌效果对比。实验结果显示在30℃环境中，摇床中的振动速度为200r/min，对固菌进行24h培养效果最佳，在城市污水处理过程中对固菌后载体进行应用，处理24h，主要处理过程中应当在pH=7，投加量为的最佳情况下开展，在该环境下，去除COD的量能够超过83%，利用pH=2的HCL溶液完成酸洗后的再生载体，将其应用到城市污水处理中，处理效果仍然可以超过76%。
将磁性载体固化酶放入磁场稳定流动床反应器中，可以简化整个体系在反应过程中的操作环节，比较适合规模化生产。通过对外部磁场的应用可以对磁性材料固定酶的运动方向和方式进行适当控制，通过该方式顶替传统机械搅拌的方式，可以使搅拌变得更加合理，使固定化酶的催化效率得到了进一步提高。
部分学者利用纳米磁粉磁化菌生物肥对屠宰场的废水进行处理，处理结果显示，通过对该工艺的应用，可以快速地分离磁性生物絮凝泥水混合液，在处理过程中仅需要15min便可以完成沉淀，磁粉和磁场能够促进微生物的新陈代谢，提高了污泥活性以及处理废水的效果，通过大量的实验结果进行统计分析，可以发现，利用其对屠宰场的废水处理，对SS、COD、NH3-N3种化学物质的.去除效率分别可以达到92%、96%、87%，通过处理后的排除的水的水质远高于排放标准，并且该工艺具有很强的抗冲击负荷能力，具有不错的应用前景。
3结语
磁性固化技术因为其自身具有的特点和优势,被广泛地应用到生物学、医学等多个领域中，并且对其的应用也已经逐渐趋于成熟，但是对其环境工程领域中的应用还处于发展阶段。因此，加强对磁性固化技术在环境工程领域中的应用的研究，扩大其应用范围，并且要将研究结果由实验阶段逐渐向应用阶段发展，进一步改善我国的环境。
化学污染与生态是研究生态环境中的污染物与周围的生态环境之间相互影响的规律的科学，是环境工程专业的一门重要的专业课。化学污染与生态课程是一门综合性课程，同时又具有较强的现实性和实践性特点。针对化学污染与生态课程教学，我们在多年课程教学改革和实践中进行了一些探索并形成了一些想法。
一、课程特点分析
化学污染与生态课程是为环境工程专业三年级学生开设的一门综合性专业课程，这门课程涉及内容和范围比较广泛，因此在学习本课程之前学生需要具备与该课程相关的基础知识，学生不但要对有机化学和无机化学具有较深的理解，而且还应当深入了解生态学和环境学等方面的知识。在这门课程的学习过程中，学生在以前所学的相关知识的基础上进一步掌握化学污染物与生态环境的相互作用规律，并且能够根据所学的知识对实际污染过程进行分析并提出具体的防治措施。在这门课程的学习过程中，学生不但要学习各种理论知识，还应当能够进行相关的验证性和设计性实验，达到理论与实践的结合。同时，通过对该课程的学习，可以激发学生们的学习兴趣并且扩展他们的视野，为进一步学习环境工程专业的其他课程打下一定的基础。
二、教学内容的设计
化学污染与生态课程的主要研究内容是化学污染物与生态环境之间的相互作用，对实际污染过程进行分析并提出具体的防治措施。该课程的一个重要特点是内容涉及多学科交叉，包括化学，环境学和生态学等学科的基本概念和基本原理。该课程涉及内容较多但课程学时数又有所限制，因此在课程教学内容的设计过程中要考虑到这些实际情况，防止该课程所讲述的内容与其他相关课程的内容产生重复现象，重点讲述本课程的核心内容。该课程的主要内容是以生态学的基本原理为基础，以化学和生态学理论相结合的观点探讨生态系统的结构和功能，详细研究非金属污染物，重金属污染物，有机污染物的来源，分布，循环，迁移转化规律以及对生态系统的作用和防治方法等。同时在教学过程中还要通过文字和影音图片资料介绍学科发展的前沿最新动态，让学生了解到最新的研究成果，这样可以使教学内容更丰富和充实。
三、教学过程中教学方法的运用
在这门课程讲授过程中发现完全的以教师讲授教学内容的方法，很难适应学生能力培养的要求。这种教学方法不利于发挥学生的主观能动性，也不利于培养学生的创新思维。因此教学改革中需要改善教学模式，在课程讲授过程中既能发挥教师的主导作用又能调动学生学习的积极性，从而提高教学效果。同时在教学过程中不同的章节其具体的内容也不一样，可以针对不同的内容采用不同的教学方法，提高教学效率。在化学污染与生态课程的教学过程中运用了如下所述的多种教学方法。第一种方法是讲授法，讲授法是教学过程中最基本的方法，这种方法主要用于基本原理和基本概念的讲述。讲授过程中教师除了讲授课程中的内容以外，还可以结合自己的科研过程，把一些相关的内容进行讲述，使学生能够更多地掌握本学科的知识。第二种方法是课堂提问法，课堂提问可以活跃课堂气氛，同时还可以调动学生对问题积极思考的能力，通过主动思考学生对课程重点和难点的认识得以强化，使分析问题的过程思路清晰并且条理化。同时通过对以前所学知识进行课堂提问也可以巩固学生对所学知识的掌握。第三种方法是课堂讨论，课堂讨论是一种较好的教学方法，随着素质教育的深入，课堂讨论也被越来越多地使用，这种方法可以活跃课堂气氛，充分调动学生的学习积极性，有利于培养学生学习过程中的主观能动性，学生可以在课堂讨论过程中发现问题，然后通过讨论解决问题，是一种合作学习的过程，通过这种分析归纳总结的思维过程，可以让学生体会自主探究的过程，充分展示学生的个性。采用课堂讨论的方法的过程中，为了达到较好的教学效果，学生需要对问题进行充分的思考，为了使学生有充分的独立思考的时间，可以提前介绍下节课的主要内容以及提出的问题，上课时在教师的指导下通过课堂讨论的方式进行课程内容的学习。第四种方法是案例教学法，教师在课程讲述过程中要注意运用案例进行教学，通过实际案例对一些环境污染问题和事件进行探讨，可以使学生学会应用基本原理对实际情况进行分析，加深对所学知识的理解和掌握，同时还可以使学生及时了解这方面的研究热点以及最新科研成果。
四、多媒体教学的应用
多媒体教学法是随着计算机多媒体技术的发展而产生的一种新的教学方法，是传统板书教学法的重要的辅助手段。多媒体教学法和板书教学法各有优点和缺点，根据环境污染与生态课程的特点，结合环境工程专业的特点，本课程采用多媒体教学法结合板书教学法进行课堂教学。在多媒体教学过程中，可以在很大程度上增加课堂教学的信息量，例如一些图表可以通过图片方式快速显示出来，这样就能把更多的时间放到对图表的分析上。同时，利用多媒体技术可以把一些抽象的理论和概念直观地显示出来，达到感性认识和理性认识的有机结合，例如可以通过动画讲述一些比较抽象的概念和过程。因此采用多媒体教学法可以提高学生学习这门课程的学习兴趣，有利于学生对课堂所学知识的理解和掌握，从而提高课堂教学的效果。当然，多媒体教学方法只是一种辅助教学手段，传统的板数教学方法仍有很强的灵活性和实用性，例如教师在黑板上对公式进行逐步推演要比多媒体教学法更符合学生的认知规律，在多媒体教学方法的应用过程中，要与传统的板书教学法相结合，这样才能达到更好的教学效果。
五、适当增加实践性内容
化学污染与生态课程具有很强的现实性和实践性，因此应当开展实践教学活动，首先学生应当能够进行验证性实验的操作，在教师的指导下应用实验设备进行独立的操作，在实验过程中通过观察各种实验现象从而进一步加深对所学理论知识的理解和掌握。此外还鼓励学生进行创新性和设计性实践项目，例如让学生从一些环境污染问题中提出研究题目，查阅国内外与此研究题目相关的文献资料，然后进行讨论确定研究方案，在教师的指导下进行实验，通过这种具体的科研实践活动可以提高学生理论联系实际的能力，同时也巩固了在课堂上所学的知识。
六、改变课程成绩评定方式
成绩的评定是化学污染与生态课程教学改革的一个重要方面，在成绩评定过程中需要要注重四个方面，第一个方面是对学生所学课程理论基础知识的成绩评定，这项评定通过笔试试卷考试的方式进行，考试过程采用教考分离的方法，防止任课教师试卷出题过程中的倾向性，这样能更客观地评价教学过程中教师的教学效果以及学生的学习成绩，同时试卷阅卷过程采用流水阅卷方式，在此过程中可以让每位教师对学生的答题情况进行分析，这样可以更客观地评估教学成效；第二个方面是对学生出勤和平时作业的成绩评定，第三个方面是学生在实践环节中的表现，最后是成绩评定过程中还要注重学生对化学污染与生态学科发展的认识，以及对所学的一些基本原理在自己专业领域中的应用的认识。
河道清淤施工论文
从小学、初中、高中到大学乃至工作，大家总免不了要接触或使用论文吧，论文是一种综合性的文体，通过论文可直接看出一个人的综合能力和专业基础。那要怎么写好论文呢？以下是我整理的河道清淤施工论文，仅供参考，希望能够帮助到大家。
河道具有旅游、通航、排涝防洪等众多功能。河道的流畅程度直接影响河道的泄洪防洪作用，尤其是每年的汛期，对于河道流畅程度的要求更高。但是，由于受到河道自身因素、两岸建筑以及架设桥梁的影响，给河道清淤施工增加了很大的难度。因此，为了保证和道德流畅以及保障附近居民的生命和财产安全，应该做好河道的清淤工程，切不可马虎大意。
一、河道清淤工程的意义
做好河道清淤工作是保证地区防汛安全、地区建设以及经济发展的重要工作。但是，许多地区河道清淤工作存在以下问题：河堤堤脚附近的串钩滩面非常低，当出现洪水漫滩现象时，则会导致在河堤堤脚出现大量的积水，严重的威胁河堤的安全，尤其是土质疏松的地区，在遇到这种现象时，不仅会威胁河堤的安全，同时还会威胁地区的安全；一些砂质土堤岸存在部分沙基，如果水流量过大或者水位过高，都会导致河堤出现溃堤的风险，严重的威胁河堤的安全；淤泥堆积过多，会将河床抬高，影响了河道的泄洪能力，降低河道的防洪标准；缺乏对河槽的治理，导致河道存在许多风险路段。由于河道工程存在上述问题，一旦河道淤积严重导致泄流不畅甚至是不通，将会导致洪水直接冲击河堤，严重的威胁当地居民的生命与财产安全。由此可见，通过做好河道清淤工程，能够有效的减少河道内的淤泥，提高河道的泄洪能力，稳定河槽，消除险情，保证当地居民的生命和财产安全，同时促进当地建设以及经济的可持续发展。
二、河道清淤工程的施工技术分析
（一）前期准备工作
河道清淤工程的前期准备工作主要包括以下几个方面：
1、施工规划
在进行河道清淤工程施工之前，应该做好施工规划工作，施工规划应根据河道的具体状况，严格的按照相关的规定以及要求，合理的安排施工强度、工期以及用地范围等，同时还应该科学的布置安全、卫生以及防火等文明施工工作，防止清淤施工对当地居民的生活带来不必要的麻烦。
2、放样与测量工作
施工测量的准确性对清淤施工的安全性与准确性具有直接的影响，因此在前期准备工作中，监理人员、设计人员应该做好里程桩、工程坐标以及其他相关测量工作，同时做好施工前测量工作的交底。
3、机械器具准备
河道清淤工程施工逐渐的向机械化方向发展，施工机械在河道清淤工程中发挥至关重要的作用，甚至清淤工作无法进行，因此，为了保证河道清淤工程施工能够顺利有序地进行，在施工之前必须根据河道清淤工程的`实际状况准备合适的机械设备，保证设备的维修性、灵活性以及适用性，进而保证河道清淤工程施工能够稳定、高效地进行。
（二）河道清淤工程的常用施工技术分析
河道清淤工程的施工技术应该因地制宜，根据当地的实际情况，综合分析后选择合适的清淤施工技术。目前，河道清淤工程经常采用的施工技术主要包括以下几个方面。
1、抓、运、抽清淤施工技术
对于小型船舶能够顺利通过的河道，通常采用挖运抽施工方案，采用抓斗挖泥船开挖淤泥，抓斗挖泥船挖掘的土方可以直接入停泊在自航泥驳中，当自航泥驳装满之后，行驶至河道的吸泥船，利用排泥管把吸泥船中的土方吸运到指定的排泥场。该种清淤施工技术的优点在于受运输距离的影响相对较小，并且不受排泥场位置的限制。同时，其缺点在于挖运设备在施工的过程中会产生相互影响，施工相对不灵活。
2、小型绞吸式挖泥船施工技术
该种清淤施工技术通常适用于小型船舶能够通行的河道，该种清淤施工技术利用小型绞吸式挖泥船开挖淤泥，采用封闭式管道进行土方输送。该种清淤施工技术的优点在于能够实现挖、运、吸的一体施工，不仅施工效率非常高，施工质量也非常好。同时，这种清淤施工技术的调遣不灵活，受到桥梁、河宽等因素的影响。
3、泥浆泵施工技术
泥浆泵施工技术通常适用于宽度在5～10m左右的河道，这种河道的断面相对较窄，并且河道内存在许多生活垃圾，其他大中型设备行驶不便，针对这种状况通常采用泥浆泵施工技术，在具体施工的过程中应该进行分段施工，分别在河道的两端建筑临时的围堰，然后把该河段内的水排干，先采用人工的方式将河道内的垃圾清理干净，之后采用泥浆泵把淤泥运送至指定的弃土场。该种清淤施工技术的优点在于能够实现挖、运、吸的一体施工，施工效率非常高。同时，缺点在于受排距的影响非常大，并且河道中的生活垃圾以及其他障碍物都会影响泥浆泵的生产效率。
4、湿土上岸施工技术
湿土上岸施工技术是在和堤防外口线3m距离的位置，开挖一条深度为、底宽约1m的小沟，施工作业利用小型挖土机，根据河道设计的具体状况进行开挖施工，开挖的土方、淤泥等可以用作河堤防护，在开挖施工的过程中应该采用分层开挖的方式，堤防填筑施工应该遵循以下原则：荷载分层、匀速提升、自下而上、交叉作业，严格的按照上述原则进行施工能够有效地解决10m宽河道的治理。这种清淤施工技术同时还能够有效地解决河道挖泥船设备在河道出行不便的问题，在实践应用中具有非常好的效果。
（三）淤泥处理
河道清理出来的淤泥，如果不能够采取有效的措施进行妥善的处理，将会对环境造成二次污染，尤其是许多淤泥中含有许多的有害污染物，如果任意堆放在自然环境中，长时间的尝试会导致有害物质的挥发或者挥着雨水渗入到土壤中，影响居民的生活用水，威胁人们的生命健康，同时还会威胁农作物的正常生长，河道中的淤泥采用挖泥船清理出来后，运送到指定的地点进行处理，而对于河道清理出来的淤泥，通常采用以下两种方式进行处理：一方面，对于污染严重的河道淤泥，应该和经过干化处理之后的用于制砖的工业废渣和淤泥进行统一，然后进行集中焚烧，对于富含有机物的淤泥，通过发酵处理之后，可以用作肥料使用；另一方面，对于没有经受过污染的河道淤泥，将其直接堆放在指定的位置，通过自然风干之后可以用作道路铺垫以及农田土壤补充等。
总而言之，河道作为重要的水利，在国民经济发展、地区建设以及防洪排涝等方面发挥着至关重要的作用，加强河道清淤力度，对于提高河道的泄洪、防洪、排灌等能力具有非常重要的意义。由于不同的河道其环境条件、地质条件以及周边建筑等状况都存在一定的差别，为了提高清淤工作效率，应该根据河道的具体状况，做好前期的准备工作，因地制宜的采用合适的清淤施工技术，并做好淤泥的处理工作，防止对环境造成二次污染。
1城市中小河道现状
我国的河流分布广、数量多，流域面积达到10000万m2以上的中小型河流有50000多条[1],城市中小河流担负着防洪排涝、景观旅游、生态平衡等多种功能，是城市建设的重要组成部分。但是随着城市化进程速度的加快，城市经济发展迅速，人口快速增长，城市中小河流的污染、淤积情况也在不断加剧，水质不断降低，主要有以下表现:
（1）许多中小河流长期接纳城市污水，城市河道淤积严重，局部地段河底较高、甚至封堵，淤泥污染严重，河水生态系统遭到破坏，不利于水体的自我修复；
（2）由于城市中小河流上游截流等原因致使补给水源较为匮乏，客水量小，所以稀释能力差，加上水流不畅，交换能力和自净能力下降，致使污染物大量沉积，形成淤泥，淤泥中污染物长期淤积于河床底部又再次释放引起内源污染。同时，河道淤积也会导致河道的行洪能力降低，灾害风险提升，一旦到了汛期，遇到大雨暴雨时，极有可能引发雨水漫溢，甚至导致洪灾[2]。因此城市中小河流清淤工作刻不容缓。
2清淤技术分析
城市中小河道的清淤方法与大江大河、港口航道的清淤方法有所不同，其具有河道窄、河水浅、单个断面清淤工程量小、河道两岸建筑物多、大型机械船通行困难、清淤对象含有各种垃圾等特点。根据这些特点，常被用于城市中小河道清淤的施工方案有搭设围堰排干河水的干槽清淤和利用船只进行的水下清淤，其中，干槽清淤又根据设备的选择分为干挖法清淤、泥浆泵法清淤和水力冲刷法清淤，水下清淤根据设备的不同分为绞吸式挖泥船清淤、抓斗式挖泥船清淤及斗轮式挖泥船清淤[3]。分类如图1所示。
干槽清淤
干槽清淤，指通过构筑临时围堰，将部分河道水流排干，在干槽区域进行施工。其中，适用于对干槽进行清淤的施工方式又分为干挖法、泥浆泵法及水力冲挖法[4]。
干挖法清淤干挖法清淤指采用挖掘机对排干水后的作业区直接进行开挖，挖出的淤泥直接由渣土车外运或者放置于岸上的临时堆放点。淤泥含水量较大的情况下，采取晾晒或掺土搅拌的方法使淤泥含水量得到控制。干挖法清淤的优点是清淤直观、彻底，对于设备、技术要求不高，产生的淤泥含水率低，易于后续处理。
泥浆泵法清淤泥浆泵法清淤指在实施人工简单清理河道垃圾后，利用泥浆泵直接将淤泥打运至沿岸弃土场。泥浆泵法清淤适合用在断面窄的河道，其优点是设备调遣方便，挖运吸一体，施工质量较好，不足之处是，前期必须进行人工清理河道垃圾，否则会影响设备运行。
水力冲刷法清淤水力冲刷法清淤指采用高压水枪冲刷底泥，使泥浆汇集到事先设置好的低洼区，再由泥浆泵吸取、管道输送，将泥浆输送至岸上的堆场或集浆池内。水力冲刷法清淤尤其适合做过河底硬化的河道，可以保护硬化的河底不被机械破坏。但是这种方法相较于干挖清淤，其形成的泥浆浓度低，不便后续处理。
综合上述3个施工方式，干槽清淤适用于流量较小的河道，其优点是施工状况直观、质量易于保证，也可以解决清淤对象中含有复杂垃圾的情况。缺点是，由于要排干河道中的流水，很多河道只能在非汛期进行施工，工期受到一定限制，同时，增加了临时围堰施工的成本，机械、车辆的进出对河道边坡和生态系统也会造成一定影响，需要增加后期恢复边坡的成本。
水下清淤
水下清淤，指具备一定水深的情况下，由船只作为施工平台，将清淤设备装配在船上，在水面上操作清淤设备进行淤泥开挖。水下清淤可以通过绞吸式挖泥船、抓斗式挖泥船、斗轮式挖泥船进行。
绞吸式挖泥船清淤绞吸式挖泥船利用装在船前的桥梁前缘绞刀的旋转运动，将河床底泥进行切割和搅动，并进行泥水混合，形成泥浆，通过船上离心泵产生的吸入真空，使泥浆沿着吸泥管进入泥泵吸入端，经全封闭管道输送至堆场中。绞吸式清淤是一个挖、运、吹一体化施工的过程，采用全封闭管道输泥，不会产生泥浆散落或泄漏，但泥浆浓度偏低，导致泥浆体积增加，会增大淤泥堆场占地面积。
抓斗式挖泥船清淤抓斗式挖泥船通过挖泥船前臂抓斗伸入河底，利用油压驱动抓斗插入底泥并闭斗抓取水下淤泥，之后提升回旋并开启抓斗，将淤泥直接卸入靠泊在挖泥船舷旁的驳泥船中，开挖、回旋、卸泥循环作业。清出的淤泥通过驳泥船运输至淤泥堆场。抓斗式挖泥船灵活机动，不受河道内垃圾、石块等障碍物影响，适合开挖较硬土方或中央带较多杂质垃圾的土方，但抓斗式挖泥船对极软弱的底泥敏感度差，容易造成表层浮泥经搅动后又重新回到水体之中。
斗轮式挖泥船清淤斗轮式挖泥船利用专用斗轮挖掘机开挖水下淤泥，开挖后的淤泥通过挖泥船上的大功率泥泵吸入并进入输泥管道。经全封闭管道输送至指定卸泥区。同绞吸式挖泥船类似，采用全封闭管道输泥，不会产生泥浆散落或泄漏，但斗轮式清淤在清淤工程中逃淤、回淤情况严重，清淤不够彻底，容易造成大面积水体污染。综合上述3个施工方式，利用机械船进行的水下清淤适合泥层厚度大的河道，其优点是施工过程不受天气影响，清淤过程不会对河道通航产生影响，施工精度高；缺点是因强烈搅动底泥，容易造成底泥中污染物扩散，同时逃淤、回淤现象也比较严重。总体来说，在有条件可以将河道部分排干的情况下选择干槽清淤，清淤效果最为显著，在不能够排干的情况下，通过小型清淤船清淤也可以成为一种选择。
3施工应用
工程概况
清河发源于北京西山碧云寺，流经海淀区、朝阳区、昌平区，横跨中关村科技园区，紧邻五环路和奥林匹克森林公园，在顺义区境内入温榆河，全长，流域范围北至西三旗，南至西直门外，西至玉泉山，东至温榆河，总流域面积21000万m2，是北京市北部主要城市排水河道。主要支流为北旱河、万泉河、小月河及仰山大沟、东小口沟等。清河规划20年一遇洪水流量为158~556m3/s，50年一遇洪水流量为190~690m3/s。经过多年运行，河道内出现了大量渣土垃圾及淤泥，严重影响河道行洪安全，影响景观环境，为了治理和还清清河，保障过流能力，营造良好的水环境，建设宜居生态环境，需要对清河进行清淤工程建设。
清淤方案分析
本次主要工程任务是对清河淤积较严重的5段进行清淤，恢复河道设计断面。确定施工方案考虑以下几个因素。
1）工期：施工工期为2014年4月11日~2014年5月20日，为北京市的非汛期。
2）河流情况：清河是北京市北部主要城市排水河道，河水较浅，流速缓慢。
3）淤积情况：工程段淤泥平均厚度为45cm，河道内含有大量渣土垃圾及少量生活垃圾，淤泥情况复杂。
4）排泥场：施工所在位置附近无法落实排泥场，需要将清除的淤泥直接装到渣土车进行外运。
5）对外交通：工程对外交通线路自巡河路可连接至八达岭高速、北五环、黑泉路，主要外来物资、施工机械可通过上述道路运抵施工现场，同时将淤泥通过上述道路转运到弃料场。根据上述河道特点和施工条件，此次清河清淤工程选择搭设围堰，排干部分河道，进行干槽清淤，同时也采用干挖清淤法，利用挖掘机进入河道直接对淤泥进行开挖。
施工
各段清淤时均采用机械为主人工配合的方式清理，此次施工，在前期工作：测量定点、修建河道两岸施工马道及洗车池、搭设围堰及围堰内抽水结束后，先由挖掘机将淤泥集中（人工配合将零散淤泥集中），再由装载机运输到马道附近集料，由挖掘机按淤泥∶土=1∶掺拌土，最后由车辆运输到渣土消纳场所。为保证车辆运输不对市区环境造成污染，施工现场车辆出入口分别设置洗车槽，同时铺设无纺布，并安排专人进行车辆清洗工作，对每辆渣土外运车辆须经打扫车轮、车厢后方可放行。在渣土运输的区间段内安排清洁人员，随时对车辆散落下来的土块、泥块进行清扫，并安排专人进行巡视、值班、组织路口交通。
4结论
城市中小河道的清淤工程既有传统清淤的“疏通”目的，也就是解决排涝、防洪、灌溉功能保障的目的，也有改善河道水质，促进生态系统健康，提升河道景观的深层目的。因此，从清淤的前期工作、方案制定、工艺选择、工程实施的所有环节中，必须保证这种“多目的”清淤的特征。在清淤方法多种多样的情况下，依据清河河道、水流等的特点，进行各方面的分析论证，成功地利用“干挖清淤法”的清淤方式，实现了清河清淤的目的，取得了很好的效果，实现了“水清岸绿，循环流畅，生态健康，人水和谐”的目标。为城市中小河道清淤积累了经验。
参考文献
[1]张晓兰.我国中小河流治理存在的问题及对策[J].水利发展研究,2005(1):68-70.
[2]包建平.中小河道治理中的清淤及淤泥处理技术[J].水资源保护,2015,31(1):56-68.
[3]沈建强.小河道清淤工程的几种施工方案的探讨[J].浙江水利水电专科学校学报,2011,23(4):45-57.
[4]杨闽.城市中小河流淤泥探测仪的研究与应用[D].安徽:安徽农业大学,2012.
钻井废弃物是钻井污水、钻井液（钻井泥浆）、钻井岩屑和污油的混合物，是一种相当稳定的胶态悬浮体系，含有粘土、加重材料、各种化学处理剂、污水、污油及钻屑等，危害环境的主要化学成分有烃类、盐类、各类聚合物、重金属离子、重晶石中的杂物和沥青等改性物，这些污染物具有高色度、高石油类、高COD、高悬浮物、高矿化度等特性，是石油勘探开发过程中产生的主要污染源之一。油气田每钻完一口井，都要在原地丢下一个废弃的泥浆池。一个油气田有成千上万口井，就有成千上万个废弃泥浆池，每个泥浆池中的钻井废弃物少则有几百方，多则有几千方。这些废弃物具有的可溶性的无机盐类污染、重金属污染、有机烃（油类物质）污染，若在井场堆放或掩埋，一旦被雨水浸泡、河流冲刷，就会对周围的土壤、水源、农田和空气造成严重的环境风险。防治措施：做好区域地质及水文地质调查工作，要对拟钻探区域的地质构造和可能发生的地质灾害有较好的预判。要合理的进行工程设计，采用先进的钻探工艺及有针对性的钻探方式。如对拟避让的地质灾害高发区或者是敏感保护区采用定向井或者是丛式井钻探，先探后采。加强井口封闭及井壁维护，确保不发生井喷或者井壁坍塌（防止含油回注水窜入地下水含水层，污染地下水），对井壁破裂及时进行封堵。使用优质高效的钻井工艺泥浆（环境友好型），防止井下漏油，防止钻井管和设备腐蚀。重要的可能发生泄露事故的储罐、装置周边要设置围堰，基础层进行防渗处理。钻井区域设置污染物处理设施，设置沉淀池、调节池、事故应急池，对钻井岩屑、钻井废水、钻井废弃泥浆分开处理，能综合利用的尽可能利用或者回注，不能利用的进行固化后卫生填埋，覆土后恢复生态。
一 问题的提出在新闻之上,我们总能看到河水污染的新闻,到底河水污染对我们有多大的危害,于是,我对河水污染做了一次调查。二 调查方案1 通过网络了解污水对人体的危害。2 通过书籍了解造成污水的原因的原因。三调查情况信息渠道 调查方面 具体内容1人体中70%—80%是水分，因此长期饮用不良的水质，而导致体质不佳抵抗力自然减弱，则百病发生乃必然，再者长期累积之污染物到达身体无法承受时，再高明的医生、再有效的药物恐怕也难奏效，所以“水是百药之王”的说法一点都不假。2一是上游客水污染。由于我市地处里下河、泰东河下游，兴化工业企业排放的工业废水，上游市区、集镇排放的生活污水及农民将秸秆推入河中腐烂变质后产生的有机污染流入我市。二是城镇生活污染。主要是城乡居民大量的洗涤用水、组合化粪池排放的大量粪便水以及城乡生活垃圾对水体的污染。三是农业污染。通榆河沿线均为水稻、棉花种植区，而水稻、棉花种植过程中化肥农药使用量比较大，但真正被农作物吸收的只占30-40%，绝大部分化肥农药进入了水体，势必加重了通榆河的污染程度。1上网 污水对人体的危害。2 书籍 造成污水的原因四 结论我国农村有3亿人饮水不安全，其中有1．9亿是水质问题。据调查，我国将近一半的湖泊处于严重的富营养化状态，主要是由于这些区域的农业面源污染和人畜粪尿排放而造成的，水体中氮磷污染物三分之一来自农业面源污染。由于我国绝大多数水源在山区和水土流失区，水土流失作为载体在输送大量泥沙的同时，也输送了大量化肥、农药和生活垃圾。我国积累在饮用水源特别是井水中的化肥氮磷和农药，已经对至少13个省份、数百万人的健康造成了威胁，农业面源污染已经到了非治理不可的局面。关键字：农业 水质问题 富营养化 健康 污染2污染不但危机人类，也给渔业带来了巨大损失。严重使鱼虾死亡，还干扰鱼类繁殖，渔产量和质量大大下降。污水还污染农田和农作物，使农业减产。水污染还造成其他环境的下降，影响人们的游览，娱乐和休养。水不仅是生命之源，对人类极其重要，而污染又是这样厉害。因此我们更应该预防和保护好水资源，合理并利用好水。
拟制光生载流子分离的策略有很多，比如说你可以让这个原则的话进行一个震碎，把他这个原子的话打完顺序用一些散光机的话，还有一个紫色的话，你也可以利用它的一个相关的一些弹性的一个功能值的大小，然后的话让他这个瘤子分离，比如说你可以用一些冷凝技术或者是sk技术。
先介绍一下居里点the Curie temperature 居里点或居里温度是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度。低于居里点温度时该物质成为铁磁体，此时和材料有关的磁场很难改变。当温度高于居里点温度时,该物质成为顺磁体，磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。这时的磁敏感度约为10的负6次方。19世纪末，著名物理家居里在自己的实验室里发现磁石的一个物理特性，就是当磁石加热到一定温度时，原来的磁性就会消失。后来，人们把这个温度叫“居里点”。在地球上，岩石在成岩过程中受到地磁场的磁化作用，获得微弱磁性，并且被磁化的岩石的磁场与地磁场是一致的。这就是说，无论地磁场怎样改换方向，只要它的温度不高于“居里点”，岩石的磁性是不会改变的。根据这个道理，只要测出岩石的磁性，自然能推测出当时的地磁方向。这就是在地学研究中人们常说的化石磁性。在此基础之上，科学家利用化石磁性的原理，研究地球演化历史的地磁场变化规律，这就是古地磁说。 为了寻找大陆漂移说的新证据，科学家把古地磁学引入海洋地质领域，并取得令人鼓舞的成绩。 第二次世界大战之后，科学家使用高灵敏度的磁力探测仪，在大西洋洋中脊上的海面进行古地磁调查。之后，人们又使用磁力仪等仪器，以密集测线方式对太平洋进行古地磁测量。两次调查的资料使人们惊奇地发现，在大洋底部存在着等磁力线条带，而且呈南北向平行于大洋洋中脊中轴线的两侧，磁性正负相间。每条磁力线条带长约数百千米，宽度在数十千米至上百千米之间不等。海底磁性条带的发现，成为本世纪地学研究的一大奇迹。1963年，英国剑桥大学的一位年轻学者.瓦因和他的老师.马修斯提出，如果“海底扩张”曾经发生过，那么，大洋中脊上涌的熔岩，当它凝固后应当保留当时地球磁场的磁化方向。就是说在洋脊两侧的海底应该有磁化情况相同的磁性条带存在。当地球磁场发生反转时，磁性条带的极性也应该发生反转，磁性条带的宽度可以作为两次反转时间的度量标准。这个大胆的假说，很快被证实了，人们在太平洋、大西洋、印度洋都找到了同样对称的磁性条带。不仅如此，科学家还计算出在7600万年中，地球曾发生过171次反转现象。 研究还发现，地球磁场两次反转之间的时间最长周期约为300万年，最短的周期约为5万年，两次反转的平均周期约为42～48万年。目前，地球的磁场方向己保留70万年了，所以，人们预感到一个新的磁场变化可能正在向我们靠近。 对于海底磁性条带的研究仍在继续之中，许多问题仍找不到令人满意的答案。例如，对于地球磁场为什么要来回反转这个最基本的问题，就无法解释清楚。尽管科学家们提出过种种假说，但其真正的原因还是不清楚的。也就是说，地球发生磁场转向的内在规律之谜，有待于科学家们去继续探索。再介绍铁磁材料 （1）铁磁性物质只要在很小的磁场作用下就能被磁化到饱和，不但磁化率＞0，而且数值大到10－106数量级，其磁化强度M与磁场强度H之间的关系是非线性的复杂函数关系。这种类型的磁性称为铁磁性。 （2）铁磁性物质只有在居里温度以下才具有铁磁性；在居里温度以上，由于受到晶体热运动的干扰，原子磁矩的定向排列被破坏，使得铁磁性消失，这时物质转变为顺磁性。 （3）特点 A、磁性很强，通常所说的磁性材料主要是指这类物质。 B、磁滞现象。 C、自发磁化： 铁磁性物质内的原子磁矩，通过相邻晶格结点原子的电子壳层的作用，克服热运动的无序效应，原子磁矩是按区域自发平行排列、有序取向，按不同的小区域分布，这种现象称为自发磁化。 未配对的3d电子壳层： Fe、Ni、Co、Mn D、磁畴 自发磁化的小区域，称为磁畴。各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。 然后说明一下测量实验铁磁材料的居里点实验目的：初步了解铁磁物质有铁磁性转变为顺磁性的微观原理，学习用JLD——Ⅱ型居里点测试仪测量居里温度的原理和方法。实验仪器：JLD——Ⅱ型居里点测试仪一套（主机一台、加温炉一台、样品5只）、ST16B型示波器实验原理：对于铁磁物质来讲，由于有磁畴的存在，因此在外加的交变磁场作用下将产生磁滞现象。磁滞回线就是磁滞现象的主要表现。如果将铁磁物质加热到一定的温度，由于金属点阵中的热运动的加剧，磁畴遭到破坏时，铁磁物质将转变为顺磁物质，磁滞现象消失，铁磁物质这一转变温度称为居里点。本居里点测试仪就是通过观察示波器上显示的磁滞回线的存在与否来观察测量铁磁物质的这一转变温度的。本仪器通过给绕在样品上的线圈通交变电流，从而产生交变磁场。在给加热炉加热过程中，在示波器上找出居里点。 实验步骤：1、将加热炉的连线接于电源箱前面的两接线柱上。将铁磁材料样品与电源箱用专用线连接，并把样品放在加热炉中。将温度传感器、降温风扇的接插件与接在电源前面板上的传感器接插件对应相接。2、将B输出与示波器上的Y输入，H输出与X输入用专用线相连接，“升温——降温”开关打向升温，开启电源箱上的电源开关，并适当调节示波器上Y、X调节，示波器上就显示出了磁滞回线。3、炉上的两风门（旋钮方向和加热炉的轴线方向垂直），将“测量——设置”开关打向“设置”，设定好炉温后，打向“测量”，加热炉工作，炉温逐渐升向设置的温度。4、温达到该样品的居里点时，磁滞回线消失，同时数显温度表显示测量的温度值——居里点。打开加热炉上的两风门（风门上的旋钮方向和加热炉的轴线方向平行），把“升温——降温”开关打向降温，让加热炉降温后，换一样品重复上述过程，直到样品测完为止。
一、化学的来由 化学的英文词为Chemistry，法文Chimie，德文Chemie，它们都是从一个古字、即拉丁字chemia，希腊字Xηwa(Chamia)，希伯莱字Chaman或Haman，阿拉伯字Chema或Kema，埃及字Chemi演化而来的．它的最早来源难以查考．从现存资料看，最早是在埃及第四世纪的记载里出现的．所以有人认为可以假定是从埃及古字Chemi来的，不过这个名字的意义很晦涩，有埃及、埃及的艺术、宗教的迷惑、隐藏、秘密或黑暗等意义。其所以有这些意义，大概因为埃及在西方是化学记载诞生的地方，也是古代化学极为发达的地方，尤其是在实用化学方面。例如，埃及在十一朝代进已有一种雕刻表示一些工人下在制造玻璃，可见至少在公元前2500年以前，埃及已知道玻璃的制造方法了。再从埃及出土的木乃伊看，可知在公元前一、二千年时已精于使用防腐剂和布帛染色等技术。所以古人用埃及或埃及的艺术来命名“化学”。至于其它几种意义，可能因为古人认为化学是一种神奇和秘密的事业以及带有宗教色彩的缘故。 中国的化学史当然也是毫不逊色的。大约5000－11000年前，我们已会制作陶器，3000多年前的商朝已有高度精美的青铜器，造纸、磁器、火药更是化学史上的伟大发明。在十六、十七世纪时，中国算得上是世界最先进的国家。“化学”二字我国在1856年开始使用。最早出现在英国传教士韦廉臣在1856年出版的《格物探原》一书中。 二、化学的几个发展阶段 远古的工艺化学时期。这时人类的制陶、冶金、酿酒、染色等工艺，主要是在实践经验的直接启发下经过多少万年摸索而来的，化学知识还没有形成。这是化学的萌芽时期。 炼丹术和医药化学时期。从公元前1500年到公元1650年，炼丹术士和炼金术士们，在皇宫、在教堂、在自己的家里、在深山老林的烟熏火燎中，为求得长生不老的仙丹，为求得荣华富贵的黄金，开始了最早的化学实验。记载、总结炼丹术的书籍，在中国、阿拉伯、埃及、希腊都有不少。这一时期积累了许多物质间的化学变化，为化学的进一步发展准备了丰富的素材。这是化学史上令我们惊叹的雄浑的一幕。后来，炼丹术、炼金术几经盛衰，使人们更多地看到了它荒唐的一面。化学方法转而在医药和冶金方面得到了正当发挥。在欧洲文艺复兴时期，出版了一些有关化学的书籍，第一次有了“化学”这个名词。。 燃素化学时期。从1650年到1775年，随着冶金工业和实验室经验的积累，人们总结感性知识，认为可燃物能够燃烧是因为它含有燃素，燃烧的过程是可燃物中燃素放出的过程，可燃物放出燃素后成为灰烬。 定量化学时期，既近代化学时期。1775年前后，拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说，开创了定量化学时期。这一时期建立了不少化学基本定律，提出了原子学说，发现了元素周期律，发展了有机结构理论。所有这一切都为现代化学的发展奠定了坚实的基础。 科学相互渗透时期，既现代化学时期。二十世纪初，量子论的发展使化学和物理学有了共同的语言，解决了化学上许多悬而未决的问题；另一方面，化学又向生物学和地质学等学科渗透，使蛋白质、酶的结构问题得到逐步的解决。 这里主要讲述近二百多年来的化学史故事。这是化学得到快速发展的时期，是风云变幻英雄辈出的期。让我们一道去体验当年化学家所经历的艰难险阻,在近代化学史峰回路转的曲折历程中不倦跋涉，领略他们拨开重重迷雾建立新理论、发现新元素、提出新方法时的无限风光。 三、化学学科在探索中成长 化学的发展可以说是日新月异，尤其是它的边缘学科或者说是它的分支学科，譬如生物化学、物理化学、晶体化学等等，令人目不暇接。就眼下炒得过热的基因工程、克隆技术以及共轭电场论等，更是令人眼花缭乱。而古往今来，有多少化学家为化学的发展做出了难以估量的贡献。你想了解他们吗？化学名人风采将带您走近他们。 燃素说的影响 。可燃物如炭和硫磺，燃烧以后只剩下很少的一点灰烬；致密的金属煅烧后得到的锻灰较多，但很疏松。这一切给人的印象是，随着火焰的升腾，什么东西被带走了。当冶金工业得到长足发展后，人们希望总结燃烧现象本质的愿望更加强烈了。 1723年，德国哈雷大学的医学与药理学教授施塔尔出版了教科书《化学基础》。他继承并发展了他的老师贝歇尔有关燃烧现象的解释，形成了贯穿整个化学的完整、系统的理论。《化学基础》是燃素说的代表作。 施塔尔认为燃素存在于一切可燃物中，在燃烧过程中释放出来，同时发光发热。燃烧是分解过程： 可燃物==灰烬+燃素 金属==锻灰+燃素 如果将金属锻灰和木炭混合加热，锻灰就吸收木炭中的燃素，重新变为金属，同时木炭失去燃素变为灰烬。木炭、油脂、蜡都是富含燃素的物质，燃烧起来非常猛烈，而且燃烧后只剩下很少的灰烬；石头、草木灰、黄金不能燃烧，是因为它们不含燃素。酒精是燃素与水的结合物，酒精燃烧时失去燃素，便只剩下了水。 空气是带走燃素的必需媒介物。燃素和空气结合，充塞于天地之间。植物从空气中吸收燃素，动物又从植物中获得燃素。所以动植物易燃。 富含燃素的硫磺和白磷燃烧时，燃素逸去，变成了硫酸和磷酸。硫酸与富含燃素的松节油共煮，磷酸（当时指P2O5）与木炭密闭加热，便会重新夺得燃素生成硫磺和白磷。而金属和酸反应时，金属失去燃素生成氢气，氢气极富燃素。铁、锌等金属溶于胆矾（CuSO4·5H2O）溶液置换出铜，是燃素转移到铜中的结果。 燃素说尽管错误，但它把大量的化学事实统一在一个概念之下，解释了冶金过程中的化学反应。燃素说流行的一百多年间，化学家为了解释各种现象，做了大量的实验，积累了丰富的感性材料。特别是燃素说认为化学反应是一种物质转移到另一种物质的过程，化学反应中物质守恒，这些观点奠定了近、现代化学思维的基础。我们现在学习的置换反应，是物质间相互交换成分的过程；氧化还原反应是电子得失的过程；而有机化学中的取代反应是有机物某一结构位置的原子或原子团被其它原子或原子团替换的过程。这些思想方法与燃素说多么相似。 舍勒和普里斯特里发现氧气的制法 ：令后人尊敬的瑞典化学家舍勒的职业是药剂师--chemist，他长期在小镇彻平的药房工作，生活贫困。白天，他在药房为病人配制各种药剂。一有时间，他就钻进他的实验室忙碌起来。有一次，后院传来一声爆鸣，店主和顾客还在惊诧之中，舍勒满脸是灰地跑来，兴奋地拉着店主去看他新合成的化合物，忘记了一切。对这样的店员，店主是又爱又气，但从来不想辞退他，因为舍勒是这个城市最好的药剂师。 到了晚上，舍勒可以自由支配时间，他更加专心致志地投入到他的实验研究中。对于当时能见到的化学书籍里的实验，他都重做一遍。他所做的大量艰苦的实验，使他合成了许多新化合物，例如氧气、氯气、焦酒石酸、锰酸盐、高锰酸盐、尿酸、硫化氢、升汞（氯化汞）、钼酸、乳酸、乙醚等等，他研究了不少物质的性质和成分，发现了白钨矿等。至今还在使用的绿色颜料舍勒绿（Scheele’s green）,就是舍勒发明的亚砷酸氢铜（CuHAsO3）。如此之多的研究成果在十八世纪是绝无仅有的，但舍勒只发表了其中的一小部分。直到1942年舍勒诞生二百周年的时候，他的全部实验记录、日记和书信才经过整理正式出版，共有八卷之多。其中舍勒与当时不少化学家的通信引人注目。通信中有十分宝贵的想法和实验过程，起到了互相交流和启发的作用。法国化学家拉瓦锡对舍勒十分推崇，使得舍勒在法国的声誉比在瑞典国内还高。 在舍勒与大学教师甘恩的通信中，人们发现，由于舍勒发现了骨灰里有磷，启发甘恩后来证明了骨头里面含有磷。在这之前，人们只知道尿里有磷。 1775年2月4日，33岁的舍勒当选为瑞典科学院院士。这时店主人已经去世，舍勒继承了药店，在他简陋的实验室里继续科学实验。由于经常彻夜工作，加上寒冷和有害气体的侵蚀，舍勒得了哮喘病。他依然不顾危险经常品尝各种物质的味道--他要掌握物质各方面的性质。他品尝氢氰酸的时候，还不知道氢氰酸有剧毒。1786年5月21日，为化学的进步辛劳了一生的舍勒不幸去世，终年只有44岁。舍勒发现氧气的两种制法是在1773年。第一种方法是分别将KNO3、Mg（NO3）2、Ag2CO3、HgCO3、HgO加热分解放出氧气： 2KNO3==2KNO2+O2↑ 2Mg（NO3）2 == 2MgO+4NO2↑+O2↑↑ 2Ag2CO3==4Ag+2CO2↑+O2↑ 2HgCO3==2Hg+2CO2↑+O2↑ 2HgO==2Hg+O2↑ 第二种方法是将软锰矿（MnO2）与浓硫酸共热产生氧气： 2MnO2+2H2SO4（浓）== 2MnSO4+2H2O+O2↑ 舍勒研究了氧气的性质，他发现可燃物在这种气体中燃烧更为剧烈，燃烧后这种气体便消失了，因而他把氧气叫做“火气”。舍勒是燃素说的信奉者，他认为燃烧是空气中的“火气”与可燃物中的燃素结合的过程，火焰是“火气”与燃素相结合形成的化合物。他将他的发现和观点写成《论空气和火的化学》。这篇论文拖延了4年直到1777年才发表。而英国化学家普里斯特里在1774年发现氧气后，很快就发表了论文。 普里斯特里始终坚信燃素说，甚至在拉瓦锡用他们发现的氧气做实验，推翻了燃素说之后依然故我。他将氧气叫做“脱燃素气”。他写到：我把老鼠放在‘脱燃素气’里，发现它们过得非常舒服后，我自己受了好奇心的驱使，又亲自加以实验，我想读者是不会觉得惊异的。我自己实验时，是用玻璃吸管从放满这种气体的大瓶里吸取的。当时我的肺部所得的感觉，和平时吸入普通空气一样；但自从吸过这种气体以后，经过好长时间，身心一直觉得十分轻快舒畅。有谁能说这种气体将来不会变成通用品呢？不过现在只有两只老鼠和我，才有享受呼吸这种气体的权利罢了。”普里斯特里一生的大部分时间是在英国的利兹作牧师，业余爱好化学。1773年他结识了著名的美国科学家兼政治家富兰克林，他们后来成了经常书信往来的好朋友。普里斯特里受到好朋友多方的启发和鼓励。他在化学、电学、自然哲学、神学四个方面都有很多著述。 1774年普里斯特里到欧洲大陆参观旅行。在巴黎，他与拉瓦锡交换了好多化学方面的看法。正直的普里斯特里同情法国大革命，曾在英国公开做了几次演讲。英国一批反对法国大革命的人烧毁了他的住宅和实验室。普里斯特里于1794年他六十一岁的时候不得已移居美国，在宾夕法尼亚大学任化学教授。美国化学会认为他是美国最早研究化学的学者之一。他住过的房子现在已建成纪念馆，以他的名字命名的普里斯特里奖章已成为美国化学界的最高荣誉。 拉瓦锡和他的天平： 燃素说的推翻者，法国化学家拉瓦锡原来是学法律的。1763年，他20岁的时候就取得了法律学士学位，并且获得律师开业证书。他的父亲是一位律师，家里很富有。所以拉瓦锡不急于当律师，而是对植物学发生了兴趣。经常上山采集标本使他对气象学也产生了兴趣。后来，拉瓦锡在他的老师，地质学家葛太德的建议下，师从巴黎有名的鲁伊勒教授学习化学。拉瓦锡的第一篇化学论文是关于石膏成分的研究。他用硫酸和石灰合成了石膏。当他加热石膏时放出了水蒸气。拉瓦锡用天平仔细测定了不同温度下石膏失去水蒸气的质量。从此，他的老师鲁伊勒就开始使用“结晶水”这个名词了。这次成功使拉瓦锡开始经常使用天平，并总结出了质量守恒定律。质量守恒定律成为他的信念，成为他进行定量实验、思维和计算的基础。例如他曾经应用这一思想，把糖转变为酒精的发酵过程表示为下面的等式： 葡萄糖 == 碳酸（CO2）+ 酒精 这正是现代化学方程式的雏形。用等号而不用箭头表示变化过程，表明了他守恒的思想。拉瓦锡为了进一步阐明这种表达方式的深刻含义，又具体地写到：“我可以设想，把参加发酵的物质和发酵后的生成物列成一个代数式。再逐个假定方程式中的某一项是未知数，然后分别通过实验，逐个算出它们的值。这样以来，就可以用计算来检验我们的实验，再用实验来验证我们的计算。我经常卓有成效地用这种方法修正实验的初步结果，使我能通过正确的途径重新进行实验，直到获得成功。”早在拉瓦锡出生之时，多才多艺的俄罗斯科学家罗蒙诺索夫就提出了质量守恒定律，他当时称之为“物质不灭定律”，其中含有更多的哲学意蕴。但由于“物质不灭定律”缺乏丰富的实验根据，特别是当时俄罗斯的科学还很落后，西欧对沙俄的科学成果不重视，“物质不灭定律”没有得到广泛的传播。 1772年秋天，拉瓦锡照习惯称量了一定质量的白磷使之燃烧，冷却后又称量了燃烧产物P2O5的质量，发现质量增加了！他又燃烧硫磺，同样发现燃烧产物的质量大于硫磺的质量。他想这一定是什么气体被白磷和硫磺吸收了。他于是又做了更细致的实验：将白磷放在水银面上，扣上一个钟罩，钟罩里留有一部分空气。加热水银到40℃时白磷就迅速燃烧，之后水银面上升。拉瓦锡描述道：“这表明部分空气被消耗，剩下的空气不能使白磷燃烧，并可使燃烧着的蜡烛熄灭；1盎司的白磷大约可得到盎司的白色粉末（P2O5，应该是盎司）。增加的重量和所消耗的1/5容积的空气重量接近相同。”燃素说认为燃烧是分解过程，燃烧产物应该比可燃物质量轻。而拉瓦锡实验的结果却是截然相反。他把实验结果写成论文交给法国科学院。从此他做了很多实验来证明燃素说的错误。在1773年2月，他在实验记录本上写到：“我所做的实验使物理和化学发生了根本的变化。”他将“新化学”命名为“反燃素化学”。 1774年，拉瓦锡做了焙烧锡和铅的实验。他将称量后的金属分别放入大小不等的曲颈瓶中，密封后再称量金属和瓶的质量，然后充分加热。冷却后再次称量金属和瓶的质量，发现没有变化。打开瓶口，有空气进入，这一次质量增加了，显然增加量是进入的空气的质量（设为A）。他再次打开瓶口取出金属锻灰（在容积小的瓶中还有剩余的金属）称量，发现增加的质量正和进入瓶中的空气的质量相同（即也为A）。这表明锻灰是金属与空气的化合物。 拉瓦锡进一步想，如果设法从金属锻灰中直接分离出空气来，就更能说明问题。他曾经试图分解铁锻灰（即铁锈），但实验没有成功。 拉瓦锡制得氧气之后： 到了这年的10月，普里斯特里访问巴黎。在欢迎宴会上他谈到“从红色沉淀（HgO）和铅丹（Pb3O4）可得到‘脱燃素气’”。对于正在无奈中的拉瓦锡来说，这条信息是很直接的启发。11月，拉瓦锡加热红色的汞灰制得了氧气。在舍勒的启发下，拉瓦锡甚至制造了火车头大小的加热装置，其中心是聚光镜。平台下面是六个大轮子，以便跟着太阳随时转动。1775年，拉瓦锡的实验中心已从分解金属锻灰转移到了对氧气的研究。他发现燃烧时增加的质量恰好是氧气减少的质量。以前认为可燃物燃烧时吸收了一部分空气，其实是吸收了氧气，与氧气化合，即氧化。这就是推翻了燃素说的燃烧的氧化理论。与此同时，拉瓦锡还用动物实验，研究了呼吸作用，认为“是氧气在动物体内与碳化合，生成二氧化碳的同时放出热来。这和在实验室中燃烧有机物的情况完全一样。”这就解答了体温的来源问题。空气中既然含有1/4的氧气(数据来自原文），就应该含有其余的气体，拉瓦锡将它称为“碳气”。研究了空气的组成后，拉瓦锡总结道：“大气中不是全部空气都是可以呼吸的；金属焙烧时，与金属化合的那部分空气是合乎卫生的，最适宜呼吸的；剩下的部分是一种‘碳气’，不能维持动物的呼吸，也不能助燃。”他把燃烧与呼吸统一了起来，也结束了空气是一种纯净物质的错误见解。1777年，拉瓦锡明确地讥讽和批判了燃素说：“化学家从燃素说只能得出模糊的要素，它十分不确定，因此可以用来任意地解释各种事物。有时这一要素是有重量的，有时又没有重量；有时它是自由之火，有时又说它与土素相化合成火；有时说它能通过容器壁的微孔，有时又说它不能透过；它能同时用来解释碱性和非碱性、透明性和非透明性、有颜色和无色。它真是只变色虫，每时每刻都在改变它的面貌。” 这年的9月5日，拉瓦锡向法国科学院提交了划时代的《燃烧概论》，系统地阐述了燃烧的氧化学说，将燃素说倒立的化学正立过来。这本书后来被翻译成多国语言，逐渐扫清了燃素说的影响。化学自此切断了与古代炼丹术的联系，揭掉了神秘和臆测的面纱，代之以科学的实验和定量的研究。化学进入了定量化学（即近代化学）时期。所以我们说拉瓦锡是近代化学的奠基者。舍勒和普里斯特里先于拉瓦锡发现氧气，但由于他们思维不够广阔，更多地只是关心具体物质的性质，没有能冲破燃素说的束缚。与真理擦肩而过是很遗憾的。 拉瓦锡对化学的另一大贡献是否定了古希腊哲学家的四元素说和三要素说，辨证地阐述了建立在科学实验基础上的化学元素的概念：“如果元素表示构成物质的最简单组分，那么目前我们可能难以判断什么是元素；如果相反，我们把元素与目前化学分析最后达到的极限概念联系起来，那么，我们现在用任何方法都不能再加以分解的一切物质，对我们来说，就算是元素了。”在1789年出版的历时四年写就的《化学概要》里，拉瓦锡列出了第一张元素一览表，元素被分为四大类： 简单物质，普遍存在于动物、植物、矿物界，可以看作是物质元素：光、热、氧、氮、氢。简单的非金属物质，其氧化物为酸：硫、磷、碳、盐酸素、氟酸素、硼酸素。简单的金属物质，被氧化后生成可以中和酸的盐基：锑、银、铋、钴、铜、锡、铁、锰、汞、钼、镍、金、铂、铅、钨、锌。简单物质，能成盐的土质：石灰、镁土、钡土、铝土、硅土。拉瓦锡对燃素说和其它陈腐观点的讥讽和批判是无情和激烈的。这使他在创建科学勋绩的同时得罪了一大批同时代和老一辈的科学家。在《影响世界历史的一百位人物》中，在许多有关历史、科学史、化学史的书籍中，作者都对拉瓦锡总是突出自己的人格特点进行低调的描述和评价，指责他在《化学概要》里没有提起舍勒和普里斯特里对他的启示和帮助。但我们得看到，拉瓦锡确实具有非凡的科学洞察力和勇往直前的无畏精神。虽然不是他最先发现氧气的制法，但他通过制取氧气分析了空气的组成，建立了燃烧的氧化学说。氧气因此不同于其它气体，被赋予非凡的科学意义。拉瓦锡十分勤奋，每天六点起床，从六点到八点进行实验研究，八点到下午七点从事火药局长或法国科学院院士的工作，七点到晚上十点，又专心从事他的科学研究。星期天不休息，专门进行一整天的实验工作。拉瓦锡28岁结婚时，他的妻子只有14岁。他们一生没有孩子，但生活非常愉快。她帮助拉瓦锡实验，经常陪伴在他身边。在拉瓦锡的著作里，有很多插图都是他的妻子画的。1789年法国大革命爆发，三年后拉瓦锡被解除了火药局长的职务。1793年11月，国民议会下令逮捕旧王朝的包税官。拉瓦锡由于曾经担任过包税官而自首入狱。极左派马拉曾与拉瓦锡有过激烈的科学争论，心存嫉恨，便诬陷拉瓦锡与法国的敌人有来往，犯有叛国罪，于1794年5月8日把他送上了断头台。对此，当时科学界的很多人感到非常惋惜。著名的法籍意大利数学家拉格朗日痛心地说：“他们可以一瞬间把他的头割下，而他那样的头脑一百年也许长不出一个来。”这时，拉瓦锡正当壮年，是51岁。 四、化学学科的发展前沿 中国运动医学杂志000124 基因工程也叫遗传工程(Genetic Engineering)，是20世纪70年代在分子生物学发展的基础上形成的新学科。基因工程就是在分子水平上，用人工方法提取(或合成)不同生物的遗传物质，在体外切割、拼接和重新组成，然后通过载体把重组的DNA分子引入受体细胞，使外源DNA在受体细胞中进行复制与表达。按人们的需要产生不同的产物或定向地创造生物的新性状，并使之稳定地遗传给下代[1]。基因工程技术主要包括分离基因、纯化基因和扩增基因的技术，其核心是分子克隆技术。它能帮助人们从各种复杂的生物体中分离出单一的基因，并把它纯化，再把它大量扩增，用于研究。 20多年来，基因工程技术得到了迅速地发展，特别是限制性内切酶、DNA序列分析及DNA重组技术等三大技术的发现和应用，不仅把分子生物学提高到了基因水平，而且也把生物学与医学中的其他学科引上基因研究的道路，并取得了许多揭示生命秘密和生命过程的重大成就 ......
太阳能因其分布范围广,能量输入稳定,清洁,安全等优点得到了越来越高的重视程度。各国科研工作者都致力于实现通过太阳能来发展环境友好,清洁安全,可持续发展,经济可行的工业技术。太阳能向化学能转换过程成为目前最为重要的研究热点。通过利用太阳能辐射的吸收,实现化学能的能量转换过程。太阳能向化学能转换目前主要的应用领域包括:光催化降解有机污染物;光催化分解水制氢气;光催化CO2还原和光催化固氮。这些应用为解决能源需求危机和解决日益严重的环境污染,温室效应等问题提供了有效的解决途径。近年来,光催化材料研究和性能提升取得了显著的成果,但是光催化的效率始终是其应用的核心限制因素,而光催化性能提升的关键因素包括:(1)增强太阳光的吸收光谱范围,获得更多的光生载流子;(2)提高载流子的分离效率,实现更多的载流子到达催化活性位点;(3)改善催化反应活性,提高催化位点上的载流子利用率。本质上都是针对光生载流子有效利用数量的调控,即分别针对光生载流子的产生、分离、利用三个过程。光生载流子是半导体价带电子吸收能量后跃迁到导带形成的非平衡载流子,很容易复合而恢复到平衡态,此外材料中的杂质、空位等对载流子具有很强的捕获作用,形成复合中心,因此,材料本征的载流子分离效率很低,是限制光催化效率提升的关键和材料调控的难点。其中,应用最广泛和最有效的策略主要有以下两种:(1)结合不同的光催化反应体系,开发能带匹配的光催化异质结构。利用不同半导体能带结构差别,通过势能差形成在复合界面处的内建电场“因势利导”实现光生载流子从能级高的一端向能级底的一端自然移动,实现光生载流子的高效分离,例如,通过p-n半导体异质结;type-Ⅱ型异质结构;直接Z-scheme型异质结构和肖特基异质结构等半导体复合异质结构,通过内建电场实现高效光生载流子分离;(2)利用外场辅助增强光生载流子的分离。除了通过构建半导体异质结构促进光生载流子的分离,在光催化反应体系中引入外场是在不改变半导体原始性质的情况下提高光催化活性的一种灵活而可控的策略。通过施加微波、压电、热、电极化、磁场等外场都有能力提高半导体的电荷分离,为光生载流子的快速分离提供所需的外部驱动力来克服光生载流子的快速复合,从而提高光催化性能。但是,大部分外场的施加,例如电场,都需要将催化材料负载在电极材料上,虽然能提高单位质量催化剂的催化效率,但有两个不利影响:1.将悬浮液三维催化体系降低为电极材料上的二维催化体系,整体催化效率降低;2.将材料负载在电极上时,会覆盖光催化材料的催化位点,影响粉体材料催化活性位点的充分利用。此外,这类施加电场所需要的电极、导线、电源等会带来较大的资源和能源消耗。如何实现对粉体光催化材料施加非接触的外场作用,将是光催化技术研究的一个新的突破点,同时也是一个难点。磁场容易作用在悬浮体系的纳米颗粒上,在对纳米颗粒性能的无线调控方面,具有显著的优势。基于此,本工作的研究思路是,将在载流子调控方面很少被关注的磁场作用,引入研究体系,主要研究思路如下:1.基于磁场作用下运动的电荷会受到磁场洛伦兹力作用,改变运动方向这一基本物理原理出发,开展对非磁性光催化材料光生载流子的调控研究。2.利用磁场对电子自旋极化的调控作用,通过电子自旋极化改变载流子分离特性,开展对磁性光催化材料光生载流子的调控研究。主要内容为:首先研究磁场洛伦兹力对光生电子和空穴的直接作用,利用光生电子和空穴在磁场中运动产生反方向的洛伦兹力影响其运动状态,从而限制其复合;其次,利用洛伦兹力引起的纳米导体电子极化分布所形成的微电势,即运动导体电磁感应产生的动生电动势,实现对其表面组装的半导体纳米材料的光生载流子分离的调控。然后,根据磁性半导体材料中的电子自旋方向多样,具有自旋极化状态调控的条件,研究在磁场作用下,通过调节电子自旋极化状态,对光生电子和空穴的自旋极化状态进行调节,影响其复合率,从而实现磁场对磁性半导体光催化材料的光生载流子分离的调控。主要研究内容及成果如下:(1)洛伦兹力调控光生载流子分离和磁场辅助光催化:首先,利用载流子与磁场相对运动受到的洛伦兹力作用,抑制光生载流子的复合,实现高效光催化性能。选择最常用的二氧化钛(TiO2)光催化材料作为模式材料,制备了晶格结构完整的TiO2纳米带,研究其在磁场中相对运动时的光催化性能,分析磁场对半导体材料光催化性能调控机理。结果显示,在普通的搅拌式光催化系统下放置永磁体提供磁场,与不施加磁场相比,光催化降效率可以提高约40%。利用电化学Mott-Schottky曲线分析光生载流子浓度,发现磁场作用下的光生载流子浓度增加了约30%,因此提出通过引入洛伦兹力对光生电子和空穴的反方向作用力,在光生载流子光激发形成初期对电子-空穴复合过程形成抑制作用,实现了传输过程中的光生载流子数量增多,进而实现光催化性能提升,这为设计增强光生载流子分离的材料和系统开辟了一条新的思路。其次,在洛伦兹力作用提高TiO2纳米带中光生载流子的分离效率的研究基础上,构建晶格完整TiO2纳米带与还原氧化石墨烯(rGO)的异质结构,探索在磁场洛伦兹力作用对异质结构光生载流子分离的调控作用。研究结果显示,在相同磁场条件下,rGO/TiO2纳米带异质结构的光催化效率比纯TiO2纳米带的光催化降解率提高了 34%,说明异质结构的界面内建电场对光生载流子分离产生显著作用。结合磁场洛伦兹力和异质结构界面内建电场协同作用,提出从光生载流子分离和输运两个阶段来讨论其光催化增强机理,即分离阶段,磁场洛伦兹力抑制了光生载流子产生初期的复合,使得能够参与载流子输运的数量增加;输运阶段,rGO-TiO2异质结构形成的内建电场为载流子提供了自发输运路径,实现了更多的光生载流子的转移。这种具有“内建电场-磁场”协同作用的复合光催化材料设计思路,为磁场增强光催化材料设计展示了重要的方向。(2)电磁感应原位微电场的构建及磁场对纳米复合结构光催化材料的载流子调控:通过构建以纳米导体为核的复合结构材料,实现磁场中金属导体电磁感应效应的动生电动势,为复合材料提供原位微电场,增强光生载流子的分离。根据电磁感应原理,在磁场中运动的金属导体,其电子受到洛伦兹力作用形成电荷极化分布,宏观上表现为磁场动生电动势。以纳米导体为核构建的复合光催化材料中,纳米导体的动生电动势作为原位微电场调节光生载流子的分离,从而实现光催化性能的提升。基于以上材料设计思路,通过以金(Au)纳米棒作为纳米导体材料,以CdS纳米颗粒作为半导体光催化材料,构建Au@CdS纳米复合材料作为模式材料,展开电磁感应微电势对光生载流子分离性能调控的机理研究。利用自主设计和改造的运动磁场施加装置,研究了复合材料在磁场作用下光催化制氢性能的变化,结果显示在磁场作用下,Au@CdS纳米复合材料的光催化制氢效率可以提高110%左右,证明了磁场动生电动势提供的微电场对光生载流子分离的有效增强。这种利用金属-半导体核壳纳米复合结构在磁场作用下产生的电磁感应微电场,是纳米结构材料从相对运动的动能到电势能的有效转换结构,为非接触外场增强光催化性能提供了材料设计新思路,能够形成功能材料介导的原位微电场增强载流子分离的复合结构光催化材料新体系。除了磁场原位微电场对负载的光催化材料中光生载流子的调控作用,局域表面等离激元效应(LSPR)是在金属表面自由电子与相同振动频率的光子相互作用形成的电磁振荡。其中,形成的热电子也具有光生载流子特性,因此,磁场与运动导体作用产生微电势可能会对在金属导体表面基于LSPR产生的热电子具有调控作用。LSPR效应需要避免表面负载对金属表面电子的影响,通过构建钯(Pd)-金(Au)纳米棒(NRs)哑铃状复合结构,既形成复合结构催化材料,降低Pd的负载影响Au的LSPR,用于开展等离子体增强的甲酸脱氢催化反应,研究磁场作用下的催化性能调控。研究表明,利用自主设计和改进的运动磁场施加装置,对Pd-Au NRs哑铃状复合结构的甲酸脱氢反应过程施加运动磁场,在28℃反应条件下的甲酸脱氢效率提高了约60%,在45℃的反应条件下,甲酸脱氢效率提高可达150%以上。由于Pd催化甲酸脱氢反应与Pd表面电子密度密切相关,磁场作用下催化性能的显著提升说明Pd表面电子的富集,表明更多的Au纳米棒LSPR产生的热电子转移到Pd纳米颗粒的表面,验证了磁场动生电动势对LSPR热电子的调控作用,形成原位微电场对自体载流子的调节作用。本工作进一步证实了功能材料介导的原位微电场增强光生载流子分离的复合结构光催化材料设计具有可行性和普适性。(3)磁场调控铁磁半导体电子自旋极化增强光生载流子的分离:磁性半导体材料的电子自旋方向不同,没有表现出对光生载流子的作用,但是其电子自旋方向是可以利用磁场进行调节的,当电子自旋极化后,磁性半导体材料的光激发电子和空穴自旋极化状态会受到影响,进而调控光生载流子分离。通过结构调控选择选取具有光催化性能的铁酸锌(ZnFe2O4)铁磁性材料,研究其在磁场中电子自旋极化态的变化与光生载流子分离和催化活性的关系。通过引入阳离子无序和氧空位,合成了具有不同铁磁性能的ZnFe2O4(ZFO)光电极。在磁场作用下,铁磁性能越好的ZnFe2O4具有更强的光电催化析氧反应(OER)性能,实现了减少煅烧时间与磷化处理的ZnFe2O4在和 V vs可逆氢电极(RHE)时的OER性能比无磁场作用下分别提高了 150%和125%。其机理可解释为,阳离子无序和氧空位的引入,提高了自旋电子浓度,在磁场作用下会实现更多的电子自旋极化。处于自旋极化状态的电子在光激发过程中,电子和空穴形成相反的极化状态,空穴的极化会保持,而电子进入激发态后,由于超精细结构效应、自旋-轨道耦合效应等,会弛豫失去极化状态,即部分电子自旋方向发生反转。因为没有能够与之复合的、具有适当自旋方向的空穴存在,反转的电子向空穴的跃迁是受阻的,限制了光生电子空穴的复合。此外,电子自旋极化产生的磁阻效应,降低了载流子输运的电阻,使更多的光生载流子分离并转移到催化活性表面,增强OER催化性能。本工作通过调控电子自旋极化增强光生载流子分离,扩展了磁场增强光催化性能的理论和材料体系。整体来说,本论文研究了磁场调控光催化性能的机理,并提出了材料设计原理,构建了磁场增强光催化的材料体系。将磁场对电荷的洛伦兹力和对电子自旋极化的调控,应用在光生载流子分离过程中,实现抑制光生载流子的复合和增强其输运,进而实现了光催化性能的提升。作为非接触式的外场调控体系,对高性能的光催化材料体系的构建和拓展,提供了一定的指导意义。展开