土工合成材料性能检测论文

土工合成材料性能检测论文

道路桥梁，一般由路基、路面、桥梁、隧道工程和交通工程设施等几大部分组成。下面是我精心推荐的一些道路桥梁工程技术论文题目，希望你能有所感触! 道路桥梁工程技术论文题目篇一 1、论石灰土稳定天然砂砾路面基层的应用 2、二灰碎石基层的施工及质量控制 3、公路路堑边坡防护技术研究 4、强法处理湿陷性黄土路基工艺 5、浅谈高等级公路沥青砼路面机械化施工的几个方面 6、沥青混凝土混合料的组成设计 7、沥青混凝土场拌质量控制 8、石灰稳定的施工与病害防治 9、冲击压实技术在路基工程中的应用 10、浅析场拌二灰砂砾参破碎砾石质量控制 11、骨架密实型二灰碎石基层修筑技术研究 12、水泥稳定碎石基层收缩裂缝防治 13、解决高速公路桥头跳车的理论与施工 14、公路桥面铺装早期破坏原因及治理方法 15、市政工程现场施工与质量管理 16、关于风积沙路基施工的论述 17、论改性沥青路面施工技术 18、石质路堑路床整修带来的思考 19、二灰土底基层的施工 20、二灰碎石基层的施工 21、市政道路工程质量通病及防治 22、土工合成材料的应用 23、土方量计算方法 24、高填方路基沉降变形规律研究 25、公路路基压实质量控制 26、公路路基沉陷的处理技术 27、软土地基的加固措施 28、浅谈填石路堤的施工技术 29、路拌法水泥石灰综合稳定土的施工质量控制 30、SMA混合料的施工质量控制 31、粉喷桩在高填方软土地基中的应用 32、公路边坡植被防护技术 33、浅析滑坡形成机理及防治措施 34、大孔隙沥青混凝土路面 35、农村公路薄层水泥混凝土路面探析 36、喷播边坡防护技术初探 道路桥梁工程技术论文题目篇二 道路桥梁工程检测技术 摘要：道路桥梁工程检测技术的应用和探索，不仅能够起到保证桥梁运行安全、延长桥梁使用寿命的作用，还能通过对桥梁病害的及早发现，规避因整顿大修、关闭交通所带来的重大损失。介绍道路桥梁外观病害分析方法，总结几种道路桥梁的检测技术，可为相关检测工作提供参考。 关键词：道路桥梁 检测技术 外观检测 0、引言 近几年来，受车祸、超载和养护不当等人为因素，以及地震、洪水等自然因素的影响，道路桥梁出现了各种各样的关于其结构损伤、病害的问题，缩短了其使用寿命，为保证道路桥梁的运营安全，需要对其进行检测。道路桥梁检测技术应运而生，并快速发展起来。 1、当前道路桥梁在使用中常出现的问题 道路桥梁在使用过程中会出现各种问题， 导致道路桥梁的安全性遭到破坏。 当前， 道路桥梁病害原因大致分为以下几类： a) 缺乏科学合理的设计方案， 导致不明确的工程施工规划; b)在道路桥梁试运行期间或者试运行以后， 道路桥梁出现比较严重的病害， 从而在很大程度上影响道路桥梁的承载能力; c)道路桥梁在施工过程中 ，没有按照规范进行， 导致施工质量较差， 使工程完工时没有达到工程预先的设计要求; d)有些桥梁在施工建设时的施工质量比较好， 在试运行期间也达到了良好的状态要求， 但是在运行一段时间以后桥梁的承载能力达不到要求; e)对于大跨度桥梁的检测工作可能会存在检测不到位现象， 导致桥梁出现安全隐患， 这类桥梁需要更加高深的检测技术， 而现阶段我国的检测方式还不能达到要求。 2、道路桥梁外观病害分析法 2.1根据部位逐一进行检测 道路桥梁的结构组成可以分为上部、 下部以及其余附属结构。 鉴于不同的结构部位有不同的受力特征， 不同部位也会发生具有一些共性的病害， 对于出现的非常规病害， 检测人员要仔细 研究其病害发生原因， 同时按照不同部位发生的病害程度进行相应的质量评估， 然后更换损坏部件以维持正常运行。 2.2根据受力特征确定检测重点 通常情况下， 可以根据桥梁的类型确定检测重点， 这些重点主要集中在跨中区域的裂缝、 剪力缝、 挠度、 桥梁主梁连接部位的安全情况以及道路桥梁的外观质量等。 2.3对材料特性进行检测调查 随着新技术、 新产品的不断发展和桥梁结构日益多样化， 越来越多的材料和设计应用到桥梁的结构建设中来， 其中使用最广的仍然是钢筋和混凝土结构。 其中钢筋的强度常常是以设计施工中的相关资料为依据的， 检测人员如果发现钢筋质量出现问题或者资料不明确， 在施工前要采取一定的措施进行相关问题的材料试验。 2.4内部缺陷检测 在道路桥梁的混凝土构架中， 常常出现碎裂、 蜂窝、 分层、环境侵蚀以及钢筋锈蚀等缺陷， 如果单单靠外观检测不能及时发现这些缺陷， 因此要借助于其他的检测技术进行相关检测。 当前常用的桥梁检测方法有雷达检测技术、 声波检测法以及超声波探伤法。 2.5结构性能检测 在完成道路桥梁进行整体评价以后， 要根据相关的技术规范进行相应的验算工作， 在验算过程中的相关技术参数要以实际桥梁为准。 验算完成后， 对于未达到规范要求的桥梁可以考虑重建， 对于相对可以利用的可以进行更深一步的鉴定检测。 2.6桥梁钢筋锈蚀测评 由于混凝土的密实度、 碳化深度、 含水量以及保护层厚度不足或者开裂损伤等原因而导致钢筋锈蚀的， 可以通过外观检测、敲击检查等简单易行的操作对钢筋锈蚀程度进行检测。 3、道路桥梁检测技术 3.1超声波检测技术 超声法检测道路桥梁缺陷的基本原理是利用超声波检测仪以及声波换能器， 测量并分析超声脉冲在道路桥梁中的传播速度、波幅、 主频率等参数， 然后以这些参数以及相应的变化为依据，判断道路桥梁出现的缺陷。 3.2地质雷达检测技术 地质雷达技术又称探测雷达技术， 是一种高精度、 无损检测、 直观、 经济快速的高科技检测技术。 该技术主要通过地质雷达向物体内部发射高频电磁波，然后接受由物体产生的相应反射来判断物体内部的情况。 地质雷达技术是一项精度较高的物理探测技术， 主要应用于工程地质、地基工程、 文物考古、 道路桥梁以及混凝土结构探伤等检测领域。 利用地质雷达仪器进行检测的主要流程为： a)检测人员利用笔记本电脑对控制单元发出指令信息; b) 控制单元在接受指令以后， 向发射天线和接收天线发射出信号; c)当发射触发信号以后， 向地面发射高频电磁波; d)当探测位置为不均匀介质时， 电磁波就会遇到不同电性的目标和界面， 导致部分电磁波被反射回地面， 然后接收天线接收信号， 并以数据的形式传到控制单元， 返回到笔记本中， 以图像的形式显现出来; e) 通过对图像进行分析处理， 就可以检测出被检测物的内部情况。 3.3声发射法检测技术 由于材料内部结构不均匀或者存在不同性质的缺陷， 局部应力的集中会导致不稳定的应力分布， 材料在产生裂缝、 发生塑性变形以及断裂过程中， 会释放出部分应力， 使之以应力波的形式向四周扩散， 即为声发射。 道路桥梁中的混凝土结构在荷载作用下发生变形， 当变形超出设计要求时， 就会出现裂纹，以波的形式释放能量。 运用声发射法对道路桥梁进行检测时， 将声发射器放置在需要检测的部位， 通过检测不同位置收到的声波时间差， 就可以明确缺陷的发生位置。 运用声波发射法进行检测可以详细、 准确、 快速地了解桥梁内部结构的变化。 在分析研究缺陷位置以后， 裂纹的种类、大小、 开裂速度等都可以比较详细地分析出来。 由于此种检测方法容易受到周围噪声的影响， 会导致检测精度的下降; 另一方面， 此种方法是利用道路桥梁内部缺陷，因此可以进行连续的动态检测。 3.4冲击回波法检测技术 冲击回波法检测技术是检测仪器通过机械冲击器向被检测物体表面发送应力脉冲波， 当压缩波在物体内传播遇到内部缺陷时， 冲击波就不能穿透而发生反射， 当波速固定且选择正确的冲击器时， 就可以通过测试准确地测得缺陷位置， 即便没有缺陷也可以测得物体的厚度。 冲击回波法检测技术常为单面反射测试技术， 在检测完一点以后就可以判断出此处是否有损伤， 因此该方法具有方便、 快捷， 测试结果比较直观的优点。此方法广泛应用于道路桥梁混凝土或者混凝土结构内部裂纹等缺陷的测定。 另一方面， 此种方法虽然检测简单， 但属于单点测量， 其检测的结果存在不全面的缺点， 实际应用也比较少。 3.5红外热像检测技术 红外线热像检测技术就是运用红外线热像探测仪器检测物体各部分发出的红外线能量， 然后根据物体表面温度场分布情况，直观地显示物体材料及结构上存在的不连续缺陷。 红外热像检测技术是非接触性无损检测技术。 红外热像检测技术具有以下优点： a)红外热像检测技术的探测焦距可以从20cm到无穷远， 因此更加适合具有非接触性及大范围性无损检测; b)红外热像探测仪只对红外线产生反应， 因此只要道路桥梁的温度高于零度， 就可以用红外热像检测技术进行检测; c)由于红外热像检测仪可以取得很高的检测精度， 其温度分辨率可以达到0.1℃; d)检测模式更加灵活， 其摄像速度从1～30帧/s之间变化， 既适合静态检测又适合动态检测。 4、结语 对于道路桥梁进行相关内容的检测已经成为了目前道路桥梁日常维护管理过程中重要的组成部分之一。所以必须建立一套适用于道路桥梁试验相关的检测系统，并且实现对道路桥梁使用安全有效的保障，并且还需要具有一定的系统性以及智能化，这样就要求了相关的工作人员本身必须拥有较为丰富的实践经验，与此同时还必须对相关的理论知识有一个详细的了解，积极有效地将理论实际进行有效的集合，并且对每一项具体的检测数据进行有效地获取、分析，并且对整个道路桥梁进行准确细致的评估，同时及时有效地将安全隐患进行消除。 看了“道路桥梁工程技术论文题目”的人还看： 1. 道路桥梁工程技术论文 2. 道路桥梁工程论文 3. 道路桥梁施工技术论文 4. 道路桥梁工程检测技术论文 5. 道路桥梁论文范文

土木工程是一项综合性很高的课程,其中,土木工程材料的教学有着很强的实践性。下文是我为大家搜集整理的关于土木工程材料论文的内容，欢迎大家阅读参考!

浅论土木工程中关于智能材料的应用

【摘要】随着人们对土木工程质量和使用功能的要求不断提高，包括光纤、压磁、压电、记忆合金等各种智能材料在土木工程领域得到了广泛的应用。文章介绍了智能材料的概念、特点及其在土木工程中的应用情况，并展望了其在未来的应用趋势。

【关键词】智能材料;土木工程;特点;发展趋势

引言

目前，随着光钎、压磁、压电和形状记忆合金等材料的发展，智能材料已经被广泛应用于土木工程的各个领域。最基本的智能材料一般被称为感知材料，其可以感知内外部刺激的材料。通过感知内外部条件变化，并做出适应环境调整的材料被称作驱动材料。现在的智能材料，一般需要多种材料复合组装来实现环境变化情况下材料结构的诊断、修复、调整。

一、智能材料类型及特点

智能材料概念在20世纪80年代初被系统地提出，并于80年代末得到前所未有发展空间。随着光纤、压磁、形状记忆合金等智能材料的发展，使其在土木工程领域得到较为广泛地应用。智能材料以其具有的不同功能特点通常可分为两大类，一类为可感知外界或内部刺激强度作用的材料，称为感知材料。另一类为可响应或驱动因外界环境条件或内部状态发生变化的材料，也称为智能驱动材料。智能材料结构具有控制、传感与驱动三个要素，可利用自身感知处理信息，发出指令并执行动作，进而实现结构自我监控、诊断、检测、修复、校正与适应等各种功能。一般情况下，单一功能材料难以具有上述多种功能，这需要组元复合或组装多种材料而构成新的智能材料才能实现。

二、土木工程中智能材料的应用

1.形状记忆合金的应用

形状记忆合金是具有形状记忆效应的一种智能合金材料，作为新型功能性材料，最主要的优点就是在激发材料的形状记忆效应过程中，材料可以产生高于700兆帕的回复应力及8%左右的回复应变，同时具有较强的能量传输储存能力。该特性的应用能够将材料置于各种结构中，实现结构的自我诊断、增韧、增强与适应控制的应用研究，而且还可以将材料研制为智能型驱动器，在结构变形、损伤、裂缝及振动等方面开展应用研究工作。相变伪弹性与相变滞后性能是形状记忆合金的另一个优点，在加卸载过程中其应力-应变曲线构成环状，表明材料在此过程中能够吸收耗散较多的能量。形状记忆合金具有高达400兆帕的相变回复力，结合该特性能够研制开展形状记忆合金被动耗能控制系统，该系统可实现相变伪弹性性能，可在土木工程结构中用于耗能抗震的被动控制。通常在结构层间或底部安置形状记忆合金被动耗能控制系统，用于实现耗能系统对结构的层间变形的感知，进而起到消耗地震能量的作用。有关研究结果显示，耗能器安装形状记忆合金结构后，耗能器可吸收约为三分之二的地震能量，并显著抑制结构的位移。

2.压电材料的应用

压电材料一般是指在收到压力后，材料两端会出现电压的晶体材料。压电材料在土木工程中的应用主要包括对于结构的静变形控制、噪声控制和抗震抗风等领域。传统的压电材料使用方法是通过压电传感元件对结构的震动进行感知，利用传感器输出结果，从而实现对于震动的感知和预警。在此基础上，采取合适的控制算法对压电体的输入进行控制和定量，从而实现对于结构震动的控制，这是目前压电类智能材料的研究前沿。随着研究的深入和技术的进步，压电类的智能结构土木工程中的应该越来越广泛。

3.光导纤维的应用

光导纤维由外包层与内芯构成，是一种纤维状光通信介质材料，该材料采用先进的信息传输技术起初用于通信传输系统，由于作为信息载体的光子在速度与容量上高于电子，因此得到较为迅速的发展。光子所具有的高并行处理能力与高信息率，潜力在信息容量与处理速度得到充分发挥。光纤材料在监测、传感及信息远距离传输等方面得到应用，将光纤作为传感元件埋入传统混凝土结构中针对结构方面各项指标实现自动监测、诊断、控制、预报及评价等功能，而且将形状记忆合金等驱动元件埋入，有机结合信息处理系统与控制元件，使混凝土结构具有智能功能，进而实现混凝土结构自我诊断与修复。在土木工程结构诊断及主动控制地震响应中，光纤材料一直作为设计传感器的一种比较理想的材料，我国目前也已将其用于检测评定三峡大坝。

4.压磁材料的应用

压磁材料在土木工程中的应用主要包括磁流变材料和磁致伸缩材料。基于磁流变材料的原理，当磁场的强度高于临界强度时，磁流变在极短时间内从液态向固态转化。在介于固液体之间可根据磁流变液特点具有的快速、可控及可逆性质，控制流体特性实施时需要较低的能量，因此在智能结构中通常将磁流变液作为动器件的主要材料。基于这点，磁流变材料可用于高层建筑的结构中，实现对地震的半主动控制。因为潜在应用前景的广阔，使得磁致伸缩材料近年来得到很大关注。磁致伸缩材料具有强烈的磁致伸缩效应，这种材料可以在电磁和机械之间进行可逆转换，这种特性使其可以用于大功率超声器件、声纳系统、精密定位控制等很多领域。

三、智能材料的发展趋势

在土木工程领域，智能材料的发展趋势集中体现在以下三方面。一是实时监控检测结构状态，在土木结构中集成传感与驱动元件，利用其网络实时监控结构状态，以保证土木工程结构与基础设施的安全，有效降低维修成本。二是形状自适应材料与结构，该结构不仅可承载传递运动，还能检测并改变结构特性，具有较为广阔的应用前景。三是自适应控制减振抗震抗风降噪的结构，在土木工程设计中结构动力响应一直是比较重要的一个问题，尤其是针对桥梁与高层建筑等土木工程结构的抗震抗风问题，研发应用智能材料能够为其提供重要的途径，实现结构的自适应控制。尽管当前的智能材料还存在不同程度的不足之处，但随着有关研究的不断深入，智能材料的性能将得到明显改善。在众多领域中，智能材料都将发挥其潜力，体现出广阔的应用前景，开展的研究包括力学、计算机控制、材料、微电子、人工智能等多个学科技术。

四、结语

综上所述，随着智能材料的广泛应用，同时元件逐渐向小型化、多功能化及高功率化方向发展，在建筑结构中复合控制、传感、驱动系统及耦合/连接元件，建筑结构将发展成为主动式智能建筑结构，对于有效利用太阳能、抵御地震、风振等严重自然灾害影响具有重要作用， 为人们工作生活提供更为舒适安全的环境，对于提高土木工程结构建设质量具有十分重要的意义。

参考文献：

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[4]郑智能，张永兴，董强.智能材料及其在土木工程中的应用[J].重庆交通学院学报，2005，24(6)：91-94.

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外墙保温材料性能检测论文

在公司时做的一个分析，希望对你有帮助，你自己整理下。EPS和XPS系统的性能比较目前的保温板材外墙外保温系统主要有：1、聚苯乙烯泡沫保温板(又名泡沫板、EPS板) 由含有挥发性液体发泡剂的可发性聚苯乙烯珠粒，经加热预发后在模具中加热成型的白色物体,其有微细闭孔的结构特点,主要用于建筑墙体,屋面保温，复合板保温，冷库、空调、车辆、船舶的保温隔热，地板采暖，装潢雕刻等用途非常广泛。2、聚苯乙烯挤塑保温板（XPS），简称挤塑板是以聚苯乙烯树脂为原料，经由特殊工艺连续挤出发泡成型的硬 质板材,其内部为独立的密闭式气泡结构，是一种具有高抗压、不吸水、防潮、不透气、轻质、耐腐蚀、使用寿命长、导热系数低等优异性能的环保型保温材料。挤塑聚苯乙烯（XPS）保温板广泛应用于墙体保温，平面混凝土屋顶及钢结构屋顶的保温，低温储藏地面、泊车平台、机场跑道、高速公路等领域的防潮保温，控制地面冻胀。一、二种系统性能比较 1、保温隔热性能： 相同厚度的EPS以及XPS保温性能是逐渐升高的。EPS为0.041，XPS是0.030。因此达到相同的保温效果的情况下，XPS板材比EPS板材厚度要薄，但纯板材的价格XPS板贵于EPS板。如果全面考虑工艺以及建筑物高度，每平方米的价格XPS反而比EPS要贵一些。 对于隔热来讲，主要是看热惰性指标D，而D值与蓄热系数成正比。但是就整个系统而言，200mm的混凝土的蓄热已经够大，再加外保温层，完全满足节能要求。这也是国家规范要求墙体综合导热系数和蓄热系数要同时满足要求的原因。目前的EPS或XPS薄抹灰系统都完全满足要求。 2、强度： 这里指出的强度应该是抗拉强度，聚苯板的容重和抗拉强度有绝对的关系，一般的EPS容重18Kg/m3的抗拉强度为110～120KPa，20Kg/m3容重的在140KPa左右。XPS的容重正常从30Kg～45Kg，强度从150KPa～700KPa或更高。（前提是满足导热系数0.03左右）。 目前XPS板强度在200KPa－250KPa，这种强度国内很多XPS板材做不到，EPS板材在100KPa以下，在越来越丰富的外立面装饰以及沿海地区经常有台风出现的情况下，强度显得很重要，特别是对于一些外墙贴砖或者高层而言，两种板材均需加固或者说采用固定件辅助固定。瓷砖的拉拔要大于400KPa，即使是XPS也不能承受，解决的方法是通过胀栓锚固钢丝网到基层解决，这样可以向三维空间分散拉应力，所以只要锚固得当，拉拔破坏处肯定在复合钢丝网的抗裂砂浆层，不是大问题。 与EPS相比，XPS板的强度要高，不过与EPS相比由于XPS板材的性质（脆性），在粘贴面积较大时，外墙饰面层开裂的可能性高，尤其是涂料面层。 柔韧性是材性的问题，拿抹面来说，感性认识通常将抹面批抹在聚苯板上，然后看聚苯板弯曲到什么程度抹面还不出现裂缝，柔韧性好的话弯几个圈都不会裂的。类似于防水材料中的延展性指标。但是就材料本身而言，柔韧性EPS要优于XPS。 3、耐候性： 耐候性是指保温系统对外界天气变化的适应能力，指在不同的气候条件下，系统的整体稳定性、保温效果是否有变化等有关质量的系列问题。耐候性是保温系统的一个非常重要的指标。 由于EPS板与XPS相比有较高的吸水性，所以他的耐候性的不如XPS系统。但EPS板的延展性比XPS板好，可以克服一定的缺陷。不过就系统来讲，薄抹灰系统外层的抹面胶本身也具有一定的防水能力。除了在施工过程外，完好的二种系统的防水性能都可以。雨水在外墙上与墙面的接触是垂直面上的，只要面层砂浆不开裂，防水是没有问题的。 另外耐风压性能也是耐候性中的重要一项，因为体系越有空腔耐风压能力就越差。所以重点就要看整个保温体系与基层的粘结面积的大小。这点XPS系统和EPS系统都是不存在问题的。 4、透气性： 透气和吸水是两个问题！空气分子与水分子的大小是相差很大的！当然有透气不透水的说法。有实验可以说明这一点。打个比方，在深圳。放块饼干在外面，你不用往饼干上浇水，一天的时间，饼干会软掉，因为它吸水，而吸的水是空气中的水而非液态的水。 目前的保温体系中，没有哪种产品敢号称自己的产品既透气性好，导热又好，防水性能又好，还不吸水，好事一家全占了。因为这几项指标是相矛盾的，而且透气性还要讲究施工过程中湿水后的透气以及系统完成后的透气。 就材料本身而言，EPS比XPS要好得多。XPS几乎没有透气性，在室内外温差较大的地区却是很容易使水气在板的两侧结露。 5、粘结强度： 对于薄抹灰系统而言，这项指标将会直接影响板材的使用，EPS板强度低，抗剪切强度同样也低，板材破坏，有可能不是出在粘结面，而是板材中间直接破坏，XPS的良好的强度性能更放心一些。抗拉强度0.1MPa相当于说每个平米的抗拉强度是10吨的力，这是非常大的。 但是XPS系统还有一个致命伤：界面光洁度高，如果不是用聚合物相当高的乳液来做界面处理它是很难被粘住的，但是有多少个厂家愿意这样大幅度提高成本？ 6、表面平整度 XPS做外墙很难保证平整度，外面的抗裂砂浆很难掩饰住板缝，尤其是在弧形段。XPS做墙体保温饰面层是涂料的话，国产的板子是没法做的！材料决定了表面（涂料饰面）不平整。在阳光下板影和锚固件的影子是很明显的。所以可以肯定的说，包括国内现在陶氏、欧文斯科宁在内的国产挤塑板在内，都是不适合外饰面是涂料的墙体保温板的！挤塑板的施工工艺是必须把扳子全部拉毛，涂刷界面剂后用胶浆粘贴的，干了后再打铆固件加固的，所以，当你把挤塑板的表皮打毛，板子的受力影响，已经变形了，当你涂刷界面剂后（液体）就更变形了。所以墙体的平面是没法控制和处理的。不像EPS那样能打磨。至于强度，抗老化性，透气性，等等的缺陷。 而EPS系统相对而言会好很多。因为板材的性质比较软，所以在保证墙面的平整度上要好于XPS板。 二、二种系统的优缺点 EPS保温系统： EPS板由可发性聚苯乙烯珠粒加热预发泡后，在模具中加热成型。EPS由完全封闭的多面体形蜂窝构成。蜂窝的直径为0.2～0.5mm，蜂窝壁厚为0.001mm。EPS由约98%的空气和2%的聚苯乙烯组成。截留在蜂窝内的空气是一种不良导体，对泡沫塑料优良的绝热性能起决定性的作用。和含有其他气体（例如，新制成的聚氨酯泡沫塑料蜂窝空腔中充满着氟里昂气体）的泡沫塑料不同，聚苯乙烯泡沫塑料中的空气能长期留在蜂窝内而不会发生变化，因此保温性能能够长期稳定不变。导热系数与密度的关系，在密度从30至50 kg/m3的范围内，导热系数处于最小值。在平均温度为10℃，密度为20kg/m3时，导热系数为0.033～0.036W/(m•K)。密度小于15 kg/m3时，导热系数随密度的减小而急剧增大。EPS板是由无数的珠粒经加热加压粘结一起而成。珠粒之间的粘结程度是非常重要的，它将直接影响EPS板的吸水率、机械强度和其他物理性能。而珠粒粘结的好坏主要是由EPS原料决定的。此外，加工工艺和产品密度对此也有一定影响。例如，低密度（10kg/m3以下）的EPS板珠粒间的粘结就很差，珠粒很容易剥落。EPS板导热系数小，弹性多孔结构能吸收热湿应力，即使在罕见的气候条件下材料中出现水蒸气凝结并且结冰，自身结构也不会破坏，具有很好的使用耐久性。EPS板自重轻，且具有一定的抗压、抗拉强度，靠自身强度能支承抹面保护层，不需要拉接件，避免形成热桥。EPS板化学稳定性好，耐酸碱，具有很好的使用耐久性。 由于具有上述诸多优点，并且价格适中，使得EPS板已成为当今世界上使用最广泛的绝热材料，下面首先介绍有关EPS板使用的几项性能。 (1)老化性能： 老化试验机试验：日本WEL-6X-HCE型老化试验机，氙灯功率6kW，每小时降雨12分钟，加热48分钟，温度55℃，相对湿度95%。EPS板试样1表面裸露，试样2表面覆盖一层牛皮纸。试验500小时后，试样1表面呈凹凸不平状，凹陷深度小于1mm。试样2 EPS板表面无变化。 室外自然暴露试验：EPS板表面裸露，分别放置在屋面、阳台经受日光照射，在不到1个月的时间内，EPS板表面即开始粉化。即使放在朝北的窗外，经过一个冬季室外暴露，表面也已明显粉化。 使用调查：意大利某朝南的外墙，用EPS板做外保温，表面只喷涂一薄层涂料作为保护层。使用10年后取样检验，EPS板的多孔结构、密度、热工性能和力学性能没有发生任何变化。国内铁路冷藏车箱用EPS板做保温层，使用8～10年后拆换下来，扔在露天经受日晒风吹雨淋，只是表皮变得粗糙。用电热丝切割后观察，切割表面与新的产品并无区别。经试验室检测，密度为17.8kg/m3，导热系数为0.0335W/(m•K)。车厢底部EPS板，因长期受盐水浸泡，密度为103.8kg/m3，导热系数为0.0386W/(m•K)。在70℃下烘12天，密度下降为30.5kg/m3。折断后观察，EPS颗粒表面被盐水浸成黄色。将颗粒切开后，内部仍为白色。 以上情况表明，EPS板具有很好的使用耐久性。不过当EPS板直接暴露于室外气候条件下时，表面又极易受到损坏。然而，当EPS板表面做有保护层时，哪怕只有一层牛皮纸，都能具有良好的耐自然老化性能。(2)耐热性和尺寸稳定性：EPS板的尺寸变化可分为热效应和后收缩两种变化。温度变化引起的变形是可逆的。EPS板在加热成型后会产生收缩，这就是后收缩。后收缩的收缩率起初较快，以后逐渐变慢。收缩到某一极限值后就不再收缩。 用不同的原料和不同的加工条件生产的EPS板，其后收缩量是不同的。由巴斯夫原料制造的EPS板的后收缩量为0.3%～0.5%。EPS板在70℃下的尺寸变化率一般在0.07%至0.38%之间。在混凝土构件中，以EPS板为夹心层的复合墙体在窑内养护温度超过90℃，养护时间8小时的情况下，EPS板的厚度明显缩小。在温度较高的热水中，EPS板外观发生明显变化，表面呈凹凸不平状。EPS板在100℃以上的环境温度下尺寸会大幅度收缩。 (3)受潮性能及其对热阻的影响：EPS板在23℃水中等温浸泡96小时的吸水率一般在0.51%至0.74%之间。实际使用时，EPS板两表面间存在温差和水蒸气分压力差。一般来说，EPS板用于外墙和屋面保温时，不会产生明显的受潮问题。然而，当EPS板一侧长期处于高温高湿环境，另一侧处于低温环境并且被透水蒸气性不好的材料封闭时，EPS板会严重受潮。 普通屋面冬季受潮模拟试验：在EPS板下表面模拟冬季室内气候条件(温度21℃，相对湿度42%)，上表面模拟冬季室外气候条件(温度－7℃，相对湿度100%)。EPS板试样密度16kg/m3，有的四周边缘用透水蒸气性小的薄膜密封，有的冷表面密封，有的边缘和冷表面都密封，还有个别试样完全不密封。经过120天试验后，EPS板的重量吸湿率不大于0.2%，导热系数平均增加2.2%。湿热环境受潮模拟试验：试样尺寸300mm×300mm，厚度25mm。用两层隔气层把试样四周及上表面密封起来，使试样下表面处于湿热环境(温度29℃，相对湿度100%)，上表面处于低温环境(温度4℃，相对湿度75%)。这种情况代表一种导致受潮的严酷的边界条件。水蒸气被从湿淋淋的下表面朝着上表面驱赶，并且又因有密封层而不能由上表面向外干燥。试样分为EPS-1，EPS-2，URE和XPS四种材料，四种材料的密度分别为16，30，32和38kg/m3。试验期间定期测量试样的体积含湿量和热阻。热阻比为试样受潮后的热阻与干燥状态下的热阻之比。试验证明，经过400天后，EPS-1，EPS-2和URE的体积含湿量都已超过30%，唯独XPS试样甚至在经过1800天后体积含湿量仍然不到10%。 实际使用情况调查发现，一些倒置式屋面使用三年后，EPS板和URE板体积含湿量均超过40%，热阻下降了60%～70%。同时也发现XPS板吸湿量很小。EPS板用于外墙及普通屋面保温时，长期使用过程中含湿量增加不大，保温性能变化很小。但当屋面防水层失效后，EPS板仍有可能严重受潮。北京某办公楼屋面在原有防水层上铺5cm厚EPS板加强保温，EPS板上再铺8cm厚沥青珍珠岩，上面再做防水层。由于防水层失效漏水，致使EPS板体积含湿量高达25%，保温效能下降了60%。 选用EPS板时需注意其老化性能、耐热性和尺寸稳定性、受潮性能及其对热阻的影响。 EPS板长期使用温度在75℃以下。用于屋面保温时，需注意防止EPS板过热。由于EPS板热阻大，其上表面有可能因温度过高而产生收缩。可采用浅色涂料或架空屋面做法降低保温屋面的表面温度。在EPS板薄抹面外保温系统中，为避免后收缩造成抹面层开裂，要求EPS板成型后在常温下至少存放40天。或者在70℃下至少养护1周。同时要求尺寸稳定性在0.3%以下。 EPS板在表面裸露的情况下极易因直射阳光和风化作用而损坏。因此，在外保温或屋面保温层施工过程中，应及时做保护层。总结：EPS系统的优点：1)、已经行成体系，技术成熟。此项技术已形成体系，粘结层、保温层与饰面层可配套使用，有较多较成熟的技术文件。 2)、保温效果好。 3)、由于保温材料采用膨胀聚苯乙烯，其价格不十分昂贵，使整个系统价格适中。便于用户接受。 EPS系统的缺点： 1)、由于板材自身的性质问题，其强度不高，承重能力较低，外贴面砖时需要进行加强处理。 2)、板材出厂时要经过一段成熟期，需放置一段时间才可使用。如果熟化时间不足，板材的质量不能得到保证，施工后板材收缩，使系统开裂。 XPS系统的优点在于：一.优异的保温隔热性能:1、具有良好的导热稳定性,不受温度及湿度变化的影响,它的衰减曲线是很平滑的,随着时间的变化衰减很少(过10年还能保持80%的保温性能),而聚苯板及其他保温材料衰减非常快(过10年只能保持40%的保温性能).2、XPS板具有致密的表层及闭孔结构内层。其导热系数大大低于同厚度的EPS，因此具有较EPS更好的保温隔热性能。对同样的建筑物外墙，其使用厚度可小于其它类型的保温材料。3、由于内层的闭孔结构。因此它具有良好的抗湿性，在潮湿的环境中，仍可保持良好的保温隔热性能；适用于冷库等对保温有特殊要求的建筑，也可用于外墙饰面材料为面砖或石材的建筑。 二.高强度抗压性能 1.挤塑板独有的闭孔,密孔细胞组成,造就其优异的抗压性能(150kpa-600kpa),解决地面,屋面,体车场等保温难题. 2. 挤塑板独有的闭孔,密孔细胞组成,造就其优异的抗拉,抗剪切性能,解决外墙保温饰面承种难题,比苯板高出一倍左右的承重能力,解决高层挂砖等技术难题.三、良好的隔音减噪性能，挤塑板特有的隔音减噪性能，使您无论在宾馆还是在KTV包间，亦或是家居，都不用担心外界的 干扰和影响他人，此特性使其在家庭装潢、工程装潢中尤显优势。 四、优良的防潮隔潮性能，挤塑板具有紧密的闭孔式蜂窝结构，其聚苯乙烯分子本身不吸水使其具有极佳的抗水蒸汽渗透性能，吸水率比普通发泡聚苯乙烯板要小10倍左右，仅在最初阶段吸取少量的水分，以后就不再吸水；其水蒸气渗透性能要比发泡聚苯乙烯小2-4倍。因此挤塑板除能有效地防止雨水的侵入和湿气的渗透，还能有效地避免材料内部因冷凝而积水，因融冻而胀裂。 五、优良的环保性能，挤塑板板化学性能稳定，不易挥发分解、霉变；具有良好的耐腐蚀性能 其高效能的保温隔热功能，可减少自然资源的消耗；其产生的固体废料可回收处理使用，完全符合世界可持续性发展战略的要求，是新型的环保型产品。XPS系统的缺点： 1)、XPS板本身的强度较高，从而造成板材较脆，不易弯折，板上存在的应力时应力集中，容易使板材损坏、开裂。 2)、透气性差，几乎不透气，如果板两侧的温差较大，湿度高很容易结露。 3)、价格与EPS系统相比较高。 4）、其结构的伸缩性差，受温度及湿度的变化影响而变形、起鼓导致保温层脱落。 5）、吸胶性差，粘结后破坏面为XPS板表面，粘结强度不够。粘结时需要特别处理。三、二种系统做法比较膨胀聚苯乙烯板与挤塑聚苯乙烯保温板做法相似，目前在我国使用最多的是保温材料加薄层抹灰并用玻璃纤维加强的做法，其中聚苯板在基层墙体上的固定方式有三种：1)采用粘结胶浆固定；2)采用机械固定物固定；3)以上两种固定方式的结合。这种做法有如下的优越性：1)由于它在欧洲及美国已沿用了近三十年，在美国已建成的建筑高达44层，因此。此项技术已形成体系，粘结层、保温层与饰面层可配套使用，有较多较成熟的技术文件；3)无复杂的施工工艺，一般施工单位经过简短培训后，便可掌握施工要领，便于技术的推广；4)它集保温、防水和装饰功能于一体，具有多功能性；、5)整个系统具有较强的耐候性、良好的防水和水蒸气渗透性能；6)有多种颜色和纹理的面层涂料可供选择，与整个系统配套使用。 目前，这种做法在北京、东北等地已得到广泛的应用，北京裕京花园、卧龙花园、建设部丙八、丙十楼的改造等许多工程，均采用了这种做法。由于其对施工的环境温度要求为4℃，不适合冬期施工。

建筑节能技术 摘要：建筑物的建筑节能技术内容主要涉及到：建筑外围护结构节能技术、建筑供热制冷系统和建筑设备节能技术、可再生能源在建筑中应用技术。而建筑外围护结构节能内容主要有：外墙保温隔热技术、门窗节能技术、屋面节能技术和地面、楼板及楼梯间隔墙技术、建筑遮阳技术等等；建筑供热制冷系统和建筑设备节能内容主要有：热电冷联产技术、供热系统温控与热计量技术、空调蓄冷技术、空调系统变频控制技术、热回收技术；可再生能源在建筑中应用技术内容主要有：太阳能（包括光热、光电）利用技术、浅层地源热泵（包括土壤源、地下水源、海水源、淡水源、污水源）和太阳能源热泵技术在建筑上的应用。 一、建筑外围护结构节能技术及存在问题（一）、外墙保温隔热技术基本情况1、外墙保温隔热技术应用与发展我国建筑以混凝土结构、砌体结构及混合结构体系为主，由于这些结构形成的建筑自身特点，在实施建筑节能时通常采用外墙附贴保温隔热系统构造的方式。我国于八十年代中期开始研究建筑外墙保温技术、进行工程试点，国内的企业、研究单位首先通过将改良的窑炉、管道工业保温技术用于建筑物的节能，这方面的技术有珍珠岩、复合硅酸盐、海泡石或与有机硅复合的各种外墙内保温浆体材料；这些技术自九十年代初期应用于北方严寒和寒冷地区的节能建筑，后因为生产工艺简陋、生产控制不严格、性能指标不易达到要求，施工质量难以保证，因而工程质量问题比较多而逐渐退出北方建筑节能市场，现在主要在南方进行应用。与此同时,部分国内的企业引进国外技术或对其进行改造后组织生产用于建筑物的节能，这方面的技术有：模塑聚苯乙烯泡沫塑料板（简称EPS）薄抹灰外墙外保温系统；机械固定发泡聚苯板钢丝网架板外墙外保温系统。还有国内独立研发的技术，这方面的技术有：如胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统；发泡聚苯板现浇混凝土外墙外保温系统；这些技术系统的应用工程已达上千万平方米，有些应用已超过上亿平方米，代表了我国当今技术主潮流，是发展的方向。随着我国部分先进地区开始执行节能率达65%的第三步建筑节能标准，和公共建筑节能标准的实施，最近几年国内还研发了挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板（简称XPS）外保温技术、胶粉聚苯颗粒复合型外保温技术（EPS系列）以及聚氨酯（简称PU）高效外保温技术，这些技术正在日益成熟，为许多高效节能建筑示范采用；但是应该注意的是：在工程应用挤压聚苯板（XPS）系统时不能使用普通板和再生板，应该使用改进工艺后生产的墙体专用板；而软、硬泡聚氨酯（PU）技术目前仅以现场喷涂技术和专用板或复合专用板形式的薄抹灰粘贴板技术比较成熟。最近部分技术系统正在进行提高系统防火性能研究和进行系统装配化做法的研究，有些已经完成了系统研究，完成了工程试点示范，完善后的新系统将在公共建筑节能和既有建筑节能改造方面有很好的应用前景。此外，针对现在保温材料以有机材料为主，其应用性能在建筑类型、建筑尺度上受限制的情况，还研发了以矿（岩）棉、玻璃棉、膨胀玻化微珠、泡沫玻璃保温系统为代表的无机保温材料外保温系统，现正在开展工程试用和推广。还有一些企业正在研究外墙外保温系统上贴瓷砖的技术，这些技术还有相当多的研究工作需要完成才能可靠的应用于工程。与外墙内、外保温系统同时存在的还有，以加气混凝土墙体、保温夹心墙系统、现浇砌模墙体为代表的结构墙体保温隔热系统。我国外墙保温隔热技术作为建筑节能事业的一个主要技术组成部分，正在朝着：性能高中低档搭配，材料多种、性能多样，能分别适合我国北方寒冷干燥气候和南方温暖潮湿的房屋工程特点方向发展。2、工程应用中常见的技术问题和影响质量的问题我国外墙保温技术在较短时间取得了世界注目的发展，但是在提高完善质量和规范管理外墙保温技术方面，我国还刚刚起步；与欧洲管理规范化,把外保温系统作为一个整体进行认定的情况有所不同，我们的管理部门、生产、设计和施工应用单位在认定时还存在比较注意控制材料产品性能,而忽视按要求进行系统性能控制的倾向；生产、研究、施工行业还存在应用技术理论研究薄弱、工程经验缺乏、实验和验证方法不统一的问题；相当数量的开发商对待建筑节能实施仍然抱应付和消极的态度，使得质次价低的产品在低价中标的做法下占有市场；最突出的就是各个环节不能严格按标准生产、销售、施工的问题。（1）企业技术研发、培训缺位企业是我国应用技术研发的主体，但是在外墙保温隔热技术领域目前除了少数企业外，大多数生产企业没有独立的研发力量，大都还停留在模仿国内外技术阶段，对技术的基础理论、构造措施原理、系统形成机理研究很少；一是有缺陷的保温隔热系统流向市场，造成技术产品市场混乱；二是低价中标单位寻求替代材料时，会出现以次充好，或者为节约成本，简化构造、简化施工环节时，会出现系统性能下降，使工程质量得不到保证。而大部分内保温浆料型技术系统在南方建筑上应用时,这些技术系统在改变了的环境中使用，其保温机理有所不同，系统经常处于常温常湿的非中高温干燥状态，不能提供优良保温隔热性能。（2）创新技术集成系统问题 目前国家级、省级科研机构进行外墙保温隔热技术与产品研究的不多，因此企业在自行研究新的外墙保温隔热技术系统时，能从基础研究中得到的支持很少；而企业受自身技术、经济条件的制约，对于新研究的技术系统也没有配备足够的人力、物力、财力，难以从技术的基础理论、构造措施原理、系统性能形成机理的研究上下工夫，难以解决不同的材料在集成不同的外保温系统时出现的问题，使得新研究的技术还在试用阶段就暴露出工程可靠性差、耐久性不够的问题；有些虽然也通过了技术评估，但在扩大应用中就暴露出系统性能不完善，出现工程质量问题。还有少数施工企业不进行研究，没有任何技术根据就组织队伍承揽实施外墙外保温工程；还有的生产、施工企业为了迎合某些开发项目的需要，没有经过外保温系统的大型耐候试验、系统评估或论证就进行外墙外保温系统施工，或进行建筑物外墙外保温系统上粘贴瓷砖的施工，出现保护层开裂和瓷砖空鼓脱落现象，这些都是非常危险的做法。（3）施工质量外墙外保温工程或者叫外墙外保温技术系统从工厂生产出来到达工程现场还是半成品，必须在现场经过施工环节才能最终形成外墙外保温技术系统，因此系统的质量与施工质量有很大关系，而现在很多都是非专业队伍施工，施工组织不规范、没有专门的资质要求,“专业施工人员”并不掌握外保温技术，加上监理环节也存在不规范的问题，无法保证外墙外保温技术系统的现场施工质量始终处于受控状态，也就无法保证外墙外保温系统的工程质量。（4）低价中标与系统质量现在正常的外墙外保温系统施工成本应该在70～80/m2元人民币，加合理利润销售价格应该在80/m2元人民币以上；但是现在经常耳闻有外保温工程报价低至40～50元人民币的外保温，这样做的后果就是质量不合格的外保温系统，或者就是质量有隐患的外保温系统流向市场；现在有些地方正在建立施工图审查环节中的经济技术审查,对外保温系统的基本定额进行审查，以保证工程质量，在目前市场条件下这是值得推广的经验。（5）其他应该注意的问题统一检测标准、检测方法。目前在国内能按标准进行大型耐候试验单位并不多，但因有利可图便纷纷开展大型耐候试验，结果因为试验的方法和工作程序不统一，导致同厂家的同一种技术系统在不同试验单位的结果不一致，这就为不成熟技术产品进入市场开了方便大门。规范设计。设计、施工单位对保温隔热技术缺乏了解，靠照搬厂家或标准图集了事，对相关技术产品标准缺乏培训，出现设计不合理的保温隔热工程、施工质量低下的保温隔热工程。完善防水隔潮性能。随着建筑节能深入，在低能耗和超低能耗建筑设计中现有外墙保温隔热系统可能会出现露点，因此外墙保温隔热技术产品下一步应研究隔潮层的设置。改变目前保温隔热材料以有机材料为主、以石油化工产品为主的局面。建筑节能的最终目的是为了节约石油、煤炭资源，但是目前大量使用的外墙保温隔热材料（EPS、XPS、PU）、门窗材料（PVC）、屋面材料（EPS、XPS、PU、PVC、沥青）都来自石油化工产品，对石油化工依存度高和大量使用又拉动了能源资源的消耗；因此应该关注、支持无机保温隔热材料的研发和应用，而现阶段应该关注、支持有机石油化工保温隔热材料的循环利用技术的研发和应用。组织国家建筑科研力量认真研究我国南北建筑气候差异、建筑技术特点、建筑使用特点、外墙保温隔热机理和适宜的外墙保温隔热技术与产品 我国气候、生活习惯南北差异大，应该组织国家和地方科研力量进行研究；特别是在夏热冬冷和夏热冬暖地区使用内保温技术问题，既不能简单照搬严寒、寒冷地区的经验，也不能偏信厂家的宣传；应该根据内保温技术应用中普遍存在的热桥问题、生产和施工质量不稳定问题、外墙热工环境恶化问题，进行严格的第三方验证，完善其保温隔热性能和可用性。最终形成性能高中低档搭配，形式有外墙外保温、外墙内保温、外墙结构自保温，拥有多种材料、多种性能的，能分别适合我国北方寒冷干燥气候和南方温暖潮湿气候房屋工程特点的外墙保温隔热系统。 （二）、门窗技术基本情况1、节能门窗技术应用与发展（1）窗户建筑外窗由多种材质不同的材料组装而成，其热工性能也各不相同；由于窗户的生产及应用技术、密封技术、遮阳技术和安装技术水平的不同，受窗框型材特性、断面设计、玻璃的选用、两玻间空气层厚度及窗框比等因素的影响，建筑外窗的保温性能差别很大。根据选用型材的不同，建筑外窗分为木窗、钢窗，铝合金窗、PVC塑料窗、玻璃钢窗、彩色钢板窗、不锈钢窗和钢塑复合窗、木塑复合窗、铝塑复合窗等；根据选用玻璃的不同，有单玻窗、单框双玻窗、中空玻璃窗和LOW-E中空玻璃窗等。木窗的保温性能较好，但耐燃和耐潮湿性能很差。受原材料的限制，目前国内生产的木窗均为高档木窗，价格昂贵。钢窗包括空腹和实腹钢窗、彩色钢板窗、不锈钢窗和钢塑复合窗，空腹和实腹钢窗大量应用于20世纪70至80年代，其市场占有率曾突破70%，但由于其保温性能较差，现已淘汰；作为普通钢窗的换代产品，彩色钢板窗和不锈钢窗具有物理性能较高、耐久性与密封性能好、色彩选择余地多、装饰效果好和使用寿命长等特点，但保温隔热性能也比较差。铝合金窗分普通和断热铝合金窗，普通铝合金窗是70年代末引进、80年代发展起来的，其窗框型材为铝合金，具有轻质、高强、耐久性好、装饰效果好等特点，但保温隔热性能较差，已经淘汰。而新型换代产品断热铝合金窗则具有较好的保温隔热性能，但价格比较高。PVC塑料窗是我国80年代末引进、90年代发展起来的，其窗框型材为PVC塑料内加钢衬，其最大优点是保温性能好，价格合理，缺点是强度及刚性均较铝合金窗低，水密性、抗风压性和采光性能均较铝合金窗差，颜色单一且易变色，尺寸稳定性较差；这是目前正在大量使用的节能窗。玻璃钢窗近年来研究开发的玻璃钢窗，具有较好的热工和物理性能，但价格较较PVC塑料窗高。钢塑、木塑和铝塑等复合窗兼顾了两种不同材料的优点，有综合的保温性能和装饰效果，但目前国产的这类窗的物理、工艺性能还需要改善。双玻窗、中空玻璃窗和双层窗的保温性能明显优单玻窗。单玻窗保温性能极差，即使是保温性能好的PVC塑料单玻窗K值也可能高达4.8W/m2·k；而PVC塑料中空玻璃窗传热系数K值在2.1～2.7W/m2·k之间，铝合金断热中空玻璃窗传热系数K值在2.8～3.5W/m2·k之间；PVC塑料Low-E中空玻璃窗传热系数的最小值为1.4W/m2·k，铝合金断热Low-E中空玻璃窗传热系数K值可降到1.9W/m2·k。玻璃使用不同的玻璃对整窗户的热工性能影响很大，PET双中空玻璃、Low-E中空玻璃、真空玻璃和U型玻璃的热工性能比较好，应在条件具备的项目上优先采用。平开与推拉窗的开启形式对其热工性能有极大的影响，推拉窗由于密封性能差应该尽量避免使用，平开窗有优良的热工和物理性能,但价格比较高；因此推荐平开与固定窗组合使用,经济性价比高。（2）单元、阳台和户门的节能技术经过多年的发展，我国现在应用的单元、阳台和户门主要有木质、钢质、或木质、钢质复合保温门，另有部分在阳台使用的塑料门，其技术与产品性能基本能够满足工程实际需要。2、节能门窗技术应用中存在的问题随着先进地区和城市率先实施建筑节能率达到65%的第三步节能标准，应该采用气密性良好的更为先进高效的节能门窗（包括单元、阳台和户门）；目前我国已经能够自己生产各类门和窗户，包括所需要的主要门窗框型材、玻璃、门芯板品种，性能也基本满足需要。但是大量使用的PVC塑料窗存在强度及刚性均较低，水密性、抗风压性和采光性能均较差，颜色单一且易变色，尺寸稳定性较差的缺点；而综合性能比较好的玻璃钢窗，钢塑、木塑和铝塑复合窗，断热铝合金窗等等价格由于价格偏高，影响了使用。门产品技术中存在内衬保温材料不达标、门构造不合理、长期稳定性差的问题。

建筑是用能大户，建筑节能是发展建筑业的需要。 一、节能住宅的概念 随着能源危机的出现，越来越多的开发商开始重视节能住宅。节能住宅需要通过对建筑的合理设计、合理选材，最大限度的把室内自然温度控制在人体舒适温度范围内，从而为居住者提供健康、舒适、环保的居住空间，降低建筑物的运行能耗。 北京锋尚在国内率先整合了欧洲先进的技术系统为一体，建造的高舒适度、低能耗住宅，达到了发达国家的居住标准。其核心技术概括为八大子系统：第一，混凝土采暖制冷系统。该系统是将聚丁烯（PB）盘管预埋在钢筋混凝土中，夏季管中送20℃、冬季送28℃的水，能使室内温度保持在20℃-26℃的合适范围内。第二，健康新风系统。通过统一空气净化和冷热处理后新风经“下送上回”进入室内，无须开窗即可保持新鲜空气不断更换。第三，外墙系统。外墙采用欧洲标准加厚外保温方式，能有效阻挡冷热辐射和雨雪侵蚀。外饰面采用干挂砖墙面，干挂砖幕墙与保温板之间有一个流动空气层，可以保持保温板的干燥。第四，外窗系统。窗采用德国SCHUCO断热铝合金窗和LOW-E低辐射中空玻璃。第五，屋面及地下系统。对屋面及地下墙体的特殊处理，保证了顶层和一层与标准层舒适度的均好性。第六，防噪音系统。通过外墙系统、ALULUX卷帘、楼板处理、同层后排水系统，防止来自室外、楼上、下水道的噪音。第七，垃圾处理系统。垃圾处理系统有中央吸尘、食物垃圾处理和可回收分类垃圾周转箱三部分组成。第八，水处理系统。小区设中水处理系统，将社区生活用水处理用于浇灌绿地、冲洗和补充人工湖水。 二、国外节能已成风尚： 在国外，建筑师采用多种形式和方法来节能： （1）、资源回收利用： 日本1997年建成了一栋实验型“健康住宅”。除了整个住宅尽可能选对人体无害的建筑材料外,墙体还被设计成双重结构,每个房间建有通风口,整个房屋系统的空气采用全热交换器和除湿机进行循环。全热交换器能够有效地回收热量并加以再次利用,其过滤器可有效地收集空气中细小的尘埃,从而能够抑制霉菌等过敏生物繁殖。这种资源的回收利用，不仅变废为宝，而且减少了环境污源，节约了能源。 （2）、新能源开发利用： 德国建筑师塞多·特霍尔斯建造了一座能跟踪阳光的太阳房屋。房屋被安装在一个圆盘底座上,由一个小型太阳能电动机带动一组齿轮。房屋底座在环形轨道上以每分钟转动3cm的速度随太阳旋转。当太阳落山以后,该房屋便反向转动,回到起点位置。它跟踪太阳所消耗的电力仅为房屋太阳能发电功率的1%,而所吸收的太阳能则相当于一般不能转动的太阳能房屋的2倍。 三、中国建筑能耗基本情况 我国的建筑能耗量约占全国总用能量的1/4，居耗能首位。近年来我国建筑业得到了快速的发展，需要大量的建造和运行使用能源，尤其是建筑的采暖和空调耗能。据统计，1994年全国仅住宅建筑能耗在基本上不供热水的情况下为1.54×108t标准煤，占当年全社会能源消耗总量12.27×109t标准煤的12.6%。目前每年城镇建筑仅采暖一项需要耗能1.3×108t标准煤，占全国能源消费总量的11.5%左右，占采暖区全社会能源消费的20%以上，在一些严寒地区，城镇建筑能耗高达当地社会能源消费的50%左右。与此同时，由于建筑供暖燃用大量煤炭等矿物能源，使周围的自然与生态环境不断恶化。在能源的利用过程中，化石类燃料燃烧时排放到大气的污染物中，99%的氮氧化物、99%的CO、91%的SO2、78%的CO2、60%的粉尘和43%的碳化氢是化石类燃料燃烧时产生的，其中煤燃烧产生的占大多数。燃煤产生的大气污染物中SO2占87%、氮氧化物占67%，CO2占71%，烟尘占60%。由于我国是主要以煤而不是以油、气等优质能源作为主要能源消耗的国家，每年由于燃烧矿物燃料向地球大气排放的二氧化碳仅次于美国居世界第二，预计到2020年，中国将取代美国成为世界二氧化碳排放第一大国。因此，中国对于全球气候变暖承担着重大的责任，而作为耗能大户的建筑，其节能也就成为关系国计民生的重大问题。 四、住宅设计最基本的节能意识： 新疆冬季严寒漫长，因此，住宅建筑设计中，主要空间朝向南，或向南偏东，或向南偏西，历来被认为是合理的设计，这是最基本的节能意识在住宅建筑设计中的应用。在我国的大部分冬冷夏热地区住宅的总体规划和单体设计中，为住宅的主要空间争取良好朝向，满足冬季的日照要求，充分利用天然能源，无疑是最基本的改善住宅室内热环境的设计，是最基本的 五、节能设计思路 （一）建造内保温复合节能墙体 复合节能墙体通常由绝热材料与传统墙体材料或某些新型墙体材料复合而成。如果绝热材料复合在建筑物外墙的内侧，则称为内保温复合墙体。 1．墙体结构层：系指混凝土现浇或预制品的外墙，内浇外砌或砖混结构的外砖墙。以及诸如承重多孔砖外墙等其他承重外墙。 2．空气层：空气在0℃时导热系数为0024VV／(m·k)。在25℃±5℃时为00256W/(m·k)，即使在200℃的情况下仍有00：384 W／(m·k)。由此可见，空气也是一种优良的保温材料。因此，在建筑物中常用材料围成的空气隔离层，不但可以保温隔热。而且具有切断液态水份的毛细渗透、防止保温材料受潮的功能，因为一般外侧墙有吸水能力，而其内表面常因温度低而出现的冷凝水。可被结构材料吸入且不断向室外转移和散发。 3．保温隔热层：这是节能墙体的主要功能部分，常用绝热材料可分为有机、无机 金属等三大类。出于导热系数、抗压强度、蒸汽渗透率、燃烧性能等方面的考虑。此处选用挤塑型聚苯板(XPS)为保温材料。 玻璃幕墙是指由支承结构体系与玻璃组成的、可相对主体结构有一定位移能力、不分担主体结构所受作用的建筑外围护结构或装饰结构。有单层和双层玻璃的墙体。反光绝缘玻璃厚6毫米，墙面自重约40kg／㎡，有轻巧美观、不易污染、节约能源等优点。幕墙外层玻璃的里侧涂有彩色的金属镀膜，从外观上看整片外墙犹如一面镜子，将天空和周围环境的景色映入其中，光线变化时，影像色彩斑斓、变化无穷。在光线的反射下，室内不受强光照射，视觉柔和。中国1983年首次在北京长城饭店工程中采用。 去过美国纽约的人大凡会被其繁华的都市风貌所折服，那高耸入云的摩天大楼蔚为壮观，而其通体的玻璃幕墙映衬出空明的蓝天和飘舞的白云，更为之增添了绚丽的色彩。那么，玻璃幕墙是怎么做成的呢？玻璃幕墙是指作为建筑外墙装潢的镜面玻璃，它是在浮法玻璃组成中添加微量的Fe、Ni、Co、Se等，并经钢化制成颜色透明板状玻璃，它可吸收红外线，减少进入室内的太阳辐射，降低室内温度。它既能像镜子一样反射光线，又能像玻璃一样透过光线。 现代化高层建筑的玻璃幕墙还采用了由镜面玻璃与普通玻璃组合，隔层充入干燥空气的中空玻璃。中空玻璃有两层和三层之分，两层中空玻璃由两层玻璃加密封框架，形成一个夹层空间；三层玻璃则是由三层玻璃构成两个夹层空间。中空玻璃具有隔音、隔热、防结霜、防潮、抗风压强度大等优点。据测量，当室外温度为－10℃时，单层玻璃窗前的温度为－2℃，而使用三层中空玻璃的室内温度为13℃。而在夏天，双层中空玻璃可以挡住90%的太阳辐射热。阳光依然可以透过玻璃幕墙，但晒在身上大多不会感到炎热。使用中空玻璃幕墙的房间可以做到冬暖夏凉，极大地改善了生活环境。[编辑本段]分类与构成 1. 明框玻璃幕墙明框玻璃幕墙是金属框架构件显露在外表面的玻璃幕墙。它以特殊断面的铝合金型材为框架，玻璃面板全嵌入型材的凹槽内。其特点在于铝合金型材本身兼有骨架结构和固定玻璃的双重作用。 2. 隐框玻璃幕墙 隐框玻璃幕墙的金属框隐蔽在玻璃的背面，室外看不见金属框。隐框玻璃幕墙又可分为全隐框玻璃幕墙和半隐框玻璃幕墙两种，半隐框玻璃幕墙可以是横明竖隐，也可以是竖明横隐注。隐框玻璃幕墙的构造特点是：玻璃在铝框外侧，用硅酮结构密封胶把玻璃与铝框粘结。幕墙的荷载主要靠密封胶承受。 3.点支式玻璃幕墙 点支式玻璃幕墙是近年来新出现的一种支承方式。但一经出现，在城市发展很快。下面对这种较新型的支承方式作一介绍： 1.点式玻璃幕墙的分类 按照支承结构的不同方式，点式玻璃幕墙在形式上可分为以下几种: (1)金属支承结构点式玻璃幕墙这是目前采用最多的一种形式，它是用金属材料做支承结构体系，通过金属连接件和紧固件将面玻璃牢固地固定在它上面，十分安全可靠。充分利用金属结构的灵活多变以满足建筑造型的需要，人们可以透过玻璃清楚地看到支承玻璃的整个结构体系。玻璃的晶莹剔透和金属结构的坚固结实，“美”与“力”的体现。增强了“虚”、“实”对比的效果。 (2)全玻璃结构点式玻璃幕墙通过金属连接件及紧固件将玻璃支承结构(玻璃肋)与面玻璃连成整体，成为建筑围护结构。施工简便造价低，玻璃面和肋构成开阔的视野，使人赏心悦目，建筑物室内、外空间达到最大程度的视觉交融。 (3)拉杆(索)结构点式玻璃幕墙采用不锈钢拉杆或用与玻璃分缝相对应拉索做成幕墙的支承结构。玻璃通过金属连接件与其固定。在建筑中充分运械加工的精度，使构件均为受拉杆件，因此，施工时要加以预应力，这种柔接可降低震动时玻璃的破损率。 2.建筑点式玻璃幕墙的主要组成部分 (1)支承体系 支承体系是将面玻璃所受的各种荷载直接传递到建筑主构上。因此，它是主要受力构件，一般是根据承受的荷载大小和建筑造型来结构形式和材料，如玻璃肋、不锈钢立柱、铝型材柱或加上适当的防腐、防面处理的钢析架、钢立柱及不锈钢拉杆(索)等。 (2)金属连接件 金属连接件包括固定件(俗称爪座和爪子)和扣件。固定件通常用不锈普通钢铸造而成，而扣件则是不锈钢机加工件。考虑到金属相容性，爪座必须采用与支承体系相同的材质，或使用机械固定。 金属连接件是建筑点式技术的精华所在。它把面玻璃固定在支承结构上不仅产生玻璃孔边缘附加应力，而且能够允许少量的位移来调节由于建筑安装带来的施工误差，同时还有减震措施以提高抗震能力，因此设计时考虑的因素是多方面的。 (3)金属连接件还产生显著的装饰效果，因此它除满足功能上的要求之外，还要有优美的造型设计和精细的加工制造，起“画龙点睛”的作用。 3.玻璃 (1)建筑点式玻璃幕墙所用的玻璃，由于钻孔而导致孔边玻璃强度降低约30%，因此建筑点式玻璃幕墙必须采用强度较高的钢化玻璃(钢化玻璃的抗冲击强度是浮法玻璃的3-5倍，抗弯强度是浮法玻璃的2-5倍)注，钢化玻璃另一个重要特性是使用安全，在遇到较大外力而破坏时产生无锐角的细小碎块(俗称”玻璃雨”)，不易伤人。 当地处北方的建筑物或对保温隔热有较高要求的建筑物，往往采用中空玻璃，它是在两片玻璃之间有一干燥的空气层或惰性气体层，中空玻璃能大幅度提高保温隔热性能的原因是玻璃的传热系数K值为0.8w/(m2.K)，而空气的K值为0.03w/(m2.K)注，惰性气体就更低了。由于人口的增加，工业的发展，生活水平的提高，能源的消耗也就急剧增加，能源危机迫在眉睫。因此，各行各业提出了节能的要求，节约二次能源--电能，也就成为民用建筑电气设计的焦点。建筑电气设计节能的原则建筑电气节能应坚持以下三个原则：1. 满足建筑物的功能 即满足照明的照度、色温、显色指数；满足舒适性空调的温度及新风量，也就是舒适卫生；满足上下、左右的运输通道畅通无阻；满足特殊工艺要求，如娱乐场所的一些电气设施的用电，展厅的工艺照明及电力用电等。 2.考虑实际经济效益 节能应按国情考虑实际经济效益，不能因为节能而过高地消耗投资，增加运行费用。而是应该让增加的部分投资，能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。 3.节省无谓消耗的能量 节能的着眼点，应是节省无谓消耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的，再考虑采取什么措施节能。如变压器的功率损耗，传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗，又如量大面广的照明容量，宜采用先进技术使其能耗降低。 因此，节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。 建筑电气节能的途径 1.减少变压器的有功功率损耗 变压器的有功功率损耗如下式表示：△Pb＝Po＋Pkβ2其中： △Pb--变压器有功损耗（KW）； Po--变压器的空载损耗（KW）； Pk--变压器的有载损耗（KW）； β--变压器的负载率。 Po部分为空载损耗又称铁损，它是由铁芯的涡流损耗及漏磁损耗组成，是固定不变的部分，大小随矽钢片的性能及铁芯制造工艺而定。所以，变压器应选用节能型的，如S9、SL9及SC8等型油浸变压器或干式变压器，它们都是采用优质冷轧取向矽钢片，由于"取向"处理，使矽钢片的磁畴方向接近一致，以减少铁芯的涡流损耗；45°全斜接缝结构，使接缝密合性好，以减少漏磁损耗。 Pk是传输功率的损耗，即变压器的线损，决定于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，即负载率β的平方成正比。因此，应选用阻值较小的绕组，可采用铜芯变压器。从Pkβ2用微分求它的极值，在β＝50％处每千瓦的负载，变压器的能耗最小。因此，在80年代中期设计的民用建筑，变压器的负载率绝大部分在50％左右，在实际使用中有一半变压器没有投入运行，这种做法有的设计人员一直沿袭至今。但是，这仅是为了节能，而没有考虑经济价值。举下例可看出其不可取的程度。 SC3－2000KVA的变压器，当β＝50％时相对于β＝85％时可节能为P＝16．01×（0．852－0．52）＝7．56KW，按商场最高用电小时计：每天12小时，365天全营业，则总节约电能：W＝7．56×12×365＝33113KW•h。按营业性电价每度0．78元计，则每年节约：33113×0．78＝25828元。 按每千瓦的初装费投资：2000KVA变压器应是大型民用建筑，必然双电源进线，则初装费每KVA为2240元，每年节能省下的电费只能提供（25828／2240＝11．53）11．53KVA的初装费。还有988．5KVA的初装费，加上由于加大变压器容量而多付的变压器价格，由于变压器增加而使出线开关柜、母联柜增加引起的设备购置费，安装上述设备使土建面积增加而引起的土建费用，这是笔相当可观的投资，还没有计及折旧维护等费用。由此可见，取变压器负载率为50％是得不偿失的。 事实上50％负载率仅减少了变压器的线损，并没有减少变压器的铁损，因此也不是最节能的措施。计及初装费、变压器、低压柜、土建的投资及各项运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的容量，变压器的负载率应在75％～85％为宜。这样也可以做到物尽其用，因为变压器绝缘的使用年限满负荷计为20年，20年后可能有更好的变压器问世，这样就可以有机会更换新的设备，才能使该建筑总趋技术领先地位。 为减小变压器损耗，当容量大而需要选用多台变压器时，在合理分配负荷的情况下，尽可能减少变压器的台数，选用大容量的变压器。例如需要装机容量为2000KVA，可选2台1000KVA，不选4台500KVA。因为选用前者可节能：△P＝4×（1．6＋4．44）－2×（2．45＋7．45）＝4．36KW（全按β＝100％计，同等条件，SC3变压器）。 在变压器选择中，能掌握好上述三点原则，即满足了节约能源，又经济合理的原则。 减少线路上的能量损耗 由于线路上存在电阻，有电流流过时，就会产生有功功率损耗。其公式如下：△P＝3IΦ2R×10－3（KW） 式中：IΦ--相电流（A） R--线路电阻（Ω） 例如，在L＝100m的VV－3×50＋2×25的电缆上传输60KW，cosφ＝0．8的电能，其有功损耗量，可由以下步骤求得：IΦ＝60×103／（×380×0．8）＝113．6A 芯线温度70℃的50mm2铜芯线每公里电阻R0＝0．44，则R＝0．1×0．44＝0．044（Ω） △P＝3×113．62×0．044×10－3＝1．704KW 从以上可看到，线路上的功率损耗相当于每6m的线路上安一个100W的灯泡。 在一个工程中，线路左右上下纵横交错，小工程线路全长不下万米，大工程更是不计其数，所以线路上的总有功损耗是相当可观的，减少线路上的能耗必须引起设计重视。 线路上的电流是不能改变的，要减少线路损耗，只有减小线路电阻。线路电阻R＝P×L／s，即线路电阻与电导P成正比，与线路截面S成反比，与线路长度L成正比，因此减少线路的损耗应从以下几方面入手。 应选用电导率较小的材质做导线。铜芯最佳，但又要贯彻节约用铜的原则。因此，在负荷较大的二类、一类建筑中采用铜导线，在三类或负荷量较小的建筑中采用铝芯导线。 减小导线长度。首先，线路尽可能走直线，少走弯路，以减少导线长度；其次，低压线路应不走或少走回头线，以减少来回线路上的电能损失；第三，变压器尽量接近负荷中心，以减少供电距离，当建筑物每层平面在10000m2左右时，至少要设两个变配电所，以减少干线的长度；第四，在高层建筑中，低压配电室应靠近竖井，而且由低压配电室提供给每个竖井的干线，不至于产生支线沿着干线倒送的现象。亦即低压配电室与竖井位置的布局上应使线路都分向前送，尽可能减少回头输送电能的支线。 增大导线截面。首先，对于比较长的线路，除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面，再加大一级导线截面，所增加的费用为M，由于节约能耗而减少的年运行费用为m，则M／m为回收年限，若回收年限为几个月或一、二年，则应加大一级导线截面。一般而言，导线截面小于70mm2，线路长度超过100m的增加一级导线截面比较容易实现上述条件。其次，利用某些季节性负荷的线路，这些用户不用时，可提供给常期用户作供电线路使用，以减少线路和电阻。例如，将空调风机、风机盘管与照明、电开水等计费相同的负荷，集中在一起，采用同一干线供电，既可便于用一个火警命令切除非消防用电，又可在春秋两季空调不用时，使同样大的干线截面传输较小的电流，从而减小了线路损耗，这就相当于充分利用了季节负荷的线路。 在设计中，认真落实上述三条措施，就可减少线路上的能量损耗，达到了线路节能的目的。 提高系统的功率因数 提高系统的功率因数，减少无功在线路上传输，以达到节能的目的。 为什么常提到负荷平稳的电动机可采用就地补偿，因为负荷变动时电机端电压也变化，使电容器没有放完电又充电，这时电容器会产生无功浪涌电流，使电机易产生过电压而损坏。因此，断续负载，如电梯、自动扶梯、自动步行道等不应在电动机端加装补偿电容器；另外，如星三角起动的异步电动机也不能在电动机端加装补偿电容器，因为它起动过程中有开路闭路瞬时转换，使电容器在放电瞬间又充电，也会使电机过电压而损坏。 在民用建筑中应改变电容器集中安装的做法，对容量超过10KW的风机、水泵、传送带等电动机端设置就地补偿装置，空调主机及冷冻泵等常在其附近设专用变配电所，可以集中补偿，但若供电距离超过20m时也最好采用就地补偿。 电动机就地补偿装置的接线有二种方式，一是并接在热元件的一次线后，热元件的整定电流应按补偿后的电机工作电流计，这种接线适合新安装的电机；另一种是装补偿电容器在接触器主接点之后，热元件一次线圈之前，热元件的整定电流就不计补偿的影响，这适合于进行改造的电机接线，这样做可使电容器与电动机一起投切。 处理好上述三部分，即减少自然无功、无功补偿及补偿装置的安装地点，就可以实现合理的选择无功补偿方式而达到节能的目的。 照明部分的节能 因为照明用量大而面广，因此，照明节能的潜力很大，应从下列几方面着手： 采用高效光源。白炽灯过去用得最广泛，因为它便宜，安装维护简单，它致命的弱点是发光率太低，因此目前常被各种发光率高，光色好，显色性能优异的新光源取代。表1列出了各种光源每W的光通量�Lm�。从表中可以看出低压钠灯和高压钠灯的发光率最高，但由于色温低，光色偏暖，显色指数在40～60之间，颜色失真度大，只能在路灯或广场照明用，其中显色指数在60的高显色性钠灯可与汞灯组成混合灯，用于工厂及体育馆照明，这也是量大面广的照明部分；发光率很高的金属卤化物灯，三基色荧光灯及稀土金属荧光灯，由于色温范围广，自3200K～4000K，光色选择性好，显色指数又高，可达80～95，颜色失真度小，尤其金属卤化物灯对人的皮肤显色性特别好，因此除用作商场、展厅的照明外，还广泛用在车站的候车室、码头的候船室、航空港的候机楼以及舞台的灯光照明等；一般荧光灯及稀土金属荧光灯可用在写字楼、住宅的照明；荧光高压汞灯、自整流高压汞灯、钠灯及三者组合的混光灯常用于生产厂房的照明。尽量不用或少用白炽灯，只有在局部艺术照明或防止高频光谱照射的古董字画照明中才使用，虽然它光色好，显色指数最高，但达不到节能的目的。 建筑物尽量利用自然采光，靠近室外部分的建筑面积，应将门窗开大，采用透光率较好的玻璃门窗，以达到充分利用自然光的目的。凡是可以利用自然光的这部分的照明，可采用按照度标准检测现场照度，进行灯光自动调节。 对气体放电灯，采用灯光无级自动调节，即调节灯丝从而达到调光的目的。但其代价太高，每套36W的灯管需要增加2000元～3000元的投资，而节省下来的电能，其电价是有限的，因为这仅在白天日照强时（一般在上午10时到下午3～4点钟 这段时间内）可减少一点人工照明，每支灯充其量节能25％，每天按12小时计，每年按365天计，则节省运行费用： m＝36×0．25×12×365×0．78×10－3＝30．7元 所以增加控制的投资需要2000～3000／30．7＝65～97年才能回收，这是没有实用意义的。在工作照明中采用这种调光方案是不可取的。它只适宜用于特殊条件下，如气象台、导航站等小面积控制室，要求室内的照度与室外自然光自然协调的环境，才可采用这种调光设备。另外，这种调光设备用于稀土金属荧光灯，其频闪效应使人眼不易接受。对于可以充分利用自然光而且需要调光的场合，可采用分组分片自动开停的控制方案，虽然会有突变过程，但不会影响视力，也不会影响人的情绪，是可取的方式。 对长期需要开停，但又要按人流的多少自动调整照度的场合，在增加投资不多的情况下，对荧光灯可利用调压的方式，固定几级调节，如北京地铁采用澳大利亚的调光设备就是如此。 荧光灯采用调电压调光，其节能效果并不显著。因为，气体放电灯的发光是靠离子在高电压下产生碰撞，达到一定能级而使荧光粉发光，因此光通量并不与电压成正比，电压下降10％，光通量差不多下降30％～40％，电压下降30％，灯会全熄。因此，气体放电灯采用调压方式调光，在实际工程中也很少采用。 照明节能中，除了满足照度、光色、显色指数外，应采用高效光源及高效灯具，对能利用自然光部分的灯具或可变照度的照明采用成组分片的自动控制开停方式，可达到照明节能的效果。 电动机在运行过程中的节能 在建筑电气中的电动机都是与暖通、水道、建筑等工种的设备配套的，由设备制造厂商统一供应的。因此，其节能措施只能贯彻在运行过程中，除了上述的用就地补偿电容器以减少线路由于输送超前无功而引起的有功损耗外，还应减少电机轻载和空载运行。因为，在这种情况下，电机的效率是很低的，消耗的电能并不与负载的下降成正比。采用变频调速器，使其在负载下降时，采用变频的方式，自动调节转速，使其与负载的变化相适应。采用这种方式，可提高电机在轻载时的效率，达到节能的目的。但是，这种设备的价格仍偏高，因此在应用中受到一定的限制。另一种节能方式是采用软起动器，软起动器设备是按起动时间逐步调节可控硅的导通角，以控制电压的变化。由于电压可连续调节，因此起动平稳，起动完毕，则全压投入运行。此设备也可采用测速反馈、电压负反馈或电流正反馈，利用反馈信息控制可控硅导通角，以达到速度随负载的变化而变化。它可用在电动机容量较大，又需要频繁起动的设备，以及附近用电设备对电压的稳定要求较高的场合。因为它从起动到运行，其电流变化不超过三倍，可保证电网电压的波动在所要求的范围内。但它是采用可控硅调压，正弦波未导通部分的电能全部消耗在可控硅上，不会返回电网。因此，它要求散热、通风措施完善。其价格比变频器便宜，在水泵系统中的大容量电动机的控制设备中可以应用。 民用建筑的节能潜力很大，应在设计中精心考虑。但是在选用节能的新设备上，应具体了解其原理、性能、效果，从技术、经济上进行比较后，再选定节能设备，以达到真正节能的目的。

复合材料检测论文

钢结构无损检测 摘要：通过对应用于建筑钢结构行业中的几种常规无损检测方法的简述，归纳了被检对象所适用的不同无 损检测方法。为广大工程技术人员和管理人员了解、学习、应用无损检测技术提供参考。 关键词：建筑钢结构；无损检测 1 前言 建筑钢结构由于其强度高、工业化程度高以及综合经济效益好等优点，自上世纪 90 年代，特别是近年来得 到了迅猛发展，广泛应用于工业和民用等领域。由于一些重点工程，建筑钢结构发生了严重的质量事故， 如郑州中原博览中心网架曾发生了崩塌事故，所以建筑钢结构的安全性和可靠性越来越受到重视。 建筑钢结构的安全性和可靠性源于设计，其自身质量则源于原材料、加工制作和现场安装等因素。评价建 筑钢结构的安全性和可靠性一般有三种方式：⑴模拟实验；⑵破坏性实验；⑶无损检测。模拟实验是按一 定比例模拟建筑钢结构的规格、材质、结构形式等，模拟在其运行环境中的工作状态，测试、评价建筑钢 结构的安全性和可靠性。模拟实验能对建筑钢结构的整体性能作出定量评价，但其成本高，周期长，工艺 复杂。破坏性实验是采用破坏的方式对抽样试件的性能指标进行测试和观察。破坏性实验具有检测结果精 确、直观、误差和争议性比较小等优点，但破坏性实验只适用于抽样，而不能对全部工件进行实验，所以 不能得出全面、综合的结论。无损检测则能对原材料和工件进行 100%检测，且经济成本相对较低。 上世纪 50 年代初，无损检测技术通过前苏联进入我国。作为工艺过程控制和产品质量控制的手段，如今在 核电、航空、航天、船舶、电力、建筑钢结构等行业中得到广泛的应用，创造了巨大的经济效益和社会效 益。无损检测技术是建立在众多学科之上的一门新兴的、综合性技术。无损检测技术是以不损伤被检对象 的结构完整性和使用性能为前提，应用物理原理和化学现象，借助先进的设备器材，对各种原材料，零部 件和结构件进行有效的检验和测试，借以评价它们的完整性、连续性、致密性、安全性、可靠性及某些物 理性能。无损检测经历了三个阶段，即无损探伤（Non-destructive Inspection，简称 NDI）、无损检测 （Non-destructive testing，简称 NDT）、无损评价（Non-destructive Evaluation，简称 NDE）、无损 探伤的含义是探测和发现缺陷。无损检测不仅仅要探测和发现缺陷，而且要发现缺陷的大小、位置、当量、 性质和状态。无损评价的含义则更广泛、更深刻， 它不仅要求发现缺陷，探测被检对象的结构、性质、状 态，还要求获得更全面、更准确的，综合的信息，从而评价被检对象的运行状态和使用寿命。应用于钢结 构行业中的常规无损检测方法有磁粉检测（Magnetic Testing 简称 MT）、渗透检测（Penetrate Testing， 简称 PT）、涡流检测（Eddy current Testing 简称 ET）、声发射检测（Acoustic Emission Testing 简称 AET）、超声波检测（Ultrasonic Testing，简称 UT）、射线检测（Radiography Testing，简称 RT）。在 建筑钢结构行业中，按检测缺陷产生的时机，无损检测方法可以按下图分类。 2 2.1 检测方法的简述 磁粉检测（MT） 原理 2.1.1 铁磁性材料被磁化后，产生在被检对象上的磁力线均匀分布。由于不连续性的存在，使工件表面和近表面 的磁力线发生了局部畸变而产生了漏磁场，漏磁场吸附施加在被检对象表面的磁粉，形成在合适光照下可 见的磁痕,从而达到检测缺陷的目的。 2.1.2 适用范围 可以对铁磁性原材料，如钢板、钢管、铸钢件等进行检测，也可以对铁磁性结构件进行检测。 2.1.3 局限性 仅适用铁磁性材料及其合金的表面和近表面的缺陷检测，对检测人员的视力、工作场所、被检对象的规格、 形状等有一定的要求。 2.1.4 优点 经济、方便、效率高、灵敏度高、检测结果直观。 2.2 2.2.1 渗透检测（PT） 原理 在被检对象表面施加含有荧光染料或着色染料的渗透液，渗透液在毛细血管的作用下，经过一定时间 后，渗透液可以渗透到表面开口的缺陷中去。经过去除被检对象表面多余的渗透液，干燥后，再在被检对 象表面施加吸附介质（显象剂）。同样在毛细血管的作用下，显象剂吸附缺陷中的渗透液，使渗透液回渗 到显象剂中，在一定的光照下，缺陷中的渗透液被显示。从而达到检测缺陷的目的。 2.2.2 适用范围 适用于非多孔状固体表面开口缺陷。 2.2.3 局限性 仅适用于表面开口缺陷的检测，而且对被检对象的表面光洁度要求较高，涂料、铁锈、氧化皮会覆盖表面 缺陷而造成漏检。对检测人员的视力有一定要求，成本相对较高。 2.2.4 优点 设备轻便、操作简单，检测灵敏度高，结果直观、准确。 2.3 2.3.1 涡流检测（ET） 原理 金属材料在交变磁场的作用下产生了涡流，根据涡流的分布和大小可以检测出铁磁性材料和非铁磁性材料 的缺陷。 2.3.2 适用范围 适用于各种导电材料的表面和近表面的缺陷检测。 2.3.3 局限性 不适用不导电材料检测，对形状复杂的试件很难应用，比较适合钢管、钢板等形状规则的轧制型材的检测， 而且设备较贵；无法判定缺陷的性质。 2.3.4 优点 检测速度快，生产效率高，自动化程度高。 2.4 2.4.1 声发射检测（AET） 原理 材料或结构件受到内力或外力的作用产生形变或断裂时， 以弹性波的形式释放出应变能的现象称为声发射， 也称为应力波发射。声发射检测是通过受力时材料内部释放的应力波判断被检对象内部结构损伤程度的一 种新兴动态无损检测技术。 2.4.2 适用对象 适用于被检对象的动态监测，如对大型桥梁、核电设备的实时动态监测。 2.4.3 局限性 无法监测静态缺陷、干扰检测的因素较多；设备复杂、价格较贵、检测技术不太成熟。 2.4.4 优点 可以远距离监控设备的运行情况和缺陷的扩展情况，对结构的安全性和可靠性评价提供依据。 2.5 2.5.1 超声波检测（UT） 原理 超声波是指频率大于 20 千兆赫兹的机械波。根据波动传播时介质的振动方向相对于波的传播方向不同，可 将波动分为纵波、横波、表面波和板波等。用于钢结构检测的主要是纵波和横波。 超声波探伤仪激励探头产生的超声波在被检对象的介质中按一定速度传播，当遇到异面介质（如气孔、夹 渣）时，一部分超声波反射回来，经仪器处理后，放大进入示波屏，显示缺陷的回波。 2.5.2 适用对象 适用于各类焊逢、板材、管材、棒材、锻件、铸件以及复合材料的检测，特别适合厚度较大的工件。 2.5.3 局限性 检测结果可追溯性较差；定性困难，定量不精确，人为因素较多；对被检工件的材质规格，几何形状有一 定要求。 2.5.4 优点 检测成本低、速度快、周期短、效率高；仪器小、操作方便；能对缺陷进行精确定位；对面积型缺陷的检 出率较高（如裂纹、未熔合等） 2.6 射线检测（RT） 2.6.1 原理 射线是一种波长短、频率高的电磁波。 射线检测，常规使用×射线机或放射性同位素作为放射源产生射线，射线穿过被检对象，经过吸收和衰减， 由于被检试件中存在厚度差的原因，不同强度的射线到达记录介质（如射线胶片），射线胶片的不同部位 吸收了数量不等的光子，经过暗室处理后，底片上便出现了不同黑度的缺陷影象，从而判定缺陷的大小和 性质。 2.6.2 适用范围 适用较薄而不是较厚（如果工件的厚度超过 80mm 就要使用特殊设备进行检测，如加速器）的工件的内部体 积型缺陷的检测。 2.6.3 局限性 检测成本高、周期长，工作效率低；不适用角焊逢、板材、管材、棒材、锻件的检测；对面状的缺陷检出 率较低；对缺陷的高度和缺陷在被检对象中的深度较难确定；影响人体健康。 2.6.4 优点 检测结果直观、定性定量准确；检测结果有记录，可以长期保存，可追溯性较强。 3 小结 综上所述，每种无损检测方法的原理和特点各不相同，且适用的检测对象也不一样。在建筑钢结构的行业 中应根据结构的整体性能，检测成本及被检对象的规格、材质、缺陷的性质、缺陷产生的位置等诸多因素 合理选择无损检测方法。一般地，选择无损检测方法及合格等级，是设计人员依据相关规范而确定的。有 的工程，业主也有无损检测方法及合格等级的要求，这就需要供需双方相互协商了。 3.1 钢结构在加工制作及安装过程中无损检测方法的选择见表 1 被检对象 原材料检验 板材 锻件及棒材 管材 螺栓 焊接检验 坡口部位 清根部位 对接焊逢 角焊逢和 T 型焊逢 3.2 UT 检测方法 UT、MT（PT） UT（RT）、MT（PT） UT、MT（PT） UT、PT（MT） PT（MT） RT（UT）、MT（PT） UT（RT）、PT（MT） 被检对象所适用的无损检测方法见表 2 内部缺陷 表面缺陷和近表面 检测方法 UT ● ○ ● ● MT ● ● ● ● PT ● ○ ○ ● ET △ △ ● × AET △ △ △ △ 发生中缺陷检 测 检测方法 RT 被检对象 试 件 分 类 锻件 铸件 压延件（管、板、型材） 焊逢 × ● × ● 分层 疏松 气孔 内部 缩孔 缺陷 未焊透 未熔合 缺陷 分类 夹渣 裂纹 白点 表面裂纹 表面 缺陷 表面气孔 折叠 断口白点 × × ● ● ● △ ● ○ × △ ○ — × ● ○ ○ ○ ● ● ○ ○ ○ △ × — × — — — — — — — — — ● △ ○ ● — — — — — — — — — ● ● ○ ● — — — — — — — — — ● △ ○ — — — — — △ △ △ △ △ △ — — — 注：●很适用；○适用；△有附加条件适用；×不适用；—不相关 参 1. 考 文 献 强天鹏 射线检测 [M] 云南科技出版社 2001 2. 3. 4. 5. 周在杞等 张俊哲等 无损检测技术及其应用 [M] 科学出版社 王小雷 锅炉压力容器无损检测相关知识 [M] 李家伟等 无损检测 冉启芳 2001 1993 [M] 机械工业出版社 2002 无损检测方法的分类及其特征的介绍 [J] 无损检测 1999 2 钢网架结构超声波检测及其质量的分 [J] 无损检测 2001 6 磁粉检测（MT） 2.1 磁粉检测（MT） 2.1.1 原理 铁磁性材料被磁化后，产生在被检对象上的磁力线均匀分布。由于不连续性的存在，使工件表面和近表面 的磁力线发生了局部畸变而产生了漏磁场，漏磁场吸附施加在被检对象表面的磁粉，形成在合适光照下可 见的磁痕,从而达到检测缺陷的目的。 磁粉探伤的原理及概述 磁粉探伤的原理 磁粉探伤又称 MT 或者 MPT（Magnetic Particle Testing），适用于钢铁等磁性材料的表面附近进行探伤 的检测方法。利用铁受磁石吸引的原理进行检查。在进行磁粉探伤检测时，使被测物收到磁力的作用，将 磁粉（磁性微型粉末）散布在其表面。然后，缺陷的部分表面所泄漏出来泄露磁力会将磁粉吸住，形成指 示图案。指示图案比实际缺陷要大数十倍，因此很容易便能找出缺陷。 磁粉探伤方法 磁粉探伤检测的顺序分为前期处理、磁化、磁粉使用、观察，以及后期处理。 前期处理→磁化→磁粉使用→观察→后期处理 以下分别说明各个步骤的概要。 （1）前期处理 探探伤面如果有油脂、涂料、锈、或其他异物附着的情况下，不仅会妨碍磁粉吸附在伤痕上，而且还会出 现磁粉吸附在伤痕之外的部分形成疑私图像的情况。因此在磁化之前，要采用物理或者化学处理，进行去 除污垢异物的步骤。 （2）磁化 将检测物适当磁化是非常重要的。通常，采用与伤痕方向与磁力线方向垂直的磁化方式。另外为了适当磁 化，根据检测物的形状可以采用多种方法。日本工业规格（JIS G 0565-1992）中规定了以下 7 种磁化方法。 ①轴通电法……在检测物轴方向直接通过电流。 ②直角通电法……在检测物垂直于轴的方向直接通过电流。 ③Prod 法……在检测物局部安置 2 个电极（称为 Prod）通过电流。 ④电流贯通法……在检测物的孔穴中穿过的导电体中通过电流。 ⑤线圈法……在检测物中放入线圈，在线圈中通过电流。 ⑥极间法……把检测物或者要检测的部位放入电磁石或永磁石的磁极间。 ⑦磁力线贯通法……对通过检测物的孔穴的强磁性物体施加交流磁力线，使感应电流通过检测物。 （3）磁粉使用磁粉探伤的原理 ① 磁粉的种类 为了让磁粉吸附在伤痕部的磁极间形成检出图像，使用的磁粉必须容易被伤痕部的微弱磁场磁化，吸附在 磁极上，也就是说需要优秀的吸附性能。另外，要求形成的磁粉图像必须有很高的识别性。 一般，磁粉探伤中使用的磁粉有在可见光下使用的白色、黑色、红色等不同磁粉，以及利用荧光发光的荧 光磁粉。另外，根据磁粉使用的场合，有粉状的干性磁粉以及在水或油中分散使用的湿性磁粉。 ② 磁粉的使用时间 磁粉使用时间分为一边通过磁化电流一边使用磁粉的连续法，以及在切断磁化电流的状态即利用检测物的 残留磁力的残留法两种。 （4）观察 为了便于观察附着在伤痕部位的磁粉图像，必须创造容易观察的环境。普通磁粉需要在尽可能明亮的环境 下观察，荧光磁粉则要使用紫外线照射灯将周围尽量变暗才容易观察。 （5）后期处理 磁粉探伤结束，检测物有可能仍作为产品或是需要送往下一个加工步骤接受机械加工等。这时就需要进行 退磁、去除磁粉、防锈处理等后期处理。 2.1.2 适用范围 可以对铁磁性原材料，如钢板、钢管、铸钢件等进行检测，也可以对铁磁性结构件进行检测。 2.1.3 局限性 仅适用铁磁性材料及其合金的表面和近表面的缺陷检测，对检测人员的视力、工作场所、被检对象的规格、 形状等有一定的要求。 2.1.4 优点 经济、方便、效率高、灵敏度高、检测结果直观。 生产厂家： 生产厂家：济宁联永超声电子有限公司 仪器设备名称： 仪器设备名称：CDX-Ⅲ该机型磁粉探伤仪 Ⅲ 仪器概况：CDX-Ⅲ该机型磁粉探伤仪是具有多种磁化方式的磁粉探 伤仪设备。仪器采用可控硅作无触点开关，噪音小、寿命长、操作简 单、方便、适应性强、工作稳定。是最近推出新产品，它除具有便携 式机种的一切优点，还具有移动机种的某些长处，扩展了用途，简化 了操作，还具有退磁功能。 该设备有四种探头： 1、旋转探头： 型）能对各种焊缝、各种几何形状的曲面、平面、 （E 管道、锅炉、球罐等压力容器进行一次性全方位显示缺陷和伤痕。 2、电磁轭探头： 型）它配有活关节，可以对平面、曲面工件进行 （D 探伤。 3、马蹄探头： 型）它可以对各种角焊缝，大型工件的内外角进行 （A 局部探伤。 4、磁环： 型）它能满足所有能放入工件的周向裂纹的探伤，用它 （O 来检测工件的疲劳痕（疲劳裂痕均垂于轴向）及为方便，用它还可以 对工件进行远离法退磁。 总之，该仪器是多种探伤仪的给合体，功能与适用范围广，尤其应用 于不允许通电起弧破表面零件的探伤。 无损检测概论及新技术应用 无损检测概论及新技术应用 概论 摘要： 摘要：综述了无损检测的定义、方法、特点、要求等基本知识，以及无损检测在 现今社会中的应用实例，其中包括混凝土超声波无损检测技术、涡流无损检测技 术、渗透探伤技术。 关键词： 关键词：无损检测；混凝土缺陷；涡流检测;渗透探伤。 引言： 引言：随着现代工业的发展，对产品的质量和结构的安全性、使用的可靠性提出 了越来越高的要求，无损检测技术由于具有不破坏试件、检测灵敏度高等优点， 所以其应用日益广泛。无损检测是工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上 反映了一个国家的工业发展水平，其重要性已得到公认。 1、 无损检测概论 、 无损检测 检测概论 无损检测就是利用声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检对象使用 性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位 置、性质和数量等信息，进而判定被检对象所处技术状态（如合格与否、剩余寿 命等）的所有技术手段的总称。 常用的无损检测方法有射线照相检验(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)和 液体渗透检测(PT) 四种。 其他无损检测方法： 涡流检测(ET)、 声发射检测 （AT） 、 （TIR） 泄漏试验 、 （LT） 交流场测量技术 、 （ACFMT） 漏磁检验 、 （MFL)、 热像/红外 远场测试检测方法（RFT)等。 基于以上方法，无损检测具有一下应用特点： 1>不损坏试件材质、结构 无损检测的最大特点就是能在不损坏试件材质、 结构的前提下进行检测， 所以实施无损检测后，产品的检查率可以达到 100%。但是，并不是所有需要测 试的项目和指标都能进行无损检测，无损检测技术也有自身的局限性。某些试验 只能采用破坏性试验， 因此， 在目前无损检测还不能代替破坏性检测。 也就是说， 对一个工件、材料、机器设备的评价，必须把无损检测的结果与破坏性试验的结 果互相对比和配合，才能作出准确的评定。 2>正确选用实施无损检测的时机 在无损检测时， 必须根据无损检测的目的,正确选择无损检测的时机,从而顺利 地完成检测预定目的,正确评价产品质量。 3>正确选用最适当的无损检测方法 由于各种检测方法都具有一定的特点，为提高检测结果可靠性，应根据设备 材质、制造方法、工作介质、使用条件和失效模式，预计可能产生的缺陷种类、 形状、部位和取向，选择合适的无损检测方法。 4>综合应用各种无损检测方法 任何一种无损检测方法都不是万能的，每种方法都有自己的优点和缺点。应 尽可能多用几种检测方法，互相取长补短，以保障承压设备安全运行。此外在无 损检测的应用中，还应充分认识到，检测的目的不是片面追求过高要求的“高质 量”，而是应在充分保证安全性和合适风险率的前提下，着重考虑其经济性。只 有这样，无损检测在承压设备的应用才能达到预期目的。[1] 通过各种检测方法，最终对于无损检测的要求是：不仅要发现缺陷，探测试 件的结构、状态、性质，还要获取更全面、准确和综合的信息，辅以成象技术、 自动化技术、计算机数据分析和处理技术等，与材料力学、断裂力学等学科综合 应用，以期对试件和产品的质量和性能作出全面、准确的评价。 2、 无损检测在各领域的应用 、 无损检测基于以上优点,在现今社会受到广泛关注和应用,为实际生产工作减 少了废料成本,提供了极大的方便。其中超声波检测技术、涡流检测、渗透探伤 技术、霍尔效应无损探伤技术应用极为出色。 2.1 混凝土超声无损检测 混凝土是我国建筑结构工程最为重要的材料之一，它的质量直接关系到结构 的安全。多年来，结构混凝土质量的传统检测方法是以按规定的取样方法，制作 立方体试件，在规定的温度环境下，养护 28d 时按标准实验方法测得的试件抗压 强度来评定结构构件的混凝土强度。用试件实验测得的混凝土性能指标，往往是 与结构物中的混凝土性能有一定差别。因此，直接在结构物上检测混凝土质量的 现场检测技术，已成为混凝土质量管理的重要手段。 所谓混凝土“无损检测”技术，就是要在不破坏结构构件的情况下，利用测 试仪器获取有关混凝土质量等受力功能的物理量。 因该物理量与混凝土质量之间 有较好的相互关系，可采用获取的物理量去推定混凝土质量。[2] 混凝土超声检测是用超声波探头中的压电陶瓷或其他类型的压电晶体加载某 频率的交流电压后激发出固定频率的弹性波， 在材料或结构内部传播后再由超声 波换能器接收，通过对采集的超声波信号的声速、振幅、频率以及波形等声学参 数进行分析，以此推断混凝土结构的力学特性、内部结构及其组成情况。超声波 检测可用于混凝土结构的测厚、探伤、混凝土的弹性模量测定以及混凝土力学强 度评定等方面. [3] 2.2 涡流无损检测 涡流检测的基本原理：将通有交流电的线圈置于待测的金属板上或套在待测 的金属管外。这时线圈内及其附近将产生交变磁场，使试件中产生呈旋涡状的感 应交变电流，称为涡流。涡流的分布和大小，除与线圈的形状和尺寸、交流电流 的大小和频率等有关外，还取决于试件的电导率、磁导率、形状和尺寸、与线圈 的距离以及表面有无裂纹缺陷等。因而，在保持其他因素相对不变的条件下，用 一探测线圈测量涡流所引起的磁场变化，可推知试件中涡流的大小和相位变化， 进而获得有关电导率、缺陷、材质状况和其他物理量(如形状、尺寸等)的变化或 缺陷存在等信息。但由于涡流是交变电流，具有集肤效应，所检测到的信息仅能 反映试件表面或近表面处的情况。[4] 应用：按试件的形状和检测目的的不同，可采用不同形式的线圈,通常有穿过 式、探头式和插入式线圈 3 种。穿过式线圈用来检测管材、棒材和线材，它的内 径略大于被检物件， 使用时使被检物体以一定的速度在线圈内通过， 可发现裂纹、 夹杂、凹坑等缺陷。探头式线圈适用于对试件进行局部探测。应用时线圈置于金 属板、管或其他零件上，可检查飞机起落撑杆内筒上和涡轮发动机叶片上的疲劳 裂纹等。插入式线圈也称内部探头，放在管子或零件的孔内用来作内壁检测，可 用于检查各种管道内壁的腐蚀程度等。为了提高检测灵敏度，探头式和插入式线 圈大多装有磁芯。涡流法主要用于生产线上的金属管、棒、线的快速检测以及大 批量零件如轴承钢球、汽门等的探伤（这时除涡流仪器外尚须配备自动装卸和传 送的机械装置） 、材质分选和硬度测量，也可用来测量镀层和涂膜的厚度。[5] 优缺点：涡流检测时线圈不需与被测物直接接触，可进行高速检测,易于实现 自动化,但不适用于形状复杂的零件,而且只能检测导电材料的表面和近表面缺陷, 检测结果也易于受到材料本身及其他因素的干扰。 2.3 渗透探伤技术 液体渗透检测的基本原理：零件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透 剂后，在毛细管作用下，经过一段时间，渗透液可以渗透进表面开口缺陷中；经 去除零件表面多余的渗透液后，再在零件表面施涂显像剂，同样，在毛细管的作 用下，显像剂将吸引缺陷中保留的渗透液，渗透液回渗到显像剂中，在一定的光 源下 （紫外线光或白光） 缺陷处的渗透液痕迹被现实， 黄绿色荧光或鲜艳红色） ， （ ， 从而探测出缺陷的形貌及分布状态。[6] 渗透检测适用于具有非吸收的光洁表面的金属、非金属，特别是无法采用磁 性检测的材料，例如铝合金、镁合金、钛合金、铜合金、奥氏体钢等的制品，可 检验锻件、铸件、焊缝、陶瓷、玻璃、塑料以及机械零件等的表面开口型缺陷。 渗透检测的优点是灵敏度较高（已能达到检测开口宽度达 0.5?m 的裂缝） ，检测 成本低，使用设备与材料简单，操作轻便简易，显示结果直观并可进一步作直观 验证（例如使用放大镜或显微镜观察） ，其结果也容易判断和解释，检测效率较 高。缺点是受试件表面状态影响很大并只能适用于检查表面开口型缺陷，如果缺 陷中填塞有较多杂质时将影响其检出的灵敏度。[7] 3、 结语 、 随着现代科学技术的发展，激光、红外、微波、液晶等技术都被应用于无损 检测领域，而传统的常规无损检测技术也因为现代科技的发展，大大丰富了应用 方法，如射线照相就可细分为 X 射线、γ射线、中子射线、高能 X 射线、射线 实时照相、层析照相……等多种方法。 无损检测作为一种综合性应用技术，无损检测技术经历了从无损探伤，到无 损检测，再到无损评价，并且向自动无损评价、定量无损评价发展。相信在不远 的将来， 新生的纳米材料、 微机电器件等行业的无损检测技术将会得到迅速发展。 参考文献【1】李喜孟.无损检测.机械工业出版社.2011 】 【2】父新漩. 混凝土无损检测手册.人民交通出版社.2003 】 【 3】 冯子蒙.超声波无损检测于评价的关键技术问题及其解决方案.煤矿机 】 械.2009(9) 【4】唐继强.无损检测实验.机械工业出版社.2011 】 【5】李丽茹.表面检测.机械工业出版社.2009 】 【6】国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证培训教材编审委员会.机械工业 出版社.2004 【7】胡学知主编. 中国劳动社会保障出版社.2007 】

文关键词：金属基复合材料有效性能结构拓扑优化论文摘要：金属基复合材料综合了作为基体的金属结构材料和增强物两者的优点，具有高的强度性能和弹性模量、良好的疲劳性能等特点。由于制作工艺相对容易，和价格低廉，颗粒增强金属基复合材料体现出了广泛的商业价值，金属基复合材料首先在航天和航空上得到应用，随着其价格的不断降低，它们在汽车、电子、机械等工业部门的应用也越来越广。为此全球各大公司和研究机构对它的研究和应用开发正多层次大面积地展开。笔者阅读了大量相关文献，进而综述了近些年来国内外学者对金属基复合材料的研究，具有一定的现实意义。一、颗粒随机分布金属基复合材料有效性能研究九十年代中期Povirk, Gusev等人就研究证明了可以用一个有限体积的代表体元来代替整体复合材料，模拟其细观结构，从而建立复合材料的宏观性能同其组分材料性能及细观结构之间的定量关系。随着计算机技术的高速发展，数值分析方法在复合材料力学分析中成为不可缺少的工具，在做计算数值模拟时，建立合适的数学模型，是进行数值模拟计算复合材料等效性能的基础。基于有限元法的多尺度等效性能计算是目前一种行之有效的研究复合材料细观结构与宏观力学行为之间关系的重要方法。采用这种方法的前提是建立复合材料的有限元模型，包括随机颗粒分布区域的几何建模和网格剖分，然后才能进行多尺度计算。对于复合材料等效性能计算的数值方法，国内外已经发展了名目繁多的各种数值方法。一般来说，可以分为反分析法、直接分析法。其中反分析法实质就是根据现场观测结果，来反演复合材料力学参数。反分析法主要依赖于材料程的实测位移、本构模型以及材料参数的假定。由于现场观测资料的获取受客观条件影响和对复合材料认识上的不足，往往造成模型和材料参数假定与实际差异很大，因而该方法在实际应用中遇到了一些困难。为此，人们试图选择另一种途径---直接分析法来预测复合材料的力学参数。由于离散元元方法没有很好解决对复合材料离散后的计算结果的误差，因此基于离散单元法计算宏观力学参数的研究较少目前主要是基于有限元法的数值分析法，其计算过程是首先建立颗粒材料的统计模型，然后模拟出不同尺度的复合材料"试件";这样得到的复合材料"试件"，可以视为由基体和增强颗粒两部分组成，其力学参数可以在实验室分别确定，然后应用有限元方法进行分析，进而得到颗粒统计力学参数即。这一方法计算结果的正确性取决于颗粒统计模型的正确性以及有限元算法的合理性，这一过程虽然有误差，但是误差不会比原位实测更大。该方法的不足之处在于为避免尺寸效应，模拟不同尺度"试件"时，增加了计算成木，并且当计算尺度增大时，"试件"内的颗粒数目明显增加，给有限元的剖分和计算带来了困难。还有学者基于有限元方法，基于等效观点，对颗粒增强复合材料的等效性能进行了研究，即根据一定的等效原则，宏观地考虑颗粒对材料力学特性的影响，将整个颗粒增强复合材料均匀化、连续化，然后用有限元计算得到等效力学特性.按等效方式来分，主要有材料参数等效法、能量等效法等，这些等效方法有其适用的一面，但仍有一定局限性，例如等效体的尺寸效应问题等.关于材料参数的均匀化理论.作为一种研究复合材料宏观性质的新方法，数学家们已进行了大量的研究，例如A.Bensousson,J.L.Lion、等针对小周期结构问题的渐进分析，给出了均匀化材料系数的概念；O.A.Oleinik等对具有小周期结构的均匀化理论和一阶渐进分析理论进行了深入研究；T.Hou和陈志明等在此基础上给出了一阶渐进展开有限元的理论估计；崔俊芝等针对小周期结构提出了双尺度祸合算法。针对具有对称性的基本胞体给出了高阶渐进展式和有限元估计，并把此方法运用到工程计算中，从而使的均匀化从理论分析进入了数值计算。阶段和实际应用阶段，使得微观构造十分复杂的非均质材料的宏观力学参数计算成为现实，并且给出了计算周期性编制复合材料的等效力学参数的双尺度方法。在进行等效计算时，首先需建立材料的单胞模型，如二维单胞模型、二维多颗粒单胞模型、三维单胞模型、三维多颗粒单胞模型及代表体单元模型。武汉理工大学的瞿鹏程教授等，根据扫描电镜试样截面细观图，建立了有限元模型，并且成功预测出了SiC颗粒增强Al基复合材料等效弹塑性力学性能特征曲线。Soppa根据体积含量10%Al2O3,增强6061Al基复合材料的实验细观图，构件有限元分析模型，观察残余热应力对PRMMCs变形和破坏的影响。Han等人采用三维多颗粒单胞模型研究PRMMCs的力学性能和裂纹的产生。二、复合材料微结构拓扑优化研究结构拓扑优化是结构形状优化的发展，是布局优化的一个方面。当形状优化逐渐成熟后，结构拓扑优化这一新的概念就开始发展，现在拓扑优化正成为国际结构优化领域一个最新的热点。以Roderick Lakes（1987，1993）提出的具有负泊松比系数的泡沫材料以及对通过不同组分材料的复合可以获得任何单相材料无法比拟的极端材料特性(如零膨胀系数、零剪切性能)新发现的阐述为标志，材料微结构的优化设计被纳入拓扑优化领域。特别是由Sigmund于九十年代中期提出来的，现在己经成为材料研究领域的前沿课题之一。而在2002年的第9届AIAA年会上Kalidindi等人提出了"微结构灵敏设计(MSD-Microstructure Sensitive Design)"概念，进一步完善与发展了微结构构型与组分优化设计的思想与体系。这些开创性的工作为复合材料与结构的拓扑优化设计奠定了坚实的基础，进一步促进了材料微结构的优化设计。复合材料的宏观性能可由微结构单胞使用均匀化技术得到，通过对微结构单胞进行拓扑优化设计可获得具有良好特性的复合材料，例如负的泊松比、负的热膨胀系数、零剪切性能以及良好压电特性的压电材料。对单胞的拓扑优化设计，问题可分为两类:一是满足本构模量等于给定值的最小体积百分含量问题;二是满足一系列体积约束和对称条件的极值材料常数问题。Silva基于均匀化方法展开了具有极端性能的二维和三维压电材料的优化设计;国内袁振、吴长春进行了极端性能的弹性材料优化设计，杨卫等采用优化准则法进行具有特定性能的微结构设计，实现了具有负泊松比的材料设计。基于传热性能的微结构优化设计目前还处于初期阶段，张卫红等基于均匀化方法进行材料的热传导性能预测，在给定材料用量下进行复合材料的设计，得到具有极端热传导性能的复合材料。拓扑优化兼有尺寸优化和形状优化的复杂性，微结构最终拓扑形式是未知的。以最小柔度作为目标函数的微结构拓扑优化而得到的蜂窝状结构，为标准的规则正六边行蜂窝结构。三、小结金属基复合材料是近年来迅速发展起来的一种高技术新型工程材料，以其优越的性能受到国内外的高度重视。SiC颗粒增强铝基复合材料是目前复合材料中最引人注目的体系之一，不论是在理论上还是在实验上均是理想的复合材料研究对象。本文综述了国内外对金属基复合材料的有效性能研究和复合材料微结构拓扑优化，对金属基复合材料研究具有一定的知道意义。

1、纳米Fe_3O_4及Fe_3O_4-SrFe_(12)O_(19)吸波复合材料的制备及性能2、纳米Ag颗粒/In-3Ag复合焊料的微观组织演变3、基于宏微观分析的碳纤维增强高分子复合材料强度性能表征4、新型无卤膨胀阻燃聚丙烯的制备及阻燃性能5、热残余应力对内埋光纤光栅传感性能的影响6、独角仙鞘翅微结构及其纳米力学性能7、聚丙烯-钢纤维混杂高强混凝土高温性能研究8、复合材料层合板准静压损伤的数值模拟9、MgO/Li_2O(mol)及烧结温度对结合剂及cBN磨具性能的影响10、复合材料层合板临界屈曲载荷分散性研究11、Si、Mg含量对离心铸造原位颗粒增强Al-xSi-yMg复合材料的组织与耐磨性能的影响12、颗粒增强金属基复合材料涂层的制备及其特性与应用13、三维五向编织复合材料渐进损伤分析的数值方法14、纳米银/环化聚丙烯腈复合物的制备与结构表征15、功能化碳纳米管的制备及功能化碳纳米管/尼龙6复合纤维16、石墨烯/聚苯胺复合材料的电磁屏蔽性能17、二维编织C/SiC复合材料的非线性损伤本构模型与应用18、压电复合材料表面化学镀镍工艺及镀层性能19、微米级煅烧羟基磷灰石/壳聚糖复合膜的制备及性能20、纳米TiO_2颗粒弱界面增强复合材料宏观力学行为有限元模拟

建筑材料及检测性能毕业论文

建筑工程项目的优劣直接关系到建筑企业的生存和发展。我为大家整理的大专建筑工程技术论文，希望你们喜欢。大专建筑工程技术论文篇一 做好建筑工程管理工作,提高建筑工程质量 摘要： 建筑工程项目质量的优劣直接关系到建筑企业的生存和 发展。为加强项目 管理力度，提高建筑工程质量，应组建与工程项目相适应的项目经理部，建立和健全以项目经理为首的各级质量责任制，开展质量 教育 和贯彻“三位一体”系列标准，落实各项管理规定， 应用科技进步成果，落实工序质量控制，发挥专职质检人员的职能，建立健全奖罚制度。 关键词：建筑工程管理工程质量项目经理部 安全生产 标准 工程项目质量管理的目的是通过管理 工作，使建设项目科学决策、精心设计、精心施工，建设质量合格的工程项目，保证投资目标的实现。而建筑施工企业项目质量管理的目标是按质按量完成项目施工 合同中所规定的施工任务，为企业创造 经济效益和良好的市场 信誉。 一、组建与工程项目相适应的项目经理部 承接工程时，根据工程项目的特点和规模，组建工程项目管理部，选择与之相适应的项目经理、技术质量负责人和主要的施工管理人员，这是保证工程质量的前提。 (1)项目经理是工程项目的代理人，接受企业法人的委托，对工程项目实行全方位、全过程的管理，是工程项目质量、安全、效益方面的第一责任人。项目经理应具备思维敏捷、 实践 经验 丰富、工作认真、坚持原则、具有丰富的业务知识及善于处理人际关系等条件 (2)为工程所组建的工程项目管理部的领导班子在工程项目的实施过程中要团结协作，工作过程中要目标一致，团队成员的整体意识要强烈。领导班子成员在工作过程中要严格执行党和国家的方针、政策，遵守相关的国家法律和地 方法 规，认真执行上级主管部门的有关规定，自觉维护国家利益，保护国家财产，正确对待和处理国家、企业(集体)和职工三者的利益关系。 实践证明，凡是项目经理的质量意识和管理意识强，项目班子全体人员工作齐心协力，目标一致，那么项目工程预定的质量目标就能够完成得非常好，就会创造出一批优质样板工程。同时也会培养、锻炼出一批优秀的、年轻的项目经理，形成一大批优秀的项目施工管理人员。 二、建立和健全以项目经理为首的各级质量责任制 (1)制度健全、责任明确、落实认真是保证工程质量的基础。项目经理部组建以后，建筑企业的质量部门须视工程规模和工程承包的合同内容，健全质量保证体系：设立工程、技术、质量、安全、核算、物资等相关职能部门，同时建立起与之配套的一系列 规章制度 ：建立健全以项目经理为首的各级质量责任制，明确项目经理是工程项目的第一责任人;对负责质量的生产副经理、技术负责人、各管理科室、工长、专职质量检查员等都要有明确具体的质量职能和责任要求。项目经理和各管理科室要定期检查考核各类质量责任制的落实情况，对不落实的或责任分工不够明确的要予以纠正和明确。对于质量责任制落实过程中严重违规的部门和主要责任人员要给予严肃的处理。 (2)项目质量管理体系建立之后，应 组织制定质量管理体系文件并组织全体人员认真学习讨论，全面贯彻落实，要突出全员、全过程、全方位、方式多种多样的质量管理体系宗旨，做到“处处有人抓、时时有人管、事事有制约”良好态势，形成人人重视工程质量的氛围。 (3)项目领导班子应根据工程的特点，结合施工组织设计的编制，指定适合本项目特点的质量 计划，将工程质量目标层层分解，层层下达，层层落实，落实到每个作业班组，落实到岗位和个人，使每个人都了解完成本职工作的质量要求和具体的质量标准，明确各自的努力方向。 三、建立建筑施工企业安全生产标准化机制 标准化机制包括制控机制、约束机制、运行机制。三种机制互相独立又互相融合，他们共同作用才能保证建筑施工企业的安全管理活动的全过程受到有效控制，安全管理水平才能得到持续改进。按此程序推进：控制机制包含教育培训机制，激励机制囊括安全抵押制、安全奖励制、安全考核制、安全曝光制。约束机制包含安全 网络机制、安全行为约束机制、安全责任约束机制。运行机制包含决策层机制、企业调控机制、执行层机制。 四、建立现代建筑施工企业安全管理的防范 措施 现代建筑施工企业安全管理标准化是市场经济条件下走向成熟，走向国际的重要标志之一。 1、以“安全第一，预防为主”为中心，强化安全标准实施，形成严格执行强制性安全标准、自觉自愿执行安全标准的新局面。其举措是：大力推行建筑行业强制性安全标准的贯彻实施，坚决执行安全方针、政策、法律、法规，抓好安全标准的宣传工作。 2、以市场需求为导向，提高安全生产标准水平，增强安全标准适应市场的能力。其举措是：加速建立现代企业制度，积极引进《 职业、安全、健康管理体系》、《 环境管理体系》，使安全管理达到国际先进水平。 3、以安全目标管理为主线，采取一系列相应措施去努力实现这一目标。其举措是：重构企业安全生产责任制。充分体现“安全生产人人有责” 原则，总之，建立安全生产标准化管理机制，控制为实现安全目标全过程的活动。 五、建立和完善竞争、激励、约束和监督四大机制要致力于建立和完善一套有效的竞争、激励、约束和监督机制，在建设一流工程的同时，努力造就一支一流的施工队伍。首先要建立竞争机制，广泛实行竞争上岗制度。按照“公平、公开、公正”的原则，在竞争淘汰的同时，不断引进优秀人才，补充新鲜血液、使机构保持旺盛活力。通过竞争机制，可以促进机关作风的转变，提高工作和办事效率，激发职工的学习热情，提高广大职工的劳动生产积极性。第二要建立约束机制，没有强有力的约束机制，项目管理将会失去控制而难以为续。在建设承包公司党政工作、施工生产、经营管理、后勤保障等各个方面，都需要制订各项规章制度，使各项管理工作有章可循、有法可依。为了使各项规章制度切实发生效力，还应该建立各项奖惩制度，严格兑现奖惩，促使人们严格按照技术标准和规范规程施工作业，促进工程质量和文明施工水平的提高。第三要建立监督机制，围绕提高工程质量和企业经济效益这一中心，切实建立有效的项目管理监督机制。要建立全方位的质量监督与责任追溯系统，实行目标管理，责任到人。加强对劳动和、物资材料及机电设备的干预，建立三大市场 ;同时加强对人工费、材料费、设备费和管理费四大成本的控制。 六、加强成本管理和质量管理项目管理的核心是成本管理，要建立成本管理的责任体系与运行机制，把公司作为项目成本管理的中心，负责合同成本目标的总控制。通过对合同单价的分解、调整、综合、平衡，确定内部核算单价，提出目标成本指导性计划，对作业层成本运行与管理进行指导和监督;二级单位作业层负责执行管理层制定下达的目标成本分解指标，严格按照内部核算单价控制成本消耗，自负盈亏。总工程师负责组织技术人员优化施工方案，改进技术措施，鼓励能工巧匠开展技术革新和工艺创新，为有效实施成本控制提供技术支持。总经济师以合同为依据，组织编制施工成本预算计划，确定项目目标成本，并负责层层分解和监督成本执行情况。总 会计师对项目成本运行及实际消耗状况，对项目施工进行成本核算与成本分析，计算和反映项目盈亏，检查成本控制目标是否实现，并 总结 成本控制的经验教训。 参考文献： [1] 杨钊. 试论建筑工程质量管理[J]. 黎明职业大学学报, 2000, (03)[2] 罗凌. 如何搞好建筑工程质量管理[J]. 山西交通科技, 2001, (S1) [3] 徐斌. 强化建设项目管理,切实提高工程质量[J]. 山东科技大学学报( 社会科学版), 1999, (02) [4] 唐成涛. 建筑工程质量及安全生产管理浅论[J]. 彭城职业大学学报, 1998, (03) 大专建筑工程技术论文篇二 探讨建筑材料检测在建筑工程中的作用 建筑工程材料质量直接影响着整个建筑工程的质量，是保障人民群众生命财产安全的基础。因此，必须切实提高建筑工程的质量，强化建筑工程材料质量检测工作，推进与之相关的检测标准、规范的建立和完善，相关单位和部门也需互相配合，共同努力。只有这样才能有效提升建筑工程材料的检测过程的工作水平和检测水平，使检测结果更为准确，为建筑工程整体质量提供保障。 一、 建筑钢结构材料检测概况 1. 1 钢结构材料的性能 钢结构材料本身具有基本的高强度、 可塑性、冷脆破坏性和可焊性等性能,这是从钢材结构的性能来说。但是从材料性质的单项指标来看，并不能代表和包括其全部特点。建筑材料的性能评判还应当采集一定的数据作为参考依据:如钢结构材料的生产时间年限、钢结构材料所供有的技术条件和产品 说明书 、技术指标、极限强度、屈服强度、受拉的延伸率、反复弯曲等等。钢结构建筑庞大的市场和钢结构本身所具有的性能优势，使得其在我国的建筑工程上必然有着强大的生命力。钢结构体系，由于其施工工期短，工业化程度高，无污染，无建筑垃圾，是我国建筑市场的发展趋势。进一步而言，随着钢结构的深度发展，钢结构体系必然会在多层民用建筑中推广使用。 2 水泥材料的性能 水泥产品是建筑工程建设的重要原材料之一，在城市的建设中发挥着极其重要的组件性作用，水泥产品质量的好坏直接影响着建筑工程基础的载体质量，同时也就间接地关系着人们的生命财产安全。为了确保水泥的施工性能，水泥的调和水通常都会比水泥水化所需水量多 1 倍 ～2 倍，这部分多出来的水分会在水泥的输送和硬化过程中积聚在集料、钢筋的下表面或者是渗透到混凝土的表面，这就是水泥的泌水性，水泥的泌水性越大，则构件的抗冻、抗渗以及耐蚀性就越差。水泥的保水性指的是当水泥浆体在静止时不会析出的水分，但当水泥浆体处于振荡、真空以及吸水板等条件下时便会放出水分。而抗渗性指的是构件抵抗水渗透的作用，水灰比越大，则抗渗性能就越差。 1. 3 砂的性能 砂的细度模数反映了其所有颗粒的精细程度，砂的细度模数并不完全反映级配情况，在配制混凝土时要同时考虑砂的细度模数以及级配情况;对于高强度混凝土应该选用中砂，细度模数大概为 2. 9 ～2. 6。砂的坚固性，对于有抗冲击、耐磨以及抗疲劳要求的混凝土用砂，或者是经常处于水位变化以及有腐蚀介质作用的地下结构所使用的混凝土砂，其循环以后的损失率不应该超过8% 。砂中杂质的最大含量，对于具有抗渗、抗冻或其他特殊要求的混凝土用砂，其总的含泥量不可以超过 3%，泥块的含量不可以超过 1%，云母的含量不可以大于 1%。如果砂中含有硫化物或者硫酸盐，那就应该进行混凝土的耐久性测试，满足要求以后方能使用。 1. 4 碎石的性能 在土 木工 程当中，碎石是一种非常重要的建筑材料，它具有孔隙率大、强度高以及渗透性强等特点，在建设工程当中多用于支撑上部构造以及提高地基强度，同时还可以排出地下水，减少地下水对建筑构造的危害。碎石的密实度，其数值的大小不能仅用孔隙比来衡量，颗粒形状、大小以及不均匀系数不同的两组碎石，尽管其孔隙比完全相等，但其密实度却相差很大，所以应该按相对密度指标来表示其密实状态。在进行碎石的渗透以及相对密度试验时应该要考虑这些问题，从而研究夯实对碎石的渗透性能和体积的变化影响，为碎石盲沟、碎石渗井、碎石渗沟以及其他工程的设计和施工提供依据。 二、建筑钢结构材料检测标准与方法 2.1建筑钢结构材料检测方法 针对国家强制性的法律性的钢结构材料检测标准，钢材料的检测方法有以下几种:钢结构材料在性能上的检测。首先，钢结构材料在其强度性能上的检测:调整试验机测力度盘的指针，然后对准 0 点，并拨动副指针，致使其与主指针重合;将试件固定在试验机夹头内，启动试验机进行拉伸;拉伸过程中，测力度盘的指针停止转动时的恒定荷载，或不计初始瞬时效应时的最小荷载，即为所测的屈服点荷载;向试件不断加力直到拉断为止，读出测力度盘最大荷载，即为抗拉极限荷载。强度高的构件较安全，而且高强度的钢筋对建筑物的承载力也非常强大。其次，在钢筋的延展性能上。钢筋的变形程度是其延展性能的主要体现，与强度性能占有同等重要的地位。往年的建筑工程事故调查数据表明:因为钢筋材料的延展性不够，导致建筑物的断裂从而造成了建筑事故。其主要检测方法是:将已拉断试件的两端在断裂处对齐，尽量使其轴线位于一条直线上;若由于拉断处各种原因形成缝隙，则此缝隙应计入试件拉断后的标距部分长度内;若拉断处与最近的标距端点的距离大于 1/3 时，就用卡尺直接量出被拉长的标距长度(毫米);若试件在标距端点上或标距处断裂，则试验结果无效，应重新试验。最后，钢材料在弯曲性能上的检测。钢材料力学性能的稳定性也主要体现在钢筋的弯曲性能上。所以弯曲试验是检测钢材料弯曲性的主要试验检测法。冷弯试验是将钢筋试样在规定直径的弯心上弯到 90°或 180°，进而检查试样有没出现裂缝、鳞落、断裂等现象。这不仅可以检测钢筋原材料质量，还能检测钢筋焊接接头质量。 2.2 水泥材料的检测方法 在对样品进行筛析之前，应该首先将负压筛放于圆柱体筛座之上，并且还要盖上筛盖，再接上物理电源，同时还要认真地检查电子控制系统，把负压调节在 4 000 Pa ～6 000 Pa 的额定范围内。然后准确地取出样品，把它放入负压筛中，再把盖子盖上，然后置于筛座之上，开动筛析仪，使之运转 2 min，在此期间，如果需要中途添加试样，那就应该把已经准备好的试样附着于筛盖之上，并且轻轻地敲击几下，让试样完全落于负压筛之中。等到筛选完以后，再利用天平称量剩下的试样。 2.3砂的检测方法 称取烘干的试样 500 g(特细的砂可以称 250 g)，然后将其放于按照筛孔大小排列的套筛的最上面一只筛上，再把套筛装于摇筛机内固定，筛 10 min，然后把套筛取出，再按照筛孔从大到小的顺序，在洁净的浅盘上进行手筛，直到每分钟所筛出来的量低于试样总量的0.1%为止，然后通过颗粒并入到下一只筛中，并与下一只筛里的试样一并手筛，按照顺序进行，直到全部筛完为止。 2.4碎石的检测方法 按照相关规定进行取样，并且把试样缩分为略大于表 1 所规定的数量，风干或者烘干以后备用。 称取表1 所规定的试样一份，注意要精确到1 g。把试样倒入到按照孔径大小由上往下组合的套筛中，再进行筛分。把套筛装于摇筛机，摇 10 min，把套筛取下，按照筛孔的大小顺序进行手筛，直到每分钟通过的量不超过试样总量的0.1%为止，把通过的试样放入下一号筛之中，并跟下一号筛中的试样一起进行过筛，直至各筛完全筛完为止。 三、结语 努力提高建筑材料的检测技术水平，是确保建筑工程质量的重要手段。建筑材料质地的好坏直接影响了建筑工程质量的优劣。所以说建筑材料的性能、质量与建筑工程的质量、效率是一脉相承的。加强建筑材料检测体系的管理力度，是我们建筑工程在提高工程质量上的重要保证。 看了大专建筑工程技术论文的人还看 1. 建筑工程技术论文范文 2. 建筑工程技术研究论文范文 3. 建筑工程技术管理毕业论文3篇 4. 建筑工程技术毕业论文范文 5. 浅谈工程技术建设论文

混凝土简析摘要：在土建工程中，混凝土是用途最广、用量最大的建筑材料之一。近百年来，混凝土强度不断的提高成为它主要的发展趋势。发达国家越来越多的使用50MPa以上的高强混凝土。有些远见卓识的专家考虑到某些工程的需要，在提出高强度的同时，也提出耐久性和施工和易性的要求，尤其是近5年，在很多重要工程中都成功地采用高性能混凝土。关键词：混凝土 耐久性 强度高性能混凝土具有丰富的技术内容，尽管同业对高性能混凝土有不同的定义和解释，但彼此均认为高性能混凝土的基本特征是按耐久性进行设计，保证拌和物易于浇筑和密实成型，不发生或尽量少发生由温度和收缩产生的裂缝，硬化后有足够的强度，内部孔隙结构合理而有低渗透性和高抗化学侵蚀。一、基于上述特点，高性能混凝土成为我国近期混凝土技术的主要发展方向。高性能混凝土的核心是保证耐久性。耐久性对工程量浩大的混凝土工程来说意义非常重要，若耐久性不足，将会产生极严重的后果，甚至对未来社会造成极为沉重的负担。据美国一项调查显示，美国的混凝土基础设施工程总价值约为6万亿美元，每年所需维修费或重建费约为3千亿美元。美国50万座公路桥梁中20万座已有损坏，平均每年有150-200座桥梁部分或完全坍塌，寿命不足20年；美国共建有混凝土水坝3000座，平均寿命30年，其中32%的水坝年久失修；而对二战前后兴建的混凝土工程，在使用30-50年后进行加固维修所投入的费用，约占建设总投资的40%-50%以上。回看中国，我国50年代所建设的混凝土工程已使用40余年。如果平均寿命按30-50年计，那么在今后的10-30年间，为了维修这些建国以来所建的基础设施，耗资必将是极其巨大的。而我国目前的基础设施建设工程规模宏大，每年高达2万亿人民币以上。照此来看，约30-50-年后，这些工程也将进入维修期，所需的维修费用和重建费用将更为巨大。因此，高性能混凝土更要从提高混凝土耐久性入手，以降低巨额的维修和重建费用。一般混凝土工程的使用年限约为50-100年，不少工程在使用10-20年后，有的甚至使用9年以后，即需要维修。用普通水泥混凝土所完成的工程不能满足耐久性要求的根本原因，在于混凝土本身的内部结构。二、影响混凝土耐久性的主要因素大致可以分为以下几点：（一）、在混凝土工程中为了满足混凝土施工工作性要求，即用水量大、水灰比高，因而导致混凝土的孔隙率很高，约占水泥石总体积的25%-40%，特别是其中毛细孔占相当大部分，毛细孔是水分、各种侵蚀介质、氧气、二氧化碳及其它有害物质进入混凝土内部的通道，引起混凝土耐久性的不足。（二）水泥石中的水化物稳定性不足也会对耐久性产生影响。例如，波特兰水泥水化后的主要化合物是碱度较高的高碱性水化矽酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙。此外，在水化物中还有数量很大的游离石灰，它的强度极低、稳定性极差，在侵蚀条件下，是首先遭到侵蚀的部分。要大幅度提高混凝土的耐久性，就必须减少或消除这些稳定性低的组分，特别是游离石灰。（三）、根据对影响混凝土耐久性的主要因素的分析，就可以找出提高混凝土耐久性的主要技术途径。如上分析，要提高混凝土的耐久性，必须降低混凝土的孔隙率，特别是毛细管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但如果纯粹的降低用水量，混凝土的工作性将随之降低，又会导致捣实成型共所困难，同样造成混凝土结构不致密，甚至出现蜂窝等宏观缺陷，不但混凝土强度降低，而且混凝土的耐久性也同时降低。目前提高混凝土耐久性基本有以下几种方法：三、 掺入高效减水剂：（一）、在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减少水灰比，使混凝土的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后，会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中，包裹着许多拌和水，从而降低了新拌混凝土的工作性。施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必须在拌和时相应地增加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂的定向排列，使水泥质点表面均带有相同电荷。在电性斥力的作用下，不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态，还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，同时使水泥絮凝体内的游离水释放出来，因而达到减水的目的。许多研究表明，当水灰比降低到0.38以下时，消除毛细管孔隙的目标便可以实现，而掺入高效减水剂，完全可以将水灰比降低到0.38以下。（二）、 掺入高效活性矿物掺料：普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足，是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中掺入活性矿物的目的，在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。活性矿物掺料中含有大量活性Si02及活性Al203，它们能和波特兰水泥水化过程中产生的游离石灰及高碱性水化矽酸钙产生二次反映，生成强度更高、稳定性更优的低碱性水化矽酸钙，从而达到改善水化胶凝物质的组成，消除游离石灰的目的，使水泥石结构更为致密，并阻断可能形成的渗透路。此外，还能改善集料与水泥石的界面结构和界面区性能。这些重要的作用，对增进混凝土的耐久性及强度都有本质性的贡献。（四） 消除混凝土自身的结构破坏因素：除了环境因素引起的混凝土结构破坏以外，混凝土本身的一些物理化学因素，也可能引起混凝土结构的严重破坏，致使混凝土失效。例如，混凝土的化学收缩和干缩过大引起的开裂，水化性过热过高引起的温度裂缝，硫酸铝的延迟生成，以及混凝土的碱骨料反映等。因此，要提高混凝土的耐久性，就必须减小或消除这些结构破坏因素。限制或消除从原材料引入的碱、S03、C1- 等可以引起破坏结构和侵蚀钢筋物质的含量，加强施工控制环节，避免收缩及温度裂缝产生，以提高混凝土的耐久性。四、 保证混凝土的强度：尽管强度与耐久性是不同概念，但又密切相关，它们之间的本质联系是基于混凝土的内部结构，都与水灰比这个因素直接相关。在混凝土能充分密实条件下，随着水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的强度不断提高。与此同时，随着孔隙率降低，混凝土的抗渗性提高，因而各种耐久性指标也随之提高。在现在的高性能混凝土中，除掺入高效减水剂外，还掺入了活性矿物材料，它们不但增加了混凝土的致密性，而且也降低或消除了游离氧化钙的含量。在大幅度提高混凝土强度的同时，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。此外，在排除内部破坏因素的条件下，随着混凝土强度的提高，其抵抗环境侵蚀破坏的能力也越强。高性能混凝土在配制上的特点是低水灰比，选用优质原材料，除水泥、水和骨料外，必须掺加足够数量的矿物集料和高效减水剂，减少水泥用量，减少混凝土内部孔隙率，减少体积收缩，提高强度，提高耐久性。五、混凝土工程中的耐久性问题强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标,因以往工程中习惯上只重视混凝土的强度,或片面追求高强度而忽视混凝土的耐久性.混凝土的耐久性是使用期内结构保证正常功能的能力,关系结构物的使用寿命,随着结构物老化和环境污染的加重,混凝土耐久性问题已引起了各主管部门和广大设计,施工部门的重视.曾有调查表明,国内大多数工业建筑在使用25-30年后即需大修,处于严酷环境下的建筑物的使用寿命仅15-20年,桥梁,港口等基础设施工程尤其严重.许多工程建成后几年就出现钢筋锈蚀,混凝土开裂.有专家指出,我国大干基础设施工程建设的高潮还需延续,而由于忽视耐久性问题,迎接我们的还会有大修的高潮,其耗费将倍增于工程建设时的投资.而其原因却往往是由于混凝土耐久性不足引起的.六、混凝土结构耐久性问题的分析混凝土耐久性问题,是指结构在所使用的环境下,由于内部原因或外部原因引起结构的长期演变,最终使混凝土丧失使用能力.即所为的耐久性失效,耐久性失效的原因很多,有抗冻失效,碱-集料反应失效,化学腐蚀失效,钢筋锈蚀造成结构破坏等.下面作具体分析.七、混凝土的冻融破坏当结构处于冰点以下环境时,部分混凝土内孔隙中的水将结冰,产生体积膨胀,过冷的水发生迁移,形成各种压力,当压力达到一定程度时,导致混凝土的破坏.混凝土发生冻融破坏的最显著的特征是表面剥落,严重时可以露出石子.混凝土的抗冻性能与混凝土内部的孔结构和气泡含量多少密切相关.孔越少越小,破坏作用越小,封闭气泡越多,抗冻性越好.影响混凝土抗冻性的因素,除了孔结构和含气量外,还包括:混凝土的饱和度,水灰比,混凝土的龄期,集料的孔隙率及其间的含水率等.。八、混凝土的拌制尽量采用二次搅拌法,裹砂法,裹砂石法等工艺,提高混凝土拌合料的和易性,保水性,提高混凝土强度,减少用水量;大体积混凝土的浇筑振捣应控制混凝土的温度裂缝,收缩裂缝,施工裂缝,建立混凝土的浇筑振捣制度,提高混凝土密实度和抗渗性,重视混凝土振捣后的表面工序,并加强养护,以减少混凝土裂缝.混凝土的施工过程对控制构件外观裂缝,施工裂缝至关重要,应加强施工质量管理,特殊季节施工的混凝土结构,尚应采取特殊措施.九、 结构的日常维护结构在使用阶段,应注意检测,维护和修理,对处于露天和恶劣环境下的基础设施工程更应如此,,建立检测和评估体系,及时发现,及时修理,确保混凝土结构的正常使用。参考文献：1、《混凝土结构的耐久性设计方法》 陈肇元 编 《建筑技术》（m）2、《建筑施工技术》

有机发光材料合成与性能研究论文

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引言：提起“纳米”这个词，可能很多人都听说过，但什么是纳米，什么是纳米材料，可能很多人并不一定清楚，本文主要对纳米及纳米材料的研究现状和发展前景做了简介，相信随着科学技术的发展，会有越来越多的纳米材料走进人们的生活，为人类造福。 纳米是英文namometer的译音，是一个物理学上的度量单位，1纳米是1米的十亿分之一；相当于45个原子排列起来的长度。通俗一点说，相当于万分之一头发丝粗细。就象毫米、微米一样，纳米是一个尺度概念，并没有物理内涵。当物质到纳米尺度以后，大约是在1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，象铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。 在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方厘米400g的磁性纳米棒阵列的量子磁盘，成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器，价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件，用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。 研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的源泉。由于纳米结构单元的尺度（1～100urn）与物质中的许多特征长度，如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体，从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题；纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。 1研究形状和趋势 纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术，带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究，在千年交替的关键时刻，迎接新的挑战，抓紧纳米材料和柏米结构的立项，迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。 纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。进入90年代，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽。一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们预料，基础研究和应用研究都取得了重要的进展。美国已成功地制备了晶粒为50urn的纳米cu材料，硬度比粗晶cu提高5倍；晶粒为7urn的pd，屈服应力比粗晶pd高5倍；具有高强度的金属间化合物的增塑问题一直引起人们的关注，晶粒的纳米化为解决这一问题带来了希望， 根据纳米材料发展趋势以及它在对世纪高技术发展所占有的重要地位，世界发达国家的政府都在部署本来10～15年有关纳米科技研究规划。美国国家基金委员会（nsf）1998年把纳米功能材料的合成加工和应用作为重要基础研究项目向全国科技界招标；美国darpa（国家先进技术研究部）的几个计划里也把纳米科技作为重要研究对象；日本近年来制定了各种计划用于纳米科技的研究，例如 ogala计划、erato计划和量子功能器件的基本原理和器件利用的研究计划，1997年，纳米科技投资1.28亿美元；德国科研技术部帮助联邦政府制定了1995年到2010年15年发展纳米科技的计划；英国政府出巨资资助纳米科技的研究；1997年西欧投资1.2亿美元。据1999年7月8日《自然》最新报道，纳米材料应用潜力引起美国白宫的注意；美国总统克林顿亲自过问纳米材料和纳米技术的研究，决定加大投资，今后3年经费资助从2.5亿美元增 加至5亿美元。这说明纳米材料和纳米结构的研究热潮在下一世纪相当长的一段时间内保持继续发展的势头。 2国际动态和发展战略 1999年7月8日《自然》（400卷）发布重要消息 题为“美国政府计划加大投资支持纳米技术的兴 起”。在这篇文章里，报道了美国政府在3年内对纳米技术研究经费投入加倍，从2.5亿美元增加到5亿美元。克林顿总统明年2月将向国会提交支持纳米技术研究的议案请国会批准。为了加速美国纳米材料和技术的研究，白宫采取了临时紧急措施，把原1.97亿美元的资助强度提高到2.5亿美元。《美国商业周刊》8月19日报道，美国政府决定把纳米技术研究列人21世纪前10年前11个关键领域之一，《美国商业周刊》在掌握21世纪可能取得重要突破的3个领域中就包括了纳米技术领域（其它两个为生命科学和生物技术，从外星球获得能源）。美国白宫之所以在20世纪即将结束的关键时刻突然对纳米材料和技术如此重视，其原因有两个方面：一是德科学技术部1996年对2010年纳米技术的市场做了预测，估计能达到14400亿美元，美国试图在这样一个诱人的市场中占有相当大的份额。美国基础研究的负责人威廉姆斯说：纳米技术本来的应用远远超过计算机工业。美国白宫战略规划办公室还认为纳米材料是纳米技术最为重要的组成部分。在《自然》的报道中还特别提到美国已在纳米结构组装体系和高比表面纳米颗粒制备与合成方面领导世界的潮流，在纳米功能涂层设计改性及纳米材料在生物技术中的应用与欧共体并列世界第一，纳米尺寸度的元器件和纳米固体也要与日本分庭抗礼。1999年7月，美国加尼福尼亚大学洛杉矾分校与惠普公司合作研制成功100urn芯片，美国明尼苏达大学和普林斯顿大学于1998年制备成功量子磁盘，这种磁盘是由磁性纳米棒组成的纳米阵列体系，10bit／s尺寸的密度已达109bit／s，美国商家已组织有关人员迅速转化，预计2005年市场为400亿美元。1988年法国人首先发现了巨磁电阻效应，到1997年巨磁电阻为原理的纳米结构器件已在美国问世，在磁存储、磁记忆和计算机读写磁头将有重要的应用前景。 最近美国柯达公司研究部成功地研究了一种即具有颜料又具有分子染料功能的新型纳米粉体，预计将给彩色印橡带来革命性的变革。纳米粉体材料在橡胶、颜料、陶瓷制品的改性等方面很可能给传统产业和产品注入新的高科技含量，在未来市场上占有重要的份额。纳米材料在医药方面的应用研究也使人瞩目，正是这些研究使美国白宫认识到纳米材料和技术将占有重要的战略地位。原因之二是纳米材料和技术领域是知识创新和技术创新的源泉，新的规律新原理的发现和新理论的建立给基础科学提供了新的机遇，美国计划在这个领域的基础研究独占“老大”的地位。 3国内研究进展 我国纳米材料研究始于80年代末，“八五”期间，“纳米材料科学”列入国家攀登项目。国家自然科学基金委员会、中国科学院、国家教委分别组织了8项重大、重点项目，组织相关的科技人员分别在纳米材料各个分支领域开展工作，国家自然科学基金委员会还资助了20多项课题，国家“863”新材料主题也对纳米材料有关高科技创新的课题进行立项研究。1996年以后，纳米材料的应用研究出现了可喜的苗头，地方政府和部分企业家的介入，使我国纳米材料的研究进入了以基础研究带动应用研究的新局面。 目前，我国有60多个研究小组，有600多人从事纳米材料的基础和应用研究，其中，承担国家重大基础研究项目的和纳米材料研究工作开展比较早的单位有：中国科学院上海硅酸盐研究所、南京大学。中国科学院固体物理研究所、金属研究所、物理研究所、中国科技大学、中国科学院化学研究所、清华大学，还有吉林大学、东北大学、西安交通大学、天津大学、青岛化工学院、华东师范大学，华东理工大学、浙江大学、中科院大连化学物理研究所、长春应用化学 研究所、长春物理研究所、感光化学研究所等也相继开展了纳米材料的基础研究和应用研究。我国纳米材料基础研究在过去10年取得了令人瞩目的重要研究成果。已采用了多种物理、化学方法制备金属与合金（晶态、非晶态及纳米微晶）氧化物、氮化物、碳化物等化合物纳米粉体，建立了相应的设备，做到纳米微粒的尺寸可控，并制成了纳米薄膜和块材。在纳米材料的表征、团聚体的起因和消除、表面吸附和脱附、纳米复合微粒和粉体的制取等各个方面都有所创新，取得了重大的进展，成功地研制出致密度高、形状复杂、性能优越的纳米陶瓷；在世界上首次发现纳米氧化铝晶粒在拉伸疲劳中应力集中区出现超塑性形变；在颗粒膜的巨磁电阻效应、磁光效应和自旋波共振等方面做出了创新性的成果；在国际上首次发现纳米类钙钛矿化合物微粒的磁嫡变超过金属gd；设计和制备了纳米复合氧化物新体系，它们的中红外波段吸收率可达 92％，在红外保暖纤维得到了应用；发展了非晶完全晶化制备纳米合金的新方法；发现全致密纳米合金中的反常hall－petch效应。 近年来，我国在功能纳米材料研究上取得了举世瞩目的重大成果，引起了国际上的关注。一是大面积定向碳管阵列合成：利用化学气相法高效制备纯净碳纳米管技术，用这种技术合成的纳米管，孔径基本一致，约20urn，长度约100pm，纳米管阵列面积达到 3mm 3mm。其定向排列程度高，碳纳米管之间间距为100pm。这种大面积定向纳米碳管阵列，在平板显示的场发射阴极等方面有着重要应用前景。这方面的文章发表在1996年的美国《科学》杂志上。二是超长纳米碳管制备：首次大批量地制备出长度为2～3mm的超长定向碳纳米管列阵。这种超长碳纳米管比现有碳纳米管的长度提高1～2个数量级。该项成果已发表于1998年8月出版的英国《自然》杂志上。英国《金融时报》以“碳纳米管进入长的阶段”为题介绍了有关长纳米管的工作。三是氮化嫁纳米棒制备：首次利用碳纳米管作模板成功地制备出直径为3～40urn、长度达微米量级的发蓝光氮化像一维纳米棒，并提出了碳纳米管限制反应的概念。该项成果被评为1998年度中国十大科技新闻之一。四是硅衬底上碳纳米管阵列研制成功，推进碳纳米管在场发射平面和纳米器件方面的应用。五是制备成功一维纳米丝和纳米电缆，该成果研究论文在瑞典召开的1998年第四届国际纳米会议宣读后，许多外国科学家给予高度评价。六是用苯热法制备纳米氮化像微晶；发现了非水溶剂热合成技术，首次在300℃左右制成粒度达30urn的氮化锌微晶。还用苯合成制备氮化铬（crn）、磷化钴（cop）和硫化锑（sbs）纳米微晶，论文发表在1997年的《科学》杂志上。七是用催化热解法制成纳米金刚石；在高压釜中用中温（70℃）催化热解法使四氯化碳和钠反应制备出金刚石纳米粉，论文发表在1998年的《科学》杂志上。美国《化学与工程新闻》杂志还发表题为“稻草变黄金---从四氯化碳（cc14）制成金刚石”一文，予以高度评价。 我国纳米材料和纳米结构的研究已有10年的工作基础和工作积累，在“八五”研究工作的基础上初步形成了几个纳米材料研究基地，中科院上海硅酸盐研究所、南京大学、中科院固体物理所、中科院金属所、物理所、中国科技大学、清华大学和中科院化学所等已形成我国纳米材料和纳米结构基础研究的重要单位。无论从研究对象的前瞻性、基础性，还是成果的学术水平和适用性来分析，都为我国纳米材料研究在国际上争得一席之地，促进我国纳米材料研究的发展，培养高水平的纳米材料研究人才做出了贡献。在纳米材料基础研究和应用研究的衔接，加快成果转化也发挥了重要的作用。目前和今后一个时期内这些单位仍然是我国纳米材料和纳米结构研究的中坚力量。 在过去10年，我国已建立了多种物理和化学方法制备纳米材料，研制了气体蒸发、磁控溅射、激光诱导cvd、等离子加热气相合成等10多台制备纳米材料的装置，发展了化学共沉淀、溶胶一凝胶、微乳液水热、非水溶剂合成和超临界液相合成制备包括金属、合金、氧化物、氮化物、碳化物、离子晶体和半导体等多种纳米材料的方法，研制了性能优良的多种纳米复合材料。近年来，根据国际纳米材料研究的发展趋势，建立和发展了制备纳米结构（如纳米有序阵列体系、介孔组装体系、mcm－41等）组装体系的多种方法，特别是自组装与分子自组装、模板合成、碳热还原、液滴外延生长、介孔内延生长等也积累了丰富的经验，已成功地制备出多种准一维纳米材料和纳米组装体系。这些方法为进一步研究纳米结构和准一纳米材料的物性，推进它们在纳米结构器件的应用奠定了良好的基础。纳米材料和纳米结构的评价手段基本齐全，达到了国际90年代末的先进水平。 综上所述，“八五”期间我国在纳米材料研究上获得了一批创新性的成果，形成了一支高水平的科研队伍，基础研究在国际上占有一席之地，应用开发研究也出现了新局面，为我国纳米材料研究的继续发展奠定了基础。10年来，我国科技工作者在国内外学术刊物上共发表纳米材料和纳米结构的论文2400多篇，在国际上排名第五位，其中纳米碳管和纳米团簇在1998年度欧洲文献情报交流会上德国马普学会固体所一篇研究报告中报道中国科技工作者发表论文已超过德国，在国际排名第三位，在国际历次召开的有关纳米材料和纳米结构的国际会议上，我国纳米材料科技工作者共做邀请报告24次。到目前为止，纳米材料研究获得国家自然科学三等奖1项，国家发明奖2项；院部级自然科学一、二等奖3项，发明一等奖3项，科技进步特等奖1项；申请专利 79项，其中发明专利占50％，已正式授权的发明专利6项，已实现成果转化的发明专利6项。 最近几年，我国纳米科技工作者在国际上发表了一些有影响的学术论文，引起了国际同行的关注和称赞。在《自然》和《科学》杂志上发表有关纳米材料和纳米结构制备方面的论文6篇，影响因子在6以上的学术论文（phys．rev．lett，j．ain．chem．soc ．）近20篇，影响因子在3以上的31篇，被sci和ei收录的文章占整个发表论文的 59％。 1998年 6月在瑞典斯特哥尔摩召开的国际第四届纳米材料会议上，对中国纳米材料研究给予了很高评价，指出这几年来中国在纳米材料制备方面取得了激动人心的成果，在大会总结中选择了8个纳米材料研究式作取得了比较好的国家在闭幕式上进行介绍，中国是在美国、日本、德国、瑞典之后进行了大会发言。 4 纳米产业发展趋势 （1）信息产业中的纳米技术：信息产业不仅在国外，在我国也占有举足轻重的地位。2000年，中国的信息产业创造了gdp5800亿人民币。纳米技术在信息产业中应用主要表现在3个方面：①网络通讯、宽频带的网络通讯、纳米结构器件、芯片技术以及高清晰度数字显示技术。因为不管通讯、集成还是显示器件，都要原器件，美国已经着手研制，现在有了单电子器件、隧穿电子器件、自旋电子器件，这种器件已经在实验室研制成功，而且可能在2001年进入市场。②光电子器件、分子电子器件、巨磁电子器件，这方面我国还很落后，但是这些原器件转为商品进入市场也还要10年时间，所以，中国要超前15年到20年对这些方面进行研究。③网络通讯的关键纳米器件，如网络通讯中激光、过滤器、谐振器、微电容、微电极等方面，我国的研究水平不落后，在安徽省就有。④压敏电阻、非线性电阻等，可添加氧化锌纳米材料改性。 （2）环境产业中的纳米技术：纳米技术对空气中20纳米以及水中的200纳米污染物的降解是不可替代的技术。要净化环境，必须用纳米技术。我们现在已经制备成功了一种对甲醛、氮氧化物、一氧化碳能够降解的设备，可使空气中的大于10ppm的有害气体降低到0.1ppm，该设备已进入实用化生产阶段；利用多孔小球组合光催化纳米材料，已成功用于污水中有机物的降解，对苯酚等其它传统技术难以降解的有机污染物，有很好的降解效果。近年来，不少公司致力于把光催化等纳米技术移植到水处理产业，用于提高水的质量，已初见成效；采用稀土氧化铈和贵金属纳米组合技术对汽车尾气处理器件的改造效果也很明显；治理淡水湖内藻类引起的污染，最近已在实验室初步研究成功。 (3)能源环保中的纳米技术：合理利用传统能源和开发新能源是我国当前和今后的一项重要任务。在合理利用传统能源方面，现在主要是净化剂、助燃剂，它们能使煤充分燃烧，燃烧当中自循环，使硫减少排放，不再需要辅助装置。另外，利用纳米改进汽油、柴油的添加剂已经有了，实际上它是一种液态小分子可燃烧的团簇物质，有助燃、净化作用。在开发新能源方面国外进展较快，就是把非可燃气体变成可燃气体。现在国际上主要研发能量转化材料，我国也在做，它包括将太阳能转化成电能、热能转化为电能、化学能转化为电能等。 (4)纳米生物医药：这是我国进入wto以后一个最有潜力的领域。目前，国际医药行业面临新的决策，那就是用纳米尺度发展制药业。纳米生物医药就是从动植物中提取必要的物质，然后在纳米尺度组合，最大限度发挥药效，这恰恰是我国中医的想法。在提取精华后，用一种很少的骨架，比如人体可吸收的糖、淀粉，使其高效缓释和靶向药物。对传统药物的改进，采用纳米技术可以提高一个档次。 (5)纳米新材料：虽然纳米新材料不是最终产品，但是很重要。据美国测算，到21世纪30年代，汽车上40％钢铁和金属材料要被轻质高强材料所代替，这样可以节省汽油40％，减少co2，排放40％，就这一项，每年就可给美国创造社会效益1000亿美元。此外，还有各种功能材料，玻璃透明度好但份量重，用纳米改进它，使它变轻，使这种材料不仅有力学性能，而且还具有其他功能，还有光的变色、贮光，反射各种紫外线、红外线，光的吸收、贮藏等功能。 (6)纳米技术对传统产业改造：对于中国来说，当前是纳米技术切入传统产业、将纳米技术和各个领域技术相结合的最好机遇。首先是家电、轻工、电子行业。合肥美菱集团从1996开始研制纳米冰箱，可折叠的pvc磁性冰箱门封不发霉，用的是抗菌涂料，里面的果盘都采用纳米材料，发展轻工、电子和家用电器可以带动涂料、材料、电子原器件等行业发展；其次是纺织。人造纤维是化纤和纺织行业发展的趋势，中国纺织要在进入wto后能占据有利地位，现在就必须全方位应用纳米技术、纳米材料。去年关于保温被、保温衣的电视宣传，提到应用了纳米技术，特殊功能的有防静电的、阻燃的等等，把纳米的导电材料组装到里面，可以在11万伏的高压下，把人体屏蔽，在这一方面，纺织行业应用纳米技术形势看好；第三是电力工业。利用纳米技术改造20万伏和11万伏的变压输电瓷瓶，可以全方位提高11万伏的瓷瓶耐电冲击的性能，而且釉不结霜，其它综合性能都很好；第四是建材工业中的油漆和涂料，包括各种陶瓷的釉料、油墨，纳米技术的介入，可以使产品性能升级。 1999年8月20日《美国商业周刊》在展望21世纪可能有突破性进展的领域时，对生命科学和生物技术、纳米科学和纳米技术及从外星球上索取能源进行了预测和评价，并指出这是人类跨入21世纪面临的新的挑战和机遇。诺贝尔奖获得者罗雷尔也曾说过：70年代重视微米的国家如今都成为发达国家，现在重视纳米技术的国家很可能成为下一世纪先进的国家。挑战严峻，机遇难得，我们必须加倍重视纳米科技的研究，注意纳米技术与其它领域的交叉，加速知识创新和技术创新，为21世纪中国经济的腾飞奠定雄厚的基础。 编者按：激动人心的纳米时代已经到来，人们的生活即刻将发生巨大的变化，然而，我们也要清醒地看到，市场上真正成熟的纳米材料并不是很多。中科院院士白春礼院士认为，“真正意义的纳米时代还没有到来，我们正在充满信心地迎接纳米时代的到来。” 白春礼说，“人类进入纳米科技时代的重要标志是纳米器件的研制水平和应用程度。”纳米科技发展到今天，距离纳米时代的到来还有多远呢，白春礼说，“纳米研究目前还有许多基础研究在进行中，在纳米尺度上还有大量原理性问题尚待研究，纳米科技现在的发展水平大概相当于计算机技术在20世纪50年代的发展水平，人类最终进入纳米时代还需要30到50年的时间，50年后纳米科技有可能像今天计算机技术一样普及。” 对于纳米科技，科学的态度是积极参与，脚踏实地地推动这一前沿科技的健康发展，既不需要商业炒作，也不需要科学炒作。

稀土掺杂氟化物多波长红外显示材料的研究摘 要本文简单介绍了稀土发光原理、上转换发光材料的大致发展史、红外上转换发光材料的应用以及当前研究现状。以PbF2为基质材料，ErF3为激活剂，YbF3为敏化剂，采用高温固相反应法制备了PbF2: Er,Yb上转换发光材料。重点讨论了制备过程中，制备工艺中的烧结时间、烧结温度对红外激光显示材料发光效果的影响。研究了Er3+/Yb3+发光系统在1064nm激光激发下的荧光光谱和上转换发光的性质。实验表明，在1064nm激光激发下，材料可以发射出绿色和红色荧光，是一种新型的红外激光显示材料。关键字：1064nm 上转换 红外激光显示 Er3+/Yb3+AbstractThis paper simply described the rare earth luminescence mechanism, the development of up-conversion materials and their applications were systematically explained. Present situation of the research on infrared up-conversion luminescence is also presented. PbF2 as matrix, ErY3 as activator and YbF3 as sensitizer were adopted to synthesize PbF2: Er,Yb up-conversion material with high temperature solid-phase reaction. A great emphasize was paid on the factors that effect on the luminescence properties of infrared laser displayed materials such as sinter temperature, time of sinter. The luminescence system of Er3+/Yb3+, their fluorescence spectrum and their character of up-conversion with 1064nm LD as an excitation source were studied. The experimental results that intense green and wed up-conversion emissions were observed under 1064nm LD excitation, which is a new type of infrared laser displayed materials.Key Words: 1064nm Up-conversion Infrared laser displayed materials Er3+/Yb3+目 录摘要Abstract第一章 绪论 11.1 稀土元素的光谱理论简介 11.1.1 稀土元素简介 11.1.2 稀土离子能级 11.1.3 晶体场理论 21.1.4 基质晶格的影响 21.2 上转换发光材料的发展概况 31.3 上转换发光的基本理论 41.3.1 激发态吸收 41.3.2 光子雪崩上转换 41.3.3 能量传递上转换 51.4 敏化机制与掺杂方式 61.4.1 敏化机制 61.4.2 掺杂方式 71.5 上转换发光材料的应用 81.6 本论文研究目的及内容 8第二章 红外激光显示材料的合成与表征 102.1 红外激光显示材料的合成 102.1.1 实验药品 102.1.2 实验仪器 102.1.3 样品的制备 112.2 红外激光显示材料的表征 122.2.1 XRD 122.2.2 荧光光谱 12第三章 结果与讨论 143.1 基质材料的确定 143.2 助熔剂的选择 153.3 烧结时间的确定 153.4 烧结温度的确定 163.5 掺杂浓度的确定 17结 论 21参考文献 22致 谢 23第一章 绪论1.1 稀土元素的光谱理论简介1.1.1 稀土元素简介稀土元素是指周期表中IIIB族，原子序数为21的钪（Sc）：39的钇（Y）和原子序数57至71的镧系中的镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu），共17个元素[1]。稀土元素的原子具有未充满的受到外界屏蔽的4f和5d电子组态，因此具有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射。稀土化合物发光是基于它们的4f电子在f-f组态之内或f-d组态之间的跃迁。稀土发光材料具有许多优点：（1）与一般元素相比，稀土元素4f电子层构型的特点，使其化合物具有多种荧光特性；（2）稀土元素由于4f电子处于内存轨道，受外层s和P轨道的有效屏蔽，很难受到外部环境的干扰，4f能级差极小，f-f跃迁呈现尖锐的线状光谱，发光的色纯度高；（3）荧光寿命跨越从纳秒到毫秒6个数量级；（4）吸收激发能量的能力强，转换效率高；（5）物理化学性质稳定，可承受大功率的电子束、高能辐射和强紫外光的作用。1.1.2稀土离子能级稀土离子具有4f电子壳层，但在原子和自由离子的状态由于宇称禁戒，不能发生f-f电子跃迁[3&7]。在固体中由于奇次晶场项的作用宇称禁戒被解除，可以产生f-f跃迁，4f轨道的主量子数是4，轨道量子数是3，比其他的s，p，d轨道量子数都大，能级较多。除f-f跃迁外，还有4f-5d，4f-6s，4f-6p电子跃迁。由于5d，6s，6p能级处于更高的能级位置，所以跃迁波长较短，除个别离子外，大多数都在真空紫外区域。由于4f壳层受到5s2，5p6壳层的屏蔽作用，对外场作用的反应不敏感，所以在固体中其能级和光谱都具有原子状态特征。因此，f-f跃迁的光谱为锐线，4f壳层到其他组态的跃迁是带状光谱，因为其他组态是外壳层，受环境影响较大。稀土离子在化合物中一般出现三价状态，在可见和红外光区观察的光谱大都属于4fN组态内的跃迁，在给定组态后确定光谱项的一般方法是利用角动量耦合和泡利原理选出合理的光谱项，但这种方法在电子数多，量子数大时，相当麻烦且容易出错。所以，对稀土离子不太适合。利用群论方法，采用U7>R7>G2>R3群链的分支规则可以方便地给出4fN组态的全部正确的光谱项，通常用大写的英文字母表示光谱项的总轨道角动量的量子数的数目，如S，P，D，F，G，H，I，K，L，M，N，O，Q……分别表示总轨道角动量的量子数为0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，……，25+l表示光谱项的多重性，S是总自旋量子数。在光谱学中，用符号2S+1L表示光谱项。1.1.3 晶体场理论晶体场理论认为，当稀土离子掺入到晶体中，受到周围晶格离子的影响时，其能级不同自由离子的情况。这个影响主要来自周围离子产生的静电场，通常称为晶体场[2]。晶体场使离子的能级劈裂和跃迁几率发生变化。稀土离子在固体中形成典型的分立发光中心。在分立发光中心中，参与发光跃迁的电子是形成中心离子本身的电子，电子的跃迁发生在离子本身的能级之间。中心的发光性质主要取决于离子本身，而基质晶格的影响是次要的。稀土离子的4f电子能量比5s，5p轨道高，但是5s，5p轨道在4f轨道的外面，因而5s，5p轨道上的电子对晶体场起屏蔽作用，使4f电子受到晶体场的影响大大减小。稀土离子4f电子受到晶体场的作用远远小于电子之间的库仑作用，也远远小于4f电子的自旋—轨道作用。考虑到电子之间的库仑作用和自旋—轨道作用，4f电子能级用2J+I LJ表示。晶体场将使具有总角动量量子数J的能级分裂，分裂的形式和大小取决于晶体场的强度和对称性。稀土离子4f能级的这种分裂，对周围环境（配位情况、晶场强度、对称性）非常敏感，可作为探针来研究晶体、非晶态材料、有机分子和生物分子中稀土离子所在局部环境的结构，且2J+I LJ能级重心在不同的晶体中大致相同，稀土离子4f电子发光有特征性，因而很容易根据谱线位置辨认是什么稀土离子在发光。1.1.4 基质晶格的影响基质晶格对f→d跃迁的光谱位置有着强烈的影响，另外其对f→f跃迁的影响表现在三个方面：（1）可改变三价稀土离子在晶体场所处位置的对称性，使不同跃迁的谱强度发生明显的变化；（2）可影响某些能级的分裂；（3）某些基质的阴离子团可吸收激发能量并传递给稀土离子而使其发光，即基质中的阴离子团起敏化中心的作用。特别是阴离子团的中心离子（Me）和介于中间的氧离子O2-以及取代基质中阳离子位置的稀土离子（RE）形成一直线，即Me-O-RE接近180°时，基质阴离子团对稀土离子的能量传递最有效。1.2 上转换发光材料的发展概况发光是物体内部以某种方式吸收的能量转换为光辐射的过程。发光学的内容包括物体发光的条件、过程和规律，发光材料与器件的设计原理、制备方法和应用，以及光和物质的相互作用等基本物理现象。发光物理及其材料科学在信息、能源、材料、航天航空、生命科学和环境科学技术中的应用必将促进光电子产业的迅猛发展，这对全球的信息高速公路的建设以及国家经济和科技的发展起着举足轻重的推动作用。三价镧系稀土离子具有极丰富的电子能谱，因为稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道，为多种能级跃迁创造了条件，在适当波长的激光的激发下可以产生众多的激光谱线，可从红外光谱区扩展到紫外光谱区。因此，稀土离子发光研究一直备受人们的关注。60年代末，Auzel在钨酸镱钠玻璃中意外发现，当基质材料中掺入Yb3+离子时，Er3+、Ho3+和Tm3+稀土离子在红外光激发下可发出可见光，并提出了“上转换发光”的观点[5&4]。所谓的上转换材料就是指受到光激发时，可以发射比激发波长短的荧光的材料。其特点是激发光光子能量低于发射光子的能量，这是违反Stokes定律的。因此上转换发光又称为“反Stokes发光”。从七十年代开始，上转换的研究转移到单频激光上转换。到了八十年代由于半导体激光器泵浦源的发展及开发可见光激光器的需求，使其得到快速发展。特别是近年来随着激光技术和激光材料的进一步发展，频率上转换在紧凑型可见激光器、光纤放大器等领域的巨大应用潜力更激起广大科学工作者的兴趣，把上转换发光的研究推向高潮，并取得了突破性实用化的进展。随着频率上转换材料研究的深入和激光技术的发展，人们在考虑拓宽其应用领域和将已有的研究成果转换成高科技产品。1996年在CLEO会议上，Downing与Macfarlanc等人合作提出了三色三维显示方法，双频上转换三维立体显示被评为1996年物理学最新成就之一，这种显示方法不仅可以再现各种实物的立体图像，而且可以随心所欲的显示各类经计算机处理的高速动态立体图像，具有全固化、实物化、高分辨、可靠性高、运行速度快等优点[15]。上转换发光材料的另一项很有意义的应用就是荧光防伪或安全识别，这是一个应用前景极其广阔的新兴研究方向。由于在一种红外光激发下，发出多条可见光谱线且各条谱线的相对强度比较灵敏地依赖于上转换材料的基质材料与材料的制作工艺，因而仿造难、保密强、防伪效果非常可靠。目前，研究的稀土离子主要集中在Nd3+，Er3+，Ho3+，Tm3+和Pr3+等三价阳离子。Yb3+离子由于其特有的能级特性，是一种最常用的敏化离子。一般来说，要制备高效的上转换材料，首先要寻找合适的基质材料，当前研究的上转换材料多达上百种，有玻璃、陶瓷、多晶粉末和单晶。其化合物可分为：（1）氟化物；（2）氧化物；（3）卤氧化物；（4）硫氧化物；（5）硫化物等。迄今为止，上转换发光研究取得了很大的进展，人们已在氟化物玻璃、氟氧化物玻璃及多种晶体中得到了不同掺杂稀土离子的蓝绿上转换荧光。1.3 上转换发光的基本理论通过多光子机制把长波辐射转换成短波辐射称为上转换，其特点是吸收光子的能量低于发射光子的能量[2&8]。稀土离子上转换发光是基于稀土离子4f电子能级间的跃迁产生的。由于4f外壳层电子对4f电子的屏蔽作用，使得4f电子态间的跃迁受基质的影响很小，每种稀土离子都有其确定的能级位置，不同稀土离子的上转换发光过程不同。目前可以把上转过程归结于三种形式：激发态吸收、光子雪崩和能量传递上转换。1.3.1激发态吸收激发态吸收（Excited Stated Absorption简写为ESA）是上转换发光中的最基本过程，如图1-1所示。首先，发光中心处于基态能级E0的电子吸收一个ω1的光子，跃迁到中间亚稳态E1上，E1上的电子又吸收一个ω2光子，跃迁到高能级E2上，当处于能级E2上的电子向基态跃迁时，就发射一个高能光子。图1-1 上转换的激发态吸收过程1.3.2 光子雪崩上转换光子雪崩上转换发光于1979年在LaCl3∶Pr3+材料中首次发现。1997年，N. Rakov等报道了在掺Er3+氟化物玻璃中也出现了雪崩上转换。由于它可以作为上转换激光器的激发机制，而引起了人们的广泛的注意。“光子雪崩”过程是激发态吸收和能量传输相结合的过程，如图1-2所示，一个四能级系统，Mo、M1、M2分别为基态和中间亚稳态，E为发射光子的高能级。激发光对应于M1→E的共振吸收。虽然激发光光子能量同基态吸收不共振，但总会有少量的基态电子被激发到E与M2之间，而后弛豫到M2上。M2上的电子和其他离子的基态电子发生能量传输I，产生两个位于M1的电子。一个M1的电子在吸收一个ω1的光子后激发到高能级E。而E能级的电子又与其他离子的基态相互作用，产生能量传输II，则产生三个为位于M1的电子，如此循环，E能级上的电子数量像雪崩一样急剧地增加。当E能级的电子向基态跃迁时，就发出能量为ω的高能光子。此过程就为上转换的“光子雪崩”过程。图1-2 光子雪崩上转换1.3.3能量传递上转换能量转移（Energy Transfer，简写成ET）是两个能量相近的激发态离子通过非辐射过程藕合，一个回到低能态，把能量转移给另一个离子，使之跃迁到更高的能态。图1-3列出了发生能量传递的几种可能途径：（a）是最普通的一种能量传递方式，处于激发态的施主离子把能量传给处于激发态的受主离子，使受主离子跃迁到更高的激发态去；（b）过程称为多步连续能量传递，在这一过程中，只有施主离子可以吸收入射光子的能量，处于激发态的施主离子与处于基态的受主离子间通过第一步能量传递，把受主离子跃迁到中间态，然后再通过第二步能量传递把受主离子激发到更高的激发态；（c）过程可命名为交叉弛豫能量传递（Cross Relaxation Up-conversion，简称CR），这种能量传递通常发生在相同离子间，在这个过程中，两个相同的离子通过能量传递，使一个离子跃迁到更高的激发态，而另一个离子弛豫到较低的激发态或基态上去；（d）过程为合作发光过程的原理图，两个激发态的稀土离子不通过第三个离子的参与而直接发光，他的一个明显的特征是没有与发射光子能量匹配的能级，这是一种奇特的上转换发光现象；（e）过程为合作敏化上转换，两个处于激发态的稀土离子同时跃迁到基态，而使受主离子跃迁到较高的能态。（a）普通能量传递 （b）多步连续能量传递（c）交叉弛豫能量传递 （d）合作发光能量传递（e）合作敏化上转换能量传递图1-3 几种能量传递过程的示意图稀土离子的上转换发光都是多光子过程，在多光子过程中，激发光的强度与上转换荧光的强度有如下关系：Itamin ∝ Iexcitationn其中Itamin表示上转换荧光强度，Iexcitation表示激发光强度，在双对数坐标下，上转换荧光的强度与激发光的强度的曲线为一直线，其斜率即为上转换过程所需的光子数n，这个关系是确定上转换过程是几光子过程的有效方法。1.4 敏化机制与掺杂方式1.4.1 敏化机制通过敏化作用提高稀土离子上转换发光效率是常用的一种方法[9]。其实质是敏化离子吸收激发能并把能量传递给激活离子，实现激活离子高能级的粒子数布居，从而提高激活离子的转换效率，这个过程可以表述如下：Dexc+A→D+AexcD表示施主离子，A是受主离子，下标“exc”表示该离子处于激发态。Yb3+离子由于特有的能级结构，是最常用的也是最主要的一种敏化离子。（1）直接上转换敏化对与稀土激活中心（如Er3+，Tm3+，Ho3+）和敏化中心Yb3+共掺的发光材料，由于Yb3+的2F5/2能级在910-1000nm均有较强吸收，吸收波长与高功率红外半导体激光器的波长相匹配。若用激光直接激发敏化中心Yb3+，通过Yb3+离子对激活中心的多步能量传递，可再将稀土激活中心激发至高能级而产生上转换荧光，这类过程会导致上转换荧光明显增强，称之为直接上转换敏化。图1-4以Yb3+/Tm3+共掺杂为例给出了该激发过程的示意图。图1-4 直接上转换敏化（2）间接上转换敏化由于Yb3+离子对910-1000 nm间泵浦激光吸收很大，泵浦激光的穿透深度非常小，因此虽然在表面的直接上转换敏化能极大的提高上转换效率，但它却无法应用到上转换光纤系统中。针对这种情况，国际上与1995-1996年首次提出了“间接上转换敏化”方法[7]。间接上转换敏化的模型首先在Tm3+/Yb3+双掺杂体系中提出的：当激活中心为Tm3+时，如果激发波长与Tm3+的3H6→3H4吸收共振，激活中心Tm3+就被激发至3H4能级，随后处于3H4能级的Tm3+离子与位于2F5/2能级的Yb3+离子发生能量传递，使Yb3+离子的2F5/2能级上有一定的粒子数布居。然后处于激发态2F5/2的Yb3+离子再与Tm3+进行能量传递，实现Tm3+的1G4能级的粒子数布居，这样就通过Tm3+→Yb3+→Tm3+献的能量过程间接地把Tm3+离子激发到了更高能级1G4。从而导致了Tm3+离子的蓝色上转换荧光。图1-5给出了间接上转换敏化的示意图。考虑到稀土离子的敏化作用与前述的上转换机理，在实现上转换发光的掺杂方式通常要考虑如下几点：（1）敏化离子在激发波长处有较大的吸收截面和较高的掺杂浓度；（2）敏化离子与激活离子之间有较大的能量传递几率；（3）激活离子中间能级有较长的寿命。图1-5 间接上转换敏化1.4.2 掺杂方式表1-1给出了当前研究比较多的掺杂体系，表中同时列出了某一掺杂体系对应的激发波长、基质材料、敏化机制等。表1-1 常见的掺杂体系稀土离子组合 激发波长 基质材料 敏化机制单掺杂 Er3+ 980nm ZrO2纳米晶体 —Nd3+ 576nm ZnO–SiO2–B2O3 —Tm3+ 660nm AlF3/CaF2/BaF2/YF3 —双掺杂 Yb3+：Er3+ 980nm Ca3Al2Ge3O12玻璃 直接敏化Yb3+：Ho3+ 980nm YVO4 直接敏化Yb3+：Tm3+ 800nm 氟氧化物玻璃 间接敏化Yb3+：Tb3+ 1064nm 硅sol–gel玻璃 合作敏化Yb3+：Eu3+ 973nm 硅sol–gel玻璃 合作敏化Yb3+：Pr3+ 1064nm LnF3/ZnF2/SrF2 BaF2/GaF2/NaF 直接敏化Nd3+：Pr3+ 796nm ZrF4基玻璃 直接敏化三掺杂 Yb3+： Nd3+ ：Tm3+ 800nm ZrF4基玻璃 间接敏化Yb3+： Nd3+ ：Ho3+ 800nm ZrF4基玻璃 间接敏化Yb3+： Er3+ ：Tm3+ 980nm PbF2:CdF2玻璃 直接敏化1.5 上转换发光材料的应用稀土掺杂的基质材料在波长较长的红外光激发下，可发出波长较短的红、绿、蓝、紫等可见光。通常情况下，上转换可见光包含多个波带，每个波带有多条光谱线，这些谱线的不同强度组合可合成不同颜色的可见光[7]。掺杂离子、基质材料、样品制备条件的改变，都会引起各荧光带的相对强度变化，不同样品具有独特的谱线强度分布与色比关系（我们定义上转换荧光光谱中各荧光波段中的峰值相对强度比称为色比，通常以某以一波段的峰值强度为标准）。因而上转换发光材料可应用到荧光防伪或安全识别上来。上转换发光材料在荧光防伪或安全识别应用上的一个研究重点是制备上转换效率高，具有特色的防伪材料，实现上转换荧光防伪材料能够以配比控制色比；也就是通过调整稀土离子种类、浓度以及基质材料的种类、结构和配比，达到控制色比关系。1.6 本论文研究目的及内容Nd:YAG激光器发出1064nm的激光，在激光打孔、激光焊接、激光核聚变等领域具有广泛的应用价值，是最常用的激光波段。然而，由于人眼对1064nm的红外光不可见，因此，需要采用对1064nm激光响应的红外激光显示材料制备的显示卡进行调准和校正。本论文采用氟化物作为基质，掺杂稀土离子，通过配方和工艺研究，制备对1064nm响应的红外激光显示材料。研究组分配比、烧结温度、气氛和时间等对粉体性能的影响。并采用XRD和荧光光谱分析等测试手段对粉体进行表征。确定最佳烧结温度、组分配比，最终获得对1064nm具有优异红外转换性能的红外激光显示材料。第二章 红外激光显示材料的合成与表征经过多年研究，红外响应发光材料取得了很大进展，现已实现了氟化物玻璃、氟氧化物玻璃、及多种晶体中不同稀土离子掺杂的蓝绿上转换荧光。然而上转换荧光的效率距离实际实用还有很大的差距，尤其是蓝光，其效率更低。因此，寻找新的红外激光显示材料仍在研究之中，本文主要研究对1064nm响应的发光材料。本章研究了双掺杂Er3+/Yb3+不同基质材料的蓝绿上转换荧光，得到了发光效果较好的稀土掺杂氟化物的红外激光显示材料，得到了一些有意义的研究结果。2.1 红外激光显示材料的合成2.1.1 实验药品（1）合成材料所用的化学试剂主要有：LaF3，BaF2，Na2SiF6，NaF，氢氟酸，浓硝酸等。稀土化合物为Er2O3、Yb2O3，纯度在4N以上。（2）ErF3、YbF3的配制制备Yb3+/Er3+共掺氟化物的红外激光显示材料使用的ErF3，YbF3是在实验室合成的。实验采用稀土氧化物，称取适量的Er2O3，Yb2O3放在烧杯1和烧杯2中，滴加稍微过量的硝酸（浓度约为8mol/L），置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌，直至烧杯1中出现粉红色溶液、烧杯2中出现无色溶液停止。其化学反应如下：Er2O3+6HNO3→2Er(NO3)3+3H2OYb2O3+6HNO3→2Yb(NO3)3+3H2O再往烧杯1和烧杯2中分别都加入氢氟酸，烧杯1中生成粉红色ErF3沉淀，烧杯2中生成白色絮状YbF3沉淀，其化学反应如下：Er(NO3)3+3HF→ErF3↓+3HNO3Yb(NO3)3+3HF→YbF3↓+3HNO3生成的ErF3、YbF3沉淀使用循环水式多用真空泵进行分离，并多次使用蒸馏水进行洗涤，将从溶液中分离得到的沉淀倒入烧杯放入电热恒温干燥箱，在100℃条件下保温12小时，得到了实验所需的ErF3、YbF3，装入广口瓶中备用。2.1.2 实验仪器SH23-2恒温加热磁力搅拌器（上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司）PL 203电子分析天平（梅特勒一托多利仪器上海有限公司）202-0AB型电热恒温干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）SHB-111型循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）WGY-10型荧光分光光度计（天津市港东科技发展有限公司）DXJ-2000型晶体分析仪（丹东方圆仪器有限公司）1064nm半导体激光器（长春新产业光电技术有限公司）4-13型箱式电阻炉（沈阳市节能电炉厂）2.1.3 样品的制备（1）实验方法本实验样品制备方法是：以稀土化合物YbF3、ErF3，基质氟化物为原料，引入适量的助熔剂，采用高温固相法合成红外激光显示材料。高温固相法是将高纯度的发光基质和激活剂、辅助激活剂以及助熔剂一起，经微粉化后机械混合均匀，在较高温下进行固相反应，冷却后粉碎、筛分即得到样品[8]。这种固体原料混合物以固态形式直接参与反应的固相反应法是制备多晶粉末红外激光显示材料最为广泛使用的方法。在室温下固体一般并不相互反应，高温固相反应的过程分为产物成核和生长两部分，晶核的生成一般是比较困难的，因为在成核过程中，原料的晶格结构和原子排列必须作出很大调整，甚至重新排列。显然，这种调整和重排要消耗很多能量。因而，固相反应只能在高温下发生，而且一般情况下反应速度很慢。根据Wagner反应机理可知，影响固体反应速度的三种重要因素有：①反应固体之间的接触面积及其表面积；②产物相的成核速度；③离子通过各物相特别是通过产物相时的扩散速度。而任何固体的表面积均随其颗粒度的减小而急剧增加，因此，在固态反应中，将反应物充分研磨是非常必要的[6]。而同时由于在反应过程中在不同反应物与产物相之间的不同界面处可能形成的物相组成是不同的，因此可能导致产物组成的不均匀，所以固态反应需要进行多次研磨以使产物组成均匀。另外，如果体系存在气相和液相，往往能够帮助物质输运，在固相反应中起到重要作用，因此在固相反应法制备发光材料时往往加入适量助熔剂。在有助熔剂存在的情况下，高温固相反应的传质过程可通过蒸发-凝聚、扩散和粘滞流动等多种机制进行。（2）实验步骤根据配方中各组分的摩尔百分含量（表3-1，表3-2，表3-3中给出了实验所需主要样品的成分与掺杂稀土离子浓度），准确计算各试剂的质量，使用电子天平精确称量后，把原料置于玛瑙研钵中研磨均匀后装入陶瓷坩埚中（粉体敦实后大概占坩埚体积的1/3），再放入电阻炉中保温一段时间。冷却之后即得到了实验所述的红外激光显示材料样品。图2-1为实验流程图：图2-1 实验流程图2.2 红外激光显示材料的表征2.2.1 XRDX射线衍射分析是当今研究晶体精细结构、物相分析、晶粒集合和取向等问题的最有效的方法之一[10&9]。通常采用粉末状晶体或多晶体为试样的X射线衍射分析被称为粉末法X射线衍射分析。1967年，Hugo M.Rietveld鉴于计算机处理大量数据的能力，在粉末中子衍射结构分析中，提出了全粉末衍射图最小二乘拟合结构修正法。1977年，Malmros等人把这个方法引入X射线粉末衍射分析中，从此Rietveld分析法的研究开始迅速发展起来[16&10]。本实验采用丹东方圆仪器有限公司生产的DXJ-2000型晶体分析仪对粉末样品进行数据采集，主要测试参数为：Cu靶Kα线，管压45kV，管流35Ma，狭缝DSlmm、RS0.3mm.、SS1 mm，扫描速度10度/min（普通扫描）、0.02度/min（步进扫描），通过测试明确所制备的材料是否形成特定晶体结构的晶相，也可以简单判断随着掺杂量的增加，是否在基质中有第二相形成或者掺杂的物质同基质一起形成固溶体。