核物理是研究射线束的产生、探测和分析技术;以及同核能、核技术应用有关的物理问题。下面我给大家分享一些核物理学术论文，大家快来跟我一起欣赏吧。
激光核物理
摘 要 在最近十年,激光技术有了长足的进展,激光的强度超过了1022W/cm2, 激光的电场达到~4×1012V/cm.当这种高强度的激光照射在靶上时,可以产生许多由激光产生的核反应现象.在这篇 文章 中,作者回顾了这一领域的 研究 进展,并对在不远的未来激光产生 电子 ?质子?中子?X射线和正电子 发展 的潜力进行了一些讨论.
关键词 啁啾脉冲放大,粒子云,正电子发射层析术,库仑爆炸
1 什么是
最近十年中,激光技术有了显著的进展,激光强度已超过1022W/cm2,激光的电场强度达到;1012V/cm,比氢原子中电子玻尔轨道上的库仑场大759倍,相当于在原子大小上相应加上约40kV的电压,在原子核大小上相应加上约的电压,在这种很强的电场作用下,所有的原子都会在极短的时间内被电离,产生从几个MeV到几百MeV的质子,几十MeV到GeV的电子和其他粒子,以及韧致辐射和中子,这些粒子可以产生核反应,打开了核物理以及非线性相对论光学研究的新领域[1—3].
在今后的十年中,激光强度可能会提高到1026—1028W/cm2,这样高强度的激光可以将粒子加速到1012—1015eV,并将成为研究粒子物理?引力物理?非线性场论?超高压物理?天体物理和宇宙线研究中的一个有力工具[1].
超高功率超短脉冲激光技术的发展,在实验室中创造了前所未有的极端物态条件,如高电场?强磁场?高能量密度?高光压和高的电子抖动能量?高的电子加速度,这种极端的物理条件, 目前 只有在核爆中心?恒星内部?星洞边缘才能存在,在它和物质的相互作用中,产生了高度的非线性和相对论效应,产生了崭新的物 理学 领域,也为多个交叉学科前沿研究领域带来了 历史 性的机遇和拓展的空间.
2 国内外研究现状
当前国际上已经在一些实验室中建立了几十TW到几个PW的激光系统,在上世纪80年代中期,以前激光的强度长期停留在1014W/cm2左右,这是由于非线性吸收效应随着激光强度的增加而迅速增强,在80年代中期之后,由于采用了啁啾脉冲放大技术(chirped pulse amplification, CPA),激光强度提高了6—7个数量级,在CPA技术中,一个飞秒或皮秒的脉冲通过色散的光栅对在时间尺度将它展宽了3—4个数量级,这样就避免了放大器的饱和以及在很高强度时由于非线性效应产生的光学放大器件的损伤,在经过放大以后,再由另一光栅对将脉冲宽度压缩回到飞秒或皮秒宽度,以获得1019W/cm2到1022W/cm2的靶上功率密度.CPA超短脉冲TW的激光装置在法国光学 应用 研究所?瑞典Lund大学?德国Mark-Plank研究所?德国Jena大学?日本JAERI和 中国 工程物理研究院?中科院上海光学精密机械研究所?中科院物理研究所?中国原子能 科学 研究院等都建有.日本原子能研究所采用变形镜和CPA相结合的技术,运用低f值的抛物面镜,将激光聚焦于1μm的斑点,可以进一步提高焦斑上的功率密度,但是由于放大介质的单位面积上的饱和能量通量和光学元件的损伤阈值的限制,单位面积上最大的光强度?I??th?=hν3σΔν?ac2?,这个数值约为10?23?W/cm2.美国LLNL正在计划建造10?18?W(exawatt)和10?21?W(zettawatt)的激光装置,以期获得1026W/cm2 —1028W/cm2的靶上功率密度.
高强度的激光可以引起许多核反应,当激光强度I>10?18?W/cm2时,在激光电场做抖动的电子能量达到,产生了相对论等离子体.运用强激光在等离子体中产生的尾场去加速电子,如用一台紧凑型的重复频率的激光器可以产生200MeV的电子.这种激光等离子体型的加速器具有比通常电子加速器高出1000倍的加速梯度,即达到GV/m.运用高强度?单次脉冲的激光也获得了100MeV的电子,并测量到它的韧致辐射.超短超强激光还可以产生质子束,并开始运用这些质子束产生正电子发射层析术(positron emission tomography,PET)所需要的短寿命的正电子放射源,一种用激光来产生的小型化的和 经济 的质子产生器有望在未来用于质子治癌.运用超短超强激光直接产生正电子已在英国卢瑟福实验室开展,他们用重复频率的TW级的激光,打在高Z元素的靶上得到每脉冲2×107个正电子,它对于基础研究和材料科学很有用途.通过超短超强激光和氘团簇的相互作用,产生聚变反应的中子,其中子产额可以达到105中子/焦耳,激光产生中子的能量效率已达到世界上大型的激光装置的水平,它可以成为台面的中子源,由于其中子脉冲通量高,但总的中子剂量很小,适合于生物活体的中子照相和材料科学的研究.运用超短超强激光和氘化聚乙烯作用产生中子,Hilsher等人用钛宝石激光(300mJ, 50fs, 10Hz, 10?18?W/cm2) 轰击氘化聚乙烯靶,产生104中子/脉冲.运用超短超强的激光在相对论性的电子上的散射,产生几百飞秒?几十埃的硬X射线,可以用来研究材料和生命科学的一些 问题 ,这种超快的硬X射线源对于研究一些高Z物质和时间分辨的超快现象具有重要的意义.超短超强激光所产生的高能电子,在物质中产生高能X射线,可以在裂变物质铀中引起裂变,并在裂变靶中探测到许多裂变产物.在激光的强度达到1028W/cm2时,电场强度只比Schwinger场(真空击穿场强)低一个数量级,在这样的场中,由于真空的涨落被激发,激光就有可能从真空中产生正负电子对,美国Lawrence Berkerly实验室在SLAC高能加速器上,用10?18?W/cm2的激光束和聚焦性能很好的的电子束相碰撞,产生了200多个正负电子对,这是由于在反向相碰的电子和激光中,从电子的坐标系来看,激光的场强增强了Lorentz因子倍,以至于可以远远地超过Schwinger场值,直接从真空中产生一些电子对.
3 新的科学研究的 内容 ,新的交叉点
激光产生高能电子[4—7]
产生高能电子的机制有两种:第一种是在激光场作用下,电子做抖动运动,在激光强度I=10?20?W/cm2时,电子抖动运动能量能达到10MeV;第二种是由非线性效应所产生的能量比较高的部分.用300J,的激光照射在厚的金靶上,测量到的电子能谱分布基本上由两个部分组成:一部分是由有质动力产生的,它的能量在20—30MeV以下,还有一部分就是由非线性效应产生的几十MeV以至100MeV以上的高能量的电子,并和粒子云(particle in cell,PIC) 的 计算 结果符合,目前加速电子最高能量已达1GeV.能散度可达3% .
当激光的强度增加时,光波的压力变得很大,光压推着电子往前走,光波就像一个光子耙将等离子体中的电子推到脉冲的前面积累,形成电子的“雪耙”(snow plow) ,在这种“雪耙”加速中,电子的动能得到增益.在综合了光压作用和激光场的作用后,计算得到在激光强度为I=1026W/cm2时,加速梯度可达200TeV/cm,如果加速长度达到1m,电子能量为2×10?16?eV,在I=1028W/cm2时,加速梯度可达2peV/cm,加速长度为1m时,电子能量为2×10?17?eV,可以用来研究高能物理中的许多问题.
激光产生质子束[8,9]
在激光等离子体中,在I=10?20?W/cm2的情况下,加速质子的能量可以高达58MeV.加速梯度约为1MV/μm.质子被加速的距离只有60μm左右,如何增长加速距离成为非常重要的研究内容,加速质子的机制是相当复杂的,也提出了一些加速模型的设想.实验上的研究结果已显示它存在很好的应用前景.这表现在:
(1) 激光能量转换成质子束能量的效率是高的,而且和激光的能量有关,在激光脉冲能量为10J?宽度为100fs时,转换效率为1%,当500J?500fs时,转换效率为10%,人们已经获得了10?13?质子/脉冲,质子脉冲宽度约1ps,相当于10?25?质子/秒,即?;?106A的脉冲质子流.
从 理论 到实验应该研究如何进一步提高能量转换效率的问题,尤其是当激光能量进一步提高时,转换效率是否还继续上升.
(2) 质子束的发散角比较小,观察到的横向发散角为;mrad,比通常加速器上加速的质子束的发散角小.
(3) 高能质子束的获得可能会在今后的十年中实现,按照Bulanov等人的计算结果,在I=10?23?W/cm2时,质子可以被加速到1GeV以上,在I=1026W/cm2和1028W/cm2时,质子能量可以达到100GeV和 10TeV.
(4) 目前已获得几十MeV的质子束,并已用于为PET产生?18?F等短寿命的正电子源,在英国Rutherford实验室的Vulcan装置上,在20分钟内制备了109Bq的?18?F源,已经可以用在PET上.
(5) 产生200MeV的质子,并用于质子治癌,由于它在能量沉积上的优越性能,以及整个装置可以做得小,成本低,所以在治癌应用上很有发展前景,并可应用于中子照相.目前由激光加速产生的质子的能量分散度为17%.治癌应用要求能散度≤3%左右,因此减少能散度的工作在一些实验室正在进行中.
激光产生中子[10,11]
超短超强激光加热氘团簇产生核聚变,已经产生了104中子/脉冲或105中子/焦耳,从激光的能量转换成中子的效率看,和美国LLNL上的大型激光器NOVA上的每焦耳激光的中子产额相当,比日本大阪大学的大型激光装置Gekko 12上的数值大一个数量级,因此是一种很有 发展 前景的桌面台式的中子发生器,因为这种中子源的时间宽度只有1ps,是一个高中子通量的中子源,可用于材料 科学 和中子照相.
氘的团簇在吸收激光能量后要发生库仑爆炸,应该说到现在为止对于库仑爆炸的机理理解尚不非常清楚,尤其是团簇爆炸后产生的氘分子和氘的小团簇如何产生氘-氘的聚变反应也缺乏细致的了解,在进一步的改进方面,还有发展的余地,例如,如何采用多束的超短超强激光同时照射团簇,或用大于50T的脉冲磁场去推迟热等离子体的解体时间,以增加中子产额.
利用超短超强激光和氘化聚乙烯作用来产生中子,Hilsher等人用钛宝石激光(300mJ,50fs,10Hz,10?18?W/cm2)轰击氘化聚乙烯靶也产生了104中子/脉冲,大约每焦耳的激光产生;104中子.Disdier等人用20J,400fs,5×1014W的激光辐照CD?2靶,获得107中子,每焦耳激光产生了;105中子,这是很高的中子产额,他们还要用500J,500fs,1pW的激光照射CD?2,以获得更多的中子.
在激光辐照CD?2平面靶时,除了要 研究 激光能量在CD?2靶上的能量沉积的分布外,如何充分地利用沉积的能量是一个很重要的 问题 .沉积的能量有很大一部分要转变成等离子体的动能,在平面靶的情况下,如何设计靶面形状,以最大限度地使等离子体的动能对D-D反应做贡献.
激光产生硬的超短(~100fs)X射线[12]
用超短超强激光(50mJ,)和50MeV的 电子 束散射可以产生4nm,300fs的硬X射线,虽然转换效率不高,但产生的X射线强度可以在Si表面产生衍射峰,可以用来研究Si表 面相 变过程(从固相→熔化过程)的时间分辨的研究,也可以研究蛋白质折叠动力学,蛋白质的折叠时间为1ns,用300fs的硬X射线可用来了解它的折叠过程中的状态.
激光产生正电子[13,14]
将具有几个MeV的电子,经过很好地准直后,射到一个高Z的靶上,通过Trident过程(Z+e-→Z′+2e-+e+)和Bethe-HEitler过程(Z+r→Z′+e-+e++r′)产生正电子,采用重复频率的超短超强激光和高Z靶的相互作用,每脉冲可以产生2×107个正电子,经过慢化后,储存在磁场中,它对于基础科学和材料科学的研究是很有用的.
4 主要存在的问题和 分析
这门新兴的交叉学科在国际上也只有十多年的 历史 ,但发展十分迅速,搞激光技术和原子核物理的科学家们已经开始在一起召开学术研讨会,共同参加一些实验,由于它是一个新的生长点,发展比较快,也比较容易发现一些新现象,所以合作的积极性也在日益增长.随着超短超强激光技术的发展,在粒子加速?核物理?甚至粒子物理方面可以做出一些很好的工作来.我国发展的情况有些滞后,学科之间的交叉和合作还没有真正形成,学科之间的了解和交流还不够,因此只在交叉学科的边缘上做了一些工作,按照我国在激光技术和核物理方面的力量来说,都应该有可能做出更多更好的工作. 目前 具有超短超强激光装置的研究单位并不少,但将它们运行好,做出好的物理工作的成果并不多.
国内的情况也和国际上相似存在着一个问题,即搞强激光技术的专家和搞核物理和粒子物理专家之间的交流?讨论不够,这就会 影响 这一交叉学科的发展.
从强场物理到超短超强激光技术,到 应用 于各个领域,在世界上是基础科学和技术进步相互推动,相互作用的一个范例,基础研究的需求,以及光学科学的基础,非线性科学的基础,促进了超短超强激光技术的发展,而高强度激光的发展又为物 理学 的发展提供一个崭新的世界.
参考 文献
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核聚变反应堆的原理很简单，只不过对于人类当前的技术水准，实现起来具有相当大的难度。 物质由分子构成，分子由原子构成，原子中的原子核又由质子和中子构成，原子核外包覆与质子数量相等的电子。质子带正电，中子不带电。电子受原子核中正电的 吸引，在"轨道"上围绕原子核旋转。不同元素的电子、质子数量也不同，如氢和氢同位素只有1个质子和1个电子，铀是天然元素中最重的原子，有92个质子和 92个电子。 核聚变是指由质量轻的原子（主要是指氢的同位素氘和氚）在超高温条件下，发生原子核互相聚合作用，生成较重的原子核（氦），并释放出巨大的能量。1千克氘全部聚变释放的能量相当11000吨煤炭。其实，利用轻核聚变原理，人类早已实现了氘氚核聚变---氢弹爆炸，但氢弹是不可控制的爆炸性核聚变，瞬间能量释放只能给人类带来灾难。如果能让核聚变反应按照人们的需要，长期持续释放，才能使核聚变发电，实现核聚变能的和平利用。 如果要实现核聚变发电，那么在核聚变反应堆中，第一步需要将作为反应体的氘-氚混合气体加热到等离子态，也就是温度足够高到使得电子能脱离原子核的束缚，让原子核能自由运动，这时才可能使裸露的原子核发生直接接触，这就需要达到大约10万摄氏度的高温。 第二步，由于所有原子核都带正电，按照"同性相斥"原理，两个原子核要聚到一起，必须克服强大的静电斥力。两个原子核之间靠得越近，静电产生的斥力就越 大，只有当它们之间互相接近的距离达到大约万亿分之三毫米时，核力（强作用力）才会伸出强有力的手，把它们拉到一起，从而放出巨大的能量。 质量轻的原子核间静电斥力最小，也最容易发生聚变反应，所以核聚变物质一般选择氢的同位素氘和氚。氢是宇宙中最轻的元素，在自然界中存在的同位素有： 氕、氘 (重氢)、氚 (超重氢)。在氢的同位素中，氘和氚之间的聚变最容易，氘和氘之间的聚变就困难些，氕和氕之间的聚变就更困难了。因此人们在考虑聚变时，先考虑氘、氚之间 的聚变，后考虑氘、氘之间的聚变。重核元素如铁原子也能发生聚变反应，释放的能量也更多；但是以人类目前的科技水平，尚不足满足其聚变条件。 为了克服带正电子原子核之间的斥力，原子核需要以极快的速度运行，要使原子核达到这种运行状态，就需要继续加温，直至上亿摄氏度，使得布朗运动达到一个疯狂的水平，温度越高，原子核运动越快。以至于它们没有时间相互躲避。然后就简单了，氚的原子核和氘的原子核以极大的速度，赤裸裸地发生碰撞，结合成1个氦原子核，并放出1个中子和17。6兆电子伏特能量。 反应堆经过一段时间运行，内部反应体已经不需要外来能源的加热，核聚变的温度足够使得原子核继续发生聚变。这个过程只要将氦原子核和中子及时排除出反应 堆，并及时将新的氚和氘的混合气输入到反应堆内，核聚变就能持续下去；核聚变产生的能量一小部分留在反应体内，维持链式反应，剩余大部分的能量可以通过热 交换装置输出到反应堆外，驱动汽轮机发电。这就和传统核电站类似了。 核聚变消耗的燃料是世界上十分常见的元素--氘（也就是重氢）。氘在海水中的含量还是比较高的，只需要通过精馏法取得重水，然后再电解重水就能得到氘。新 的问题出现了，仅仅有氘还是不够的，尽管氘-氘反应也是氢核聚变的主要形式，但我们人类现有条件下，根本无法控制氘-氘反应，它太猛烈了，所需要的温度要 高得多，除了在实验室条件下做一次性的实验外，很难让它链式反应下去--那是氢弹一样的威力。还好，人们发现了氘-氚反应的烈度要小很多，它的反应速度仅 仅是氘-氘反应的100分之一，而点火温度反倒低得多，很适合人类现有条件下的利用。 而氚不同于氘，氚是地球上最稀有的元素，由于氚的半衰期只有12。26年，所以在地球诞生之初的氚早已衰变地无影无踪了。现在人类的氚都是人工制造而非天然提取的，人们通常用重水反应堆在发电之余人工制造少量的氚-- 它是地球上最贵的东西之一，一克氚价值超过30万美元，仅在美国保存有30公斤左右的氚。这 么贵的原料，用作核聚变发电显然是无法接受的，幸好上帝给人类又提供了一种好东西--锂。锂元素也是世界上最丰富的资源，有2000多亿吨。一方面海水中 就包含足够的氯化锂，分离出来即可。另一方面，中国是世界锂资源最丰富的国家，碳酸锂矿也不是稀有资源，更容易获得。锂的2种同位素--锂-6和锂-7， 在被中子轰击之后，就会裂变，他们的产物都是氚和氦，目前为止人类在重水反应堆中制造氚，用的就是将锂靶件植入反应堆的方法。 在聚变反应堆内，氚和氘反应后，除了形成一个氦原子核之外，还有一个多余的中子，并且能量很高。我们只需要在核聚变的反应体之内保持一定比例的锂原子核浓 度，那么核聚变产生的中子就会轰击锂核，促使锂核裂变，产生一个新的氚，这个氚则继续参与氚-氘反应，继而产生新的中子，链式反应形成了。所以，理论上我 们只需要给反应体提供两种原料--氘和锂，就能实现氘-氚反应，并且维持它的进行。 看起来很简单是吧，只是还有一个问题，能够承载上亿摄氏度超高温反应体的核反应堆用什么材料来制造呢？要知道，太阳表面的温度也才只有6000万度左右。 迄今为止，人类还没有造出任何能经受1万摄氏度高温的材料，更不要说上亿摄氏度了。以上这些因素就是为什么一槌子买卖的氢弹已经爆炸了50年后，人类还是 没能有效地从核聚变中获取能量的重要原因。 帖子附图: 中国核聚变研究巨大突破：耗资惊人的人造“太阳”计划 作者:柏弧紫 于 2009-08-28 08:19:46 发表 只看该作者 位于四川省成都市双流县白家镇，核工业西南物理研究院聚变研究试验基地的"中国环流器2号A装置" 2006年9月28日，中国耗时6年、耗资3亿元人民币自主设计制造的新一代托卡马克磁约束核聚变装置"EAST"首次成功完成放电实验，获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电；使EAST成为世界上第一个建成并真正运行的"全超导非圆截面托卡马克"核聚变实验装置。这是中国可控核聚变研究的里程碑式突破。 在古希腊神话中，普罗米修斯从太阳神阿波罗处盗下的天火，照亮了人类的黑夜。在人类现代科技中，可控核聚变技术将照亮人类能源的未来之路，由于可控核聚变反应堆产生能量的方式和太阳类似，因此它也被俗称为"人造太阳"。 太阳是热核聚变反应的典型代表，1938年，美国科学家贝特(H。Bethe)和德国科学家魏茨泽克(C。F。v。Weizsacker)推测太阳能源可 能来自它的内部氢核聚变成氦核的热核反应，这甚至早于核裂变模型的提出。太阳的核心温度高达1500万摄氏度，表面有6000度，压力相当于2500亿个 大气压。核心区的气体被极度压缩至水密度的150倍。在这里每时每刻都发生着热核聚变，太阳每秒钟把七亿吨的氢变为氦，在这过程中失去400多万吨的质量，这种聚变反应已经持续了几十亿年，它的辐射能量给地球带来无限生机。 世界能源危机 自人类进入工业化以来，世界能源消耗迅速增长。有数据显示，自1973年以来，人类已经开采了5500亿桶石油（约合800亿吨），按照现在的开采速度， 地球上已探明的1770亿吨石油储量仅够开采50年，已探明的173万亿立方米天然气仅够开采63年；已探明的9827亿吨煤炭还可以用300年到400 年。核电站发电需要浓缩铀，世界上已探明的铀储量约490万吨，钍储量约275万吨，全球441座核电站目每年需要消耗6万多吨浓缩铀，地球上的铀储量仅 够使用100年左右。世界各国水能开发也已近饱和，而风能、太阳能尚无法满足人类庞大的需求。 随着石油价格上涨，能源危机再次被提起，各国也加快了新能源研发，核聚变能就是重点之一。与传统的裂变式核电站相比，核聚变发电具有明显的优势。核聚变所 用的重要核燃料是氘，理论上，只需1千克氘和10千克锂(通过锂可得到氘)就可以保证一座百万千瓦聚变核电站运转一天，而传统核电站和火力发电站至少需要 100千克铀或1万吨煤。制取1千克浓缩铀的费用是1。2万美元，而制取1千克氘的费用只有300美元。一座100万千瓦的核聚变电站，每年耗氘量只需304千克；而一座百万千瓦裂变式核电站，需要30-40吨核燃料。 氘的发热量相当于同等煤的2000万倍，是海水中大量存在的元素。据测算，海水中大约每600个氢原子中就有一个氘原子，每1公升海水中含有0。03克的 氘，通过核聚变反应产生的能量，相当于燃烧300公升的汽油。就是说，"1升海水约等于300升汽油"。地球上的海水总量约为138亿亿立方米，其中氘的 储量约40万亿吨，足够人类使用百亿年。锂是核聚变实现纯氘反应的过渡性辅助"燃料"，地球上的锂储量有2000多亿吨，海水中的氘再加上锂至少够我们地 球用上千亿年。氚虽然在自然界比氘少得多，但可从核反应中制取，也可用于热核反应。科学家们正在以海水中的氘为主要原料，进行核聚变反应试验，以期建立可 以投入商业运营的热核聚变反应堆，彻底解决人类未来的能源问题。 更为可贵的是核聚变反应是清洁能源，中几乎不存在放射性污染，核裂变的原料本身带有放射性，而核聚变反应过程中，在任何时刻都只有一丁点的氘在聚变， 无需担忧失控的危险，而且也不会产生放射性的物质。即使像切尔诺贝利核电站那样发生损坏，核聚变反应堆也会自动立即中止反应，因此受控核聚变产生的能量名 符其实是一种无限、清洁、成本低廉和安全可靠的新能源。在这一系列的动力下，核聚变的研究已经持续了半个多世纪。核聚变反应堆工作原理与其他能源相比，核聚变反应堆有几项显著的优点，因而一直备受媒体的关注。它们的燃料来源十分充足，辐射泄漏也处于正常范围之内，与目前的核裂变反应堆相比，其放射性废物更少。 然而迄今为止，还没有人将这一技术应用到实践中，但建造这种反应堆实际上已为期不远。目前，核聚变反应堆正处于试验阶段，世界各个国家及地区的多个实验室都开展了这项研究。 氘－氘反应——两个氘原子结合，生成一个氦3原子和一个中子。 氘－氚反应——一个氘原子和一个氚原子结合，生成一个氦4原子和一个中子。其中大部分能量以高能中子的形式释放。从概念上讲，利用反应堆中的核聚变十分容易。但为了让这一反应以可控、无害的方式进行，科学家们历经周折。为了了解其中的缘由，我们需要先看一下发生核聚变的必要条件。 当氢原子聚合时，它们的原子核必须结合在一起。然而，由于每个原子核中的质子都带有相同的电荷（正电），因而会互相排斥。如果您曾试着将两块磁铁放在一起并感到它们互相推开，则意味着您已亲身体验了这一原理。 若要实现核聚变，需要创造一些特殊的条件来克服这种排斥力。下面是发生核聚变的一些必要条件： 高温——高温可为氢原子提供足够的能量，以克服质子之间的电荷排斥。 核聚变需要的温度约为1亿开（约是太阳核心温度的六倍）。 在这样的高温下，氢的状态为等离子体，而不是气体。等离子体是物质的一种高能状态，其中所有电子都从原子中剥离出来，并可以自由移动。 太阳的高温是由重力压缩核心的巨大质量而产生的。我们要制造出这样的高温，就必须利用微波、激光和离子粒子的能量。 高压——压力可将氢原子挤在一起。氢原子之间的距离必须在1x10-15米以内，才能进行聚合。 太阳利用其质量和重力将核心内的氢原子挤压在一起。 我们要将氢原子挤压在一起，必须使用强大的磁场、激光或离子束。借助目前的技术，我们只能实现发生氘－氚聚变所需的温度和压力。氘－氘聚变需要的温度更高，这种温度有可能在将来实现。基本上，利用氘氘聚变会更加方便，因为从海水中提取氘比从锂中提取氚要更加容易。另外，氘不具有放射性，而且氘氘反应可释放更多的能量。 有两种方法可实现发生氢聚变所需的温度和压力： 磁约束使用磁场和电场来加热并挤压氢等离子体。法国的ITER项目使用的就是这种方法。
现在核聚变技术的成熟的应用就是氢弹。不过基于核聚变技术可以产生巨大的能量，很多国家，包括我国都在积极研究和平核聚变技术，即实现人工控制核聚变，使它用来发电，就像裂变一样。但是也正因为能量太大了，使它极不受控制，现在仅有的成果就是能够利用托卡马克装置实现2000～5000万度以上的人造太阳，普遍能仅仅能维持数十秒钟。日本在2000万度的温度下，使“太阳”稳定地存在了31分钟45秒。
可控核聚变就是将两个较轻的核结合而形成一个较重的核和较重的核和一个极轻的核的一种核反应形式，可控核聚变如果可以实现的话是美好的，可以维持地球上资源的平衡。
可以应用在航天方面，也可以应用在医学方面，可以应用在科技方面，还可以应用在建设方面，也可以应用在武器制造方面，这些都是可以应用的方面。
知识分子 The Intellectual
1989年12月18日，萨哈罗夫的送葬队伍，从列别捷夫物理研究所（the Lebedev Physics Institute）行进到莫斯科卢日尼基（Luzhniki）| 图源：Elena Bonner
编者按
继对英国物理学家、核医学家罗特布拉特（Joseph Rotblat）和美国化学家鲍林（Linus Pauling）的介绍之后，本篇介绍另一位为控制、消除核武器努力奋斗的苏联科学家—— 萨哈罗夫 （Sakharov），为这个 “去核” 的小系列划上句号。
萨哈罗夫的特别之处在于，他是苏联氢弹项目的主要设计师，被称为苏联的 “氢弹之父”，三次荣获 ” 社会 主义劳动英雄（Hero of Socialist Labour）” 称号。1953年8月12日，苏联首颗氢弹试爆成功后，面对不断增加的核试验，萨哈罗夫对核武器的危险，包括核辐射对人类 健康 的影响进行了诸多反思。他不断敦促苏联停止核试验并因此付出了沉重的代价，包括剥夺了所有的荣誉，驱逐隔离到偏远的荒郊。
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撰文 | 邸利会
责编 | 冯灏
图1 1989年12月14日，萨哈罗夫在跨地区人民代表会议上 | 摄影：I. Zarembo
力量的平衡
博士论文答辩后不久，1948年7月，萨哈罗夫被安排进导师塔姆 （Igor Y. Tamm） 领导的研究小组，进行氢弹的研制。
三年前，广岛遭原子弹轰炸后，苏联的原子弹研制受到了斯大林的极大重视，打破美国的核武垄断成了当务之急。他任命贝利亚 （Lavrentiy Beria） 为总负责。臭名昭著的贝利亚，秃头、戴着眼镜，也是克格勃的头。科学方面的负责人是物理学家库尔恰托夫 （Igor Kurchatov） 。在全国的众多秘密设施中，库尔恰托夫领导的莫斯科郊外的第二实验室 （“Laboratory No. 2”） ，以及它的分支机构Arzamas-16是核心。
Arzamas-16 在1946年春天选定，位于莫斯科以东400公里外，靠近Sarov镇。一片大约250公里的隔离区划了出来，就在大森林的边上。宏伟的教堂、恬静的农庄，卧在林间的木屋…… 如果忽略带着倒钩的铁丝网、戒备森严的守卫、排着队早出晚归的劳改队伍，Arzamas-16其实还算是个幽美的居所。
图2 Arzamas-16，也称为Volga office或者Los Arzamas。
1949年8月，苏联的首颗原子弹爆炸成功。几个月后的1950年3月，萨哈罗夫从莫斯科移居到了这个秘密基地。
与处于半饥饿状态的莫斯科相比，Arzamas-16就像是天堂，科学家们收入不菲，衣食无忧。甚至政治局里有人抱怨说，这里就像是一个疗养院。
斯大林相信，如果给予这些科学家 “适当帮助”，他们可以和外国科学家一样，出色地完成任务。
尽管情报人员无处不在，揭发举报盛行，每个人都有严苛的保密要求，在这里工作的科学家却可以顶住压力，全身心投入工作。支撑他们的精神力量是爱国主义。
萨哈罗夫后来回忆说，他知道核武器的恐怖，没人性，但二战一样的反人道。但二战的时候，他没做成战士，在眼下的这场新的“科学战役”中，他把自己看成是一名战士。
这不仅是他一个人的想法。他注意到，库尔恰托夫不仅口头上说他们是战士，有时候在信件或者备忘录后面的签名都是 “战士库尔恰托夫”。
“我们 （我这里的说法不仅代表我自己，因为在这种情况下，道德原则是以一种集体的心理方式塑造的） 相信，作为在世界范围内实现平衡的一种手段，我们的工作是绝对必要的。” 萨哈罗夫说。
在这样的心理支撑下，进行任何有关核武的道德讨论，似乎没太大必要。
至少在1953年苏联试爆第一颗氢弹之前，就个人而言，萨哈罗夫的内心非但没有任何挣扎，还充满着干劲——
“因为全神贯注于这唯一的目标，也许还因为靠近劳改营和严格的管理，我们被激励着，全身心地投入到工作中去...... 除此之外的其余世事，似乎在两道铁丝网之外，很远很远的地方…… 这需要经过多年的时光，剧烈的动荡，新的潮流才能撼动我们的世界观。”
意外的幸运
参加核武器的研制，于萨哈罗夫的学术而言，也是一件幸事。
战后的苏联知识界，在斯大林的统治下，正经历一场浩劫；而他所在的物理领域，正是因为有了核弹的研制任务，才不至于像其他学科那样惨遭灭顶之灾。
1947年5月，斯大林对三位作家说——
“拿我们中的知识分子来说，科学知识分子、教授、医生，在苏联的爱国主义方面，他们没有受过足够的教育。他们对外国文化有一种毫无道理的钦佩。他们都觉得自己还未成年，没得满分，他们习惯把自己想成是永远的学生…… 开始是德国人，之后是法国人，对外国人崇拜…… 一个简单的农民，不会平白无故地摘下帽子，低头；但这些人，没有足够的尊严和爱国主义，不了解俄罗斯扮演的角色。”
斯大林还给几位作家看了一份即将发表的信，里面谴责苏联科学家，竟把一篇治疗癌症的论文寄到美国的出版机构发表。
反对外国文化的政治风气让学术平庸的李森科 （Trofim-Lysenko,1898-1976） 嗅到了机会。1948年7月，李森科和斯大林见面，承诺如果允许他击败科学上的反对者，阻止他们干扰自己的工作，就可以大大提高农业产量。
全苏列宁农业科学院 （Lenin All-Union Academy of Agricultural Sciences） 马上召开特别会议，审查生物学的现状。李森科在会上的报告经过了斯大林的亲自编辑，其中声称，遗传学不符合马克思列宁主义；遗传学是资产阶级捏造的学问，旨在破坏真正的唯物主义生物发育理论。虽然遭到一些人的反对，但李森科在会议结束时强调，“党中央审查并批准了我的报告”。不久，大量的苏联遗传学家遭到革职，这一学科几乎废掉。
接下来的两年，为了根除外国意识形态的影响，生理学、天文学、化学和民族志方面的会议也相继召开。萨哈罗夫所在的物理学也不例外，一场针对外国物理学理论，尤其是相对论和量子力学的大批判正在发酵。
1948年12月17日，以高等教育部副部长托普切耶夫 （A. V. Topchiev） 为主席的筹办委员会成立，筹划在1949年3月16日召开全苏物理学大会 （All-Union Conference of Physicists） ，讨论苏联物理学的缺点。
然而，大会临近，却突然被取消了。几种不同的说法指向斯大林，是他命令取消批判大会，原因是怕影响到核武器的研制。
根据物理学家阿齐莫维奇 （Lev Artsimovich） 的说法，在1949年3月中旬，三名顶尖物理学家要求贝利亚取消会议，理由是会影响到苏联的物理学，尤其是会对核武器研制造成干扰。贝利亚说，他自己不能下这个决定，得请示斯大林。斯大林同意取消会议，说，“先让他们安心搞。之后我们想枪毙他们，随时都可以”。
就这样，核武的研制部分挽救了苏联的物理学。
1952年，为当年的批判大会准备的部分论文发表，其编辑抱怨说，在和意识里的资本主义残余作斗争方面，苏联物理学家落后于农业生物学、生理学等领域的专家。
当然，这两个学科已然遭到彻底清洗。
物理学家朗道 （Lev Landau） 说，核威慑成功的第一个明证就是挽救了苏联的物理学。
图3 萨哈罗夫的导师塔姆（Igor Y. Tamm, 1885-1971），两人曾开启可控核聚变的研究。塔姆因为切连科夫效应的发现和解释，在1958年与另外两名同事分享了诺贝尔物理学奖。
虽然萨哈罗夫的大量时间被紧张的核武研制工作占用，在此期间，他还是和导师进行了有关可控核聚变的研究。
这项研究在1951年写就，7年后，苏联科学院在日内瓦和平应用原子能会议前夕以俄文出版。其核心思想是用环形磁场，约束炙热的等离子体。他们的这项工作是之后托卡马克 （Tokamak） 等类似装置的发端。
萨哈罗夫到Arzamas-16三年多后，氢弹研发取得了成功。1953年8月12日，苏联第一颗氢弹试爆成功。
10月，32岁的萨哈罗夫当选为苏联科学院院士。这一年，他还被授予了斯大林奖、列宁奖、 社会 主义劳动英雄称号。1955年11月12日，苏联氢弹再次试验成功，次年，萨哈罗夫又被授予了列宁奖、 社会 主义劳动英雄称号。
萨哈罗夫的事业达到了顶峰，他成了苏联的 “氢弹之父”、民族英雄。
他说，“为我们的国家，为世界力量的平衡而制造一件属于苏联的核武器，对这个的重要性我毫不怀疑。被繁重的任务所占据，我非常努力地工作，独创或与人合作提出了几个关键想法。”
不过，在这之后，随着苏联继续核武的大规模试验，他的内心起了变化。
良心的拷问
在1955年的那次核爆之后，萨哈罗夫就表示，希望这样的武器永远不被使用。然而，当时核爆试验的负责人给他讲了一则寓言，言外之意，这不是萨哈罗夫他该操心的事。
之后，萨哈罗夫也请库尔恰托夫去找赫鲁晓夫 （Khrushchev） ，劝说其不要再进行大型的核试验，依然没有成功。
图4 苏联的氢弹之父萨哈罗夫（左）与原子弹之父库尔恰托夫（右）
1957年，库尔恰托夫请萨哈罗夫写篇文章，揭露美国所谓的 “无污染核弹” （“clean bomb”） 。
萨哈罗夫没有把这项任务简单地当成是宣传，他用当时生物方面的数据，仔细做了估算。他的结论是，一个百万吨级的所谓 “无污染” 氢弹，将产生足够的放射性碳，可以引发全球性的持续恶果，——未来的8000年内，将导致全世界范围内6600例死亡。
1958年，在苏联宣布暂停核试验后不久，萨哈罗夫发表了两篇文章 （“Radioactive Carbon from Nuclear Explosions and Nonthreshold Biological Effects” 以及 “The Radioactive Danger of Nuclear Tests”） 。与美国部分科学家 （如美国的氢弹之父泰勒） 以及大多数苏联同事的观点相左，在萨哈罗夫看来，不管核尘降引发的 健康 危害有多小，都已得到科学的证明，那必然就会面临道德上的拷问——这些无辜的生命招惹谁了？
“可怕的罪行已然犯下，我竟无法阻止！无能为力、难以忍受的苦涩、羞耻和屈辱压倒了我。我把脸伏在桌上，哭了起来。这可能是我一生中最可怕的教训：你不能坐在两把椅子上。” 他说。
1961年，萨哈罗夫亲自给赫鲁晓夫写信，坚决要求暂停核试验。1962年，他再次要求不要在大气进行大规模核爆。这些呼吁都遭到忽略。
据说，在一次著名武器科学家出席的中央委员会主席团晚宴上，赫鲁晓夫当面拒绝了他的请求——
“把政治留给我们…… 我们是专家。你就只管制造炸弹，并测试它们，我们不会干涉你…… 记住，我们必须从实力的角度来执行我们的政策…… 萨哈罗夫，不要试着告诉我们该做什么或如何表现。我们了解政治。如果我听萨哈罗夫这样的人的话，我会成为一只水母，而不是部长会议主席！”
萨哈罗夫没有放弃。
在苏联和美国的核谈判陷入胶着之际，他劝说苏联当局，接受美国提出的部分禁止核试验的方案。1963年8月5日，苏联、英国和美国在莫斯科签署《部分禁止核试验条约》，禁止了除在地下外的一切核武器试验。
“我认为莫斯科签订的条约具有 历史 性意义。它挽救了数十万甚至数百万人的生命，如果继续进行试验，这些人可能会丧生。也许更重要的是，该条约是朝着降低热核战争风险迈出的一步。我为自己对莫斯科条约的贡献感到自豪。” 萨哈罗夫说。
在核武器的研制基本完结后，萨哈罗夫和同事们也陆续回归了学术。
1964年，萨哈罗夫成功阻止了李森科的一位亲信当选苏联科学院院士。他宣称，李森科应为苏联生物科学的一段可耻时期负责。李森科被斯大林认为是 “生物学的首席”，即使斯大林在11年前就已经死去，公然反对李森科依然需要勇气，毕竟，李森科和台上的赫鲁晓夫依然亲近。
在萨哈罗夫等人的激烈反对下，这位最终未能入选。据说，赫鲁晓夫极为震怒，号称要解散科学院。不过，赫鲁晓夫在当年10月失去了权力，此事也就不了了之。
萨哈罗夫以及其他科学家的努力，挽救了苏联的生物学。1965年，在基础科学上沉寂了16年之后，他发表了自己宇宙学方面的论文。此时的萨哈罗夫也已经意识到，除了科研，他应该承担更多的 社会 责任。
1967年，他准备了一份关于战略平衡和核军备竞赛的秘密备忘录，建议苏联领导人接受美国关于暂停反弹道导弹防御的提议。他认为，这样的防御体系是极其危险的，他称之为 “相互保证的毁灭” （Mutual Assured Destruction, MAD） ，有不如没有。
萨哈罗夫提议将他的建议公开发表在媒体上。他希望，“西方科学知识分子群体…… 在有利的条件下能够遏制他们的 ‘鹰派’。这些团体在莫斯科禁试条约的准备工作中发挥了重要作用。” 但苏联领导人拒绝了萨哈罗夫的提议，告诉他，手稿 “不适合发表”。
萨哈罗夫决定自己采取行动。
1968年5月，他完成了第一篇非物理的论文——《关于进步、和平共处和学术自由的思考》 （“ Reflections on Progress, Peaceful Coexistence, and Intellectual Freedom ”） 。他说，他不认为自己是 “ 社会 问题专家”，但在反导问题引致的热核战争威胁方面，他是顶尖的专家。他希望美苏双方能进行 “公开、真诚的讨论”。
这篇文章指出，在技术层面，热核武器存在三方面的危险，足以威胁到人类的生存——
首先，热核爆炸有巨大的摧毁能力，一颗 “典型” 的3百万吨级的核弹，其爆炸起火面积是广岛核弹的150倍，100平方公里将被完全摧毁，如果是地面的核爆，放射性尘埃覆盖的致命性暴露区域将达几万平方公里；其次，在研发结束后，核弹和火箭的大规模生产，其成本相对比较低廉，差不多和战斗机成本一样；第三，如果遭遇的是大量携带核弹的火箭攻击，事实上不可能阻止，专家们都很清楚这点。
萨哈罗夫的这份手稿被辗转带到了国外，最终在1968年7月由荷兰报纸Het Porool 和《纽约时报》发表，引起相当大的反响。他成了世界性的名人。
随之而来的代价是，他被吊销了安全证书，禁止从事任何与军事有关的研究。次年5月，他接受了聘书，回到了列别捷夫物理研究所。
至死不渝
图5 1975年12月11日，萨哈罗夫的妻子邦纳（Elena Bonner）和挪威诺贝尔研究所所长克里夫（Tim Creve）在奥斯陆举行的新闻发布会上。邦纳代萨哈罗夫接受了诺贝尔和平奖奖章。
进入1970和1980年代，萨哈罗夫继续大声呼吁，停止核竞赛，进行核裁军。
在1975年，他写道——
“热核武库的无节制增长、累积，走向对抗，带来的威胁是文明的消亡和人种的毁灭。消除这种威胁无疑比国际关系中的所有其他问题更重要。这就是为什么裁军谈判如此重要，它为自杀性核疯狂的黑暗世界带来了一线希望。”
这一年的12月10日，萨哈罗夫被授予了诺贝尔和平奖，表彰 “他为人权、裁军和所有国家之间的合作所作的斗争”。由于不允许出国，妻子代他前往奥斯陆领取了奖章，并发表了 “和平、进步与人权” 的演说。
多年的人权抗争、反战、反核，让苏联当局终于对他忍无可忍。1980年1月22日，萨哈罗夫被无限期地流放至高尔基 （Gorky） ，剥夺了勋章，理由是他不配再拥有这些国家奖项带来的荣誉。
在流放几个月后，6月8日，萨哈罗夫写道——
“尽管发生了这一切，但我认为，战争、和平与裁军的问题是如此重要，即使在最困难的情况下，也必须得到绝对的优先考虑。必须使用一切可能的手段来解决这些问题，为将来的进步奠定基础。最紧迫的是采取措施避免核战争，这是现代世界面临的最大危险。世界上所有负责任的人，在这方面的目标是一致的，我希望并相信，包括苏联领导人（也是一样）。”
图6 苏联“氢弹之父”萨哈罗夫（右）和美国“氢弹之父”泰勒（左）
与此同时，他认为，美国的战略防御计划 （the US Strategic Defense Initiative） 及其部署可能会破坏核平衡。
在度过了五年的时光、经历了几次绝食抗议后，萨哈罗夫迎来了曙光。
1985年3月10日，契尔年科 （Chernenko） 去世，戈尔巴乔夫继任总书记。第二年的12月16日，戈尔巴乔夫打电话给萨哈罗夫，邀请他返回莫斯科并“继续他的爱国工作”。一周后，萨哈罗夫和妻子返回到了莫斯科。
萨哈罗夫也被批准可以出国访问。他在1988年11月得以第一次访问美国。在华盛顿举办的泰勒80岁宴会上，萨哈罗夫和这位美国的 “氢弹之父” 见了面。他谈到自己和泰勒的很多相似之处，也谈到了一些不同。他这样说——
“当时，我与和我一起工作的人完全相信，这项工作是必不可少的，它至关重要。那时我们的国家刚刚从一场毁灭性的战争中走出，我个人还没有机会直接参与，但我参与的工作也是一种战争。在美国，同样的工作正在独立地进行。美国科学家做这些工作也是受同样的感受的指引，即这项工作对国家利益至关重要。但是，虽然双方都认为，这种工作对于保持平衡至关重要，但我认为我们当时所做的事情是一场巨大的悲剧。这是一场悲剧，反映了世界的悲惨状况——为了维持和平，有必要做如此可怕的事情。我们永远不会知道我们的工作是否真的在某个时期为维护世界和平做出了贡献，但至少在（当时）我们这样做的时候，我们确信情况确实如此。世界现在进入了一个新时代，我相信现在需要一种新的方法。而且我认为，在任何情况下，一个人做出决定，应在绝对相信其正确的基础上，唯有如此，我们才能找到相互理解的点。...... 找出所有的不同点、相同点，是非常重要的，事实上也是必不可少的。在某些问题上，泰勒博士和我的观点是一致的，例如，我们都关心如何确保热核能的安全。另一方面，在其他领域，我们在原则上存在分歧。其中一个是太空竞赛，即反弹道导弹防御问题。 我认为，创建这样一个系统是一个严重的错误。我觉得，这会破坏世界局势的稳定。这个系统需要巨大成本，不管是建造、部署，还是再建立一个能反过来再对抗它的系统（能够对抗这样一个系统的进攻性系统）。”
多年的抗争消耗着萨哈罗夫的生命，他看起来比很多人都苍老得多。1989年12月14日，他突发心脏病去世，年仅68岁。
尾 声
英国人罗特布拉特、美国人鲍林与苏联人萨哈罗夫，他们在世界的不同地区活动，但都有着共同的理念，为了人类的和平与福祉，反对、消除核武器。他们生前几乎是彼此独立地工作，交集不多。
萨哈罗夫参加过第155和164届的帕格沃什 （Pugwash） 会议，罗特布拉特当时也在场，想必他们有过短暂的接触。在萨哈罗夫遭遇迫害之时，罗特布拉特也曾对他施予援手。
鲍林与罗特布拉特都是1955年7月发布的《罗素-爱因斯坦宣言》的签名者。鲍林参加过第2、3、11、15届的帕格沃什会议，罗特布拉特当时在场。
萨哈罗夫在1978年曾写信给鲍林，请他帮忙呼吁，释放三位被苏联当局关押的科学家——物理学家奥尔洛夫 （Yuri Orlov） 、数学家博隆金 （Alexander Bolonkin） 和生物学家科瓦列夫 （Sergei Kovalev） ；1981年，萨哈罗夫再次写信给鲍林，请他帮忙释放这三位苏联科学家，以及科瓦列夫的儿媳妇。这一年，除了公开求援信外，萨哈罗夫再次给鲍林单独写信，恳求他帮忙敦促苏联当局释放他的儿媳妇。
图7 1981年6月，萨哈罗夫再次写信给鲍林，请他帮忙敦促苏联当局释放三位苏联科学家。
1980年萨哈罗夫被放逐到高尔基之后，1981年4月，鲍林和诺贝尔化学奖获得者赫茨伯格 （Gerhard Herzberg） 致函苏联总理勃列日涅夫 （Leonid Brezhnev） 和加拿大驻苏联大使，要求 “结束对萨哈罗夫的监禁”。该年8月，鲍林再次给勃列日涅夫写信，要求释放萨哈罗夫，但一样石沉大海。1983年中，鲍林给苏联科学院和苏联总理安德罗波夫 （Yuri Andropov） 发电报，邀请萨哈罗夫来鲍林主持的科学与医学研究所做研究。得知这一提议后，萨哈罗夫公开宣布他愿意移民，但苏联拒绝给予他出境签证。
鲍林的这些努力没有起到作用，他最终也没能和萨哈罗夫见过面， 1983年1月，他说——
“当然，我是受到骚扰，没那么露骨…… 不许我参加各种科学会议。当然，参议院内部安全小组（the Internal Security Subcommittee of the Senate）也威胁我说，藐视参议院要坐一年的牢…… 总之，没那么糟糕。我没像苏联科学家受到的对待那样，那么惨…… 上个月我受最高苏维埃的邀请来苏联，庆祝苏联成立60周年。我确定是被邀请的，因为是在我得到诺贝尔和平奖十年后，他们授予我国际列宁和平奖。我到了那以后，给了一份我想见的人的名单，包括萨哈罗夫。我想和他谈谈。但我没能见到萨哈罗夫。 ”
罗特布拉特、鲍林、萨哈罗夫，为了最终消除核武器，他们三人终其一生，孜孜不倦地奋斗，虽九死其犹未悔。
他们是知识分子良心的杰出代表，他们的精神值得铭记，他们未竟的遗志还有待后人去实现。
《知识分子》资深主笔
尚存进取之心
邸利会
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水泥混凝土结构裂缝的影响、成因及防治策略论文
在平时的学习、工作中，大家都不可避免地会接触到论文吧，论文是进行各个学术领域研究和描述学术研究成果的一种说理文章。写起论文来就毫无头绪？以下是我精心整理的水泥混凝土结构裂缝的影响、成因及防治策略论文，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助。
摘要： 水泥混凝土，也称水泥砼，由水、水泥以及多种的混合材料组成，广泛地运用于工程施工。由于水泥混凝土结构施工会受到温度、水分、技术条件等多种因素的影响，所以在使用过程中非常容易出现裂缝。结合工程实际，简要分析了水泥混凝土结构工程施工中出现裂缝的原因，并提出了相关防治措施。
关键词： 工程施工；水泥混凝土结构；裂缝；结构病害；
水泥混凝土结构裂缝，是水泥混凝土施工过程中常见的结构病害。如果处理不及时，会使水泥混凝土出现严重结构性损坏，不仅增加了水泥混凝土结构的施工造价成本，同时也缩短了水泥混凝土结构的使用年限。由于部分水泥混凝土结构施工工期较紧，对水泥混凝土结构裂缝处理不够及时，导致水泥混凝土结构建筑物在使用过程中达不到预定要求。在实际施工过程中，应在分析水泥混凝土结构产生裂缝原因的基础上，及时制订施工防治技术方案，保证水泥混凝土结构施工的持续、有效开展。
1、工程施工中常见裂缝类型
由水泥混凝土集配问题引起的裂缝
现场施工人员经验主义作祟，未能及时掌握和调整施工现场水泥混凝土配比，一味地使用实验室配比，没有根据施工现场条件及时调整水泥混凝土结构配合比例，或者使用的原材料不合格，都极易造成水泥混凝土结构的裂缝。例如在水泥混凝土结构配比中，对各类原材料、水、外加剂等因素控制不当，结构物的强度达不到设计要求，就会产生裂缝[1]。
由环境原因引起的裂缝
水泥混凝土结构环境原因引起的裂缝，主要指的是由于水泥混凝土结构施工过程中温度、湿度等环境因素的变化对结构物引起的裂缝。施工过程中出现了较大的温、湿度等环境因素变化时，会导致水泥混凝土结构物理性能发生变化，进而出现裂缝。
由基础原因引起的裂缝
水泥混凝土结构基础原因引起的裂缝，主要是指在施工过程中没有对回填土进行挤密夯实而进行水泥混凝土结构施工所产生的裂缝；如果地基土质过于松软，在水泥混凝土结构施工前未进行夯实处理，同样也会出现水泥混凝土结构裂缝。如果水泥混凝土结构物长期被基础中的渗水浸泡，也会出现不均匀裂缝[2]。
由后期养护不当引起的裂缝
水泥混凝土施工过程中，应及时进行水泥混凝土养护。如果养护不及时，水泥混凝土面层将会出现干缩性裂缝，出现水泥混凝土表面“起皮”现象；或因温度不够达不到水泥混凝土终凝条件，水泥混凝土整体出现“断板”现象。
2、水泥混凝土结构裂缝带来的影响
容易埋下安全隐患，由于水泥混凝土结构裂缝的出现会影响到水泥混凝土建筑物原有的承载能力，进而缩短了水泥混凝土结构物的正常使用时间。在建筑施工过程中，裂缝的存在可能会造成大量的返修，浪费材料，延误工期，最终造成巨大的`经济和名誉损失。水泥混凝土结构裂缝会对建筑的外观质量造成极大的影响，影响工程的质量验收和后续款项的结算。
3、工程施工过程中，水泥混凝土结构裂缝产生的原因
在水泥混凝土结构施工过程中，受到温度、湿度、原材料本身以及施工技术等多方面因素的影响，会导致水泥混凝土结构出现裂缝。
原材料的影响
水泥混凝土中的原材料对水泥混凝土结构的质量起着至关重要的作用，一旦在施工过程中采用了不合格的原材料，就容易引起水泥混凝土裂缝现象：粗细集料含泥量过大会导致与水泥的黏合度不足；粗集料针片状比例过大、粗细集料配比不均会导致水泥混凝土密实度不足；水泥的最佳用水量及初、终凝时间等会对水泥混凝土结构的整体强度和水泥混凝土结构后期养护产生影响。
施工技术的影响
在水泥混凝土结构施工过程中，要采用科学的施工技术，加强对工程管理制度、施工组织设计的时间节点等关键要素的管理。在对水泥混凝土地面施工时，要对原地面进行找平、填土、分层夯实施工，不然会使水泥混凝土路面因受力不均而产生裂缝和“断板”现象。在水泥混凝土路面施工中，要将水泥混凝土路面振捣密实，切勿出现空洞而影响水泥混凝土路面的使用年限。在水泥混凝土施工养护的过程中，要及时观察和监测水分和温度变化情况，及时掌握水泥混凝土的初、终凝时间，实施喷水、覆盖保温设施。要保证水泥混凝土结构终凝后，才可以拆除模具，以免因水泥混凝土结构未达到强度而产生裂缝，影响水泥混凝土结构的正常使用。
物理性能的影响
由于水泥混凝土属于脆性材料，环境中温度、湿度对其影响较大。在温度、湿度数值出现较大变动时，水泥混凝土结构的应力也会出现相应的变化，导致水泥混凝土结构裂缝的产生。
4、工程施工中水泥混凝土结构裂缝的预防措施
水泥混凝土结构裂缝会对建筑物整体结构埋下隐患，有可能影响到人民群众的生命财产安全。通过对水泥混凝土结构裂缝产生原因的分析，需要对其做出积极的事前、事中、事后预防。
设计过程中的预防措施
科学制订水泥混凝土的配置比例。在水泥混凝土结构配比方案制订时，要合理控制水灰比，各类外加剂的添加要符合施工现场的实际情况。在实验室水泥混凝土配比符合施工要求的情况下，要在现场及时调整配比，不能一贯地依赖于实验室的配比结果。要根据水泥混凝土结构的高度、宽度、长度及时调整钢筋分布，使水泥混凝土结构应力分布均匀。加大对水泥混凝土原材料的质量监测力度，杜绝使用不合格的原材料。要根据实际情况，适时对水泥混凝土配比进行合理调整。
施工过程中的预防措施
水泥混凝土结构的施工过程是影响工程质量的关键步骤，科学的施工工序是决定水泥混凝土结构是否产生裂缝的重要因素。在施工前要注意水泥混凝土结构原基层的平整度；施工中要严格根据设计和工艺进行施工，保证水泥混凝土结构合理的施工配合比例，满足水泥混凝土结构设计强度与材料和易性的质量要求；在水泥混凝土运输过程中时，要对水泥混凝土采取保水、保温等相关的防护措施；在水泥混凝土浇筑过程中，要适时控制水泥混凝土的出料速度，并保证水泥混凝土结构浇筑过程中要振捣密实、均匀。要注重二次抹压在水泥混凝土施工工程中的重要作用，二次抹压能够减少水泥混凝土结构裂缝的出现。二次抹压时，要适时掌握水泥混凝土结构的初、终凝时间，如果抹压时间过晚，水泥混凝土结构已经逐渐凝固，即使抹压也不能使水泥混凝土结构物理外观形态变化；如果抹压时间过早，二次抹压后水泥混凝土结构才会产生裂缝，不会对水泥混凝土结构物理外观产生影响。所以，工程施工人员需对抹压的时机进行控制，介于水泥混凝土结构初凝和终凝之间的时间段进行抹压，方能减少裂缝的产生，提高水泥混凝土结构的质量[3]。
养护过程中的预防措施
水泥混凝土结构的养护要严格按照水泥混凝土结构养护国家标准来实施，使水泥混凝土结构的裂缝降到最低。要加强温、湿度监控，严格按照水泥混凝土结构设计要求，对水泥混凝土养护的温度、湿度和技术条件进行把控；要采取措施，合理控制温度、湿度数值的变化范围，在施工中可采用水泥混凝土结构表面覆盖塑料薄膜、草席的方法，保证水泥混凝土结构物的温度，适时人工洒水来保证水泥混凝土所需的湿度。另外，在工程施工过程中，要保证水泥混凝土结构养护工作周期满足规范要求，通常情况下水泥混凝土结构养护周期为7～15d，工程施工过程中的具体养护时间应根据施工现场的实际风力、温湿度等情况而决定[4]。
5、结束语
目前，水泥混凝土结构施工已经普遍使用到了各类工程中，水泥混凝土结构的质量直接影响着工程质量。本文简要分析了水泥混凝土结构工程施工中出现裂缝的原因，并提出了防治水泥混凝土结构裂缝的措施。但是，水泥混凝土结构裂缝牵扯的因素较多，在实际工程施工中很难避免。要在水泥混凝土结构工程项目施工过程中，从施工的各个环节进行水泥混凝土结构裂缝的预防控制，使工程施工的质量和效率得到有效的保障，使建设物的使用年限得到有力的保证。
6、参考文献
[1]冯树合.工程施工中水泥混凝土结构出现裂缝的原因及预防[J].江西建材,2014(3):74.
[2]吴巍.基于工程施工中水泥混凝土结构出现裂缝的原因及预防措施的分析[J].中华民居(下旬刊),2014(6):333-334.
[3]赵晓春.工程施工中水泥混凝土结构出现裂缝的原因及预防[J].科技致富向导,2014(29):262.
[4]沈亚萍.房建施工中混凝土结构出现裂缝的原因及预防[J].四川水泥,2015(6):225.
混凝土裂缝产生的原因及控制措施论文
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混凝土裂缝产生的原因及控制措施
摘要：
在建设工程中，混凝土结构与构件出现不同程度的裂缝，对结构造成一定的损伤，这严重影响了混凝土的强度和变形，甚至对结构的安全造成一定的威胁。严重的可能会威胁到人们的生命和财产安全，所以预防和处理好混凝土的裂缝就尤为重要了。
关键词：
收缩裂缝；温度裂缝；沉陷裂缝；措施
随着时代进程的迅猛发展，我国的建设市场规模正日益增大，混凝土在现代建筑工程中占有重要地位。混凝土裂缝不仅影响使用功能，而且影响混凝土的强度和变形，进一步会引起钢筋的绣蚀，最终影响结构的持久性和耐久性。因此本文对混凝土裂缝的成因、处理措施和补救方法进行探讨。
1、混凝土裂缝的成因
混凝土是由砂石骨料、水泥、水及其它外加材料混合而成的一种非均质脆性材料，由于其组成材料、微观构造以及所受外界影响的不同，所以混凝土的裂缝产生原因也是各种各样的：
收缩裂缝
混凝土收缩是混凝土材料本身固有的一种物理现象，据测试混凝土的收缩值一般在（4—8）×l0一4，混凝土抗拉强度一般在2~3Mpa，弹性模量一般在（2—4）×l04 Mpa。由公式8=盯/E（式中8：为应变值、盯：为混凝土应力、E：为混凝土弹性模量）可知混凝土的允许变形范围仅在万分之一左右，而混凝土的实际收缩在（4—8）×l0_4，混凝土实际收缩大于混凝土允许变形范围，因此混凝土的裂缝是不可避免的，关键在于控制裂缝的宽度。
混凝土表面有可能失去水分而产生收缩，而塑性收缩产生的主要原因就是混凝土在凝结前的强度很小或者几乎没有，还可能是混凝土在刚刚凝结强度很小的时候，被大风或者高温所影响，其表面的水分流失过快，造成较大的负压从而使混凝土的体积急剧的收缩，因此发生龟裂状况。
温度裂缝
温度裂缝是混凝土内部约束引起的，多发生在大体积混凝土、高强混凝土或温度变化较大地区的混凝土施工过程中。温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错。大体积混凝土从浇注时起，到达设计强度为止，即施工期间产生的结构裂缝主要是由水泥水化热引起的温度变化造成的。大体积混凝土工程，水泥用量多，结构截面大，因此，混凝土浇注以后，水泥放出大量水化热，混凝土温度升高。由于混凝土导热不良，体积过大，相对散热较小，混凝土内部水化热积聚难以散失到环境中，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快。升温阶段，混凝土表面温度总是低于内部温度。由于热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。中心部分混凝土膨胀的速度要比表面混凝土快，中心部分与表面质点间形成相互约束，中心属于约束膨胀，不会开裂；表面属于约束收缩，当表面拉应力（t）超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。随着水泥水化反应的减慢及混凝土的不断散热，混凝土由升温阶段过度到降温阶段，温度降低，体积收缩。由于混凝土内部热量是通过表面向外散发，降温阶段，混凝土表面温度与中心温度仍然存在差值，如果过大，同升温阶段一样产生表面裂缝。降温过程，混凝土体积收缩，同时，考虑到边界条件和地基的约束，属于约束收缩。
结构裂缝
虽然现浇楼板承载力均能满足设计要求，但由于预制多孔板改为现浇板后，墙体刚度相对增大，楼板刚度相对减弱。因此在一些薄弱部位和截面突变处，往往产生一些结构裂缝。例如墙角应力集中处的450斜裂缝，板端负弯距较大处的板面拉裂缝等。
结构基础不均匀沉降引起的裂缝
当结构的基础沉降不均匀时，结构构件受到强迫变形，导致结构物中构件与构件之间产生斜拉和剪切左右，从而使得结构构件开裂，随着不均匀沉降的进一步发展，裂缝会进一步扩大。这类裂缝的大小、形状、方向取决于地基变形的情况。由于地基变形造成的应力一般较大，因此裂缝宽度较大，多呈450，并且通常是贯穿性的。
2、混凝土裂缝的防治措施
控制收缩裂缝的措施如下：
干缩裂缝的主要预防措施：选用收缩量较小的中低热水泥和粉煤灰水泥，这样会减少水泥的用量。另外水灰比会影响混凝土的干缩，所以在混凝土的设计中应控制好水灰比，还要添加适量的减水剂。在混凝土搅拌配合中要严格控制用水量。在结构中设置合适的收缩缝。塑性收缩裂缝的主要预防措施：选用收缩强度较小的水泥，比如硅酸盐或者普通的硅酸水泥，另外在混凝土最后凝结前可以采取覆盖塑料薄膜的方法来保持表面的水分，减少大风高温条件下水分的`严重流失。控制温度裂缝的措施如下：
采用底水化热、高强度水泥，以减低水泥水化热，提高混凝土的抗裂能力；水泥使用前进行水化热测定，水泥水化热测定按现行国家标准《水泥水化热实验方法（直接法）》测定；改善骨料级配，采用导热性好、线膨胀系数小、级配合理的骨料，减少混凝土温度应力。在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在混凝土浇注初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险，但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料，如泡沫海绵等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。掺用混合材料以减少用水量、节约水泥，降低混凝土的抗裂能力。
掺用外加剂减缓水化热的发生速率。为保证混凝土工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。
控制沉陷裂缝的措施：
对于松软不结实的土质进行加深巩固，保证进入冻土里的支撑模板有足够的硬度，一定要结实牢固支撑均匀，使其处于平稳均匀的状态。
3、裂缝产生后常见的补救办法
表面修补法。适用于对承载力没有影响的表面裂缝及深进裂缝的处理，亦适用于大面积细裂缝防渗、防漏的处理。表面涂抹水泥砂浆、环氧胶泥、油漆和沥青。
内部修补发。用压浆泵将胶结材料压入裂缝中，由于其凝结、硬化而起到补缝作用，以恢复结构的整体性。
结构补强加固法。用锚杆、钢板、钢筋混凝土等材料对结构做补强加固，可扼制裂缝进一步发展，恢复结构的整体性。
4、总述
以上对混凝土裂缝产生的原因进行了初步的探讨，收缩裂缝和温度裂缝是混凝土结构中普遍存在的问题，但是应用我们本文提到的措施结合实际工程通过采取相应的措施，对温度有效控制，混凝土的收缩裂缝和温度裂缝是完全可以避免的。沉陷裂缝通过合理的设计，严格把好材料进料关，系统控制施工工艺，严格操作程序，沉陷裂缝是可以得到解决的。此外，遇到大体积混凝土的浇注，合理地分缝分块，避免过大的高差和侧面长期暴露，确保工程质量。
参考文献
[1]罗先兵，现浇钢筋混凝土楼板裂缝产生的原因及防治措施[J].西部探矿工程，2006.
[2]中华人民共和国建设部，混凝土结构设计规范(GB50010-2010)
[3].北京：中国建筑工业出版社，2010.
拓展：面板混凝土裂缝预防措施
完全避免面板混凝土裂缝是很困难的，必须采取综合措施加以预防。
一、 结构性裂缝的防治
面板结构性裂缝的防治主要不是从面板本身而是从堆石坝的设计和控制坝体施工质量方面着手，应采取措施防止面板支撑部分过多的不均匀水平位移和沉降造成垫层和面板之间的脱空。设计时对坝坡的选择以及各项坝料的压实指标的选择应考虑面板支撑体的稳定，施工时要严格按照设计要求控制施工质量，待坝体沉降稳定后才可进行面板浇筑。
1、建基面的处理。一般面板堆石坝建基面，着重在迎水面以下坝厚约1／3处范围内进行严格处理，而其他区域，如有较厚的砂砾石覆盖层，一般不全部挖除，只做压实度或孔隙率检测，基础满足设计要求后即可作为建基面。对两岸坝坡需进行植被和覆盖层清理，对局部坡度较陡或反坡位置进行削坡或用混凝土、浆砌石补坡至设计坡比。
2、控制坝体填筑质量。堆石体变形的控制，主要控制填筑密实度和岩体强度。岩体强度的控制主要是施工过程中对不同填筑区按相应要求的岩性：来开挖取料。选择较高的填筑密实度，主要通过控制填筑料的级配及碾压质量实现，尤其是填筑料的级配，堆石体的压实度和力学性质与级配的关系极为密切，级配良好的堆石料经压实后可以获得较高的变形模量和较高的抗剪强度。
在大坝填筑过程中，严格按照设计参数进行施工，采用坑探法、质量附加法对施工参数及压实效果进行双重控制，保证大坝填筑碾压质量，避免大坝后期沉降过大。为减小坝体不均匀沉降，在填筑过程中，尽量使坝体全断面均匀上升。如由于度汛需要抢临时度汛断面的填筑，也应尽量避免上下游出现大的高差。
3、面板合理分缝及合理配置钢筋。根据三维非线性有限元计算结果，面板在大坝两坝肩周边处呈三维复杂受力状态，且多为受拉区，而面板中部多为受压区。根据上述受力特点，受拉区面板宜采用窄型板，并设置张性缝；受压区面板宜采用宽型板，并设置压性缝。压性缝问布置隔缝材料，避免压应力过大而引起面板抬动或翘起。此外，在面板受拉区、压应力较大部位、周边缝等重点部位应布置双层钢筋，提高面板适应变形的能力。
二、非结构性裂缝的防治
面板非结构性裂缝的防治主要是从面板本身所用的材料和面板施工方法上采取措施。对由于施工不当和材料化学反应所引起的裂缝，只要采取合适的配合比、满足面板混凝土的施工度要求、加强施工管理控制面板施工质量等措施来避免。对具有碱活性的骨料，应按规范要求严格控制单方混凝土的总碱含量。面板收缩裂缝的防治是面板裂缝防治中最重要的也是最困难的工作。
1、优化面板混凝土配合比
在面板混凝土配合比设汁方面应选用优质的原材料配制面板混凝土。
选用水化热低的水泥，用粉煤灰代换部分水泥，以减少水化热温升从而降低面板因内、外温差引起的表面裂缝和水化热消散后混凝土收缩而引起的贯穿性收缩裂缝。
选用线膨胀系数小的骨料配制混凝土，以减少因温度变化引起混凝土的体积变形。
选用优质混凝土减水剂，在满足混凝土施工坍落度的前提下，降低面板混凝土的单方用水量，以减少混凝土的干缩量。
在满足设计强度的前提下，尽量降低混凝土胶凝材料的用量，以减少混凝土的凝缩量。
使用掺纤维混凝土。在混凝土中掺加适量的聚丙烯纤维，可以抑制早期裂缝形成和发展；降低混凝土的弹性模量，提高混凝土的极限拉伸值；提高混凝土的抗冻等级，改善抗渗性和耐久性。此外，混凝土拌和物应满足面板施工的要求，具有较好的和易性、流动性、凝聚性。
2、降低地基约束作用力
取消或减少面板架立钢筋插入坝体，并在面板浇筑前在基面上喷涂乳化沥青，使面板与其基面之间可以产生小量相对位移。此时基面对面板收缩变形产生的约束作用力可认为等于面板和其基面之间的摩阻力。因而该约束作用力可人为加以控制。如使面板摩阻力（阻滑力）小于面板在坝坡上的滑动力，这样不仅可大幅度减少面板致裂的约束力，还增加了面板水平截面的预压应力，有利提高面板抗裂能力。
加强面板施工质量管理，避免抗拉薄弱面
采用面板二次压面的施工工艺。面板二次压面工艺有助于消除面板表面因温度骤降和失水而产生的表面裂缝。
降低面板混凝土人仓温度以减少基础温差从而达到减少冷缩裂缝的目的。面板浇筑的环境温度一般以5～25℃为宜。
面板施工期间做好面板的保温、保湿、防风等养护工作，以减小面板混凝土的冷缩和干缩。
①保湿。面板长期保湿养护是面板防裂的主要措施之一。在面板混凝土脱模并二次抹面后，表面覆盖带塑料薄膜的保温被，定时洒水保湿，防止混凝土表面水分过快蒸发而形成干缩裂缝；
②保温。在中后期，在覆盖带塑料薄膜的保温被的基础上，不问断洒水保湿，达到保温的目的，避免水化热作用或外界温度影响产生混凝土内外部温差，从而产生温度裂缝；
③防风。风速是引起面板裂缝的重要原因。风速增大将引起混凝土热交换系数增大，从而导致面板表面温度降低，面板内外温度梯度变陡，拉应力剧烈增加，导致面板裂缝。
有两篇，你看着修改吧混凝土裂缝的预防与处理 混凝土的裂缝问题是一个普遍存在而又难于解决的工程实际问题，本文对混凝土工程中常见的一些裂缝问题进行了探讨分析，并针对具体情况提出了一些预防、处理措施。 一、前言 混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题，硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝，正是由于这些初始缺陷的存在才使混凝土呈现出一些非均质的特性。微裂缝通常是一种无害裂缝，对混凝土的承重、防渗及其他一些使用功能不产生危害。但是在混凝土受到荷载、温差等作用之后，微裂缝就会不断的扩展和连通，最终形成我们肉眼可见的宏观裂缝，也就是混凝土工程中常说的裂缝。 混凝土建筑和构件通常都是带缝工作的，由于裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力，影响建筑物的外观、使用寿命，严重者将会威胁到人们的生命和财产安全。很多工程的失事都是由于裂缝的不稳定发展所致。近代科学研究和大量的混凝土工程实践证明，在混凝土工程中裂缝问题是不可避免的，在一定的范围内也是可以接受的，只是要采取有效的措施将其危害程度控制在一定的范围之内。钢筋混凝土规范也明确规定[1]：有些结构在所处的不同条件下，允许存在一定宽度的裂缝。但在施工中应尽量采取有效措施控制裂缝产生，使结构尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽度，尤其要尽量避免有害裂缝的出现，从而确保工程质量。 混凝土裂缝产生的原因很多，有变形引起的裂缝：如温度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝；有外载作用引起的裂缝；有养护环境不当和化学作用引起的裂缝等等。在实际工程中要区别对待，根据实际情况解决问题。 二、 凝土工程中常见裂缝及预防 1.干缩裂缝及预防 干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。水泥浆中水分的蒸发会产生干缩，且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果：混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在之间，大体积混凝土中平面部位多见，较薄的梁板中多沿其短向分布。干缩裂缝通常会影响混凝土的抗渗性，引起钢筋的锈蚀影响混凝土的耐久性，在水压力的作用下会产生水力劈裂影响混凝土的承载力等等。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。 主要预防措施：一是选用收缩量较小的水泥，一般采用中低热水泥和粉煤灰水泥，降低水泥的用量。二是混凝土的干缩受水灰比的影响较大，水灰比越大,干缩越大，因此在混凝土配合比设计中应尽量控制好水灰比的选用，同时掺加合适的减水剂。三是严格控制混凝土搅拌和施工中的配合比，混凝土的用水量绝对不能大于配合比设计所给定的用水量。四是加强混凝土的早期养护，并适当延长混凝土的养护时间。冬季施工时要适当延长混凝土保温覆盖时间，并涂刷养护剂养护。五是在混凝土结构中设置合适的收缩缝。 2.塑性收缩裂缝及预防 塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态。较短的裂缝一般长20~30cm，较长的裂缝可达2~3m，宽1~5mm。其产生的主要原因为：混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等等。主要预防措施：一是选用干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。二是严格控制水灰比，掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性，减少水泥及水的用量。三是浇筑混凝土之前，将基层和模板浇水均匀湿透。四是及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等，保持混凝土终凝前表面湿润，或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护。五是在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施，及时养护。 3.沉陷裂缝及预防 沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软，或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致；或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30°~45°角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。裂缝宽度受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。 主要预防措施：一是对松软土、填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固。二是保证模板有足够的强度和刚度，且支撑牢固，并使地基受力均匀。三是防止混凝土浇灌过程中地基被水浸泡。四是模板拆除的时间不能太早，且要注意拆模的先后次序。五是在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。 4.温度裂缝及预防 温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热，（当水泥用量在350～550 kg/m3，每立方米混凝土将释放出17500～27500kJ的热量，从而使混凝土内部温度升达70℃左右甚至更高）。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力（实践证明当混凝土本身温差达到25℃~26℃时，混凝土内便会产生大致在10MPa左右的拉应力）。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大，或者是混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。 温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。 主要预防措施：一是尽量选用低热或中热水泥，如矿渣水泥、粉煤灰水泥等。二是减少水泥用量,将水泥用量尽量控制在450kg/m3以下。三是降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在以下。四是改善骨料级配，掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量,降低水化热。五是改善混凝土的搅拌加工工艺，在传统的三冷技术的基础上采用二次风冷新工艺，降低混凝土的浇筑温度。六是在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌合物的流动性、保水性，降低水化热，推迟热峰的出现时间。七是高温季节浇筑时可以采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升，降低浇筑混凝土的温度。八是大体积混凝土的温度应力与结构尺寸相关，混凝土结构尺寸越大，温度应力越大，因此要合理安排施工工序，分层、分块浇筑，以利于散热，减小约束。九是在大体积混凝土内部设置冷却管道，通冷水或者冷气冷却，减小混凝土的内外温差。十是加强混凝土温度的监控，及时采取冷却、保护措施。十一是预留温度收缩缝。十二是减小约束，浇筑混凝土前宜在基岩和老混凝土上铺设5mm左右的砂垫层或使用沥青等材料涂刷。十三是加强混凝土养护，混凝土浇筑后，及时用湿润的草帘、麻片等覆盖，并注意洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。在寒冷季节，混凝土表面应设置保温措施，以防止寒潮袭击。十四是混凝土中配置少量的钢筋或者掺入纤维材料将混凝土的温度裂缝控制在一定的范围之内。 5.化学反应引起的裂缝及预防 碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的由于化学反应而引起的裂缝。 混凝土拌和后会产生一些碱性离子，这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大，造成混凝土酥松、膨胀开裂。这种裂缝一般出现中混凝土结构使用期间，一旦出现很难补救，因此应在施工中采取有效措施进行预防。主要的预防措施：一是选用碱活性小的砂石骨料。二是选用低碱水泥和低碱或无碱的外加剂。三是选用合适的掺和料抑制碱骨料反应。 由于混凝土浇筑、振捣不良或者是钢筋保护层较薄，有害物质进入混凝土使钢筋产生锈蚀，锈蚀的钢筋体积膨胀，导致混凝土胀裂，此种类型的裂缝多为纵向裂缝，沿钢筋的位置出现。通常的预防措施有：一是保证钢筋保护层的厚度。二是混凝土级配要良好。三是混凝土浇注要振捣密实。四是钢筋表层涂刷防腐涂料。 三、裂缝处理 裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度，还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。因此根据裂缝的性质和具体情况我们要区别对待、及时处理，以保证建筑物的安全使用。 混凝土裂缝的修补措施主要有以下一些方法：表面修补法，灌浆、嵌逢封堵法，结构加固法，混凝土置换法，电化学防护法以及仿生自愈合法。 1.表面修补法 表面修补法是一种简单、常见的修补方法，它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。 2.灌浆、嵌逢封堵法 灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。 嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。 3.结构加固法 当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法：加大混凝土结构的截面面积，在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。 4.混凝土置换法 混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。 5.电化学防护法 电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用，改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态，钝化钢筋，以达到防腐的目的。阴极防护法、氯盐提取法、碱性复原法是化学防护法中常用而有效的三种方法。这种方法的优点是防护方法受环境因素的影响较小，适用钢筋、混凝土的长期防腐，既可用于已裂结构也可用于新建结构。 6.仿生自愈合法 仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法，它模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土的传统组分中加入某些特殊组分(如含粘结剂的液芯纤维或胶囊)，在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统，当混凝土出现裂缝时分泌出部分液芯纤维可使裂缝重新愈合[4]。 四、结 论 裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力，因此要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，保证建筑物和构件安全、稳定地工作。
在工程项目建设中桥梁施工是个重要环节，桥梁建设发展的关键在施工技术水平。下面是由我整理的桥梁工程技术论文范文，谢谢你的阅读。
桥梁工程施工技术
摘要：在工程项目建设中桥梁施工是个重要环节，桥梁建设发展的关键在施工技术水平。科学技术在不断的进步，施工机具、设备和建筑材料都在发展，桥梁施工技术也得到了不断地改进、提高。为桥梁施工技术水平的不断提高，本文浅谈了桥梁施工方法及桥梁的几项施工技术。
关键词： 桥梁 施工 技术
中图分类号：TU74文献标识码： A
前言
在我国古代桥梁的兴盛年代，其间在桥梁型式、结构构造方面有着很多创新，可谓“精心构思，丰富多姿”。宋代之后，建桥数量大增，桥梁的跨越能力、造型和功能又有所提高，在桥梁施工方面充分表现了我国古代工匠的智慧和艺术水平，成为我国桥梁建造史上的宝贵财富。解放初期，我国的公路、城建部门在恢复、改造和新建公路与城市道路上改建和新建了数量可观的桥梁，使通车里程比解放前有了成倍的增长。随着科学技术的进步，施工机具、设备和建筑材料的发展，桥梁施工技术得到了不断地改进、提高。
一、现浇连续梁
1、支架法就地现浇连续梁一般要求
支架法就地现浇连续梁的支架施工,安装前必须进行支架刚度、强度及稳定性等计算,确定立杆间距及横杆间距,并对杆件进行逐根质量检查。基础处理是现浇梁支架体系的关键部位,桥梁全长范围内地基承载力必须满足连续梁施工的全部荷载,并须保持支架不产生变形,不得发生沉降现象,否则,进行加固处理。若地基所处路段为软土路基地段,地基承载力较低,地基采用三七灰土换填、压实处理,换填厚度根据计算荷载确定,以提高地基承载力。处理后的地基,经地基承载力检验合格后,方可进行支架搭设施工。支架底设置底托。
2、施工控制
施工控制的目的是确保结构的安全和稳定,使成桥后桥面系线形达到设计要求,并且使结构的内力分布与设计理想的状态基本吻合。在确保结构稳定的前提下,采用变形与应力双控,以变形控制为主,兼顾应力的发展情况。全桥都要进行变形、施工挠度与标高控制。
控制方法:以整体承载能力和抗倾覆稳定为主;加强纵横斜拉剪刀撑布置,增加外侧斜支撑或者斜拉筋,提高抗倾覆稳定性;高宽比特别悬殊的(大于5的)独立支架,应优先选用大型型钢支架。立杆接头错开布置,每个水平面接头不得大于总立杆数的50%。立杆接头扣件索紧牢固,或者加楔塞紧;加强纵横斜拉剪刀撑布置,约束立杆变形;水平杆接头扣件索紧牢固,或者加楔捆绑牢固,确保有效;水平拉结杆步距不得大于计算值;加强纵横斜拉剪刀撑布置,约束立杆变形。针对性保证措施:
(1)地基碾压整平,达到承载力要求。
(2)支架基础高于周围地面20cm～30cm,周围设置截水沟,防止雨水流进,施工中严防水侵泡。
(3)对碾压碎石基础而言,应设置纵横交叉枕梁(方木或者型钢),提高整体受力效果;格外加强高低差方向斜拉剪刀撑;顺桥向高低差形式的,应将支架与墩台身间采用较强的刚性连接;横桥向高低差形式的,设法在支架高边一侧增加斜支撑和矮边增加斜拉筋;通过预压检测和检验计算成果,为施工调差提供准确参数,荷载集中部位横梁严格检查验收。
3、待浇混凝土的梁段搭设新的暖棚, 与已浇注混凝土梁段的暖棚之间, 挂保温帘分隔保温管道压浆:
(1)已施工的现浇梁段的暖棚、外模、底模不拆除,也不前移,用于已浇梁段的预应力管道的保温。待浇混凝土的梁段搭设新的暖棚,与已浇注混凝土梁段的暖棚之间,挂保温帘分隔保温。采取覆盖和包裹保温措施后。
(2)预应力孔道内的浆液,其强度达到25MPa前,保持其温度位于0℃以上。
(3)压浆前,孔道及两端必需密封,用高压水或高压风将管段内吹沈干尽,管道内不得存水。然后进行压浆。
(4)预应力孔道注浆的保护主要是泌水问题,浆体要求不泌水,适当早强,减少受冻的可能性、微管的膨胀性。浆体搅拌时,不能用热水与水泥直接搅拌,水泥应保温,不露天存放。为了使浆体不泌水,适当早强采取以下方式:
a采用1000r/min的高速搅拌装置,降低水灰比至以下;
b增加保水性材料(如粉煤灰、硅灰)减少泌水;
c添加高效减水剂降低水灰比;
d应用毛细水泌水试验,检验浆体的泌水性能。
二、悬臂式现浇
1、悬臂式现浇一般要求
托架采取自支撑体系构件设计。墩身施工时按要求在墩身相应位置预先埋设托架钢桁件。结构需要经过严格的受力计算。托架预压:
(1)托架使用前对托架进行预压,以检测托架的强度及稳定性,同时测量托架的非弹性变形值和弹性变形值。
(2)预压的荷载大小按照托架承载的混凝土重量,然后再考虑施工荷载和施工的安全系数来计算。
(3)卸载的顺序按照压载的反顺序进行并且作好观测记录,对预压期间获得的数据进行分析,找出非弹性变形值和弹性变形值,归纳出回归方程作为调整立模变高的依据。挂篮设计:包括主桁架、底模平台、模板系统、锚固系统、走行系统设计满足施工荷载、稳定性、安全性、可操作性。
2、悬浇梁施工技术措施
技术措施:
(1)挂篮的安装运行及使用均为高空作业,要采取全面的安全保证措施;现场技术人员必须检查挂篮的位置、前后吊带、吊架及后锚杆等关键受力部位的情况,发现问题及时解决。
(2)检查预留孔位置的准确性及孔洞是否垂直;浇筑混凝土前后吊带用千斤顶顶紧,且受力均匀,以防承重后与已浇筑梁段产生错台。
(3)施工中加强观测标高,轴线及挠度等,整理出挠度曲线。
3、悬臂梁施工注意事项
悬臂段施工必须把安全工作放在头等位置。在施工中,除做好防护平台,安全网等措施外,特别要对施工人员进行交底,提高安全意识,避免可能出现的各种落物等危险因素。
三、加强桥梁施工质量管理
1、应重视结构的耐久性问题
桥梁在建造和使用过程中，一定会受到环境、有害化学物质的侵蚀，并要承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用，同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化，从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化，既影响了使用又增大了经济损失。
2、加强混凝土质量管理
首先，施工单位要严格按照国家建材标准采购材料，并由始至终地保证水泥材料的质量稳定、不变质，对于大体积混凝土，要采用水热化低的水泥;其次，在施工过程中，施工工人必须按照强度等级、抗渗等级配比混凝土，还有充分控制好混凝土入模时的温度，进行分层浇筑以及设计合理的养护措施，通过在混凝土表面覆盖草席、草帘等确保降低温度应力，避免混凝土出现温度裂缝;再次，在浇筑混凝土时一定要振捣充分，尤其是腹板内预应力管道比较集中的地方更要做到不欠振、不漏振，确保混凝土浇筑密实。
3、加强桥梁结构质量管理
首先，施工单位要仔细精确地做好测量工作，放线定位工作要做到准确无误，不能出现丝毫偏差。在桥墩、桥台施工完成后，要将桥梁的平面位置完全确定下来;其次，由于桥梁结构形式很多，施工工序和技术较复杂，要求的施工工艺较精确，因此，施工单位必须严格按照设计图纸进行施工，从混凝土的振捣、养生、到预应力的张拉等都要严格管理和控制，以确保桥梁结构的承载能力;再次，还要着重注意桥梁外观的美观平滑，不能出现由于施工手段的缺陷或混凝土振捣不均而引起的外观质量欠缺。
结束语
总之，在桥梁建设中，我们应该根据实际情况来选择适宜的施工方法和技术。现代桥梁建设的施工技术发展突飞猛进，不断地涌现出了先进的技术、设备和高科技材料。当然在建设的过程中我们会遇到各种新问题，这就需要我们不断探求新方法、新技术。
参考文献
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[2] 向木生，张世，张开银.大跨度预应力混凝土桥梁施工控制技术[J].中国公路学报，2002，10.
[3] 郝志刚.探讨桥梁施工技术与管理[J]. 科技信息. 2012(08)
[4] 柏冰,王灿彬.浅谈桥梁工程的施工技术与安全管理[J]. 科技创新导报. 2012(11)
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桥梁工程中的腐蚀问题探讨论文
摘要 ：本文从桥梁工程中的腐蚀类型分析机制入手，对桥梁工程中的腐蚀机理以及原因分析进行了简要分析，并着重阐释了桥梁工程中腐蚀问题的整治措施，旨在为相关工程质量管理部门提供有价值的参考建议。
关键词 ：桥梁工程；腐蚀；问题；原因；对策
0引言
随着经济的发展以及社会的进步，我国桥梁工程项目也呈现出高速发展的态势，但是，在实际工程项目运行过程中还存在很严重的腐蚀问题亟待解决，需要相关研究人员针对具体问题建立具体管控措施，建立更加完善的管控机制。同时，在对桥梁工程项目进行监督和管控的过程中，相关技术要针对腐蚀问题给予有效关注，建构更加完整的工程项目监管机制，从而提升工程管理效果。
1桥梁工程中的腐蚀类型分析
在对工程项目进行研究的过程中，首先要对桥梁腐蚀类型进行分析，由于腐蚀过程主要指的是材料在环境介质内发生物理或者是化学变化的情况，不仅会对整体技术体系产生影响，也会导致整体工程项目的性能受到损害。在实际腐蚀问题中，比较关键的问题主要包括桥梁化学腐蚀、桥梁物理腐蚀以及桥梁电化学腐蚀三类。在工程项目中，桥梁腐蚀问题主要是钢材腐蚀以及混凝土腐蚀，都会对整体工程项目产生较为严重的影响，甚至会导致整体工程的安全运行受到严重威胁[1]。
2桥梁工程中的腐蚀机理和原因分析
（1）桥梁工程中的腐蚀机理桥梁发生腐蚀问题，影响比较大的就是化学腐蚀和电化学腐蚀。在化学腐蚀中，桥梁会发生氧化反应和还原反应，基本原理就是离子交换。在电化学腐蚀过程中，氧化反应和还原反应相对独立，并且在阳极和阴极的作用下产生一定的变化，导致整体桥梁结构出现裂缝；（2）桥梁工程中的原因分析在对裂缝原因进行分析后，主要针对材料选择、施工结构以及养护机制进行综合分析和管控，确保实际问题能得到有效解决，实现整体运行和管控机制的完整度。第一，钢结构出现严重的腐蚀问题。主要是在桥梁工程中的钢结构，会出现严重的问题，究其原因，主要是由于空气中的大气和水共同作用，加之不同自然因素的影响，就会导致整体结构出现裂缝问题。特别要注意的是，在一些污染情况较为严重的地区，环境中含有大量的二氧化碳和二氧化硫，也会导致桥梁出现严重的腐蚀裂缝问题。在众多影响因素中，大气水分含量、降水量、尘埃以及光照都会影响到桥梁的实际质量，甚至会导致整体系统的结构和情况受到非常严重的影响。第二，钢筋混凝土本身组成成分中有水泥，其水化会产生CaO，当该物质和钢筋接触后，就会在钢筋外部产生FeO的化学膜结构，起到保护作用，但是这种保护作用会在接触到外界酸性物质后被破坏，实际的保护作用也会减弱；第二，混凝土出现严重的腐蚀问题，由于混凝土本身是一种较为复杂的复合产物，其实际组成中，硅酸二钙以及硅酸三钙是关键要素，其发生腐蚀反应主要是由于碳化分解以及氯离子出现了严重的腐蚀，都是导致问题出现的原因。特别要注意的是，在混凝土碳化过程中，正是基于本身的碱性环境，若是出现酸性物质，就会和原物质发生反应，致使平衡被破坏。在裂缝原因分析过程中，也要对酸化腐蚀进行集中处理，主要指的是废气废水、酸雨以及酸性物质，由于其都会和混凝土材料发生反应，也就导致反应后生成难溶物质，破坏混凝土结构后，产生了严重的裂缝问题。
3桥梁工程中腐蚀问题的整治措施
针对具体问题，相关研究人员要建立健全完整的管控和处理机制，确保桥梁腐蚀问题能得到有效的解决，特别是针对不良气候条件，要确保钢结构桥梁的腐蚀问题能得到优化管控。第一，要有效控制和治理环境污染问题。要从组织形式以及管理人员的基本素质出发，提升整体管控机制的有效性，并且确保管理行为和科研管控成果能建立有效的`平衡[2]；第二，管理人员要针对实际问题进行优化处理，有效隔离污染问题的侵扰，在工程项目建立过程中集中选用耐腐蚀材料；第三，要集中选用较为先进的制造技术，提高桥梁项目的整体运行技术，促进管控结构和管理效果的优化发展；第四，在对桥梁裂缝问题进行分析和处理后，相关管理部门要结合实际情况，运用有效的技术框架建立一种动态化的管控机制和项目优化措施，从根本上落实最经济也是最有效的实践方案，从而提高整体裂缝处理问题的有效性。
4结束语
总而言之，针对桥梁工程，相关施工单位要建立最优化项目处理机制，强化裂缝问题的处理水平，确保技术层面和人为管理层面的同步优化，一定程度上提升工程项目的实际质量。只有强化问题处理措施和处理效果，确保整体项目管控框架的完整度，才能为我国桥梁工程项目的可持续发展奠定坚实基础。
参考文献
[1]彭建新,邵旭东.CO2排放、气候变化及其对混凝土结构开始腐蚀时间和时变可靠度评估的影响[J].公路交通科技,2014,26(10):76-81,86.
[2]石建光,余志勇,林挺宁等.沿海混凝土桥梁工程的腐蚀环境评价以及耐久性设计要求[J].混凝土,2013,15(12):67-71.
采油气工程的论文
采油气工程是一个运用科学的理论、方法、技术与装备高效地钻探地下油气资源、最大限度并经济有效地将地层中的油气开采到地面，安全地将油气分离、计量与输运的工程技术领域。我整理的关于采油气工程的论文，欢迎大家一起来看看！
摘要 ：纵观我国石油开采技术发展的整个历程，从其最初的探索试验阶段发展到分层开采阶段，再发展到如今的多种油藏类型采油工艺技术、采油工程智能技术等，期间走过的道路是非常曲折和艰难的，同时，这也体现了石油人的勇于奉献和不断创新的精神。随着采油技术的不断发展，它的工艺配套技术也不断完善，这使得油田的产量也不断的提高，但与此同时，要想进一步提高我们的油田产量，则仍然需要不断的改进我们的采油技术，这才能够让我国的石油工程处于良好的发展之中，才能为我国的经济带来巨大的效益。目前，我国的大多数油田已经处于高含水，高产出阶段，产量呈递减的速度，水油比上升造成的油气田开采难度越来越大。因此，研究采油技术对我国的经济发展有重大的'意义。这对我国的经济带来的帮助也是不可估量的。
关键词 ：采油技术；工艺；产量；创新
采油是油田开采的过程中，根据开采的目标通过生产井和注入井对油藏采取的各项工程技术的总称。众所周知，油田的产量高低取决于采油技术的好与坏，因此，采油技术就成为我国实现油田开采技术的重要途径，另外，采油技术还影响采油速度的快慢、最终采收率的大小、经济效益的优劣等油田生产中的重要问题。
一采油技术的分类
近年来，国内外的采油新技术发展很迅速，有物理的、生物的、化学的以及各种综合的方法等，但其本质都是在努力提高原油采收率。从技术的应用时间顺序和技术原理上来看，可分为一次采油、二次采油和三次采油。顾名思义一次采油，就是依靠油藏天然能量进行油田开采的一种方法，常见的一次采油方法有溶解气驱、弹性水驱和气顶驱等；经过一次采油之后，地层压力明显变小，需要为油井注水以平衡地下能量的减弱，这被称为二次采油。通过二次采油之后，采取注水，并应用物理和化学方法，改变流体的性质、相态等，扩大注水的波及范围以便提高驱油效率，从而再一次提高采收率。三次采油主要是依靠化学方法，辅助开采最艰难的层面油藏，一般包括碱驱、聚合物驱、表面活性剂驱、聚合物复合驱等。与二次采油相比，三次采油的特点是高投入、高技术和高效益，在二次采油水驱的基础上向油层注入排驱剂来采油，不同的排驱剂有不同的排驱机理。三次采油增油的效果非常好，近年来已经被国内外广泛重视和研究。
二 我国采油技术的现状
1. 完井工程技术 。
完井工程是衔接钻井和采油工程的，但又与其相对独立的工程，从钻开油层开始，到下套管注水泥固井、射孔、下生产管柱、排液、直到投产的一个过程。到目前为止，我国在直井、定向斜井、丛式井、水平井的技术上面已经达到了一定的技术高度，并且掌握了多种完井的方法，比如裸眼井补管完井、下套管射孔完井、套管内外绕丝筛管等完井方法。根据油田所处的地理位置及油藏情况等来确定并采用不同种类的方法，比如象华北迷雾山油藏，由于它的地质条件为碳酸盐岩裂缝油田，因此采用了裸眼完井方法，这样不但保护了生产阶段，且也取得了油井的高产，大大提高了采油率。另外，由于大庆油田属于老油田，所以采用了注水开发的方法，对加密井采用高密度钻井液完井并进行油层保护，这样取得了很大的成功。特别值得提出的是，我国在实践中发展配套了采油和钻井联合协作的技术，以保护油层、达到高产为目标。目前，我国的钻井技术较之以前有很大的发展，下套管射
孔完井、裸眼完井、各种衬管完井技术被一些油田采用，并取得了十分显著的成绩。
2. 人工举升工艺技术 。
根据各类油田在不同开发阶段的需要，在最近的五十多年中，我国发展配套和应用了多种人工举升工艺技术，比如：抽油机有杆泵采油技术、电动潜油泵采油技术、水力活塞泵采油技术、地面驱动螺杆采油技术、气举采油技术等等。借鉴国外的先进技术，又研发了井下诊断和机杆泵优化等技术问题，极大地提高了采油效率。
3. 分层注水技术 。
分层注水技术已经在多层油藏注水开发中被广泛应用，它的关键技术就是要提高注入水在地下的波及效率。早在多年前，克拉玛依油田就在调整中应用了分层注水技术，并且取得了非常好的效果。研究成功的管式活动配水器和支撑式封隔器，在油田的分注中发挥了一定的积极作业，并且取得的结果非常令人满意。90年代河南油田、大庆油田进一步研究成功了液压投捞式分层注水管柱、并且达到了一次可测试、调整多层的细分注水的目的。
4. 热超导技术 。
热超导技术是控制物质的热阻，并且使它趋近于零，它主要是利用化学技术，在封闭的管体内加入复合的化学介质，利用物质受热不均产生的相变，激活气状分子，使其在巨大的气化潜热中以声速传递热量。热超导技术主要有两种，第一种是能耗自平衡稠油技术，它主要是利用超导液，在地下注入超导液之后，利用其导热的性能，把地下的热能传递到井口，从而提高井口产出液的温度。在不经过任何加热装置辅助的情况下，最大限度地实现清蜡降粘、减少抽油机悬点载荷、提高泵效的节能目标。另外一种是超导加热热洗技术，它是将应用超导技术加热之后的产出液注入到油套内，通过循环升高井筒内的温度，从而实现清蜡降粘的目的。采用这种技术的好处是环保，并且成本低、效率高，而且安全可靠，是油田普遍应用的一种技术。
另外，我国的采油技术还有压裂、酸化工艺技术，堵水、调剖工艺技术，稠油及超稠油开采技术，多层砂岩油藏“控水稳油”配套技术等。
三 目前采油技术遇到的问题
常规采油工艺难以满足目前开发的需要，主要体现在：一是大泵提液技术越来越大，目前应用的大抽液泵主要有泵和泵两种。二是有杆泵加深泵挂受到限制。三是斜井采油技术需要进一步突破，由于需要加深的泵挂，部分油井的杆、管等抽油设备进入斜井段。四是高温限制了电潜泵的应用范围。另外就是开发后期的垢、绣现象日益严重；重复堵水的措施的效果日益变差了等。
四 采油技术的前景展望
未来采油技术的发展趋势主要体现在复合驱油法、混相法、热力采油法、微生物法等等。并且在未来油田的生产中，生物工程技术也将会得到广泛的应用。由于生物技术在其他行业的广泛应用，并且取得良好的效果，这便使其成为采油技术的一种新的研究。随着老油田注水开采的延续，石油的综合含水的不断上升，污水处理已经成为一个棘手的问题，而生物工程技术具有污染小、成本低的特点，这使得它将成为油田采油技术中的一项新的技术，而且会不断地提高原油采收率。
另外，碳纳米管在油井中也得到了广泛的应用，其密度小，但强度却是钢的100倍。未来的油田开采中将会利用其轻、柔软、结实等特点，制作油管或抽油杆，其性能会比现在的钢管更强，这将为油田的开发和挖潜做出更大的贡献。
根据我国石油和天然气的发展战略，针对西部油区的油井深度大、产量变化范围广、地质矿藏多样以及复杂、气候恶劣、天然气充足等特点，应该采用较先进的采油技术，从而提高开采的效率，这对我国的经济发展起到了促进的作用。
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王培义李宗田苏建政孙良田
（中国石化石油勘探开发研究院，北京100083）
摘要 水平井技术于1928 年提出，20 世纪40 年代付诸实施，20世纪80年代相继在美国、加拿大、法国等国家得到广泛工业化应用，并由此形成了一个研究和应用水平井技术的新高潮。本文阐述了国内外水平井分段压裂工艺技术及其应用效果，传统的填砂打液体胶塞及封隔器分隔压裂技术劳动强度大，作业周期长，水力喷射压裂是水平井分段压裂发展的方向。
关键词 水平井 分段压裂 应用效果
Staged Hydraulic Fracturing Proceeding of Horizontal Well
WANG Pei-yi，LI Zong-tian，SU Jian-zheng，Sun Liang-tian
（Exploration and Production Research lnstitute，SlNOPEC，Beijing100083）
Abstract The horizontal well technology was proposed in 1928，brought into operation in 1940s，and successively widely industrialized used in ，Canada，France in a new meridian was developed that paper gives an overall description the staged hydraulic fracturing proceeding of horizontal well in domestic and abroad，and introduces its field liquid cement isolation and packer isolation in hydraulic fracturing proceeding makes labour intensity raised and leads working cycle fracturing proceeding is a trend in staged hydraulic fracturing proceeding.
Key words horizontal well staged hydraulic fracturing field application
水平井通过扩大油层泄油面积提高油井产量，提高油田经济效益，目前已经成为油气田开发的一种有效手段，特别对于低渗油气藏效果更加显著。为了充分发挥水平井优势，提高低渗透油田开发效益，水力压裂改造成为储层增产的重要措施。
国内外于20世纪80年代开始研究水平井的压裂增产改造技术，在水力裂缝的起裂、延伸、压后产量预测和分段压裂施工工艺技术等方面取得了一定进展，但总体来讲不配套、不完善，特别是水平井分段压裂改造工艺技术与实际生产需求还存在较大的差距，有待进一步开展攻关研究。本文主要介绍目前国内外常用的几种水平井分段压裂工艺技术［1～3］。
1 水平井分段压裂改造技术
液体胶塞隔离分段压裂技术（化学隔离技术）
国内外在20世纪90年代初采用该技术，主要用于套管井。其基本做法是：①射开第一段，油管压裂；②用液体胶塞和砂子隔离已压裂井段；③射开第二段，通过油管压裂该段，再用液体胶塞和砂子隔离；④采用这种办法，依次压开所需改造的井段；⑤施工结束后冲砂冲胶塞合层排液求产。该方法的优点是施工安全系数高。缺点是：①所使用的液体胶塞浓度高，对所隔离的层段伤害大；②由于压后排液之前要冲开胶塞和砂子，冲砂过程中对上下储层均会造成伤害；③施工工序繁杂，作业周期长；④综合成本高。因此，该技术方法20世纪90年代初发展起来后没有得到进一步发展与推广应用。
水平井双卡上提压裂多段技术
此项技术可以一次性射开所有待改造层段，压裂时利用导压喷砂封隔器的节流压差压裂管柱，采用上提的方式，一趟管柱完成各层的压裂（图1）。优点：①分层改造目的性强；②井筒隔离效果好。缺点：容易砂卡封隔器，造成井下事故。需进一步攻关研究。
图1 双封分层压裂管柱示意图
封隔器+机械桥塞分段压裂技术
该技术为：射开第一段，油管压裂，机械桥塞座封封堵；再射开第二段，油管压裂，机械桥塞座封封堵，按照该方法依次压开所需改造的井段，打捞桥塞，合层排液求产（图2）。优点：①具备双封分压的特点；②砂卡时处理事故比双封管柱容易。缺点：①作业周期长；②砂卡风险大［4，5］。
图2 水平井机械隔离分段压裂管柱示意图
环空封隔器分段压裂技术
环空封隔器分段压裂，首先把封隔器下到设计位置，从油管内加一定压力坐封环空压裂封隔器，从油套环空完成压裂施工，解封时从油管加压至一定压力剪断解封销钉，同时打开洗井通道阀，洗井正常后起出压裂管柱，重复作业过程，实现分射分压（图3）。
图3 环空分层压裂管柱示意图
限流分层压裂技术
限流法分层压裂是一种完井压裂技术，它主要用于未射孔的新井。限流压裂技术机理是在压裂过程中，当压裂液高速通过射孔孔眼进入储层时会产生孔眼摩阻且随泵注排量的增加而增大，带动井底压力的上升，井底压力一旦超过多个压裂层段的破裂压力，即在每一个层段上压开裂缝。如果层多、层薄，物性差异大，那么就会导致各裂缝启裂和延伸不均衡，影响增产效果（图4）。
图4 限流分层压裂管柱示意图
水力喷射加砂分段压裂技术
水力喷射分段压裂技术就是将水力喷射技术和压裂技术相结合，其技术原理是根据伯努利方程，将压力能转换为动能，在地层中射流成缝，通过环空注入液体使井底压力刚好控制在裂缝延伸压力以下，环空泵注的液体在压差作用下进入射流区，与喷嘴喷射出的液体一起被吸入地层，驱使裂缝向前延伸，因井底压力刚好控制在裂缝延伸压力以下，压裂下一层段时，已压开层段不再延伸，因此，不用封隔器与桥塞等隔离工具，实现自动封隔。通过拖动管柱，将喷嘴放到下一个需要改造的层段，可依次压开所需改造井段（图5）。
水力喷射压裂技术可以在裸眼、筛管完井的水平井中进行加砂压裂，也可以在套管井上进行，施工安全性高，可以用一趟管柱在水平井中快速、准确地压开多条裂缝，水力喷射工具可以与常规油管相连接入井，也可以与大直径连续油管（ϕ）相结合，使施工更快捷，国内外已有数百口井用此技术进行过酸压或加砂压裂处理［6～8］。
图5 喷射压裂技术示意图
2 现场应用效果
吉林油田，由于井比较浅，大部分水平井采用环空分段压裂技术，用该工艺压裂投产的水平井，压后初期产量为～，稳定产量是周围直井产量的3～5倍。
长庆油田自1993年在安塞油田第一口水平井——塞平1井成功实施分段压裂以来，已利用填砂打胶塞分段压裂技术改造了7口井17层段。长庆油田在2005年引进哈里伯顿公司水力喷射分段压裂技术基础上，2006年在4口井实施了水力喷射分段压裂，其中庄平7井投产后日产油7t，取得了较好的改造效果。
大庆油田在葡萄花油田实施8 口水平井限流压裂，投产2 口井，平均日产量达到，未压裂水平井日产为，压裂增产倍。2007年封隔器分段压裂占水平井压裂总井数的，增产效果是直井压裂的倍，是水平井限流压裂的～倍。将分段压裂与限流压裂相结合，开展水平井分段限流工艺研究，试验8口井，降低了施工成本与风险，并取得了较好的增产效果。
胜利油田套管限流分层压裂实施了高89-平1井、史127-平1井、商75-平1井3口井的分段压裂，其中史127-平1井水平段长，实施限流改造井段～，长度为 ，压后初期日产液 ，日产油 ，稳定日产油，含水量为7%。
3 结论
（1）水平井的增产措施是低渗透水平井长期高效开发的重要手段，应加大水平井的分段压裂措施的现场实施研究力度。
（2）水平井开发经过十余年的科技攻关，取得了很多成果，但在水平井分层压裂工艺配套等许多方面有待于进一步提高。
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