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浅谈高速公路隧道防排水施工技术论文
【摘要】针对高速公路隧道常见的防排水处理方法，介绍了隧道防排水处理中各工序施工技术及施工注意要点。
关键词隧道;防排水;施工技术
随着目前国家高速公路网逐步的建成通车，在已建成的高速公路隧道中，隧道的施工缝处及二衬接缝处，时有渗漏水现象发生，严重影响着运营行车安全。如何在施工中做好隧道防排水工作显得越来越重要。
1进洞前的防排水处理
1)在隧道进洞前，根据设计图纸提供的水文地质资料，对隧道隧址地形进行踏勘，检查是否有地表水，如有地表水，应尽量使地表水流经线路不经过或少流经隧址，以减少开挖隧道后地表水对隧道的影响。
2)按照设计图纸要求，进洞前做好洞顶截水沟防止地表水进入开挖后的隧道，亦可减少在雨季雨水冲刷开挖后的边仰坡。
3)进洞前必须按照设计图纸要求对边仰坡处理完成。
2开挖过程中的防排水
1)隧道开挖后，隧道围岩内裂隙水、地下水原有的流经改变，大量地下水、裂隙水：在隧道地表处理不好的情况下甚至还有很多地表水流人隧道，因此隧道开挖后的仿排水处理是否及时、方案是否正确，直接影响到隧道的稳定性。隧道在开挖后防排水处理的方针是：以排为主，防、堵、截、引相结合的原则。在隧道开挖后，立即对开挖后的掌子面进行初喷砼，喷射砼厚度一般为3—5cm。初喷砼的目的主要有以下几点：
(1)封闭掌子面，减少裂隙水、地下水等流人洞内;
(2)减小开挖后的围岩变形速率，为初期支护提供一个较为安全的'施工环境;
(3)隧道在开挖后，尤其在围岩条件比较差的情况下，围岩的超欠挖往往超出规范允许值，造成开挖后围岩表面及不平顺，初喷后要求围岩表面基本平顺，为排水半管铺设后达到排水效果提供保障。
2)在初喷砼完成后，根据围岩的渗水情况，对渗水处进行凿眼排水，使渗水从凿眼处流出，排水半管按照凿眼情况树枝状布置，根据渗水情况每隔3~5m -道汇聚于纵向排水管。
目前的高速公路隧道施工过程，部分单位对开挖后及时初喷这道工序不够重视，施工中敷衍了事，造成排水半管铺设不够平顺。凿眼排水不认真、排水半管铺设不规范、排水半管质量参差不齐，有的排水半管在铺设后喷射砼时喷射料将排水半管包裹层击穿，造成排水半管堵塞，大大影响了排水半管的排水效果。
3土工布防水板施工
如果说开挖后排水半管的施工是隧道防排水处理的第一道防线，那么土工布防水板施工则是第二道防线。对于大面积漏水或有股水的地段必须先用油布、薄膜、塑料布等材料，将水引离施工工作面，待防水板铺设到适当位置时，再行拆除，用排水半管引水顺土工布后流下。在施工防水板前，应做好一下几点工作：
1)必须对喷射砼表面的尖锐、突出物进行凿除或者抹平，防止防水板铺设后刺破防水板，并且喷射砼表面达到大面平顺。
2)如发现喷射砼表面仍有渗水，应凿眼布设排水半管，布设方法与前面所述方法相同。
3)在上述工作完成后，开始铺设土工布，土工布悬挂点为拱部3N4个，边墙2—3个，土工布应有一定的松弛度，一般检查方式为用手压土工布至喷射砼面，手感不紧为宜。土工布一般采用射钉加热熔垫片固定，土工布铺设完成后，开始铺设防水板，防水板熔焊在热熔垫板上，要求热熔垫板的熔点应与防水板的熔点相适应，防止在焊接过程中因两者熔点不匹配焊穿防水板。防水板环向搭接不小于10cm，采用特制的趴焊机焊接，对焊接效果进行气密性检查，检查方式：充气压力为，并保持恒压时间不小于2min。防水板铺设时亦应有一定的松弛度，防止因松弛度不足，二衬砼压破防水板。
4)防水板施工完成后，在施工二衬钢筋时应注意对防水板采取保护措施，防止焊接钢筋时烧穿防水板。采取的措施有在防水板与钢筋之间放置铁皮或木板等。
4纵向、横向排水管施工
隧道围岩内渗水由排水半管引至纵向排水管后经纵向排水管引至横向排水管，再由横向排水管引至中央排水管或排水沟，由中央排水管或排水沟引出洞外，形成隧道内排水系统。纵向排水管在设计时有的设计图纸要求上半部打眼，有的要求全部打眼。为了保证纵向排水管外隧道侧壁的积水能够全部流人纵向排水管，建议纵向排水管最好全部打眼。纵向排水管施工时应注意一下几点：
1)纵向排水管的基座砼面标高必须与隧道纵坡坡度一致，避免纵向排水管安装后管内积水。在实际施工过程中，施工人员在浇筑纵向排水管基座时，往往疏忽对基座顶面标高的控制，容易造成实际基座顶面标高与设计基座标高超规范允许值。在隧道纵向坡度较小的情况下，容易在纵向排水管内形成积水。
2)纵向排水管进行包裹时，包裹层里面的反滤碎石使用前应冲洗干净。土工布应全部包裹总行排水管，避免杂物堵塞纵向排水管的排水孔。纵向排水管的包裹方式如图1所示：
5二衬的防排水处理
二次衬砌的防排水处理，是作为隧道洞内防排水处理的最后一道防线，施工时在每板二衬与下一板二衬之间，沿隧道环向加入止水条或者水带，止水条或止水带设计要求位于二衬厚度中央。
6结论
要做好隧道的防排水处理，其实并不需要复杂的工艺，关键在于施工时要认真对待每一道工序，必须从隧道施工过程的每一道工序做起，初期支护、防水板铺设、二次防水衬砌、排水设施等每道工序的施工质量都对隧道防排水效果产生很大的影响，施工中的一点疏忽可能造成渗漏水隐患。因此，每道工序的施工质量都要达到设计预期的效果，才能使隧道防排水工程质量有保证。
城市地下岩土工程是岩土工程的一部分，是城市可持续发展，特别是我国大城市可持续发展所面临的诸多问题之一，更是摆在岩石力学工作者面前的新课题和新任务。 1 城市地下岩土工程是新世纪城市建设的重要环节 随着国民经济的高速发展，我国城市化水平正在快速提高，从1990年的提高到1997年末的。城市化水平的提高标志着城市工程建设的飞速发展。但是，我国城市建设基本上沿用“摊大饼”的粗放发展模式，给国民经济带来不应有的损失。主要是： (1)城市范围无限制地外延扩展，耕地损失严重。据卫星遥感资料判断和测算，1986～1996年间，全国31个特大城市城区实际占地规模扩大，有的城市占地成倍增长。另据预测，至2010年，我国城市总数将从1996年的640座增加到1 000座，其结果是占用了大量耕地。到下世纪中叶，我国城市化水平将提高到65%左右，这意味着城市人口将比1990年增加7亿多人，按每个城市人口用地100 m2计，将占用耕地1亿多亩。土地问题是我国可持续发展的关键，城市人口急剧增长与地域规模的限制已成为城市发展的突出矛盾，城市 发展非走节约土地的集约化发展模式不可。 (2)城市人口密度大，形成了所谓的“城市综合症”。首先表现在城市交通阻塞，行车速度缓慢。例如北京市干道的平均车速比10年前降低50%以上，且正以年递减2 km/h的速度持续下降。上海、北京每公里道路的汽车拥有量相应为506辆与345辆，为发达国家大城市相应拥有量的1倍及至数倍。其次是，由于城市基础设施落后于城市面积的扩展和城市人口的增长，造成城市环境的恶化。当前我国城市环境形势日趋严重，大气污染日趋加剧，全国500多座城市大气质量达到一级标准的不到1%，酸雨面积超过国土面积的40%，重庆等城市尤为严重；城市污水80%未经处理排入江河；城市地下水受到污染；垃圾围城现象普遍；噪声污染普遍超标，建筑空间拥挤，城市绿地减少，生态恶化。 (3)城市总体抗灾抗毁能力偏低。在城市总体规划中，除防洪、防空外，目前尚缺少综合防灾的内容，城市基础设施的防灾措施处于空白。为了克服这方面的弊端，解决城市人口、环境、资源三大危机，医治“城市综合症”，实施城市可持续发展，世界发达国家都在把地下空间作为新的国土资源，开发利用城市地下空间，成为越来越受到重视的城市建设指导方针和发展方向。 城市功能空间能转入和宜转入地下的领域是很广阔的，包括商业、交通、部分市政设施、文化娱乐休闲、部分工业生产、仓储、防灾(避难)和救灾空间等。充分利用地下空间是城市立体化开发的最重要组成部分。它可以达到扩大空间容量、提高开发集约度、消除步车混杂、交通顺畅、商业更加繁荣，地面绿地增加，环境优美开敞，购物与休闲，娱乐相互交融的多功能效果，与向城市上空发展的模式相比，是一种更为合理的发展模式。 向地下要土地、要空间已成为城市建设发展的必然趋势，显示了无比的优越性。我国及国外大城市的地下商业城(街)、地下车库、地下影剧院、地下铁道、地下人防系统，是众所周知的城市地下工程。有的国家已开始实施和计划采用地下污水收集和处理设施、地下垃圾处理厂、地下超导磁直接储存电能、地下供热供冷系统、地下多功能公用隧道(共同沟)以及具有抗灾功能的地下空间系统。它们是未来城市建设的发展方向。 2 城市地下岩土工程的特点及难点 众所周知，地下岩土工程是一个具有悠久历史的领域。可以说自有人类以来就有岩土工程，特别是进入工业社会以后岩土工程处处存在，但是城市岩土工程，除了传统的地面房层工程外，地下岩土工程却是随着现代城市的兴起而发展的。经过最近几十年的实践，无论从设计、施工、设备和工艺，还是理论、技术和经验，都已达到相当高的水平，特别是深埋地下岩石工程，更是达到了较成熟的程度。 但是，城市地下岩土工程却具有与一般岩土工程不同的特点，主要是：多数埋深较浅。地面建筑、交通设施密集，地下管线多，开挖造成的影响大，地质条件复杂，多以土体为主，常有膨胀土、沙层、地下水，尤其是沿海沿江城市，淤土、软土的开挖难度更大。因此，城市地下岩土工程存在许多需要解决的特殊问题。主要是： (1)浅埋、超浅埋暗挖施工技术。城市地下工程的埋深，不仅直接影响工程造价，而且关系到工程使用方便与否，因此，城市地下工程一般埋深较浅。在浅埋、特别是超浅埋的条件下，地下工程需要穿越建筑物和线路、街道，地面保护成为施工技术中的首要问题。 (2)复杂、恶劣环境下的开挖技术。诸如流砂层、膨胀土、高压缩性软土淤土、风化破碎岩石、高浓度瓦斯地层、大涌水、硫化氢、岩溶、高应力、地下管线、地面大车流量、大型载重车多、建筑物密集等等，都是地下岩土工程施工中的难题。 (3)大断面隧道开挖、支护技术。主要是地铁车站及商场、仓库、厅、室，其跨度尺寸达10 m以上。 (4)开挖影响控制技术。随着工程埋深的减小，开挖对地面的影响越来越大，在超浅埋条件下，开挖影响的控制与开挖方式、施工工艺、支护方法等众多因素有关，是地下工程施工中最为复杂的问题。 3 城市地下岩土工程的开挖技术及其适应条件 我国城市地下工程建设起步较晚，随着人防、地铁、地下商场、仓库、影剧院等大量工程的建设，特别是近年来的工程实践，城市地下空间开挖技术得到了长足发展和提高。我国城市地下隧道及井孔工程先后采用了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等，这些技术有的已达到国际先进水平。 明挖法 明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全的优点，城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术。其缺点是对周围环境的影响较大。 明挖法的关键工序是：降低地下水位，边坡支护，土方开挖，结构施工及防水工程等。其中边坡支护是确保安全施工的关键技术。主要有： (1)放坡开挖技术。适用于地面开阔和地下地质条件较好的情况。基坑应自上而下分层、分段依次开挖，随挖随刷边坡，必要时采用水泥粘土护坡。 (2)型钢支护技术。一般使用单排工字钢或钢板桩，基坑较深时可采用双排桩，由拉杆或连梁连结共同受力，也可采用多层钢横撑支护或单层、多层锚杆与型钢共同形成支护结构。 (3)连续墙支护技术。一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽，也可采用多头钻和切削轮式设备成槽。连续墙不仅能承受较大载荷，同时具有隔水效果，适用于软土和松散含水地层。 (4)混凝土灌注桩支护技术。一般有人工挖孔或机械钻孔两种方式。钻孔中灌注普通混凝土和水下混凝土成桩。支护可采用双排桩加混凝土连梁，还可用桩加横撑或锚杆形成受力体系。 (5)土钉墙支护技术。在原位土体中用机械钻孔或洛阳铲人工成孔，加入较密间距排列的钢筋或钢管，外注水泥砂浆或注浆，并喷射混凝土，使土体、钢筋、喷射混凝土板面结合成土钉支护体系。 (6)锚杆(索)支护技术。在孔内放入钢筋或钢索后注浆，达到强度后与桩墙进行拉锚，并加预应力锚固后共同受力，适用于高边坡及受载大的场所。 (7)混凝土和钢结构支撑支护方法。依据设计计算在不同开挖位置上灌注混凝土内支撑体系和安装钢结构内支撑体系，与灌注桩或连续墙形成一个框架支护体系，承受侧向土压力，内支撑体系在做结构时要拆除。适用于高层建筑物密集区和软弱淤泥地层。 暗挖法 适用于城市中不能采用明挖法施工的地方，亦适用于松散层及含水松散层地层。 一般应按照“新奥法”原理设计和施工，采用较强的初期支护，先注浆后开挖的方法。施工原则是：“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”。一般用30～50 mm钢管超前棚顶导管，然后注入水泥或化学浆，形成“结石体”，以增强围岩自稳能力。每次开挖进尺 m左右，先进行环状开挖，留核心土，预喷5～8 cm混凝土，架拱架和钢筋网，再喷25～30 cm混凝土，形成初期支护，做防水层后再做二次衬砌。 暗挖法有单拱单跨和多拱多跨暗挖施工技术。北京地铁西单车站为多拱多跨。也有三连拱、四连拱、五连拱地铁车站、公路隧道和地下商场。北京天外天地下商场为五连拱结构。还有平直墙暗挖施工技术。国际上传统的暗挖法其顶部都是拱形结构，我国创造出平顶直墙超浅埋暗挖施工技术，如北京长安街过街道。 在岩石中进行暗挖施工时，一般采用钻爆法。为了保护围岩的自承能力，普遍采用光面爆破技术。为了减少对地面的振动影响，还采用微差爆破及合理设计爆破参数等减振技术。 盖挖法 指的是边坡支护为连续墙、混凝土灌注桩，其上为盖板所构成的框架结构，并在其保护下开挖及结构施工的方法。它具有快速、经济、安全的优点，是较明挖法对环境影响少，较暗挖法成本低的一种方法。适于市区高层建筑密集区。 盖挖法可分为由浅而深地逐层开挖、逐层做结构的盖挖逆作法以及依次开挖至底后再做结构的正作法两种。前者适用于地质条件复杂、开挖断面大的情况，后者反之。 盾构法 指的是全断面推动园筒状钢盾构进行开挖的方法。施工方法有人工、半机械及全机械化多种。盾构由液压千斤顶推进。用盾构法能完成直径几十厘米至十多米尺寸的隧道，以及双联、三联和四联盾构的大型工程。它适于稳定和不稳定松散含水地层。 从施工技术上看，盾构法有泥水盾构法、土压平衡法(可控制地面沉降)、开敞式机械化盾构、气压盾构、插刀盾构及混合盾构等多种。在岩石地层中，也可采用隧道掘进机(岩石盾构)。 此外，国内外还开发了称为“地老鼠”的非开挖技术，包括导向钻进、定向钻进、冲击矛、夯管、水平顶管及螺旋钻等。我国首都机场跑道下采用这种方法完成一次顶进�273 mm、壁厚8 mm、长110 m作为安装通讯电缆用的钢管。我国最长铺管长度可达500 m，最大铺管直径800 mm，铺设设备达到国际先进水平。 冻结法 地层冻结法是采用人工制冷固结不稳定松散砂土地层或软岩地层，并隔断地下水的施工方法。在拟开凿的地下工程周围钻凿一定数量的冻结孔，通过冻结管中的供液管，循环由制冷设备提供的低温盐水，使地层局部形成不透水且有一定强度能抵抗地压的冻结壁，并在其保护下进行开挖施工，工程完工后，冻结壁融化，地层岩土恢复原状。此法适用于松散含水地层，已在煤矿广泛采用。上海地铁1#线、2#线的联结通道及泵站、上海杨树浦水厂泵站基坑、北京地铁大北窑区间隧道等复杂高难地段，均用此法获得成功，并首次试成水平冻结技术及液氮快速冻结技术。 沉管(箱)法 沉管(箱)法是采用将事先预制的钢筋混凝土结构，焊封头部钢板、然后放水浮运沉入到设计的位置来建造水下岩土工程的方法。国外及我国煤矿均有大量施工实例。广州珠江隧道采用了这种方法。适于修建过江、过海隧道的水中部分及浅表土层中的竖井施工。 钻井法 钻井法是一种用途广泛、技术先进的岩土井、孔施工方法，其全部开挖工程在地面操作，工人不需“入地”，劳动强度小，它是通过专门的大直径钻机(我国最大钻井直径 m)驱动钻杆及钻头钻进，泥浆护壁，压气排渣，井壁漂浮下沉，壁后充填固井等工序，一次超前钻进，分级扩孔成井。我国煤矿已成功采用此法完成47个深井井筒。此外还有由下而上施工的反井钻进技术。钻井法在我国矿山、铁路、交通、国防、水电等复杂及水下岩土工程中得到成功应用。 注浆法 注浆法指的是通过注浆设备以选定的注浆工艺利用钻孔进行岩土加固的一种施工技术。它早就被广泛应用。根据注浆材料不同有单液和双液注浆，水泥注浆、粘土水泥和化学材料注浆；根据注浆机具不同有重力注浆和压力注浆，有渗透注浆和喷射注浆等。 近年来发展起来的高压喷射注浆法，在岩土工程的加固和治水中更是发挥了独特作用，例如高压旋喷桩法、高压定喷墙法以及水平旋喷法。三重管高压旋喷桩法在上海地铁1#线的施工中，对淤泥地层进行帷幕堵水、防渗加固，效果十分理想。高压旋喷桩与灌注桩结合法在高层建筑地基基坑护坡工程中更是得到广泛应用。 4 城市地下岩土工程中的开挖影响及环境保护 城市地下岩土工程中的开挖影响指的是开挖引起的围岩移动与地面沉降，不包括其它扰民影响。地下开挖必然会在其周围岩土体中引起位移与变形。由于开挖深度小，其影响必然要波及到地面上，但由于开挖宽度有限，其影响也是可以控制的。影响的程度与范围，取决于众多因素。对于浅理、超浅埋隧道式开挖工程，主要取决于开挖方式、断面跨度、导坑形式、机具、支护方式与时机、构件刚度、回填、地面载荷(动、静载)、岩土体性质及地下水抽排等。 据实测研究，隧道式开挖引起的地面沉降，其横剖面一般呈盆状，大体上用可概率积分曲线来描述。 对于浅埋和超浅埋隧道式开挖引起的地面沉降，其最大下沉值大致由开挖空间支护前的下沉、地下水抽排引起的下沉以及开挖空间支护后的下沉等构成。这些下沉可通过采取一定的减沉措施减少到最小程度。从北京、上海和广州等城市的地铁施工实例结果看，北京地铁“复—八线”两侧高大建筑物累计下沉量最大仅为 mm，北京地铁西单车站正上方累计地表最大下沉量也未超过30 mm；广州地铁有一段隧道横穿市区主干道天河路，隧道顶距路面7 m，地层为饱含水细砂层，地下密布有供水管、污水管及电缆线，地面昼夜车流量约12万辆，还有载重30～60 t大型集装箱运输车快速通过。开挖后，据对128个测点观测，最大下沉为 mm，低于国际上地面沉降控制标准。 根据国内外浅埋开挖实践，地面减沉的措施有： (1)围岩预加固。为了加固软弱和松散岩、土体，一般采取导坑或全断面预注浆。对于软弱或破碎岩体，采用单液或双液压力预注浆；对于松散土体，采用单液或双液高压旋喷预注浆。 (2)强力支护。包括预支护、提高支护构件刚度及壁后充填等。预支护有管棚和插板两种方法。管棚钻孔深度受导坑尺寸限制，可兼作注浆管，适用条件广泛。插板需用千斤顶顶进，具有防水效果，但不能用于卵石地层。及时支护可以有效减少支护前的下沉。锁脚锚管是用于分步支护构件基础的稳定，为下部开挖与支护安装创造良好条件，减少上部支护构件的沉降。提高支护构件刚度可以减少支护后的下沉。壁后充填是减少支护构造与岩土体之间空隙的有效措施，在一次支护和二次支护后采用小导管注浆法进行充填。 (3)分步开挖，及时支护。实践证明，分步开挖、及时支护可以有效地减少围岩及地面下沉。例如北京长安街过街道，跨度大(开挖跨度 m)、超浅埋(表土厚度仅～ m)、有动载、地下管线多，为了减少地面下沉，采用“中洞法”分步施工，地面下沉减到24 mm，效果良好。 (4)降水—回灌技术，是治理地下水和减少地面下沉的有效方法，已在北京地铁施工中推广应用。一般是“浅抽深灌”或“前抽后灌”。据北京地铁“复—八线”实测，采用此法后其两侧高大建筑物下沉未超过 mm。 值得研究的是，近年来我国试验成功的“高水速凝材料”，具有快速固结含水砂层的性能。如能在地下工程中进行试验，对于阻隔地下水渗入施工空间，将具有良好的应用前景。 5 国外地下岩土工程开挖技术的新进展 (1)全过程机械化。从护坡、土方开挖、结构施工，包括暗挖法施工的拱架安装、喷射混凝土、泥浆配制和处理等工序的机械化，同时采用计算机技术进行监控，从而保证了施工安全、快速施工和优良的工程质量。 (2)盾构法得到较大发展。近30年内英、美、法、日等国大量采用盾构施工技术，日本已生产盾构近万台，用于地铁、铁路、公路，水工及管网施工，已出现双联、三联、四联盾构，能完成三跨地铁车站，开挖宽度达17 m。日本正设想设计直径80 m的盾构，在地下建造人造太阳和住宅区。 (3)微型盾构和非开挖技术已广泛应用。主要用于建造各种直径的雨、污水、自来水管道和电缆管道。微型盾构就是直径2 m以下的盾构。刀盘掘进，遥控和卫星定位控制方向和坡度，然后安装管片。非开挖技术就是采用微型钻机，通过切割轮成孔，退回钻杆后安装管线或电缆。 (4)预砌块法施工技术。拱圈是在土方开挖后采用拼装机安装，管片上留有注浆孔，衬砌拼装完成后，由注浆孔向壁后注浆，堵塞空隙，增强围岩与衬砌的共同作用。法国用此法施工的最大单拱跨度达 m。 (5)预切槽法施工技术。意、法等国制造了一种地层预切槽机，采用链条沿拱圈将地层切割出一条宽15 cm，长4～5 m的槽缝，然后向槽缝内喷射混凝土，并在其保护下开挖土方，做防水层及二次衬砌，形成隧道。 (6)顶管大管棚法。修建地铁车站时，在顶管内灌混凝土，形成大管棚，再在其保护下进行暗挖施工。 (7)微气压暗挖法。就是在具有1个大气压以下的压缩空气环境下，按照“新奥法”原理进行施工。优点是可以排出地下水，保证工作面干燥；由于气压存在，可减少地面沉降；还可降低衬砌成本。 (8)数字化掘进，又称计算机化掘进(Data drilling，Computerised drilling)，应用于硬岩工程的开挖。在数字化掘进时，钻杆的推进是程序化的，从一个洞到另一个洞也是自动的。掘进机手可以同时管理3套钻杆，其作用是监督钻杆的运动，必要时予以调整。孔位、孔深和掘进序列预先已在掘进机的计算机软件中安排，掘进方向由激光束控制，实现了孔的严格定位，从而可以实现掘进工艺的最优化以及曲线隧道的掘进。数字化掘进的优点是：控制隧道掘进的超挖；实现掘进方案的优化；消除了工作面上的人工测量。 作者简介 刘天泉 教授，院士，1927年生，1958年毕业于波兰克拉科夫矿冶学院采矿系，获硕士学位，1959年起至今，在煤炭科学研究总院从事地下开挖影响理论与控制技术研究工作。地址：北京市和平里煤炭科学研究总院，邮码：100013。 作者单位：刘天泉（中国工程院院士，煤炭科学研究总院） 钱七虎（中国工程院院士，总参军事科学技术委员会） 参 考 文 献 1 城市地下空间开发利用设计与施工技术.中国建筑科学研究院，1998(8) 2 钱七虎.可持续城市化与地下空间开发利用.世界科技研究与发展，1998(10) 3 邵根大.北京地下铁路建设中最新的技术进步.北京地铁建设，1994(5) 4 侯景岩等.北京地铁工程降水—回灌技术研究.北京地铁建设，1996(4) 5 洪伯潜等.地下工程特殊施工技术.能源与矿业工程学部学术报告汇编，1998 6 傅同雷.从广州地铁施设中探求防止地面下沉的方法.北京地铁建设，1996(3) 这个很有权威性哦,对您有帮助么?
品 名:超导陶瓷拼音:chao1dao3tao2ci2英文名称：superconductivity ceramics说明:具有超导性的陶瓷材料。其主要特性是在一定临界温度下电阻为零即所谓零阻现象。在磁场中其磁感应强度为零，即抗磁现象或称迈斯纳效应（Meissner effect）。高临界温度（90开以上）的超导陶瓷材料组成有YBa2Cu3O7-δ，Bi2Sr2Ca2Cu3O10，Tl2Ba2Ca2Cu3O10。超导陶瓷在诸如磁悬浮列车、无电阻损耗的输电线路、超导电机、超导探测器、超导天线、悬浮轴承、超导陀螺以及超导计算机等强电和弱电方面有广泛应用前景。奇异的超导陶瓷1973年，人们发现了超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为，该记录保持了13年。1986年，设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧－钡－铜－氧）具有35K的高温超导性，打破了传统“氧化物陶瓷是绝缘体”的观念，引起世界科学界的轰动。此后，科学家们争分夺秒地攻关，几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。1986年底，美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料，其临界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。1987年2月，美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在钇－钡－铜－氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上，液氮的禁区（77K）也奇迹般地被突破了。1987年底，铊－钡－钙－铜－氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。从1986－1987年的短短一年多的时间里，临界超导温度竟然提高了100K以上，这在材料发展史，乃至科技发展史上都堪称是一大奇迹！高温超导材料的不断问世，为超导材料从实验室走向应用铺平了道路。
李霞.顾幸勇.刘琪 查看详情 [期刊论文] -中国陶瓷2004(03) 高朋召 三维碳纤维预制体/陶瓷基复合材料的制备及性能研究 2004 廖树帜.张邦维 查看详情 [期刊论文] -稀有金属材料与工程1998(05) 郑燕青.施尔畏.李汶军 查看详情 [期刊论文] -中国科学2001(04) 葛荣德.刘志宏 查看详情 1995 Voleeanov E 查看详情 2007(2-3) Blumm J 查看详情 2005(09) 更多...相似文献(10条)期刊论文 Sol-gel法制备ZrO2/钙铝硅系微晶玻璃复合材料的研究 - 中国陶瓷2005,41(1) 期刊论文 Sol-Gel法制备Al2O3-SiO2-TiO2-ZrO2复合陶瓷膜的研究 - 中国陶瓷2003,39(6) 外文期刊 Synthesis of ZrO2-SiO2 mesocomposite with high ZrO2 content via a novel sol-gel method 2005,84(1/3) 外文期刊 Optical properties of sol-gel derived ZrO2-TiO2 composite films 2007,515(20/21) 期刊论文 溶胶-凝胶法制备定向排列的纳米结构二氧化锆薄膜 - 清华大学学报(自然科学版)2001,41(4_5) 外文期刊 Influence of La2O3 and ZrO2 as promoters on surface and catalytic properties of CuO/MgO system prepared by sol-gel method 2006,299(0) 外文期刊 Photocatalytic degradation of 2,4-dichlorophenoxiacetic acid and 2,4,6-trichlorophenol with ZrO2 and Mn/ZrO2 sol-gel materials 2006,37(3) 期刊论文 Sol-Gel法制备ZrO2粉的析晶机制 - 稀有金属材料与工程2005,34(z1) 外文会议 Preparation of ZrO2/nano-TiO2 composite powder by sol-gel method 2007 外文期刊 Phase evolution of sol-gel CaO-ZrO2 using sulfuric acid as hydrolysis catalyst 2006,37(3
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具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。 特性 超导材料和常规导电材料的性能有很大的不同。主要有以下性能。①零电阻性：超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。②完全抗磁性：超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。③约瑟夫森效应：两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射电磁波，其频率为，其中h为普朗克常数，e为电子电荷。这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。 基本临界参量 有以下 3个基本临界参量。①临界温度:外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度，以Tc表示。Tc值因材料不同而异。已测得超导材料的最低Tc是钨，为。到1987年，临界温度最高值已提高到100K左右。②临界磁场：使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度，以Hc表示。Hc与温度T 的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0为0K时的临界磁场。③临界电流和临界电流密度：通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破态而转变为正常态，以Ic表示。Ic一般随温度和外磁场的增加而减少。单位截面积所承载的Ic称为临界电流密度，以Jc表示。 超导材料的这些参量限定了应用材料的条件，因而寻找高参量的新型超导材料成了人们研究的重要课题。以Tc为例，从1911年荷兰物理学家H.开默林－昂内斯发现超导电性(Hg，Tc=)起，直到1986年以前，人们发现的最高的 Tc才达到(Nb3Ge，1973)。1986年瑞士物理学家.米勒和联邦德国物理学家.贝德诺尔茨发现了氧化物陶瓷材料的超导电性，从而将Tc提高到35K。之后仅一年时间，新材料的Tc已提高到100K左右。这种突破为超导材料的应用开辟了广阔的前景，米勒和贝德诺尔茨也因此荣获1987年诺贝尔物理学奖金。 分类 超导材料按其化学成分可分为元素材料、合金材料、化合物材料和超导陶瓷。①超导元素：在常压下有28种元素具超导电性，其中铌（Nb）的Tc最高，为。电工中实际应用的主要是铌和铅(Pb，Tc=)，已用于制造超导交流电力电缆、高Q值谐振腔等。② 合金材料： 超导元素加入某些其他元素作合金成分， 可以使超导材料的全部性能提高。如最先应用的铌锆合金(Nb-75Zr)，其Tc为，Hc为特。继后发展了铌钛合金，虽然Tc稍低了些，但Hc高得多，在给定磁场能承载更大电流。其性能是Nb-33Ti，Tc=，Hc＝特；Nb-60Ti，Tc=，Hc=12特()。目前铌钛合金是用于7～8特磁场下的主要超导磁体材料。铌钛合金再加入钽的三元合金，性能进一步提高，Nb-60Ti-4Ta的性能是，Tc＝，Hc=特（）；Nb-70Ti-5Ta的性能是，Tc=，Hc=特。③超导化合物:超导元素与其他元素化合常有很好的超导性能。如已大量使用的Nb3Sn，其Tc=，Hc=特。其他重要的超导化合物还有V3Ga，Tc=，Hc=24特；Nb3Al，Tc=，Hc=30特。④超导陶瓷：20世纪80年代初，米勒和贝德诺尔茨开始注意到某些氧化物陶瓷材料可能有超导电性，他们的小组对一些材料进行了试验，于1986年在镧－钡－铜－氧化物中发现了Tc=35K的超导电性。1987年，中国、美国、日本等国科学家在钡－钇－铜氧化物中发现Tc处于液氮温区有超导电性，使超导陶瓷成为极有发展前景的超导材料。 应用 超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起，就向人类展示了诱人的应用前景。但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约，这首先是它的临界参量，其次还有材料制作的工艺等问题（例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺问题）。到80年代，超导材料的应用主要有：①利用材料的超导电性可制作磁体，应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等；可制作电力电缆，用于大容量输电（功率可达10000MVA）；可制作通信电缆和天线，其性能优于常规材料。②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。③利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件，其运算速度比高性能集成电路的快10～20倍，功耗只有四分之一。 1911年，荷兰物理学家昂尼斯(1853～1926)发现，水银的电阻率并不象预料的那样随温度降低逐渐减小，而是当温度降到附近时，水银的电阻突然降到零。某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度时，它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体。超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(或临界温度)TC。现已发现大多数金属元素以及数以千计的合金、化合物都在不同条件下显示出超导性。如钨的转变温度为，锌为，铝为，铅为。超导体得天独厚的特性，使它可能在各种领域得到广泛的应用。但由于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用。人们一直在探索高温超导体，从1911年到1986年，75年间从水银的4．2K提高到铌三锗的23．22K，才提高了19K。 1986年，高温超导体的研究取得了重大的突破。掀起了以研究金属氧化物陶瓷材料为对象，以寻找高临界温度超导体为目标的“超导热”。全世界有260多个实验小组参加了这场竞赛。 1986年1月，美国国际商用机器公司设在瑞士苏黎世实验室科学家柏诺兹和缪勒首先发现钡镧铜氧化物是高温超导体，将超导温度提高到30K；紧接着，日本东京大学工学部又将超导温度提高到37K；12月30日，美国休斯敦大学宣布，美籍华裔科学家朱经武又将超导温度提高到40．2K。 1987年1月初，日本川崎国立分子研究所将超导温度提高到43K；不久日本综合电子研究所又将超导温度提高到46K和53K。中国科学院物理研究所由赵忠贤、陈立泉领导的研究组，获得了48．6K的锶镧铜氧系超导体，并看到这类物质有在70K发生转变的迹象。2月15日美国报道朱经武、吴茂昆获得了98K超导体。2月20日，中国也宣布发现100K以上超导体。3月3日，日本宣布发现123K超导体。3月12日中国北京大学成功地用液氮进行超导磁悬浮实验。3月27日美国华裔科学家又发现在氧化物超导材料中有转变温度为240K的超导迹象。很快日本鹿儿岛大学工学部发现由镧、锶、铜、氧组成的陶瓷材料在14℃温度下存在超导迹象。高温超导体的巨大突破，以液态氮代替液态氦作超导制冷剂获得超导体，使超导技术走向大规模开发应用。氮是空气的主要成分，液氮制冷机的效率比液氦至少高10倍，所以液氮的价格实际仅相当于液氦的1／100。液氮制冷设备简单，因此，现有的高温超导体虽然还必须用液氮冷却，但却被认为是20世纪科学上最伟大的发现之一。超导科学研究 1.非常规超导体磁通动力学和超导机理 主要研究混合态区域的磁通线运动的机理，不可逆线性质、起因及其与磁场和温度的关系，临界电流密度与磁场和温度的依赖关系及各向异性。超导机理研究侧重于研究正常态在强磁场下的磁阻、霍尔效应、涨落效应、费米面的性质以及T
探究水处理陶瓷膜制备与应用技术研究进展论文
膜技术被认为是21 世纪最优前景的水处理技术之一，膜材料技术、膜分离技术在近十几年得到很大发展，在水处理领域得到了广泛应用。水处理陶瓷膜的过滤、分离性能与膜孔径大小及其分布、孔隙率、表面形貌等有密切关系。陶瓷膜的活性分离层是颗粒以任意堆积方式形成的，孔隙率通常为30 ～ 35%，且曲折因子调控较为困难，陶瓷膜的水处理效能受到局限。研究陶瓷膜制备、修饰、工艺优化新技术以提高其过滤、分离、抗污染效能是水处理陶瓷膜领域的研究重点。
1. 水处理陶瓷膜制备技术
致孔剂制备技术
致孔剂是提高水处理陶瓷孔隙率简单又经济的方法，致孔剂可分为无机物和有机物两类。无机致孔剂有碳酸铵、碳酸氢铵和氯化铵等高温易分解的盐类或无机碳如石墨、煤粉等;有机致孔剂主要包括天然纤维、高分子聚合物，如锯末、淀粉、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。Yang 等 以Al2O3 为膜基体，以膨润土为烧结助剂，以玉米淀粉作为造孔剂通过挤出、交联、干燥、烧结等过程制备陶瓷膜。研究发现随着淀粉含量的增加，Al2O3 支撑体的最大孔径和平均孔径均有所增大，陶瓷膜的孔隙率可有24% 提高至38%。
模板剂制备技术
模板剂可有效控制所合成材料的形貌、结构和大小，并制备出孔结构有序、孔径均一、孔隙率大的微孔、介孔和大孔材料。模板剂法具有丰富的选材和灵活的调节手段，采用模板剂法制备水处理陶瓷膜极具前景。Xia 等 以有机聚苯乙烯微球为模板剂，采用UV 聚合的方法制备出孔径为100nm 的三维有序聚氨酯大孔材料。Sadakane 等 以PMMA 为模板剂制备出具有三维有序大孔的金属氧化物材料，其孔隙率范围为66 ～ 81%。表面活性剂在溶液中可以形成胶束、微乳、液晶、囊泡等自组装体，也常被用作自组装技术中的有机物模板剂。利用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵为模板剂可制备出有序的介孔分子筛MCM41，具有多种对称性能的孔道，孔径在2 ～ 50nm 的.范围内。Choi 等以Tween80 为模板剂制备了具有梯度孔径结构的TiO2-Al2O3 陶瓷膜，陶瓷膜的渗透性能大大提高。
纤维层积制备技术
陶瓷纤维材料在成膜过程中可以迅速在支撑体表面沉积搭桥，明显减少了膜层的内渗，并且容易得到较高的孔隙率和比表面积，对膜材料渗透性能的提高具有显著作用。Ke 等 以TiO2 纤维为原料，通过旋涂法制备出平均孔径在50nm 的陶瓷纤维膜，对球形粒子截留率超过95%，膜通量在900Lm-2h-1 以上。
溶胶- 凝胶制备技术
溶胶- 凝胶技术主要是通过调整材料尺寸控制陶瓷膜分离层的分离精度。溶胶- 凝胶法可形成纳米级别的溶胶，得到的陶瓷膜层孔径小、孔径分布窄，适用于高渗透选择性的超滤膜和纳滤膜的制备。Tsuru 等 利用聚合溶胶路线制备出平均孔径 ～ 的TiO2 纳滤膜，对PEG 的截留分子量为500 ～ 000Da，对Mg2+ 的截留率为88%。
2. 水处理陶瓷膜修饰技术
化学气相沉积修饰技术
采用化学气相沉积法(CVD)在陶瓷膜表面沉积硅氧化物或金属氧化物来改善陶瓷膜孔结构以及过滤性能，是一项非常有效的手段。Lin 等 采用CVD 技术对平均孔径为4nm 的Al2O3 陶瓷膜进行修饰，制备出孔径范围为 ～ 的SiO2 陶瓷膜。CVD 的方法一般需要在高温、真空的环境中进行，并且要求前驱物具有一定的挥发性。
原子层沉积修饰技术
原子层沉积技术(ALD)可将物质以单原子膜形式层层沉积在陶瓷膜表面，从而构建陶瓷膜表面微纳结构。Li 等 在平均孔径50nm 的陶瓷膜表面上通过原子层沉积氧化铝层，通过控制原子层沉积次数来调控膜的平均孔径，改性后陶瓷膜对BSA的截留率由 升至。
表面接枝修饰技术
表面接枝技术常被用来调控膜材料的表面性质，接枝过程将改变膜的孔结构，达到减小孔径的目的。陶瓷膜表面一般会吸附水形成大量羟基，通过接枝有机硅烷的方法在介孔膜表面可以修饰一层有机分子层。通过调控接枝分子的链长与官能团等特性可以实现调控孔径大小的目的，且能获得特殊的表面性质。Singh 等 发现接枝硅烷偶联剂可以使多孔陶瓷膜孔径进一步变小。Cohen 等 将亲水性PVP 接枝在陶瓷超滤膜表面上，改性后的膜孔径减小，截留性能提高，抗污染性能得以改善，可用于油水分离。
3. 水处理陶瓷膜制备与修饰工艺优化
陶瓷膜材料、添加剂选取
水处理陶瓷膜的制备主要集中于原材料及烧结工艺，通过添加烧结助剂以降低烧结温度、采用低成本易烧结原料以降低原料成本，以及利用先进的烧结工艺以达到低成本控制是陶瓷膜的研究重点。陶瓷膜制备过程中常在基膜材料中加入一些液相型或者固相型烧结助剂。高岭土、钾长石等天然硅酸盐黏土矿物在较低温度下便能熔融形成液相，在颗粒间毛细管力的作用下润湿并包裹膜材料基体颗粒，并将颗粒黏结起来，辅以多孔陶瓷膜良好的机械强度。氧化钛、氧化锆等金属氧化物能与陶瓷膜基体形成多元氧化物固熔物而使烧结温度下降，有利于陶瓷膜制备。
陶瓷膜烧制过程优化
多孔陶瓷膜必须经过多次烧结，存在烧结工艺周期长、能耗高的问题。除采用烧结助剂或采用易烧结材料以降低烧结温度外，减少烧结时间或缩短制备周期也能达到降低烧结工艺成本的目的。在减少烧结时间方面，微波烧结技术是一种非接触技术，热通过电磁波的形式传递，可直达材料内部，最大限度地减少了烧结的不均匀性，可在缩短烧结时间的同时，降低烧结温度。微波技术大多用于制备几近致密的陶瓷复合物，同时由于其可改善材料组织、提高材料性能，亦可用于多孔陶瓷复合物的制备。在缩短烧结周期方面，一些研究者借鉴低温共烧陶瓷技术在多层结构陶瓷元器件封装领域的成功应用，提出采用共烧结技术来减少烧结次数，从而降低烧结成本。
4. 结论
水处理陶瓷膜制备技术以提高陶瓷膜整体性能为目的，通过调控陶瓷膜微结构可实现陶瓷膜制备技术的突破。目前，致孔剂制备技术、模板剂制备技术、纤维层积制备技术、溶胶- 凝胶技术、固态粒子烧结技术等陶瓷膜制备技术已日益得到关注。水处理陶瓷膜制备技术研究将引领和推动陶瓷膜技术及产业的发展，缓解水厂升级改造、提升水质品质的瓶颈压力。
国家计委和科技部日前共同发布了《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2001年度)》，确定了当前应优先发展的十个产业的141个高技术产业化重点领域新型金属材料产业优先发展的领域如下：1、稀土材料及其应用稀土是信息产业、绿色能源和环境保护等产业的重要支撑材料我国稀土储量、产量和出口量均占世界首位 已形成较齐全的工业体系近期产业化的重点是：高性能稀土永磁材料及制品、稀土催化材料、稀土贮氢材料、稀土发光材料、超大磁致伸缩材料、高温超导材料、稀土硫化物涂料及颜料的规模生产；加快发展高纯稀土氧化物和高纯稀土单质分离提取工业化生产技术和装备；加快稀土在钢铁冶金、有色金属、玻璃、特种陶瓷、石油化工及农业等方面的应用2、复合金属材料制备工艺及其成套设备由于异质金属复合材料的性能功能化和较低的成本及应用范围广泛，提高了传统金属材料的发展潜力近期产业化的重点是：建设铝-不锈钢、铝-钢、钛-钢、铜-钢带液-固相复合工艺生产线 表面复合精饰技术制备薄覆层()金属复合板带生产线；开发颗粒增强铝基复合材料规模化生产技术、半固态成形技术、连续包敷复合高速钢材料及制品，并实现产业化3、高性能密封材料及制品密封件是保证机械装备高效、长期、安全和稳定运行的重要基础件 其技术水平、质量及性能直接影响配套主机产品质量和运行可靠性我国密封材料及制品经过十多年的发展和技术引进，形成了一定的生产能力和规模 一般产品能满足各类主机的配套要求，但高压、高速、精密、耐高温低温和耐腐蚀的密封件与国际水平有较大差距近期产业化的重点是：轿车及中高档轻型车动力传动、减振、制动系统用密封材料及制品规模化生产示范基地建设；重大成套设备中高压、液压、气动系统用密封件；电力设备中高温、高压机械密封；石化工业中高速透平压缩机非接触气膜密封；金属磁流体动密封4、纳米材料和特种粉末及其制品纳米材料因其纳米效应而具有特殊的性能和广泛的用途 是目前科技发展重要热点之一近年来 我国在纳米材料的研究开发和应用方面取得了很大进展 形成了一批拥有自主知识产权的技术并开始产业化近期产业化的重点是：以纳米粉体材料、纳米膜材料、纳米催化材料和纳米晶金属材料为重点 实现低成本、环境友好以及质量稳定的规模化生产；加快纳米材料规模化应用于信息、通信、医疗和环保等新兴产业以及能源、交通、化工、建材、纺织和轻工等基础产业，改进性能，提高效率 促进技术进步；加快发展粉末冶金摩擦材料、高温合金粉末以及高纯超细陶瓷粉体材料链接： 二十一世纪将是材料-电子一体化的世纪作为新型功能材料家庭中的重要成员,形状记忆合金在工程机械和日常生活中得到了广泛的应用由形状记忆合金构成的结构简单、控制灵活、功率密度大的各类记忆合金驱动器,在轻型机器人及小型化系统中具有独特的技术优势本文详细阐明了形状记忆合金的晶体学、热力学特性,概述了该材料的几种典型应用实例在此基础上,综述了这一功能材料的应用优势
焊接是一种连接金属或热塑性塑料的制造或雕塑过程。这是我为大家整理的材料焊接技术论文，仅供参考!
高强材料的焊接浅析
摘要：在现代工业中，高强材料越来越占有重要的地位，但其焊接时的焊接裂纹、脆化、软化等现象，给安全生产与产品的使用效率带来了隐患。为此，笔者根据自身学习与实践经历，就高强材料尤其是高强钢的焊接特性进行分析阐述。
关键词：高强材料;焊接;特性
一、高强材料概况
在当前的管道、容器中，高强材料越来越占有重要的地位。当中最重要的，是将钢里除碳意外添加一类或多类合金成分(合金成分的比例低于百分之五)，用来加强钢的强度，将钢的强度提高到275MPa或更高，并产生更优的综合质量，此种钢被称为高强钢，它的基本优点为强度高、塑性与韧性也优于普通钢。根据钢的屈服强度的程度和热处理时的特性，高强钢总体上有两种。
热轧、正火钢，其屈服强度处于294Mpa～490MPa间，而利用状态是热轧、正火与控轧，在类别上是非热处理强化钢，该种钢的现实中使用的最为常见。
调质钢，其屈服强度处于490Mpa～980Mpa间，通常在调质状态中应用，在类别上是热处理强化钢。该种刚的特性是不烦强度高，而且塑性与韧性比较好，能够直接于调质时进行焊接。所以，这中调质钢在使用中越来越普及。
现在常使用的高强钢，钢板牌号包含以下几种：16MnR、15MnVR、13MnNiMoNbR、18MnMoNbR;锻件牌号包含以下几种：16Mn、15MnV、20MnMo、20MnMoNb。
二、高强钢的焊接特性
高强钢中碳含量通常不高于，合金成分的总量通常不高于5%。因为高强钢包含一些的合金成分，使它的焊接性和别的材料有一些不同，具体焊接特性有以下几点：
1、焊接时的焊接裂纹
(1).高强钢因为使用了让钢强度增加的碳、锰等元素成分，当焊接的时候往往产生淬硬，而产生的硬化部分往往很敏感，所以，当刚性过强与拘束应力较强的状态下，如果焊接方式有问题，就会造成冷裂纹。加上这中裂纹存在较长的延迟，容易造成较大的危害。
(2).再热裂纹为在焊作业完成后，慢慢去掉应力热的过程中，或较长时间在高温状态下于临近熔合线粗晶部位造成的沿晶开裂。通常认为，此类裂纹造成的原因，是因为焊接高温导致HAZ旁边的V、Nb、Cr、Mo等元素固溶在了奥氏体内，焊接完成后进行，但没有完全析出，而是在PWHT的时候呈弥散状态析出，所以强化了晶内，将应力在松弛的时候产生的蠕变变形汇聚在了晶界。
高强钢在焊接的时候，通常不会造成再热裂纹，例如16MnR、15MnVR之类。然而对Mn-Mo-Nb与Mn-Mo-V等类别的高强钢，因为Nb、V、Mo等成分比较敏感，是造成再热裂纹的常见因素，所以这些高强钢与焊接完成后实施热处理时，需要特别回避容易造成再热裂纹的温度范围，以免造成再热裂纹。
2、焊接部位的脆化与软化
(1).应变时效脆化。焊接部位于焊接前要进行各种冷处理(如钢板的剪切、管道筒罐的卷圆)，材料会导致有所变形，要是变形的部位再收到200至450℃的热作用，可能造成应变时效，继而产生脆化，往往导致材料的塑性减弱，因此造成钢材的脆断。
PWHT能够减弱焊接时产生应变时效，将韧性一定程度上恢复。1998年制定的《钢制压力容器》中明确规定，筒状钢材的厚度要达到下列标准：碳素钢达到的的厚度不能低于圆筒内部直径的百分之三;别的钢的达到的厚度不能低于内部直径的百分之二点五。而且，那些冷成形与中温成形中制作的受压产品，要在成形之后实施热处理。
(2).焊缝与热影响区产生的脆化。对材料进行焊接时，加热与冷却往往不会十分均匀，便会产生不均匀的结构。焊缝与热影响区具有一定的脆性，这是是焊接接头里最薄弱的地方。焊接线的能量强度会对高强钢WM与HAZ性能产生较大影响，高强钢容易淬硬，线能量如果不高，HAZ会产生马氏体造成裂纹;线能量如果过高，WM与HAZ产生粗糙的晶粒，会造成焊接部位的脆化。线能量如果过高，调质钢而造成的HAZ脆化现象尤其明显。因而焊接作业时，要把线能量控制于合适的度量。
(3).焊接部位的热影响区产生的软化。因为焊接时的热作用，会造成部分地区强度降低，形成了一定的软化带。HAZ区的结构软化会因为焊接线热度的提升与预热温度的提升而恶化，不过通常的软化区的性能还是能够达到规定标准值的最低标准，因而这些钢材地热影响部位产生的软化现象，如果做到工艺合适，就不会降低焊接部位的正常使用。
三、当代新式高强材料的焊接特性
1、高强管线钢
高强管线钢指X70以上的钢级，至尽为止，X80是已建管线钢中使用的强度最高的管线钢。加拿大Ipsco钢铁公司在1998年年报中明确指出，该公司已成功进行了X90和X100SSAW钢管试生产，最终目标是生产各种规格的X100钢管。日本NKK、住友金属、新日铁、川崎制铁及欧洲钢管公司也相继研制成功X90和X100UOE钢管，正在研制X120钢管。
为保障管线的安全可靠性，在提高强度的同时，必须相应提高韧性。特别是高压输气用钢管，必须有很高的CVN。超贝氏体和超马氏体被誉为21世纪的管线钢，其钢级为X80～X100(贝氏体)、X100～X120(马氏体)。在成分设计上，大体上都是(超)的Mn-Nb-Ti系或Mn-Nb-V(Ti)系，有的还加入Mo、Ni、Cu等元素，因此，热影响区的韧性不会比较低强度的管线钢差，冷裂纹敏感性不大。对于强度高于600MPa的钢，焊接时要特别关注WM冷裂纹问题，尤其是现场对接环焊缝必须采用超低氢焊接材料。
2、超细晶粒钢
上世纪90年代，世界主要产钢国相继开展了新一代钢铁材料的研究，其中，尤以日本的“超级钢“计划、中国的“新一代钢铁材料重大基础研究”和韩国的“21世纪高性能结构钢”引起世界钢铁界的瞩目和热情参与。
在新一代钢铁材料的研究中，最引人注目的是超细晶粒的研究，通过超细晶粒(最小1mm)实现强度翻番的目标。超细晶粒钢焊接的最大问题就是HAZ的晶粒长大倾向，为解决这一问题，须采用激光焊、超窄间隙MAG焊、脉冲MAG焊等低热输入焊接方法。
参考文献
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试论焊接技术
摘 要：焊接是一种连接金属或热塑性塑料的制造或雕塑过程。焊接过程中，工件和焊料熔化形成熔融区域，熔池冷却凝固后便形成材料之间的连接。这一过程中，通常还需要施加压力。焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。今天，随着焊接机器人在工业应用中的广泛应用，研究人员仍在深入研究焊接的本质，继续开发新的焊接方法，以进一步提高焊接质量。
关键词：焊接;金属;能量;技术
1、焊接技术概论
焊接过程的物理本质
焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程.促使原子和分子之间产生结合和扩散的方法是加热或加压,或同时加热又加压。
焊接的分类
金属的焊接,按其工艺过程的特点分有熔焊,压焊和钎焊三大类。
熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。为了提高焊接质量，人们研究出了各种保护方法。例如，气体保护电弧焊就是用氩、二氧化碳等气体隔绝大气，以保护焊接时的电弧和熔池率;又如钢材焊接时，在焊条药皮中加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧，就可以保护焊条中有益元素锰、硅等免于氧化而进入熔池，冷却后获得优质焊缝。
压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。
钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。
焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受到焊接热作用，而发生组织和性能变化，这一区域被称为热影响区。焊接时因工件材料焊接材料、焊接电流等不同，焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、淬硬或软化现象，也使焊件性能下降，恶化焊接性。这就需要调整焊接条件，焊前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。另外，焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程，焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。重要产品焊后都需要消除焊接应力，矫正焊接变形。
现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的、机械性能等于甚至高于被连接体的焊缝。被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头，接头处的强度除受焊缝质量影响外，还与其几何形状、尺寸、受力情况和工作条件等有关。接头的基本形式有对接、搭接、丁字接(正交接)和角接等。对接接头焊缝的横截面形状，决定于被焊接体在焊接前的厚度和两接边的坡口形式。焊接较厚的钢板时，为了焊透而在接边处开出各种形状的坡口，以便较容易地送入焊条或焊丝。坡口形式有单面施焊的坡口和两面施焊的坡口。选择坡口形式时，除保证焊透外还应考虑施焊方便，填充金属量少，焊接变形小和坡口加工费用低等因素。厚度不同的两块钢板对接时，为避免截面急剧变化引起严重的应力集中，常把较厚的板边逐渐削薄，达到两接边处等厚。对接接头的静强度和疲劳强度比其他接头高。在交变、冲击载荷下或在低温高压容器中工作的联接，常优先采用对接接头的焊接。
搭接接头的焊前准备工作简单，装配方便，焊接变形和残余应力较小，因而在工地安装接头和不重要的结构上时常采用。一般来说，搭接接头不适于在交变载荷、腐蚀介质、高温或低温等条件下工作。采用丁字接头和角接头通常是由于结构上的需要。丁字接头上未焊透的角焊缝工作特点与搭接接头的角焊缝相似。当焊缝与外力方向垂直时便成为正面角焊缝，这时焊缝表面形状会引起不同程度的应力集中;焊透的角焊缝受力情况与对接接头相似。角接头承载能力低，一般不单独使用，只有在焊透时，或在内外均有角焊缝时才有所改善，多用于封闭形结构的拐角处。焊接产品比铆接件、铸件和锻件重量轻，对于交通运输工具来说可以减轻自重，节约能量。焊接的密封性好，适于制造各类容器。发展联合加工工艺，使焊接与锻造、铸造相结合，可以制成大型、经济合理的铸焊结构和锻焊结构，经济效益很高。采用焊接工艺能有效利用材料，焊接结构可以在不同部位采用不同性能的材料，充分发挥各种材料的特长，达到经济、优质。焊接已成为现代工业中一种不可缺少，而且日益重要的加工工艺方法。
未来的焊接工艺，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高焊接质量和安全可靠性，如改进现有电弧、等离子弧、电子束、激光等焊接能源;运用电子技术和控制技术，改善电弧的工艺性能，研制可靠轻巧的电弧跟踪方法。另一方面要提高焊接机械化和自动化水平，如焊机实现程序控制、数字控制;研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机;在自动焊接生产线上，推广、扩大数控的焊接机械手和焊接机器人，可以提高焊接生产水平，改善焊接卫生安全条件。
2、焊接-工业艺术
焊接的出现迎合了金属艺术发展对新工艺手段的需要。而在另一方面，金属在焊接热量作用下所产生的独特美妙的变化也满足了金属艺术对新的艺术表现语言的需求。在今天的金属艺术创作中，焊接可以而且正在被作为一种独特的艺术表现语言而着力加以表现。本文对这一技术的出现与运用进行了分析。
艺术创造与工艺方法永远是密不可分的。作为一种工业技术，焊接的出现迎合了金属艺术发展对新的工艺手段的需要。而在另一方面，金属在焊接热量作用下所产生的独特美妙的变化也满足了金属艺术对新的艺术表现语言的需求。在今天的金属艺术创作中，焊接可以而且正在被作为一种独特的艺术表现语言而着力加以表现。金属焊接艺术可以作为一种相对独立的艺术形式以分支的方式从传统的金属艺术中分离出来，这是因为焊接具有艺术性。
焊接可以产生丰富的艺术创作的表现语言。
焊接通常是在高温下进行的，而金属在高温下会产生许多美妙丰富的变化。金属母材会发生颜色变化和热变形(即焊接热影响区) ;焊丝熔化后会形成一些漂亮的肌理;而焊接缺陷在焊接艺术中更是经常被应用。焊接缺陷是指焊接过程中,在焊接接头产生的不符合设计或工艺要求的缺陷。其表现形式主要有焊接裂纹、气孔、咬边、未焊透、未熔合、夹渣、焊瘤、塌陷、凹坑、烧穿、夹杂等。这是个十分有趣的现象 :焊接的艺术性通常体现在一些工业焊接的失败操作之中，或者说蕴藏于一些工业焊接极力避免的焊接缺陷之中。其次，焊接艺术语言是独特的。选用不同的金属材料，使用不同的焊接工艺，焊接的艺术性可以在不同的金属艺术形式中发挥得淋漓尽致。
在焊接雕塑作品中,焊缝和割痕不是作为一种技术加工的痕迹被动地存在，而是以一种精彩的、不可或缺的表现语言着力地加以体现的。一件焊接雕塑，粗的焊缝裸露在雕塑表面，各种不规则的切割痕迹也变成了艺术家优美的艺术语言在很多情况下，由于焊接雕塑所追求的粗糙质朴的风格，金属的锈蚀、瑕疵也大多根据作品的需要特意保留，因此，在焊接雕塑中常常可以感觉到一种非雕琢的、原始的美。雕塑下部的钢板拼接处的焊缝很粗大，从焊接工艺的牢固性来看，这显然不仅仅是出于对雕塑结实程度的考虑，在这件雕塑中，下部几条扭曲的焊缝已经作为雕塑整体审美的一个重要因素而成为其不可缺少的一部分。从雕塑整体来看，不论是上半部分的文字造型，还是下半部分的肌理处理，到处有扭曲的焊接痕迹的出现，整个作品达到了整体视觉语言的统一。 手工等离子切割的方法，利用切割时电流的热量，使切割边缘产生热影响区，这样就给亮白色的不锈钢“染”上了一圈略带渐变的色彩。同时，通过对焊接规范的调节，割枪喷出的强烈气流会在切割钢板熔化的瞬间在切割边缘“吹”起一圈随机形成的肌理，在切割完成金属冷却后，固化为一道美丽的割痕，与中间平坦光亮的不锈钢板材形成了质感的对比。这种随机效果的形成过程带有一定的偶然性，但又是在一定的焊接规范下必然产生的现象。从尺寸的角度考虑，尺寸较大的焊接艺术壁饰可采用半自动CO2气体保护焊，较小的可采用手工钨极氩弧焊。
如果把一幅壁饰作品看成一幅画的话，画面中的点、线、面、黑、白、灰甚至颜色的处理都可以通过焊接的方法来实现。各种型号、各种材质的金属丝，应用不同的焊接工艺会在画面上以不同的形式出现。不同金属的颜色不同，不锈钢的亮银色、铝材的亚银色、碳钢的乌亮色，钛钢、青铜、紫铜、黄铜而且就钢材来说，不同的钢材在高温受热时会出现不同的颜色变化,即焊接热影响区不同。另外，切割也是焊接艺术壁饰创作的方法之一，既可以与焊接结合使用，也可以单独使用，这完全取决于创作者的创作意图和对工艺与效果的掌握程度。以上所述的这些方法综合起来，变化的丰富可想而知。
3、焊接作业中发生火灾、爆炸事故的原因
焊接切割作业时，尤其是气体切割时，由于使用压缩空气或氧气流的喷射，使火星、熔珠和铁渣四处飞溅(较大的熔珠和铁渣能飞溅到距操作点5m以外的地方)，当作业环境中存在易燃、易爆物品或气体时，就可能会发生火灾和爆炸事故。
在高空焊接切割作业时，对火星所及的范围内的易燃易爆物品未清理干净，作业人员在工作过程中乱扔焊条头，作业结束后未认真检查是否留有火种。
气焊、气割的工作过程中未按规定的要求放置乙炔发生器，工作前未按要求检查焊(割)炬、橡胶管路和乙炔发生器的安全装置。
4、焊接作业中发生火灾、爆炸事故的防范措施
焊接切割作业时，将作业环境lOm范围内所有易燃易爆物品清理干净，应注意作业环境的地沟、下水道内有无可燃液体和可燃气体，以及是否有可能泄漏到地沟和下水道内可燃易爆物质，以免由于焊渣、金属火星引起灾害事故。
高空焊接切割时，禁止乱扔焊条头，对焊接切割作业下方应进行隔离，作业完毕应做到认真细致的检查，确认无火灾隐患后方可离开现场。
应使用符合国家有关标准、规程要求的气瓶，在气瓶的贮存、运输、使用等环节应严格遵守安全操作规程。
对输送可燃气体和助燃气体的管道应按规定安装、使用和管理，对操作人员和检查人员应进行专门的安全技术培训。
焊补燃料容器和管道时，应结合实际情况确定焊补方法。实施置换法时，置换应彻底，工作中应严格控制可燃物质的含影实施带压不置换法时，应按要求保持一定的电压。工作中应严格控制其含氧量。要加强检测，注意监护，要有安全组织措施。
作为一种工业技术,焊接的出现迎合了金属艺术发展对新工艺手段的需要。而在另一方面,金属在焊接热量作用下所产生的独特美妙的变化也满足了金属艺术对新的艺术表现语言的需求。在今天的金属艺术创作中,焊接可以而且正在被作为一种独特的艺术表现语言而着力加以表现。
上述种种焊接缺陷的表现形式以及焊接热影响区,是通过一定规范下的焊接操作形成的,也只有通过焊接的方式才会产生这些艺术语言。焊接艺术作品的表面效果是其它金属加工工艺无法或者很难实现的,因而说焊接艺术具有独特的艺术性。
中国钢铁企业管理变革之道 文：仁达方略 来源：中国国企改革网 时间：2005-7-20 22:46:43 点击：227【文章级别0】 从老、大、粗、笨到精益生产的转化中国钢铁企业与国外钢铁制造企业一样，许多都具有百年以上的历史，在几乎相同的发展历程中，中国的钢铁制造企业却面临着与众不同管理问题。上个世纪八十年代之前，钢铁企业执行的是全面的计划经济政策，管理与企业作为都直接为国家服务。但到了八十年以后，市场经济不断完善，其间也造就了不少企业的辉煌，这 一切都是中国钢铁企业的历史特征，也代表了中国钢铁企业的过去。上个世纪九十年代是中国钢铁企业管理变革的分水岭，新的管理思想、观念在这阶段涌现，“关注成本管理、技术改造、质量管理 、产品创新”等等，都成为各企业的管理主题与潮流。但是，中国市场经济在这一阶段纳入世界经济步伐也是最快的时间，经济的全球化高潮极大地削弱了中国钢铁企业进行自主管理创新的成绩，作为国民经济的支柱产业，钢铁企业在这一时期面临更严峻的挑战。全球很多钢铁企业都是巨人般地庞大，中国钢铁企业也不例外。但中国钢铁随着新中国的建立，也走了近四十年的计划经济的路子。在此期间，企业的设备、管理、工艺流程一直都在沿用三、四十年代的体系，在计划主宰一切的时期，忽略了管理的创新、工艺、设备的引进等，从而为九十年代中后期的激烈市场竞争留下了隐患。老、大、粗、重、笨极为形象地描述了过去的钢铁企业，在一部分企业中，目前还有上个世纪初期的设备及生产工艺流程，技术改造与创新较为缓慢。作为国有企业的支柱，在过去的发展中，绝大多数企业都在承担着社会的任务，企业办医院、学校、社区等等比比皆是，这样使得每一个国有企业都显得庞大而具有气势。而将主要精力用在技术创新与工艺流程的改造方面，却是很少。当企业真正进入市场，参与市场竞争的时候，就成了“企业的巨人，行动侏儒”，庞大的企、事业机构无一能在此时为其服务，由此就有了九十年代后期全国性的钢铁行业问题。钢铁企业管理创新是现在的热门话题，邯郸钢铁的成本管理、宝钢的客户关系管理、武钢的技术创新、首钢的资本运作及业务转移等等，都各有成效，并成为各自主题。在这样大型企业的管理创新活动中，许多行为都在围绕一个共同的话题：对过去庞大体系的梳理、对企业办社会的思考。成本管理在更多地关注生产链活动，在关注冗员的分流；宝钢的客户关系管理在关注产品的市场链行为：快速交货、产品创新、电子交易平台等等；武钢将资本重组、新技术创新与引进、资本运作等管理创新活动纳入到管理年度中，优化企业资产，提高资产与资本间的转换价值。这一系列的管理创新活动在业内被称为瘦身行为，在不失为行业巨人的前提下，提高了竞争能力。从过去的老、大、粗、重、笨，到今天的轻装前进，中国钢铁企业用了近十五年的时间。在本世纪初期，产品质量管理（品质管理）日益盛行，宝钢集团首先引进全面质量管理体系进行镀锌薄板及彩板生产，在追求精益生产管理的同时将客户交货期压缩到十五天，极大地提高了与国际同类产品的竞争能力。“发展=优势的转化和再造”是宝钢集团在第十三次管理论坛上提出的命题。在前期进行“大瘦身”（裁减冗员、剥离负资产、分解企业办社会的部分）运动之后，进行了大幅度的产品技术及生产工艺创新举动，使自己成为灵活的巨人。钢铁企业精益化生产策略是当今市场发展的必然结果，宝钢集团在应对汽车、家电制造的终端客户的需求时，必须对自身的生产工艺及设备进行较大的技术改造。在这些市场竞争激烈的产品中，成本与价格、生产工艺及交货时间、客户管理与供应链管理，始终都在围绕产品的质量体系，精益化生产管理体系不仅仅保证终端产品的质量，更关注整个生产环节的完好率、成本控制、生产工艺的不断改造与创新等等。因此，在一系列的创新年中，钢铁企业正在逐步地摆脱困境，完善自身。国有企业机制与全面市场化的融合中国国有企业机制为钢铁企业打下了夯实的基础，同时也创建了极其殷实的物质条件，这对钢铁企业现在所参与的市场竞争并获得极大成绩立下了汗马功劳。因此，对国有企业的长期积累不能给以任何方式的否定，而应该以不同的角度进行理解。“一时、一事、一人”是最能解释国有企业在为国家经济做出的贡献，一时、一事、一人就是把人和事放在同一个时期进行比较，这样才能客观公正地对钢铁企业进行评价。传统的国有企业管理机制正在受到挑战，对于上海宝钢集团这样处于市场风顶浪尖的企业，已经不能用老套的管死不放权来经营，而是随着国家对企业管理经营的逐步退出而放开。国有资产正在逐步地退出，国有资本的管理结构已经逐渐地转向资本投资管理与经营管理分离，对过去全部控股也已经在逐渐地退出。这一切举动正是国家在对大型企业逐步地放权，以便使企业更轻松地应对市场。首钢集团在九十年代初期开始大刀阔斧地进行企业改革，在九十年代末期，副营业务首次与主营业务盈利持平，并预期在2005年副营业务超过主营业务。将过去传统制造行业迅速转换为当今一流的高科技企业，这在国内乃至世界同行业中成为领先者。上海宝钢集团在近几年的管理变革过程中，对主、副业务进行了较大的梳理，同时在进行大幅度地技术改造过程；对冗员精简与分流，以提高供货能力与增加产品链效益为主要的创新目标；建立高品质的管理论坛，交流管理经验，并提供决策服务；较完整地建立了电子商务平台及信息化管理体系，并充分利用信息系统进行客户管理，产品交货速度在全球同行业中暂居领先地位。由于国内钢铁行业产品结构的重复性较大，高端产品的市场占有率较小。对此，国家目前依然采用宏观调控机制，指导行业的技术改造与升级。这样，作为国有资产的控制与保值就有了一定的保障，同时，这也是国有企业机制发挥的效用之一。国有企业管理机构通过对资产的控制，极大地放宽了企业管理经营的权利，但绝对不是无度地放宽。武汉钢铁集团通过多年的经营成为一个极大的债权人。在前几年进行三角债清理过程中，房地产企业所欠债务最多，通过近几年的债务置换工作，武钢集团置换回三千多套商品房，并成立房产管理公司进行商品房的开发工作，同时，还开发了武汉市青山区的万套商品房工程，实现了资本的增值。由此可以看出，国有机制下的企业在近几年应对市场经济的时候，已经逐渐成熟。在国有资产进行资本控制与管理经营的剥离过程中，开始尝试将国有资本直接纳入到市场管理体系当中，在保障宏观调控的前提下，中国钢铁企业抗风险的能力越来越强，越来越具有实力参与全球化竞争。发展 → 建立一个全新的钢铁文化五十亿规模的企业关注管理，百亿元规模的企业关注文化，这是国际大型企业管理的基本定式。也就是说一家在五十至白以规模的时候，主要依靠管理来要效益，而企业在超过百亿元规模的时候，依靠的时企业的文化来获得长期持续的发展。因此，中国钢铁企业目前阶段管理的主题应该处在依靠文化获得发展的时期，并且应以钢铁文化的管理创新作为主题，参与市场竞争。中国钢铁企业文化有着深厚的积淀，过去曾经传述这许多创业者与以厂为家者的动人轶事，更有当今改革创新者的业绩。这一切都在表述者悠久的行业历史，但是也有市场竞争与管理创新所做出的牺牲：有许多过去的国家劳动模范、五一奖章获得者、技术能手在改革中被作为冗员下岗、分流，或离开自己熟悉的工作岗位。市场竞争的无情在今天钢铁企业中，在这些老的员工中表现得尤为无情，或称之为悲壮。但由此却给钢铁企业建立自身的企业文化带来了新的命题：怎样建立一个竞争型新的企业文化，参与全球化竞争。上海宝钢集团公司，以“办世界一流企业、创世界一流水平”为目标，走新型工业化道路，培育优秀的公司素质和公司形象，建立和提升包括与之相适应的管理体制与制度的企业核心竞争力。这是宝钢新时期的企业文化建设主题，并将文化建设与企业发展战略目标相结合，以企业文化服务于公司未来的发展战略。“追求、比较，苛求、创新”的企业文化和行为实现公司战略与提高综合竞争能力奠定了企业发展基础。“宝钢的阶段性战略目标是：到2005年，钢铁主业保持在中国钢铁业中的领先地位，建成中国最大、最具竞争力的钢铁精品基地和钢铁工业新技术、新工艺、新材料研发基地；集团公司实现销售收入1200亿元，成为世界500强。到2010年，宝钢钢铁主业综合竞争力进入世界前三名；集团公司实现销售收入1500亿元，成为具有自主知识产权和国际竞争力的大型跨国集团”。为实现这一战略目标，宝钢集团建立了自身管理学习创新论坛，在进行的十余期论坛上，“追求、比较，苛求、创新”始终作为主要课题，将竞争能力、核心优势、制度创新等等与企业密切相关的话题进行分析，从而引导出“用户满意（CS）战略，实行全方位满意管理（TSM）”等管理方案。文化即一种行为的习惯。当一个企业把创新作为一种习惯的时候，创新就成为企业发展动力之源。首钢目前成为全球钢铁行业创新的典范，主要得益于对自身文化的清晰定位。基于首钢雄厚丰富的资源，成功地从一家传统的制造企业转变为高科技企业，其创新的根源在对市场的发展形态的充分认识。在继续保持原有产业优势的前提下，对产品进行细分和定位，将优势产品变为强势，将盈利模式由单一化转变为多元化，高科技投资、金融服务等项目将会逐渐超过传统项目的盈利能力。这些转变无疑都在改变着首钢人的价值观与工作习惯，并形成新时期的首钢文化。大型钢铁企业的核心竞争优势绝不仅仅来源新技术的应用与工艺流程的创新，从近几年来中国钢铁企业的管理创新活动中分析得出，建立一个新的管理机制与企业思考习惯，将巨轮灵活掉头也是企业的综合竞争能力的具体表现。对此，通过钢铁企业自身改革的经验，建立一套适应管理创新的文化适应体系就成为下一个发展百年的生存大计。中国钢铁企业管理的未来之路更加具有参与市场竞争的能力，全面地融入全球化经济浪潮中是未来国有钢铁企业的必然发展方向。传统的钢铁企业生产链在极大程度上重复着老套的管理体系，中国钢铁制造的产品同质化、差异化较小，加大了企业产品参与市场竞争的难度，而目前国内钢铁产品的消费市场、生产的饱和度都已经达到平衡状态，市场上新材料的应用也在极大地冲击着钢产品的消费，因此，钢铁企业进行生产链的重组、产品的创新、新材料的研发工作已经势在必行。生产链关系的重组在极大程度上是对生产管理关系的优化工作。上海宝钢集团通过多年的生产链调整，将主要的企业资源直接为生产服务，从矿山管理、运输、生产等一系列程序中进行精简，以专业化路子实现做大、做强。同时，也加快了新产品的研发，投资新材料项目，实现了纵深一体化战略目标。进行生产链重组工作需要付出一定的代价。宝钢集团在近几年的管理实践中，分流人员七万多人，剥离了多个事业机构。同时对与主业关联性不强的企业进行了较大的整合，做到主、辅分离责任明晰，把好钢真正用在了刀刃上。在同样生产2000多万吨产品的情况下，利润率增加了近二成，上缴税收增加近一倍，一线员工的收入也有了较大幅度的增长，这些好处都来自于宝钢集团公司的生产链关系的重组。关注战略管理将是钢铁企业未来管理的重大主题，任何一个管理决策的失当都将导致企业不可挽回的损失，因此，成功的战略管理决策对大型钢铁尤为重要。在行业中，首都钢铁集团成功的战略转型成为行业典范，但并不一定所有的钢铁企业都应该效仿。首钢多元化战略的实施成功是多方面因素构成的，为此，需要通过长期的论证。但在现在市场竞争激烈的情况下，决策程序越来越简化，决策时间也越来越短，处理复杂的市场管理问题成为目前钢铁管理者的日常工作。把握稍纵即逝的市场契机是大企业进行快速反应的一种表现，对企业的战略问题，每时每刻都在刺激着管理者的神经。面对这种管理的两难，管理这绝不仅仅承担着企业的增值与保值义务，而如何使企业顺利地进入到下一个百年才是最根本的问题。保持基业对大型钢铁企业是一件比较容易的事情，但如何常青却是长期战略问题。基业常青的基本原则是建立一套行之有效的管理体系与机制，确定战略管理的执行规则，这是中国钢铁企业管理的未来任务。国有钢铁企业在近五年的创新实践活动中，关注成本管理、文化建设、产品链、客户管理等等的创新较多，这些解决问题临时结的活动在很大程度上帮助企业度过了一些难关，并使企业获得相应的喘息机会。但是，在对目前钢铁企业的多次管理调研活动中发现，解决管理中临时问题方式并不能一劳永逸地实现企业持续发展的目的。邯郸钢铁在前几年引进武汉大学余杭教授进行成本管理时，就没有考虑到行业中管理变革的发展速度，而使其成为昙花一现。在期生产的同类产品中，全国近万家企业的竞争是的成本管理成绩被极大地侵蚀。今天，行业中不再谈起学习邯钢，这就是在中国进行管理创新的弊端，其症结就在于“临时管理”。中国钢铁企业的管理问题决不是一朝一夕产生的结果，而是过去几十年来重计划轻管理的结果。因此，对当前钢铁企业的管理解决之道就是按照市场化企业运作机制，建立企业全面管理体系，建立系统的企业管理观念，只有这样才不会出现管理上因市场因素而产生的较大波动，实现管理的平衡发展，只有这样才能使企业在进入下一个百年时仍然保持“常青”。
储氢材料 储氢材料 hydrogen storage material 一类能可逆地吸收和释放氢气的材料。最早发现的是金属钯，1体积钯能溶解几百体积的氢气，但钯很贵，缺少实用价值。20世纪70年代以后，由于对氢能源的研究和开发日趋重要，首先要解决氢气的安全贮存和运输问题，储氢材料范围日益扩展至过渡金属的合金。如镧镍金属间化合物就具有可逆吸收和释放氢气的性质： 每克镧镍合金能贮存升氢气，略为加热，就可以使氢气重新释放出来。LaNi5是镍基合金，铁基合金可用作储氢材料的有TiFe，每克TiFe能吸收贮存升氢气。其他还有镁基合金，如Mg2Cu、Mg2Ni等，都较便宜。 一,绪言 氢-二十一世纪 的绿色能源 能源危机与环境问题 化石能源的有限性与人类需求的无限性-石油,煤炭等主要能源将在未来数十年至数百年内枯竭!!!(科技日报,2004年2月25日,第二版) 化石能源的使用正在给地球造成巨大的生态灾难-温室效应,酸雨等严重威胁地球动植物的生存!!! 人类的出路何在 -新能源研究势在必行!!! 氢能开发,大势所趋 氢是自然界中最普遍的元素,资源无穷无尽-不存在枯竭问题 氢的热值高,燃烧产物是水-零排放,无污染 ,可循环利用 氢能的利用途径多-燃烧放热或电化学发电 氢的储运方式多-气体,液体,固体或化合物 实现氢能经济的关键技术 廉价而又高效的制氢技术 安全高效的储氢技术-开发新型高效的储氢材料和安全的储氢技术是当务之急 车用氢气存储系统目标: IEA: 质量储氢容量>5%; 体积容量>50kg(H2)/m3 DOE : >, > 62kg(H2)/m3 二,不同储氢方式的比较 气态储氢: 能量密度低 不太安全 液化储氢: 能耗高 对储罐绝热性能要求高 二,不同储氢方式的比较 固态储氢的优势: 体积储氢容量高 无需高压及隔热容器 安全性好,无爆炸危险 可得到高纯氢,提高氢的附加值 体积比较 氢含量比较 三,储氢材料技术现状 金属氢化物 配位氢化物 纳米材料 金属氢化物储氢特点 反应可逆 氢以原子形式储存,固态储氢,安全可靠 较高的储氢体积密度 Abs. Des. M + x/2H2 MHx + H Position for H occupied at HSM Hydrogen on Tetrahedral Sites Hydrogen on Octahedral Sites 金属氢化物储氢 目前研制成功的: 稀土镧镍系 钛铁系 镁系 钛/锆系 稀土镧镍系储氢合金 典型代表:LaNi5 ,荷兰Philips实验室首先研制 特点: 活化容易 平衡压力适中且平坦,吸放氢平衡压差小 抗杂质气体中毒性能好 适合室温操作 经元素部分取代后的(Mm混合稀土,主要成分La,Ce,Pr,Nd)广泛用于镍/氢电池 PCT curves of LaNi5 alloy 钛铁系 典型代表:TiFe,美Brookhaven国家实验室首先发明 价格低 室温下可逆储放氢 易被氧化 活化困难 抗杂质气体中毒能力差 实际使用时需对合金进行表面改性处理 PCT curves of TiFe alloy TiFe(40 ℃) TiFe alloy Characteristics: two hydride phases; phase () & phase ( ) + 1/2H2 → + 1/2H2 → 镁系 典型代表:Mg2Ni,美Brookhaven国家实验室首先报道 储氢容量高 资源丰富 价格低廉 放氢温度高(250-300℃ ) 放氢动力学性能较差 改进方法:机械合金化-加TiFe和CaCu5球磨,或复合 钛/锆系 具有Laves相结构的金属间化合物 原子间隙由四面体构成,间隙多,有利于氢原子的吸附 日本松下() 活性好 用于:氢汽车储氢,电池负极Ovinic 配位氢化物储氢 碱金属(Li,Na,K)或碱土金属(Mg,Ca)与第三主族元素(B,Al)形成 储氢容量高 再氢化难(LiAlH4在TiCl3, TiCl4等催化下180℃ ,8MPa氢压下获得5%的可逆储放氢容量) 金属配位氢化物的的主要性能 ℃ 碳纳米管(CNTs) 1991年日本NEC公司Iijima教授发现CNTs 纳米碳管储氢-美学者Dillon1997首开先河 单壁纳米碳管束TEM照片 多壁纳米碳管TEM照片 纳米碳管吸附储氢: Hydrogen storage capacities of CNTs and LaNi5 for comparison (data deternined by IMR,RT,10MPa) 纳米碳管电化学储氢 开口多壁MoS2纳米管及其循环伏安分析 循环伏安曲线 纳米碳管电化学储氢 ____________________________________________________ 多壁纳米碳管电极循环充放电曲线,经过100充放电后_ 保持最大容量的70% 单壁纳米碳管循环充放电曲线,经过100充放电后 保持最大容量的80% 碳纳米管电化学储氢小结 __ _ 纯化处理后多壁纳米碳管最大放电容量为 1157mAh/g,相当于重量储氢容量.经过100充放电后,其仍保持最大容量的70%. 单壁纳米碳管最大放电容量为503mAh/g,相当于重量储氢容量.经过100充放电后,其仍保持最大容量的80%. ____ ____ 纳米材料储氢存在的问题: 世界范围内所测储氢量相差太大:(wt ) %-67 (wt ) %,如何准确测定 储氢机理如何 四,结束语-氢能离我们还有多远 氢能作为最清洁的可再生能源,近10多年来发达国家高度重视,中国近年来也投入巨资进行相关技术开发研究 氢能汽车在发达国家已示范运行,中国也正在筹划引进 氢能汽车商业化的障碍是成本高,高在氢气的储存 液氢和高压气氢不是商业化氢能汽车-安全性和成本 大多数储氢合金自重大,寿命也是个问题;自重低的镁基合金很难常温储放氢,位氢化物的可逆储放氢等需进一步开发研究,
没有原理.这从头到尾就是一条错误的路年3月，〔Nature〕magazine发表题为“单壁碳纳米管中的储氢 (Storage of hydrogen in single-walled carbon nanotubes)” 当时正值克林顿总统启动美国氢能源计划(1996年)不久，人们认识到氢在汽车上的储存携带是一个大难题，高效储氢成为热点，由于对储氢的机理认识尚不深入，人们对新材料寄予很大期望。此文根据前人关于毛细管凝聚的理论提出了一个假设，单壁碳纳米管由于壁很薄，管很细，可能在管中凝聚氢，从而形成高效储氢材料。为了吸引读者，作者给出了氢的程序升温脱附数据，但似乎有意混淆了物理吸附-毛细管凝聚与化学吸附的概念，给出的脱附曲线实际上是化学吸附部分，这当然延伸到了常温区，从曲线上也不能解读出有很大吸附量。两年多以后的99年7月[Science] magazine 发表的一篇题目为“碱掺杂的碳纳米管在常压常温下的高吸氢量”的文章则给出了引人注目的实验数据。这使人耳目一新，大吃一惊，碳纳米管加上碱金属氧化物可以使吸氢的量达到重量比百分之五到百分之二十，而且在接近常温常压下能够完成吸附脱附循环。当时美国能源部认为储氢材料若能够储存氢达到重量比百分之六，同时采用当时的质子交换膜燃料电池，则燃料电池汽车的能效和一次充气的行车里程就可以有商业价值，和汽油车竞争。同年11月，还是这个杂志，发表了另外一篇论文，题目是“室温下在单壁碳纳米管上的储氢”，同样给出了十分引人注目的实验数据。这后两篇工作的发表，又是在有名的 [Science] 杂志，似乎假设变成了现实，引导了大量有基础的和感兴趣的一拥而上，形成了碳纳米管储氢研究的热潮。美国能源部、中国国家科技部、基金委等资助机构一时间都把这一课题列入重点资助领域。随后的几年不仅有大量的论文发表，也耗用了大笔纳税人的金钱。敏感而严肃的资深吸附现象研究者 Ralph T. Yang 教授在99年10月即投稿Carbon(2000年第四期发表)说明[Science]发表的第一篇实验结果是基于错误的实验条件，指出在这一实验条件下氢气中的水蒸气会吸附和凝聚，所以观察到的增重不是因为氢的吸附。杨做了严谨的对比试验，当用含有极微量水分的氢气做原料时重复了Chen等在[Science]发表的实验现象。2001年3月杨教授再次投稿Carbon(2002年第三期发表)，采用Ab initio molecular orbital方法，从理论上论证了碳上氢的化学吸附遵循化学吸附的一致原理，也解释了单壁碳纳米管不可能作为储氢材料的目标物质。天大资深吸附专家周理教授，自2003年开始发表论文，澄清吸附的概念，并花时间系统演绎吸附的理论基础，证明氢在碳纳米管上的大量吸附只有在接近其临界温度时才是可能的。周教授在此之前的国内学术会议和项目论证会议上，即多次论证，常温下吸附储氢，是良好的愿望，而大自然不作美支持。感觉辛酸的是，记得08年在瑞士Villars Sur Ollon组织能源科学讨论会，周教授仍在花时间认真论证氢的吸附原理。这一伪科学假说耗费了一个优秀科学家的多年时光。
典型代表：LaNi5，荷兰Philips实验室首先研制特点：活化容易平衡压力适中且平坦，吸放氢平衡压差小抗杂质气体中毒性能好适合室温操作经元素部分取代后的(Mm混合稀土，主要成分La,Ce,Pr,Nd）广泛用于镍/氢电池PCT curves of LaNi5 alloy 典型代表：TiFe，美Brookhaven国家实验室首先发明价格低室温下可逆储放氢易被氧化活化困难抗杂质气体中毒能力差实际使用时需对合金进行表面改性处理PCT curves of TiFe alloyTiFe(40 ℃）TiFe alloyCharacteristics:two hydride phases;phase () & phase ( ) + 1/2H2 → + 1/2H2 → 典型代表：Mg2Ni，美Brookhaven国家实验室首先报道储氢容量高资源丰富价格低廉放氢温度高（250-300℃ )放氢动力学性能较差改进方法：机械合金化-加TiFe和CaCu5球磨，或复合 具有Laves相结构的金属间化合物原子间隙由四面体构成，间隙多，有利于氢原子的吸附 日本松下（)活性好用于：氢汽车储氢，电池负极Ovinic 碱金属（Li,Na,K）或碱土金属（Mg,Ca）与第三主族元素（B,Al）形成储氢容量高再氢化难（LiAlH4在TiCl3,TiCl4等催化下180℃，8MPa氢压下获得5%的可逆储放氢容量） 1991年日本NEC公司Iijima教授发现CNTs纳米碳管储氢-美学者Dillon1997首开先河单壁纳米碳管束TEM照片多壁纳米碳管TEM照片纳米碳管吸附储氢：Hydrogen storage capacities of CNTs and LaNi5 for comparison (data deternined by IMR,RT,10MPa)纳米碳管电化学储氢开口多壁MoS2纳米管及其循环伏安分析循环伏安曲线纳米碳管电化学储氢____________________________________________________多壁纳米碳管电极循环充放电曲线，经过100充放电后_ 保持最大容量的70%单壁纳米碳管循环充放电曲线，经过100充放电后 保持最大容量的80%碳纳米管电化学储氢小结___纯化处理后多壁纳米碳管最大放电容量为 1157mAh/g，相当于重量储氢容量.经过100充放电后，其仍保持最大容量的70%.单壁纳米碳管最大放电容量为503mAh/g，相当于重量储氢容量.经过100充放电后，其仍保持最大容量的80%.________
储氢材料(hydrogen storage material)一类能可逆地吸收和释放氢气的材料。最早发现的是金属钯，1体积钯能溶解几百体积的氢气，但钯很贵，缺少实用价值。