工程热物理研究所范文

工程热物理研究所范文第1篇

1 现状分析和改革的必要性

目前，国内应用物理学专业的《热学》和《热统》课程仍然沿用传统的教学计划，在大学一年级开设《热学》，三年级开设《热统》，我校计划学时数分别为48和72。我们知道，《热学》和《热统》都把物体内部热运动的规律性以及热运动对物体性质的影响作为研究对象。传统的课程体系将《热学》和《热统》分属两个不同层次开设，《热学》中因数学和物理基础太薄弱，又受到学时的限制，不能完全展开讲授而显得系统性不强，感觉《热学》教学内容稍显零散;而《热统》中又有相当部分内容与《热学》大致相同，特别是热力学基本概念和基本定律、麦克斯韦速率分布与速度分布律、玻耳兹曼分布律、能量按自由度均分定理等。这使得长期以来学生对这两门课程兴趣不大，学完后不能形成完整的知识结构。另外有些教学内容，可以运用定性半定量的方法讨论，比如, 以普通物理的风格引进量子统计的概念，强化熵的教学，还有对碰壁数和泻流的讨论等等。所以, 硬要在《热学》和《热统》之间划上一条线，对《热学》的教学内容和教学深度有所限制就显得没有必要。

从应用物理专业的培养目标来看，应用物理学专业主要培养适应我国建设实际需要，德智体全面发展，掌握较好的物理学理论基础和熟练的实验技能，具有一定的应用研究、科技开发和管理能力，能适应高新技术发展需要的物理学应用性人才。其培养规格应该介于物理学基础性人才和工科技术人才之间，兼具二者的优点。该专业的基础理论课程应该更注重学生应用研究、科技开发能力的培养。因此，课程的深度和难度可以比培养基础性人才的一般物理系的要求适当降低，而应当在宽和新上进行拓展。

2 改革的构想和方案

首先，我们认为可以把两门课程进行优化整合，整合后的课程名称为《热物理学》，放在第五学期开设，共80学时，主要包括以下内容：热力学系统的平衡态和物态方程;热力学第一定律及其应用;热力学第二定律;均匀物质的热力学性质;相变;近独立粒子的最概然分布;玻耳兹曼统计;玻色统计和费米统计;近平衡态驰豫和输运过程;专题选讲。其中相变一章的开头简介“物态和相”;“分子动理论”则作为近独立粒子的最概然分布一章的第一节;课程主要讨论平衡态理论，近平衡态驰豫和输运过程作为非平衡态的简单理论放在最后。由于《热学》和《热统》与物理学前面其他课程联系不甚密切，开课时间上的调整不会影响其他课程的教学，而这两门课之间却连贯性很强。因此，整合划一更有利于该课程教学本身[1]。整合可以使整个热物理学研究内容显得更紧凑，有利于帮助学生建立一个清晰的热物理学理论体系，教师更便于把握好教学深度，提高教学效率。对《热学》和《热统》进行优化整合的基本原则，是使整合后的课程体系结构完整，逻辑上合理自洽，内容的递进与延伸能承前启后，纵横协调顺畅。其次，课程的内容与体系要符合教学规律，将学生认知能力的阶段性、渐进性和层次性与热物理的逻辑特征结合起来，按照认知规律的特点科学构建课程体系。整合后的《热物理学》分为宏观理论的热力学部分和微观理论的统计物理部分，教学内容的选取要简明扼要，由唯象到唯理，由宏观到微观，和学生的认识层次相吻合。

其次，《热物理学》应当更加有助于物理应用性人才的培养，内容上一方面注意理论与实际的结合。另一方面将与热物理学有关的前言课题引入课堂。如玻色爱因斯坦凝聚、低温下物质的超导与超流特性、白矮星的简并费米模型、二级相变等。可以在课程最后以讲座形式集中介绍，也可以在课程中穿插进行。这些课题可以采取着重介绍其所属的理论领域和所用的研究方法，介绍成果及其应用，而不作深入的理论分析，不感兴趣的同学点到为止，感兴趣的同学通过进一步查阅资料，参与同老师的讨论，或选作毕业设计课题而达到深入了解。目的在于开阔学生视野，了解热物理学的研究前沿及技术应用，培养学生的科学素养和应用能力。杨振宁教授曾经指出：“中国传统学习是一种透彻法’，懂得透彻很重要，但若对不能透彻了解的东西就抗拒，这不好。渗透法’学习的好处，一是可吸收更多的知识，二是对整个的动态有所掌握。”我们力求在课程改革中贯彻这一教学思想。

另外，我们认为可以把“多媒体”这一先进的教学手段引入教学。一直以来，我们认为物理学特别是理论物理课程理论性太强，数学太多，更适于采用传统的板书教学方法，多媒体教学手段可能会影响教学效果。作为试验，我们在最近一轮的教学中，部分章节使用多媒体课件，证明效果还是很好的。它改变了过去那种单一、僵化的教育模式，大大推动了热物理学课程的全面改革。多媒体教学手段的主要优势表现在提高教学效率;直观反映教学内容，比如热机与制冷机的循环流程、分子无轨热运动的动画模拟等都能使抽象的问题具象化;使课堂教学变得灵活多样，富有创造活力，激发学习兴趣;有些繁琐的公式推导过程，对于应用物理专业学生不是必须掌握的，知道方法即可，课件可以节约时间;多媒体的使用还大大增加了课堂的信息量，可以很方便地将一些最新的前沿课题和最新应用技术在课堂上展示。

3 结语

目前，这项课程改革的前期工作已经初步完成，部分改革思想已经应用于教学实践，取得良好的效果, 学生对课程的学习兴趣和重视程度大大增加。主动选择热物理方面的内容作为自己的毕业设计课题人数逐年增多，并且在研究生考试中取得优异成绩。当然, 我们仍然有很多工作要做，特别是在课程整合过程中如何实现内容选取最优化，结构上完整合理等一系列问题。另外，要把近代物理学的成就和应用，组织成基础课的教学体系，也并不单纯是材料的取舍和拼接，而是一个知识再加工的研究课题，需要经过长期持之以恒的研究和实践。

摘要：针对新世纪对应用物理专业人才的培养要求, 结合国内外课程改革的趋势, 提出对《热学》和《热力学与统计物理学》两门应用物理专业的主干课程改革的构想。

关键词：热物理学,优化整合,渗透法

参考文献

[1] 陈波.应用物理学专业“热学”与“热力学与统计物理”课程整合之初探[J].中山大学学报论丛, 2004, 24 (1) :188～191.

[2] 高崇伊.改革“热学”课程教学加强对学生能力与素养的培养[J].高等理科教育, 2003, 3:34～38.

[3] 吴寿煜, 张忠锁.21世纪物理专业知识的培养对“热学”教学的要求[J].物理教育, 2003, 32 (2) :132～135.

工程热物理研究所范文第2篇

一、课前准备

在课前, 教师首先应该基于学生的毕业要求分析课程目标, 并将课程目标对应到每节课的学生学习成果上, 教师围绕最终“成果”反向设计每节课的教学过程[1]。物理化学课程由于知识过于抽象, 难以理解, 让很多学生在学习的过程当中, 出现了排斥与厌烦的情绪, 觉得课程内容的实际应用价值不大, 欠缺浓厚的学习兴趣。所以, 要求教师要以学生为中心设计课堂教学, 避免一言堂, 要结合具体的课程内容采取适当的教学方法。可多采用启发式教学, 在课前根据下节课所讲内容, 理论联系实际设置相关的问题, 要求学生利用多种渠道和途径, 搜索相关的参考资料, 对问题进行思考, 进而达到良好的预习效果, 便于课上尽快掌握所学知识。例如, 在讲解稀溶液的依数性课前, 可以先设置问题“为什么北方冬天在冰雪覆盖的路面上撒盐”、“为什么参天大树可以从根部土壤汲取水分输送到树梢”等问题, 这些问题与实际情况紧密联系, 更能很好地引导学生主动查阅资料, 积极思考问题, 起到事半功倍的课前准备效果。

二、课上实施

实际上, 从前的物理化学教学工作, 教师虽然完成了教授任务, 但是却没有将学生作为真正的课堂主体, 并且经常把考试成绩当成教学成效检验的有效方式, 对于学生科学思维方式的引导、自主探究能力的培养予以忽视。当教学课堂过于沉默, 缺少了师生、生生之间的沟通与交流, 必然会降低总体的教学成效。通过运用成果导向教学理念, 精心设计教学过程, 可以让学生更好的获得综合运用知识的能力、创新思维能力、解决问题的能力和团队合作等能力[2]。成果导向教育要突出以学生为主体, 发挥学生的主动性, 因此可以多采用提问式、类比式、讨论式等教学方法, 带动学生进行思考, 提升学生的学习体验。

(一) 提问式教学法

在教学过程中, 教师可通过提问的方式, 带学生深入思考, 积极探索问题的真谛。但是问题并非随意设置, 要在恰当的时机抛出问题, 要符合知识学习的规律, 起到良好的启发效果。例如:教师在讲授化学反应的标准摩尔反应焓定义的时候, 应该指出, 此时将化学反应看成一个理想化的模型, 参加反应的物质均为处于标准态的纯物质, 不考虑物质的混合过程, 但进行了化学反应。这时可以提出:“为什么不进行真实状态化学反应的探讨, 而要设定为一个理想化的模型?”让学生后思考, 并找学生阐明观点。随后教师总结说明, 除理想气体外, 物质的混合过程都有焓变, 各个反应的混合焓有所差异, 需具体情况具体分析, 然而非理想气体反应的标准摩尔反应焓多数情况下近似等于相同温度下实际反应的焓变, 因此也有实际的研究意义。如此, 经过教师巧妙的问题设计和引导, 使学生深入掌握相关的物理化学概念, 了解物理化学解决问题的思维方式。

(二) 类比式教学法

物理化学课程中公式多、概念多、定理多, 在不同章节会存在相似的公式, 学生容易混淆, 难以准确掌握。因此可以通过采用类比教学法, 让学生把容易混淆的知识变得清晰、容易记忆。通过比较、分析、综合等思维过程将新旧知识之间的异同点归纳出来, 增强教学效果, 有效提升学生良好的逻辑思维能力。例如在讲解阿伦尼乌斯方程的时候, 可以让学生回顾以前所讲到的与之类似的克劳修斯-克拉佩龙方程、范特霍夫方程。这三个方程结构相似, 均是反应与温度的变化关系, 通过比较每个方程各项所代表的具体含义, 找到各方程间的区别和联系, 每个方程的适用条件, 从而达到对知识的系统掌握[3]。在物理化学教学中, 很多新知识都是在原有知识的基础上发展而来的, 在讲授新课时, 通过对旧知识的回忆比较, 可以帮助学生创设良好的思维情景, 促使学生主动思考, 更快的接受和掌握新知识。

(三) 讨论式教学法

物理化学的知识抽象、难以理解, 老师单纯讲解学生难以掌握, 可以设置分组讨论的环节, 调动学生学习的积极性。教师可以围绕教学内容设置一道题目、一个观点、一种实验现象让学生互相讨论、互相质疑、互相启迪, 引导学生积极思考、各抒己见、集思广益, 在争辩的过程中分析问题、解决问题、寻求真理。通过讨论, 让学生深入掌握所学知识, 学会沟通交流, 锻炼良好的表达能力, 提升综合素质。

三、课后活动

在物理化学课程教授的过程当中, 教师不仅要重视课堂教学工作的开展, 还应该合理设计一些课后作业与活动, 使得学生进一步掌握所学知识。尤其对于物理化学课程中一些抽象、难懂的定义、原理以及公式等教学内容, 教师可以将其融入到课后教学活动当中, 巩固所学知识, 达到融会贯通、学以致用。

物理化学是一门组织高度有序, 各部分内容联系紧密的课程。在学习过程会发现, 许多新的公式都是由一些基本公式推导而来。每一章节都是围绕一个主题展开, 各章节之间又存在着千丝万缕的关系。如何将这些知识点, 以点成线、以线成面, 织成一张有条理、有层次、关系清晰的知识网络是学好物理化学课程的关键。而思维导图同样是围绕一个中心主题, 向外发散各级分支节点, 可以将琐碎零散的信息系统化、结构化, 层次清晰、简单明了, 还可以不断更新添加内容, 十分适用于物理化学课程的学习。因此教师可以在课后让学生绘制思维导图, 学生在绘制的过程中, 将每节课的知识进行比较、归纳、概括, 每个学生根据自己的理解将散乱的知识点构建成自己熟悉的模块, 便于知识在大脑中的储存。等一章内容学习结束后, 学生可参照每节课的思维导图梳理出整个章节的知识脉络[4], 提高学习效率, 锻炼学生的自主学习能力。

另外还可以将科研与教学相结合, 引导学生在课下利用网络、图书馆查找文献资料, 关注物理化学研究领域前沿, 提升学习兴趣。鼓励学生利用课余时间积极参与到教师的科研课题当中, 开展一些可行性的研究, 充分认识到物理化学与实际生产生活、科学研究密不可分, 实现学以致用, 培养学生的创新精神和科研兴趣。

四、教学评价与反思

在有效利用成果导向教育理念的过程当中, 需要在完成物理化学课程教学之后, 科学评定学生的学习效果, 注重教学反思, 持续改进。教师要及时分析学生是否实现课程目标的达成, 如果不满足要求, 需要不断调整教学内容、教学方法。以往的教学通常采用比较性评价方式, 根据学生的学习效果划分成优、良、中、及格、不及格等各个不同的等级。而成果导向教育理念则更加重视自我比较, 非学生间的对比。主要以自我为参考标准, 查看学生是否达到相关要求, 具体的评定结果采用“达成或者未达成”、“符合或者不符合”、“通过或者未通过”等方式予以体现。教师授课完成后, 可以通过课堂表现、课后作业、实验操作、考试测验等多种形式, 并结合师生、生生之间的沟通与反馈, 全面了解学生的知识掌握情况、能力达成情况, 并不断改进教学策略, 提升教学质量。

摘要：物理化学是化工类专业一门重要的专业基础课程, 对学生形成科学的思维模式十分有益。成果导向教育理念以学生为中心, 注重学生在接受教育后的能力产出, 将其应用于物理化学课程教学中, 将有益于培养学生解决实际工程问题的能力。本文基于成果导向教育理念, 从课前准备、课上实施、课后活动、教学评价与反思四个方面对物理化学教学进行了研究。

关键词：成果导向教育,物理化学,教学

参考文献

[1] 张峰榛, 刘兴勇, 汤秀华, 平芷菡.基于成果导向的《化学反应工程》教学改革[J].广州化工, 2018, 46 (19) :139-140.

[2] 于秀兰, 姜红, 阎峰, 孔祥文.基于成果导向教育的有机化学课程教学改革[J].化工高等教育, 2018 (3) :62-65.

[3] 刘建庄, 谢辉, 王悦辉等.物理化学教学中公式记忆法的探索[J].广州化工, 2014, 42 (19) :202-203.

工程热物理研究所范文第3篇

1 技术原理

由氮气的性质可知, 注氮气有四方面的作用, 一、降低井筒热损失。井筒热损失即在蒸汽注入过程中, 蒸汽在井筒中沿径向经隔热管、油套环空、套管、水泥环和地层流向井筒周围地带的热流量。注入氮气后, 由于氮气导热系数较小, 能够明显降低井筒总传热系数, 提高热效率;二、调整吸汽剖面。在注蒸汽过程中注入氮气, 当氮气进入井底后, 它夹杂油井“口袋”处蒸汽进入油层深部, 对油井远处油层加热处理, 调整油井吸汽剖面, 从而增加蒸汽的波及面积, 提高蒸汽的有效利用率。另外, 注蒸汽过程中, 加入氮气和耐高温化学泡沫剂, 由于贾敏效应, 能够起到调剖作用;三、补充地层能量。氮气为非凝结性气体, 在注蒸汽同时注入氮气, 增加了蒸汽波及面, 扩大油层的加热带, 同时, 油氮气的界面张力比油水之间的界面张力降低了近70%, 有利于提高驱油效率;四、强化助排效果。氮气在高压条件下注入油层能够存储能量, 当蒸汽凝结为水时, 氮气仍是气体状态, 转抽后, 地层能量逐渐降低, 氮气体积迅速膨胀, 产生较大的附加力, 加速驱动地层中的原油和冷凝水起到强化助排的作用, 也能延长周期生产时间, 提高回采水效率。

2 技术总结

2.1 技术界定

首先, 适用油层密封性较好的油井, 氮气辅助热采的主要作用机理是补充地层能量提高驱油助排的机理, 如果氮气在注入过程中泄露, 那么补充地层能量的作用就大大减弱了。选井上首先选取没有汽窜历史的油井;其次选择和实施井有汽窜的井同注同采。前两条不能满足时就选取同层位周边没有周期中后期生产油井。

对于直井, 要求要有一定的油层厚度, 经统计油层厚度越大, 氮气辅助热采的作用效果就越明显, 对于水平井, 水平井越长密封性相对越好, 经统计, 也满足这个规律。

水平井和直井相比, 水平井的密封性要好于直井, 实施氮气辅助热采后的效果也明显好于直井。

其次, 轮次越高效果越明显, 常规注汽生产时间越长, 地层能量越低, 油层动用不均等矛盾越突出, 这时, 应用氮气辅助热采效果就明显。

再者, 亏空越大效果越好, 因为油井生产时间长, 亏空越大, 油层能量低的矛盾越突出, 注氮气能够补充地层能量改善效果;另外, 亏空大时, 地层更容易存储氮气, 转抽时反弹能量, 助排效果明显。

3 技术优化

一、施工工艺优化, 之前主要采用的是先后注入和药剂段塞注入的工艺, 先后注入是指表活剂、氮气和蒸汽先后分别全部注入, 这种注入方式简单易操作, 但不能够充分发挥氮气辅助热采隔热、调剖的作用;药剂段塞注入是指把氮气和药剂分段注入, 然后注入全部蒸汽, 这种方式虽然把药剂和氮气充分混合, 但还是不能充分发挥氮气隔热、调剖的作用。为此, 之后主要采用氮气和蒸汽混注的方式, 这样既能发挥大气隔热的作用, 也能在注蒸汽过程中, 起到调剖作用;二、施工参数优化, 氮气辅助热采主要是在蒸汽和氮气的共同作用, 二者的配比情况直接影响着氮气辅助热采作用的发挥。经总结优选蒸汽与氮气物质量比在3550之间时效果最好。

4 优化成果

优化后, 累计实施27井次, 可对比22井次, 有效21井次, 有效率95%, 累计增油2.3万吨, 平均单井增油1075吨, 和优化之前对比, 有效率提高24%, 平均增油提高637t, 投入产出比从1:4.8提高到1:7.4。效果明显。

5 结语

氮气辅助热采在稠油吞吐中的效果明显, 优化研究成果进一步提高了氮气辅助热采效果, 创新研究为以后的生产也指明了方向, 对提高超稠油采收率有一定的指导意义。

摘要：在超稠油蒸汽吞吐生产过程中, 氮气辅助热采是提高采收率的一项成熟技术, 针对氮气辅助热采技术在现场实施过程中存在的一些问题, 通过深入研究氮气辅助热采的机理, 优化施工工艺和参数、制定技术的应用界限等, 提高氮气辅助热采技术的应该成功率和经济效益, 对超稠油蒸汽吞吐技术有一定的实践指导意义。

关键词：稠油,热采,氮气,采收率

参考文献

[1] 朱光华, 李新霞等.常规分注管柱的改进与应用[J].内蒙古石油化工, 2010, 14 (2) :38-40.

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[4] 殷方好, 刘慧卿, 杨晓莉等.千12块稠油油藏转氮气泡沫驱研究[J].特种油气藏, 2010, 13 (3) :80-83.

工程热物理研究所范文第4篇

辽河油区即位于辽河盆地的油田的总称。辽河油区是中国重要的稠油生产基地。热河台油田发现于1965年, 在随后的18年内, 其油田数量发展到13个。大量的实际勘探资料表明: 在辽河盆地地区, 存在着大量的油气资源, 并且勘探发现, 改地区油的油层厚度非常大, 油气分布范围广泛, 横跨了包括沈阳部分地区、鞍山部分地区、辽阳部分地区、营口部分地区和锦州部分地区共计面积超过约1万平方公里的五大城市。在辽河油区, 藏油的种类很多并且复杂, 其中以断块油田为主此类断块油田被断层分隔开来, 大部分都是属于地质学上定义的第三系的砂岩油藏, 其它部分也有少量的潜山油藏, 稠油量也很丰富。辽河油区稠油动用地质储量占总动用储量的44.8 %, 其中热采稠油所占比例最高。

2稠油开采

稠油具有粘度高、比重大的特点, 使原油的一种。根据的特点不难想到, 稠油流动阻力大, 因此在开发过程中若想将稠油从油层抽入井筒, 或从井筒举升到地面将会是很困难的。对于不同开采阶段的稠油有不同的处理方式, 可采用降粘法或稀释法对已流到井筒中的稠油进行开采, 而对于油层中的稠油一般采取热力开采法。

2.1降粘法

取适量的环氧丙烷、水溶性环氧乙烷、烷基苯磺酸钠、十二醇醚等活性剂, 将之与水混合成活性水溶液。将配备好的活性水溶液, 按规定比例注入井内, 在机器的搅动下, 将稠油和活性水溶液混合起来, 此时, 稠油将变成水包油乳状液, 这类液体的特点是粘度低、保存不稳定。完成此步骤后, 即可对其进行开采, 可才有常规方法。

2.2稀释法

为了降低稠油的粘度, 可以取适量的稀油, 将其注入井筒内, 注入的稀油将会与稠油溶解, 达到降低粘度的目的。经过稀油溶解后的稠油就可以采用常规的开发方法开采, 此方法比较适合在稀油资源比较丰富的地区使用。

2.3热力开采法

为了降低稠油的粘度, 一般可以采取将其加热的方法, 在加热方法中, 有两种不同的方法类型。

2.3.1蒸汽吞吐法

由于蒸汽温度非常高, 因此可以将适量的蒸汽注入稠油层, 从而对其加热达到将粘目的。需要高压蒸汽发生器以及隔热管柱, 因为高压蒸汽发生器可以将蒸汽经地面注入, 在下面有隔热管, 作用是防止蒸汽热量流失, 反而对油层上部的井筒造成负面影响。这种方法的特点决定了井筒和井口必须能承受高温高压, 同时对于选定油井的完井有一定的方法上的特殊要求。

2.3.2电热法

用井下电炉加热油层以降低稠油粘度。但是该方法加热的范围有限, 并且耗电量很大, 同时电炉的安装十分复杂, 增加了施工的复杂程度和投资成本, 因此该方法使用范围受到限制, 仅可用于稠油试油, 或者在在万不得已的情况下, 应用在其他开采方法都不可行的地区。

3辽河油区稠油热采产量递减

辽河油区稠油开采目前也正面临着突出的矛盾:一方面, 由于油藏地质条件错综复杂, 并且技术能力未达到一定的程度, 以汽驱为主的转换开发方式试验想法不幸夭折。另一方面, 主力区块蒸汽吞吐已经进入高轮次 (平均已超过9轮) 程度, 油汽比低 (平均累计吞吐油汽比接近0.45) , 压力水平普遍较低 (多数蒸汽吞吐主力区块压力已处于4~5MPa的水平) 。

4提高稠油热采水平井生产寿命

稠油水平井 (侧钻水平井) 已经被大规模推广使用。但是, 与直井相比, 由于稠油热采水平井 (侧钻水平井) 在轨迹、井身结构、 完井方式及开采方式上的特殊性, 其生产过程容易受到配件寿命的影响, 导致无法正常工作。由于水平井 (侧钻水平井) 成本较高, 因此如若能够延长稠油水平井 (侧钻水平井) 的使用寿命对于工程施工以及开采稠油将会是十分重大的科研成果, 由此带来的巨大的经济效应也是不言而喻的。虽然一些学者已经对这一研究课题进行了攻坚克难的探索, 但是系统地来思考, 对于提高稠油热采水平井生产寿命的想法应该从以下几点进行技术攻关:

(1) 对井身结构、稠油热采井轨迹以及完井方式进行优化;

(2) 对注入蒸汽、应用地层应力以及不同完井方式对水平井 (侧钻水平井) 套管损害的影响形成更多地关注;

(3) 在对于稠油热采水平井 (侧钻水平井) 的打捞作业、解堵、井筒修复技术进行进一步的研究探索。

3结语

辽河油田稠油油藏由于存在黏度高、油品性质差、密度大等特点。随着稠油热采区自然储备的减少, 开采措施的效果变差, 在当前形势下, 措施也随着资本的投入减少而相应地减少, 因此, 要增加低成本的设备来达到高收入的开采, 以此确保产量, 同时要坚持可持续发展。

摘要：辽河油区是我国重要的稠油生产基地, 本文主要就辽河油区进行了简要介绍, 对于辽河油区稠油热采技术发展中的瓶颈提高稠油热采水平井生产寿命进行了研究方向的探讨, 并对热采稠油产量递减进行了原因的分析, 最后提出了要增加低成本的设备来达到高收入的开采, 以此确保产量, 同时要坚持可持续发展的建议。

关键词：辽河油区,热采稠油,稠油热采水平井,可持续发展

参考文献

[1] 赵春梅.辽河油区热采稠油产量递减规律研究[J].特种油气藏, 2004, 01:47~48+59~105.

工程热物理研究所范文第5篇

摘 要：以一般大气环境喷射混凝土永久衬砌长大公路隧道为工程背景，开展汽车尾气中氮氧化物对喷射混凝土衬砌结构中性化过程及机理研究。以pH值为2的硝酸溶液为侵蚀介质，对喷射混凝土开展浸泡试验。以侵蚀喷射混凝土的物理力学性能及离子含量为表征指标，分析喷射混凝土中性化过程。采用X射线衍射、热分析及扫描电镜，分析及表征喷射混凝土中性化区的物相组成及微观形貌，研究喷射混凝土中性化发展过程及机理。结果表明，硝酸侵蝕喷射混凝土中性化演化过程可分为中和反应阶段、水化产物分解阶段、混凝土表面剥蚀等3个阶段。期间，喷射混凝土pH值逐渐下降，NO-3含量升高。随着侵蚀的进行，水化硅酸钙及氢氧化钙的含量降低，硝酸钙、硝酸型水化氮铝酸钙及高岭石的相对含量增大，微观结构被破坏，中性化速度加快，物理力学性能降低。

关键词：隧道工程; 衬砌喷射混凝土; 硝酸侵蚀; 离子含量; 侵蚀机理

喷射混凝土是使用喷射机械和压缩空气，将掺有速凝剂的混凝土喷射到岩石或土壤表面，并迅速凝结、硬化为具有强度的结构层混凝土。喷射混凝土作为一种新的混凝土施工工艺和新型支护结构，自诞生以来，就被应用于各类隧道及基坑边坡的支护。随着混凝土材料科学及施工技术的发展，喷射混凝土永久衬砌结构逐渐受到重视，并在隧道工程中广泛应用[1]。

近年来，公路、铁路等基础设施大力发展，中国长大隧道总里程快速增大。长大公路隧道服役过程中，由于隧道中部空气流通慢，汽车尾气聚积，隧道微环境中氮氧化物浓度、温度及湿度高。氮氧化物与环境中的水反应形成硝酸酸雾，沉降至衬砌混凝土表面，造成混凝土中性化并降低了衬砌结构的可靠度及耐久性[2]。针对普通混凝土酸侵蚀中性化，学者们开展了一系列试验研究。Huber等[3-4]、Grengg等[5]开展了硫酸侵蚀混凝土中性化性能研究，认为硫酸与混凝土水化产物反应形成的膨胀性石膏是导致其中性化加快及损伤层形成的主要原因。Fan等[6]、Chen等[7]、Hadigheh等[8]及Mahdikhani等[9]对酸雨作用下混凝土的物理力学性能、损伤厚度、界面过渡区强度、混凝土pH值等方面进行了研究，认为酸雨作用造成混凝土中性化的主要原因是H+、SO2-4及NO-3与混凝土水化产物发生反应，使混凝土pH值下降、水化硅酸钙分解及石膏、SiO2·nH2O、Al2O3·nH2O形成。Glass等[10]、Diab等[11]、吴涛[12]及吕建国[13]采用硝酸溶液浸泡法，开展了硝酸侵蚀混凝土中性化及性能退化规律研究，结果表明，混凝土中性化区水化产物与硝酸发生化学反应，形成溶解性硝酸盐，造成混凝土pH值下降及力学性能降低。

对于喷射混凝土，在速凝剂及喷射施工共同作用下，其凝结时间、水化硬化过程、微观结构及力学性能与普通混凝土差异较大[14-15]。酸侵蚀（尤其是硝酸侵蚀）普通混凝土中性化过程及机理不能直接应用于喷射混凝土。为了系统研究硝酸侵蚀造成喷射混凝土衬砌结构中性化的过程及机理，采用硝酸溶液（pH值为2）浸泡法，开展喷射混凝土中性化试验，测试侵蚀喷射混凝土物理力学性能、混凝土pH值及水溶性硝酸根离子含量，探究喷射混凝土中性化過程;分析及表征中性化区混凝土物相组成及微观形貌，研究喷射混凝土中性化发展过程及机理。

1 试验

1.1 试验材料

试验用原材料均来自宝兰高速铁路麦积山隧道施工现场：42.5普通硅酸盐水泥（C3S=52.7%，C2S=23.04%，C3A=6.37%，C4AF=11.76%，MgO=2.67%），II级低钙粉煤灰（SiO2=43.64%，Al2O3=25.38%，Fe2O3=4.19%，CaO=5.62%），渭河粗砂（μf=3.4，II区），渭河卵石（5～10 mm），剪切波浪形钢纤维（抗拉强度≥600 MPa），铝氧熟料系低碱粉状速凝剂;聚羧酸高性能减水剂（减水率不小于27%）。

1.2 喷射混凝土配合比

试验采用的喷射混凝土配合比以麦积山隧道初支衬砌结构喷射混凝土配合比为基础，调整水胶比及砂率，并经过试喷，最终确定试验喷射混凝土配合比。试验喷射混凝土配合比及力学性能（养护90 d）分别见表1和表2。

1.3 喷射混凝土试件制作

喷射混凝土制作采用干喷法，按照《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB 50086―2015）中规定进行制作，混凝土大板尺寸为1 000 mm×500 mm×150 mm。

1）混凝土板在成型3 h后脱模，置于标养室中养护至7 d。

2）将混凝土大板切割为9个400 mm×100 mm×100 mm的棱柱体（大板前后各切去50 mm，左右切去50 mm，上下切去25 mm），继续标准养护至28 d，在实验室内自然养护至90 d。

3）将棱柱体试件切割成立方体（100 mm×100 mm×100 mm）。喷射混凝土大板制作过程如图1所示。

1.4 试验方法

1.4.1 硝酸侵蚀喷射混凝土试验

试验方法：硝酸溶液浸泡法。

试验龄期：试验进行6个龄期，分别为浸泡30、60、90、120、150、180 d。

侵蚀溶液：pH值为2的硝酸溶液。经前期探索试验发现，pH值为1时，混凝土侵蚀速度过快，pH值为3时，混凝土侵蚀速度过慢。二者均无法在预计的试验龄期内得到可靠的实验数据。因此，试验最终确定硝酸溶液pH值为2。

测试内容：动弹性模量、质量、抗压强度、劈裂抗拉强度、损伤层厚度、混凝土pH值及硝酸根离子含量。

试验期间，每天测量浸泡溶液的pH值，使用浓硝酸（分析纯，AR）调整溶液pH值，使其稳定在2.0±0.2。同时，溶液每间隔一段时间更换一次（侵蚀30 d以内时，每3 d更换一次;侵蚀30 d以后，每7 d更换一次）。喷射混凝土耐久性试验所需试件种类及数量见表3。

1.4.2 试验结果计算 混凝土相对动弹性模量测试采用超声波对测声时法进行测定（北京康科瑞NM-4B型非金属超声检测仪），结果按照式（1）计算。Erd=13∑3i=1t2cn，it2c0，i

（1）式中：Erd为硝酸侵蚀混凝土相对动弹性模量;t2cn，i为浸泡n天的第i个混凝土试件超声波对测声时，μs;t2c0，i为第i个混凝土试件养护90 d的超声波对测声时，μs。

混凝土质量损失率按照式（2）计算。WN=13∑3i=1mn，i-m0，im0，i×100%

（2）式中：WN为硝酸侵蚀混凝土试件质量损失率;mn，i为浸泡n天的第i个混凝土试件质量，kg;m0，i为第i个混凝土试件初始质量，kg。

混凝土相对抗压强度和劈裂抗拉强度损失率按式（3）计算。FN=13∑3j=113∑3i=1fcc（st），0，ji-fcc（st），n，jifcc（st），0，ji×100%

（3）式中：FN为硝酸侵蚀混凝土强度损失率;fcc（st），n，ji为浸泡n天的第j组第i个混凝土抗压或劈裂抗拉强度，MPa;fcc（st），0，ji为第j组第i个混凝土试件抗压或劈裂抗拉强度，MPa。

混凝土损伤厚度测试以文献[16]中的方法进行，损伤厚度按式（4）计算。hf=13∑3i=1t0，iV1，iV2，i2V22，i-V21，i

（4）式中：hf为混凝土损伤层厚度，mm;V1，i为超声波在损伤第i个混凝土试件中传播速度，mm/μs;V2，i为超声波在第i个未损伤混凝土试件中的传播速度，mm/μs;t0，i为第i个混凝土试件斜率1/V2，i的直线外推到测距是0时的声时，μs。

1.4.3 孔溶液pH值和硝酸根离子测试 试验采用100 mm × 100 mm × 100 mm立方体试件，使用环氧树脂将试件的喷射面、底面及3个切割面进行密封，只保留1个切割面作为侵蚀面。

1）采用数控混凝土取粉机沿侵蚀面向内进行分层取粉（1～10 mm处每1 mm为1层，11～20 mm处每2 mm为1层）。

2）将粉末过0.1 mm方孔筛，取筛下粉末进行烘干（105 ℃，24 h）。取10 g粉末置于三角烧瓶中，加入200 mL蒸馏水，震荡5 min后静置24 h。

3）采用电位法，测试混凝土pH值及硝酸根离子浓度（上海雷磁，PXSJ-216F型离子计），然后按式（5）换算为NO-3含量。

4）试验共进行3次，取三者的平均值为该层混凝土中硝酸根离子的含量。W=13∑3i=162 g/mol×10-pX，imol/L×0.2 L10 g×100%

（5）式中：W为混凝土中硝酸根离子占混凝土质量百分比，精确至0.001%;pXi为第i个混凝土中试件浸出溶液的NO-3離子摩尔浓度，mol/L。

1.4.4 微观结构表征 为研究硝酸侵蚀喷射混凝土的耐久性能退化机理，采用X射线衍射（Empyrean系列X射线衍射仪，荷兰PANalytical）、热分析（TGA/DSCII型综合热分析仪，瑞士梅特勒托利多公司）和扫描电镜（S4800型冷场发射扫描电镜，日本日立），对喷射混凝土侵蚀产物的矿物组成、含量及微观形貌进行表征。其中，X射线衍射及热分析试样为粉末，沿试件侵蚀面向内取第2～3 mm处的粉末并过0.1 mm方孔筛，取筛下物进行分析。微观形貌样品取自测试完抗压强度的试件，采用镊子剥取第2～3 mm之间的砂浆薄片。微观测试样品均放置在含有干燥剂的封口袋内，并用氮气在密封的广口瓶中保存，防止样品受潮和发生碳化。

2 喷射混凝土中性化

2.1 物理力学性能

硝酸侵蚀混凝土的物理力学性能如表4所示。在侵蚀初期，C43F10相对动弹性模量损失率及质量损失率最大，S43F10SF50最小。随着侵蚀反应深入，喷射混凝土动弹性模量损失率及质量损失率逐渐增大，且逐渐超过C43F10。侵蚀龄期180 d时，喷射混凝土相对动弹性模量损失率及质量损失率远大于C43F10。对于相对抗压强度及劈裂抗拉强度，S43F10下降最快，其次为C43F10，而S43F10SF50下降相对较慢。

C43F10在振捣成型过程中，浆体上浮骨料下沉，表面形成一定厚度的水胶比稍大且粉煤灰含量较高的浮浆层，水化硬化后毛细孔较混凝土内部含量高。在硝酸侵蚀初期，浮浆层快速与硝酸反应形成酥松的侵蚀产物层，造成早期相对动弹性模量损失率偏大。由于C43F10内部密实度高，硝酸扩散受阻，因此，侵蚀龄期60 d后，C43F10相对动弹性模量损失率增长减小。随着C43F10表面浮浆层结构的持续劣化和内部侵蚀不断进行，质量及强度损失率持续增大。

S43F10抗酸侵蚀性能较差，其原因是：1）在速凝剂作用下，喷射混凝土水化硬化速度快，水化产物晶体较为粗大且结晶度稍差，内部存在较多微孔。2）混凝土在喷射过程中不可避免引入气泡，使其孔隙率较大。因此，对比C43F10，喷射混凝土具有不同的微观结构和孔结构，即孔隙率较大，独立微气孔含量高。在侵蚀过程中，硝酸通过毛细孔向内部快速扩散，物理力学性能快速下降。

S43F10SF50抗硝酸侵蚀性能较S43F10高，但提升不明显。由于钢纤维活性强，与硝酸反应速度大于混凝土。生成的硝酸铁等物质部分填充在钢纤维混凝土界面中，将钢纤维包裹，氧化反应速度减慢。另一方面，未被氧化的钢纤维在喷射混凝土中形成桥连作用以及钢纤维对喷射混凝土表面的约束作用，因此，S43F10SF50相对动弹性模量和质量变化率下降速度稍慢于S43F10。

2.2 混凝土损伤厚度

硝酸侵蚀混凝土损伤厚度如图2所示。随着侵蚀龄期增加，混凝土损伤厚度增大。侵蚀龄期小于60 d时，损伤厚度从大到小依次为：S43F10>S43F10SF50>C43F10。随着侵蚀进行，S43F10SF50损伤厚度逐渐增大并超过S43F10，且二者之间的差值逐渐增大。喷射混凝土损伤厚度较大是其内部独特的孔结构所致。硝酸通过喷射混凝土中的气孔和毛细连通孔，向其内部快速扩散并发生化学反应，造成混凝土损伤厚度快速增大。而对于S43F10SF50，钢纤维在侵蚀早期被氧化形成硝酸铁等物质填充在纤维混凝土界面中，减缓反应进行。随着硝酸铁向溶液中逐渐溶出，钢纤维被侵蚀并在喷射混凝土中形成孔道。硝酸通过孔道快速扩散并在试件内部形成二维侵蚀状态，损伤厚度快速增大。

2.3 混凝土离子含量变化

为了研究硝酸侵蚀喷射混凝土的过程，采用固液萃取法和电位法，对侵蚀混凝土pH值和NO-3含量进行逐层测试，结果示于图3。硝酸侵蚀混凝土pH值随着深度增大而增大，NO-3含量随深度先增大后减小，同深度处，pH值随龄期增大而减小，NO-3含量逐渐增大。

2.3.1 侵蚀龄期影响

1）混凝土的pH值 硝酸侵蚀混凝土的pH值快速降低，但随着深度增大，pH值逐渐增大，继而稳定在12.2～12.4之间。混凝土与硝酸接触发生侵蚀反应，形成可溶性中性盐。侵蚀初期，混凝土中含有大量碱性矿物并能够维持pH值稳定。随着反应进行，混凝土表层碱性水化产物逐渐被反应，生成高溶解度的硝酸钙，试件表面孔隙率增大，硝酸扩散加快，推动侵蚀界面不断向混凝土内部迁移，使混凝土的pH值快速降低且中性化区加大。当深度大于10 mm，混凝土内部尚未被侵蚀且密实度高，H+扩散阻力增大，含量快速降低，侵蚀反应减慢，直至停止。因此，pH值变化曲线中存在两部分，分别为pH值变动区和pH值稳定区。在变动区中，pH值剧烈变化，逐渐增大;在稳定区中，pH值稳定在一定范围内，微弱波动。

2）硝酸根离子含量 混凝土中NO-3含量随浸泡龄期增大，并随着深度先增大后减小，含量峰值位置深度增大，峰值后离子含量迅速降低，最终维持在（0.09±0.01）%。这是由于混凝土表层被侵蚀后形成黄白色海绵状侵蚀产物层（图4），水泥浆体剥落，结构酥松。在侵蚀前区，H+与水化产物反应消耗OH-而使Ca2+含量增大，为了使孔溶液呈电中性，NO-3向混凝土内部迁移。随着混凝土内部密实度增大，NO-3扩散受阻，并在侵蚀前后区界限处发生聚集，从而形成含量峰值，而在峰值后NO-3含量快速降低，并接近于零。因此，NO-3含量分布曲线分为上升区、下降区和稳定区3部分。

另外，侵蚀初期，混凝土侵蚀区范围小，表面相对密实，NO-3扩散速度慢。因此，浸泡龄期小于60 d 时，混凝土中NO-3含量低且增长率小。侵蚀中后期，混凝土表面结构疏松，NO-3持续向试件内部扩散，故NO-3含量随深度增大而增大，且含量峰值逐渐向内层迁移。

2.3.2 试件成型方式影响

1）混凝土pH值 从图3（a）、（b）可以看出，模筑混凝土的pH值低于喷射混凝土，但差值较小。浸泡龄期为180 d时，模筑混凝土表层pH值为8.13，而普通喷射混凝土为8.43，差值仅为0.3。模筑混凝土pH值下降速度稍快是模筑混凝土表面高孔隙率及高水胶比浮浆层造成的;而喷射混凝土的pH值下降速度快是其内部含有较多微孔造成的。由于模筑混凝土内部密实度高，离子扩散受阻，pH值随着深度的增加快速增大。喷射混凝土内、外部孔结构分布一致，导致H+扩散阻力小。因此，喷射混凝土pH值变动区较模筑混凝土大。

2）硝酸根离子含量 从图3（a）、（b）可以看出，模筑混凝土中硝酸根离子含量大于喷射混凝土。浸泡龄期为180 d时，模筑混凝土NO-3峰值含量为9.73%，普通喷射混凝土为9.45%，差值仅为0.28%，其原因与pH值变化规律相同。另外，模筑混凝土NO-3含量峰值位置较喷射混凝土大，离子含量增大及减小速度显著快于喷射混凝土。

2.3.3 鋼纤维影响 从图3（b）、（c）可以看出，喷射钢纤维混凝土的pH值随侵蚀龄期的增加，下降幅度较慢。同侵蚀龄期，喷射钢纤维混凝土的pH值大于普通喷射混凝土。侵蚀龄期为180 d时，喷射钢纤维混凝土表面pH值为9.88，而普通喷射混凝土为8.43。另外，钢纤维喷射混凝土的pH值变动区范围为9 mm，较普通喷射混凝土的10 mm窄。

喷射钢纤维混凝土NO-3含量显著小于普通喷射混凝土。侵蚀龄期为180 d时，喷射钢纤维混凝土NO-3峰值含量为7.34%，仅为同侵蚀龄期普通喷射混凝土的77.98%。但是，喷射钢纤维混凝土NO-3含量峰值距试件表面5 mm，大于普通喷射混凝土的4 mm。钢纤维在喷射混凝土中呈三维分布，降低了混凝土在水化硬化过程中化学收缩和干缩裂缝的形成和发展，改善了孔结构，提升了密实度，因此，钢纤维喷射混凝土NO-3含量低。但在侵蚀过程中，钢纤维逐渐被硝酸氧化溶解，在混凝土中留下孔道，使喷射钢纤维混凝土NO-3含量峰值位置较深[17]。

3 喷射混凝土中性化过程及机理

3.1 中性化区物相组成分析

图5所示为硝酸侵蚀C43F10及S43F10中性化区XRD图谱（深度2 mm处）。未侵蚀混凝土主要矿物组成包含钙矾石（AFt）、硅灰石、羟钙石、石英、长石、方解石。其中，钙矾石、硅灰石（水化硅酸钙C—S—H最终产物）、羟钙石及长石（水化钙铝黄长石C—A—S—H或水化硅铝酸钠N—A—S—H后期产物）属于水化产物矿物;石英及方解石属于骨料矿物，来源于砂和卵石。

混凝土与硝酸接触后，溶液中H+和NO-3首先与混凝土中氢氧化钙发生化学反应，生成硝酸钙，因此，XRD图谱中羟钙石衍射峰强度逐渐降低直至消失。与此同时，钙硝石（硝酸钙）衍射峰出现但峰值强度较低，这是由于钙硝石溶解度高所致。随着侵蚀的进行，羟钙石及硅灰石衍射峰消失，但出现高岭石及硝酸型水化氮铝酸钙（NO3-AFm）衍射峰。高岭石的出现是因为长石矿物在酸性环境下发生类风化作用而形成，NO3-AFm是因为AFt中的硫酸根被硝酸根取代而形成。但随着混凝土pH值降低，AFt及NO3-AFm稳定度降低而分解。因此，AFt衍射峰强度减弱，NO3-AFm衍射峰消失。

另外，喷射混凝土中羟钙石衍射峰强度减弱并在龄期150 d时消失，而模筑混凝土在侵蚀30 d时羟钙石衍射峰强度几乎没有降低，但在后期，强度快速减弱，至龄期90 d时基本消失。硝酸侵蚀180 d时，模筑混凝土中AFt、高岭石及钙硝石衍射峰强度略大于喷射混凝土。NO3-AFm衍射峰出现均在侵蚀60 d时，但喷射混凝土在侵蚀180 d时消失，晚于模筑混凝土的120 d，说明模筑混凝土的pH值降低较喷射混凝土快，硝酸根离子较喷射混凝土高。

3.2 中性化区物相相对含量

图6所示为硝酸侵蚀普通喷射混凝土的热分析图谱。图谱中存在多处吸热峰，与《无机非金属材料图谱手册》[18]中标准图谱进行对比，60～100 ℃是C—S—H凝胶及AFt脱去结合水吸热峰，145 ℃为单硫型水化硫铝酸钙AFm脱去结合水吸热峰，400～450 ℃为羟钙石分解吸热峰，550～590 ℃是高岭石羟基逸出吸热峰，650～750 ℃为方解石分解吸热峰。采用厂家附带软件对热分析图谱进行分析，得出相应物相的相对含量，如图7所示。

随着侵蚀龄期增大，混凝土中水化产物相对含量降低。C43F10水化产物在侵蚀龄期90 d后基本完全反应，S43F10水化产物在侵蚀150 d后反应完全，而S43F10SF50水化产物在试验龄期内相对含量持续降低，但未完全反应。同侵蚀龄期，水化产物相对含量从高到低依次为：S43F10SF50>S43F10>C43F10。

中性化区生成产物相对含量随侵蚀龄期增大。同侵蚀龄期，高岭石含量从高到低为：C43F10>S43F10>S43F10SF50，而生成时间为：S43F10（60次）>C43F10（90次）>S43F10SF50（120次）。对于NO3-AFm，相对含量呈现出先增大后减小，继而为零，其变化规律与XRD图谱中衍射峰强度变化规律一致。从XRD图谱和水化产物及生成物的相对含量变化规律综合分析可知，S43F10SF50抗硝酸侵蚀性能较S43F10高，C43F10抗侵蚀性较低。

3.3 硝酸侵蚀喷射混凝土中性化过程分析

采用扫描电镜，对硝酸侵蚀喷射混凝土微观结构表征，结合矿物组成及热分析结果进行综合分析，硝酸侵蚀喷射混凝土过程分为中和反应阶段、水化产物分解阶段、混凝土表面剥蚀等3个阶段。

3.3.1 中和反应阶段 混凝土与硝酸接触，表面碱性水化产物Ca（OH）2和C—S—H与H+迅速发生酸碱中和反应，生成高溶解度钙盐及无胶凝性SiO2·nH2O（图8（a））。水化产物被反应，从而在原位形成微孔，造成混凝土中孔增多（图8（b））。此时，由于C—S—H中被吸附的铁伴随着C—S—H被硝酸侵蚀分解而释放，形成少量的硝酸铁并沉积在混凝土表面。因此，混凝土表面呈黄褐色（图9）。

3.3.2 水化产物分解阶段 随着水化产物氢氧化钙和C—S—H不断被消耗，混凝土pH值下降，C—S—H及AFt失去稳定性，从而发生分解。C—S—H分解形成Ca2+及SiO2·nH2O，使喷射混凝土的气孔率快速增大，大孔径孔增多（图10）。由于C—S—H分解，造成AFt及长石暴露在酸性环境中，AFt中SO2-4被NO-3取代，形成体积更大的NO3-AFm，在混凝土内部形成膨胀应力（图11）。长石则发生（类）化学风化作用，形成高岭石[19]。AFt及長石被侵蚀，破坏了喷射混凝土水化早期形成的网状骨架结构。此时，喷射混凝土物理力学性能及pH值快速下降，损伤厚度持续增大。

3.3.3 混凝土表面剥蚀阶段 由于喷射混凝土水化早期形成的网状结构以及C—S—H结构被破坏，形成大量毛细孔和微裂缝，加速硝酸向混凝土内部迁移。混凝土损伤厚度快速增大，中性化区pH值继续下降，并在试件表面形成白色的呈龟裂状的疏松产物层。骨料中的碳酸盐类矿物被硝酸溶蚀而形成坑洞（图12）。最终，混凝土物理力学性能退化更加迅速，中性化反应速度加快。

4 结论

采用浸泡法，开展硝酸侵蚀喷射混凝土衬砌结构中性化研究，得出以下结论：

1）硝酸侵蚀喷射混凝土物理力学性能降低，损伤厚度增大，混凝土抗硝酸侵蚀性能由强到弱依次为：喷射钢纤维混凝土>普通喷射混凝土>模筑混凝土。

2）硝酸侵蚀混凝土pH值减小，NO-3含量增大。同浸泡龄期，混凝土pH值变化规律为喷射钢纤维混凝土>普通喷射混凝土>模筑混凝土;硝酸根离子含量变化规律为模筑混凝土>普通喷射混凝土>喷射钢纤维混凝土。

3）硝酸侵蚀喷射混凝土中性化区生成产物组成有钙硝石、高岭石及硝酸型水化氮铝酸钙（NO3-AFm）。在侵蚀过程中，混凝土水化产物含量减小，生成产物含量增大。

4）硝酸侵蚀喷射混凝土过程分为中和反应阶段、水化产物分解阶段、混凝土表面剥蚀等3个阶段。期间，混凝土水化产物被反应及分解，微观结构被破坏，孔及微裂缝形成，喷射混凝土中性化速度加快。

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（编辑 王秀玲）

工程热物理研究所范文第6篇

1 热分析技术的基本概念以及基本作用

1.1 热分析技术的基本概念

所谓热分析技术, 就是在运用专门的技术程序严格控制温度参数的背景之下, 针对物质的物理性质与温度变化之间相互关系, 以及“温度依赖”与物质的物理性质之间相互关系展开测算和描绘的技术形式。基于物质物理性质实际测量手段层次的差异, 可以热分析技术划分为若干个具体类型, 而定义表述中的温度控制, 同时包含了线性温度、非线性温度、循环温度, 以及恒温四种具体类型, 而物质的物理性质则可能涉及物质的光学、声学、机械、以及电学特性。

1.2 热分析技术的基本作用

第一, 为材料科学领域的性能和结构研究工作, 以及产品生产制造事业的质量控制工作提供检验技术方式。第二, 为生物材料制备和分子生物学的研究工作提供基础性理论分析工具。第三, 为各类技术研究领域的动力学以及热力学研究工作提供便利化研究工作实现手段。第四, 为分析化学以及热化学领域提供创造全新研究工作方法准备性条件。第五, 通过建立各类具体物质的热分析图, 为开展物质鉴定工作创造科学依据。

2 常见热分析技术在高分子材料研究过程中的应用分析

2.1 差热分析法在高分子材料研究过程中的应用

差热分析法, 实际指在程序化温度控制条件下, 探究两种物质的温度差值伴随程序控制温度变化而变化的技术形式, 在持续升温或者是降温的技术环境之下, 要保证对照物质不会出现吸热或者是放热现象, 并在这一前提之下对被测物质实际出现的热效应技术现象实施技术监测与分析行为。

从这种技术路径角度分析, 可以运用差热分析法实现对玻璃等高分子材料的降解、熔融、以及温度变化等特征展开具体的研究。尽管差热分析法能够在高分子材料的研究实务工作领域中得到较为广泛的应用, 但是这一技术却无法实现对物质在具体时点的吸热, 以及放热行为的速率特征实现精确的测量, 因而这种技术形态在定量测量技术性能的建构层面依然存在着极其明显的局限性, 给有关技术研究事业的深入开展创造了较为充分的发展空间。

2.2 热机械分析法在高分子材料研究过程中的应用

部分科学技术事业发展步伐较为先进的国家已经将这一技术形态认作为塑料制品测试工作的重要工具。这一技术在研究高分子材料的软化点、机械性能、以及应力松弛等物理属性具备着极其充分的应用意义。

第一, 针对高分子材料实际具备的机械性能的展开研究分析。在高分子材料的实际运用过程中, 机械性能是技术人员必须重点考量的物理属性, 想要有效扩大高分子材料对象的实际应用范围, 必须切实改善材料实际具备的机械性能, 而使用热机械分析技术, 能够实现对高分子材料受热断裂技术临界温度的精确测量。第二, 针对高分子材料的膨胀性能展开研究分析。相较于一般化的陶瓷、金属材料而言, 高分子材料具备更高的膨胀性能, 并且高分子材料的膨胀性能与温度条件之间具备着较为明显的正相关关系。有鉴于此, 想要切实拓充高分子材料应用范围的广度特征, 应当切实改良高分子材料的机械性能, 降低其膨胀性能。

2.3 热重法在高分子材料研究过程中的应用

热重法, 指涉的就是在程序化温度控制条件下, 对待检验物品的质量与时间、温度之间相互关系展开考量的一种实用技术。主要侧重于研究在氧气、空气、以及惰性气体环境中高分子材料的氧化降解反应、热分解作用, 以及稳定性。

第一, 测定高分子材料的组分。在实施高分子材料内部组成成分测量操作的过程中, 这一技术具备着明显的准确性以及便捷性, 通过对热重曲线的绘制, 还能够实现对高分子材料的灰分、含碳量等参数的准确测定。第二, 测定高分子材料中存在的挥发性物质。热重法能够实现对高分子材料中实际含有的杂质与添加剂等物质的准确测量。在实际的高分子塑料材料的加工、生产过程中, 往往很容易产生挥发性物质, 进而对材料的整体性应用性能产生不良影响, 而通过对热重曲线的绘制与分析, 势必能够实现对材料中存在的杂质以及添加物质的准确显示。

3 结语

针对高分子材料领域热分析技术的应用问题, 本文首先对热分析技术的基本概念以及基本作用展开了介绍, 之后选取三种具体的热分析技术形式, 分别对其在高分子材料研究领域的应用展开了具体分析, 供相关技术人员参考。

摘要：本文针对高分子材料研究领域热分析技术的应用问题, 首先介绍了热分析技术的基本概念以及基本作用, 之后围绕常见热分析技术在高分子材料研究过程中的应用展开了阐释, 仅供参考。

关键词：高分子材料,热分析技术,应用,研究论述

参考文献

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