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材料研究分析范文1
【关键词】车内空气；内饰材料；甲醛；液相色谱
1 前言
随着人们生活水平提高，汽车逐步成为大众交通工具，对于汽车内饰所挥发出的有毒有害的气体的研究受到越来越到关注，汽车内饰材料中选用了真皮、座椅、油漆和塑料装饰件等材料，以及对车辆主要内饰材料加工和使用本身物质挥发特性的分析，这些材料存在了不同程度的甲醛或材料添加剂等挥发物。研究汽车内部不同内饰材料甲醛的检测和研究，对汽车内部内饰材料才能进行环保质量控制，保证乘车人身体健康。
2 实验过程
2.1 仪器与试剂
100ng/DNPH管；采样袋；内外饰高温步入式烘箱；氮气99.999%；干湿气体流量计（DC-1C）；高效液相色谱仪（THermoFisher，HPLC）；采样泵（上海研菱）；紫外检测器（HPLC/UV）。
2.2 实验方法
模拟样品在车内的使用状况，将样品放入密封袋中，充入体积50%的氮气，加热2小时，用DNPH管吸附醛酮类物质，5ml乙腈进行定量洗脱，采用高效液相色谱对甲醛进行分析。
2.3 色谱条件
C18反向色谱柱（4.6mm*150mm*3um；流动相为V水：V乙腈/四氢呋喃=45：55梯度洗脱；流量1ml/min；进样体积10ul，色谱柱温度30℃；紫外检测定量波长360nm，外标法定量。
2.4 实验步骤
向样袋中放入样件，密封后向样袋内充入其容积30%的纯氮气后，用泵将气体抽出，反复进行3次该作业后在25℃下注入容积50%的纯氮气。在进行气体捕集前将准备的样袋放到60℃的烘箱内放置2小时。打开样袋的阀门，将DNPH管的两端分别与样袋和泵相连，打开泵以800ml/min抽取样袋中的气体15 min，在此过程中甲醛被吸附于DNPH管中。准确加入5mL乙腈反向洗脱采样管，将洗脱液收集于5mL容量瓶中，然后进行液相色谱分析。
2.5按照图1所示采用甲醛衍生物外标法做标准曲线后进行积分分析。
图1
2.6 计算公式 C分析样品浓度=（M采样管分析浓度mg-M空白管分析浓度mg）/V采样体积L1000 mg/m3
2.7 根据表1标准物谱图标准判定系数达到0.9950以上，审计试验方法如表1所示：
表1
3 研究控制
（1）通过掌握不同汽车内饰材料的甲醛信息，可向零部件供应商推荐低成本、高性能材料，从而掌握零部件材料选用的主动权，源头上降低汽车材料中甲醛的挥发量。表2与表3分别表示了不同内饰材料加热时间与甲醛挥发速率的关系，可以看出加热时间越长，甲醛的挥发速率越低，可以按挥发率控制其生产。
表2
名称 加热2.5h 加热3.0h 加热3.5h 加热4.0h
某织物座椅（ug） 97.507 88.065 86.967 77.943
表3
名称 加热2.5h 加热3.3h 加热3.8h
某双淋膜顶蓬材（ug） 71.410 64.243 61.783
（2）通过掌握不同样件加工工艺对甲醛的影响信息，可在不增加成本的基础上，对加工工艺、加工过程进行优化，通过严格的管控，优化工艺后对整车的影响量都可以得到有效控制。
（3）控制产生的污染气体排放，目前车内空气污染后处理技术主要有臭氧消毒、光触媒消毒、负离子杀毒、高温蒸汽消毒、紫外线消毒、活性炭吸附等。使用车内空气净化装置即可控制车内气体的挥发，又可达到空气净化的效果，消除环境污染。
4 结论
建立车内空气控制体系，通过选材、产品加工工艺、净化技术等来实现对各零部件的甲醛含量控制，进而通过各零部件的达标来保障整车甲醛质量控制目标的实现，研究其检测试验和甲醛影响规律才能更好的控制车内甲醛空气质量。
参考文献：
[1]国家环保总局.HJ/T400-2007车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法. [S].2008-3-1
[2]戴萍.室内空气品质评价方法的研究进展[J].中国环境监测， 2004， 20（ 2） ： 64- 66.
[3]吴昌威，徐朋，刘利华.车内空气污染物检测技术与控制研究[C]//2008 年中国汽车工程学会年会论文集.天津：[s.n]，2008.
[4]葛蕴珊，尤可为.车内污染物的影响因素和测量技术研究[J].科技导报，2006（7）.
材料研究分析范文2
关键词：建筑工程；大宗材料；资料用量分析
中图分类号：TU198文献标识码： A
一、建筑工程结构材料用量
住宅结构体单位面积之材料用量，并区分为中、低楼层实际建筑所用的结构材料数量，透过统计学分析，目前在该地区不同楼层之间钢筋混凝土结构物在柱、梁、板、墙等部位的单位面积材料用量情形如下:
1.总单位面积钢筋用量随楼层高度有明显之增加，以梁筋用量随楼高增加最为显著，次高者为墙筋用量，柱和板筋用量则较不明显。
2.总单位面积模板用量与楼层高度成正比。
3.总单位面积混凝土用量随楼层高度明显增加，以梁混凝土与墙混凝土的用量随楼高增加最为显著。以一般工程估算惯例，都是使用单位楼地板面积的材料用量作为计算基准，此单位用量可用在评估建材使用数量及工程费用时，以单位用量系数乘以楼地板面积即可迅速算出粗略值。
模板工程单位用量(m²/m²)=模板总施工数量(m²)/总楼地板面积(m²)
钢筋工程单位用量(吨/m²)=钢筋总施工重量(吨)/总楼地板面(m²)
混凝土工程单位用量(m³/m²)=混凝土总施作体积(m³)/总楼地板面积(m²)
二、建筑工程材料用量影响因子分析
1.单位钢筋用量影响因素
单位钢筋用量相对于混凝土用量，影响因素相较简单。对于不同建筑平面几何形状(ㄇ型、L型、H型、圆型、矩形等)因考虑双向地震力及地震系数，需在不规则处加强柱梁、斜撑等构材之承载能力；建筑物室内空间配置，如同样楼地板面积办公用途及住宅用途开间进深亦对钢筋用量造成影响。
2.单位混凝土用量影响因素
单位混凝土用量影响因素较多，包含地域性的设计习惯、绿建筑外墙隔热(开窗率)、临海远近、地上结构与地下结构平面型状不同须增加混凝土用量抵挡上浮力、外墙不规则形状、开放式空间设计等皆对混凝土用量造成影响，但影响程度为何，须更进一步探讨。
3.单位钢板及型钢用量影响因素
单位钢板及型钢用量影响较小，以耐震系统、大垮度空间设计及楼层高度为影响因素。建筑工程单位楼地板面积钢筋、混凝土、钢板及型钢共三项建筑材料使用量影响因子。
三、建筑工程材料用量影响因子统计
多数研究都针对在建筑材料与建筑工程经费预测，少有能提出确切影响因子及影响程度的数据，以下为影响因子及影响程度的相关分析。建筑工程单位楼地板面积钢筋、混凝土、钢板及型钢使用量影响因子繁多，包括建筑构造种类、建筑用途型式、使用工法、工程造价、乃至设计者设计风格习惯等，各因子间交互作用也值得深入探讨。
1.工程契约金额
部分公共工程发包金额不单只对建筑物本身造价，亦包含特殊机设备、机电工程、绿化园林工程、采购等一起纳入工程契约金内计算，建筑物用途、功能、构造不同会对工程契约金额造成之外，劳务及材料的平均价格及不同年度之物价指数也会对工程契约金额造成影响，导致工程契约金额不为影响单位楼地板钢筋、混凝土、钢板及型钢用量的主要因子。
2.地上、下楼层数
地上楼层数会对单位楼地板钢筋、混凝土、钢板及型钢用量产生影响，但多显现在中高楼层(7~15 楼)有较明显的差异，建筑物是否拥有地下室对单位楼地板面积钢筋使用量有明显之影响，混凝土用量则变动因素较多影响性不显著，地下室结构需抵挡地下土压、水压、及地上结构体等横、竖向压力，配筋设计自然较无地下室结构复杂；在不同地质条件下，若是基地位于软弱地质，必须使用钢筋及混凝土进行基地补强，加强地下结构安全性，经资料检结果发现有地下室建筑物较无地下室建筑物钢筋用有明显增加。
3.总楼地板面积
单位楼地板面积钢筋用量、单位楼地板面积混凝土用量、单位楼地板面积钢板及型钢用量；钢筋、混凝土、钢板及型钢使用量都平均分摊于楼地板面积中。
4.建筑物最小载重
建筑物构造的活荷载，因楼地板用途而不同，而最小活荷载亦不同，进而影响单位楼地板面积钢筋、混凝土用量，进行资料分析前，先依建筑物最小活荷载进行分类，在不同活荷载限制下资料分析显示结果为主要影响因子。
最小载重最直接影响为楼板，而钢骨结构或钢筋混凝土建筑，因钢板及型钢最主要目地为支撑建筑结构体，即使是钢骨构造，在楼地板的部分还是采用混凝土灌浆，造成建筑活荷载成为单位钢板及型钢用量主要影响因子。
5.建筑物用途
建筑物用依建筑技术规则总则定义之建筑用途共分为类，包括公共集会类、商业类、工业及仓储类、休育文教类、宗教殡葬类、卫生文教类、办公服务类、住宿类等，不同建筑物用途的确会影响单位钢筋、混凝土用量，但用途必须明确区分，例如，体育馆、展览中心、住宅等加以细分，在此种情况下，依建筑用途分类进行资料分析并无法准确的判别出各建筑用途的明显差异，而导致建筑物用途并不为其主要影响因子。
6.建筑构造型式
建物构造形式影响建筑物单位楼地板钢筋、混凝土、钢板及型钢用量，建筑构造主要包括钢筋混凝土(RC)、钢骨(SS)或钢筋混凝土钢骨型式(SRC)；相较于钢骨构造，钢筋混凝土构造的单位钢筋及单位混凝土用量必定有所不同。
7.工程所在地
汶川地震后，建筑结构抗震规范更进一步细分和提高各地的抗震等级，对结构设计用钢量影响很大。另外各地区地质条件不同、活动断层分部等区域性因素影响，间接造成单位楼地板面积之钢筋、混凝土用量因各地区基地条件不同而有所差异；再者因各地区设计习惯、当地风格、功能需求、防空避难规定或公共工程特殊需求等因素，亦会影响单位楼地板面积钢筋、混凝土使用量。
结论
过去国内对于建筑材料使用系数评估或对工程金额与建筑材料相关性，多因条件限制而锁定在RC构造或是同种类建筑上进行探讨，然而科技进步，建筑工程施工技术也不断创新，要将所有不同结构、性质的工程做全面性调查统计往往受限于实际案例，使其因子及系数难以取得大量、完整且正确的数据。本文通过统计分析结果显示，建筑材料单位楼地板面积使用量主要受构造形式、工程所在地、是否拥有地下室等因子影响，而依据资料分析确认影响后，依影响因子排序建立单位用量，目的是为便利工程机关快速审核，若单位钢筋、混凝土、钢版及型钢用量与本研究分析差异过大，应审慎检查大宗资材用量，避免资源浪费。
参考文献：
[1]麻兴中；预应力混凝土梁质量控制要点[J]；广东建材；2011年07期2.1 建筑工程材料用量影响因子之研究
[2]田照福;施工企业实施准时化采购的对策研究[J];建筑技术;2004年01期
[3]李璟,任磊;基于建材采购管理系统的研究与实现[J];计算机应用研究;2004年11期
材料研究分析范文3
关键词：光催化；汽车尾气；路面；降解
Current Progress and Perspectives of Nanophotocatalysts
Applied on Pvement
Li Peilin1, Zhou Yan1
（1.Chongqing ZhiXiang Cuseway Thnology Egineering Co LTD, Chongqing 400060)
Abstract: The recent development and progress of nanophotocatalysts Applied on Pvement are reviewed. Some problems in the current study and the future trend of development are briefly analyzed. The application on bituminous pavement has many problems. It is suggested that attention of the future investigation on the nanophotocatalysts should focus on forms of application.
Key words: Photoeatalysis; Automobile Exhaust; Pavement; Degradation
中图分类号：K477文献标识码：A 文章编号：
半导体光催化技术是一门新兴的环保技术，光催化是指光催化剂吸收光后对物质所发生的光化学反应，可将光能转化为化学能，促进有机物的合成或分解，自1972年日本东京大学藤岛昭等人发现现受辐射后的TiO2 电极上能发生持续氧化还原反应以来[1]，半导体光催化研究正处于快速发展阶段，已被成功应用于工业废气废水的降解处理[2-7]。由于汽车尾气排出后首先接触的是路面，若能将光催化剂负载于路面，利用阳光净化汽车尾气中的污染物，则能成为一种新型防治汽车尾气污染的方法。
1.光催化降解汽车尾气机理分析
光催化剂在吸收光线能量后，可将吸附于表面的一氧化碳、氮氧化合物和碳氢化合物转化为二氧化碳和硝酸盐等，从而实现对汽车尾气污染物的降解。下面以二氧化钛为例介绍光催化剂对污染物的降解过程：二氧化钛受紫外线激发后生成光生电子与空穴：
光催化材料表面吸附的O2与和反应生成具有强氧化性的活性氧：
、及可与TiO2上吸附的水分子或氢氧根反应，生成，它具有强氧化性可将表面吸附的污染物彻底氧化[11-14]。白天是汽车出行的高峰期，而光催化剂在紫外光或自然光条件下催化效率更高，因此白天能够产生更好的降解效果。光催化剂降解污染物所形成的产物会吸附在催化剂表面，由于纳米光催化剂材料表面在光线作用下会生成亲水基（-OH），使表面产生超亲水性[15-17]，超亲水表面使污染物很容易被雨水冲刷干净，从而产生自清洁效应，有利于恢复材料表面催化降解功能，实现再生利用。
2.国内外研究现状
在汽车尾气污染愈发严重的今天，国内外对路面纳米光催化降解汽车尾气污染物技术展开了一系列研究。纳米光催化材料的应用形式主要借鉴了在墙体中的应用形式，掺加方式主要有三种：（1）将TiO2加入水泥中做成水泥超薄面层（2）将水溶性TiO2直接喷洒到混凝土表面（3）在水泥混凝土固化前撒TiO2。日本作为最先研究这一领域的国家，在应用方面投入了很多研究，在东京，由Kawasaki重工有限公司生产的Folium光催化剂产品已成功应用于公路路面、隧道、高速公路隔音板和收费站、建筑物外墙等，起到了光催化降解汽车排放尾气、自清洁等作用[18]。在美国，通过在混凝土表面涂刷有水泥和光催化材料混合而成的薄层，制成光催化水泥和光催化混凝土，使大气污染物如NOx、SO2分别氧化成硝酸、硫酸而随雨水排掉[19]。
室内研究表明优质TiO2可以达到对NOx200m3/m2·day和对游离有机物（VOC）60m3/m2·day的净化效率[20]。美国路易斯安那州立大学研究了纳米TiO2在水泥混凝土路面中应用时对环境的影响以及耐久性，还进一步评价了当路面受到油污、尘土以及除冰盐的影响时减污能力的下降趋势，研究表明路表污染物能使材料光催化性能产生一定程度的下降，其中油污的影响程度最大[21]。在荷兰和比利时，都开发出了添加光催化剂的混凝土砖，铺设在路面上可有效降解汽车尾气的污染[22]。
在意大利米兰用光催化剂与水泥的混合浆料涂覆了一条7000m2的马路，检测表明对空气中氮氧化合物的去除效率可达60%，长期使用后测定路面对氮氧化物的降解效率仍可达到20％以上。日本仙台使用喷洒技术在沥青路面喷洒纳米二氧化钛，由于路面形式采用的是大孔隙沥青混凝土，应用一段时间后，在路面孔隙力还能保留一部分二氧化钛，因此还能保持一定的光催化性能[23]。
目前，国内对光催化材料在道路上的应用也进行了少量研究。东南大学钱春香等人将纳米TiO2水溶液喷涂在水泥混凝土表面，实现了在水泥路面负载光催化剂。2005年3月在南京长江三桥桥北收费站广场铺设了6000 m2的光催化试验路，试验结果显示该路段对汽车尾气中的氮氧化合物有明显的消除作用。他们还对比研究了负载型纳米TiO2 应用于沥青混凝土表面和水泥混凝土表面对氮氧化物的降解作用，得出水泥混凝土负载的光催化剂具有较好的光催化功能，而沥青混合料由于TiO2不易渗透到混凝土内部，且沥青混凝土颜色较深，故光催化功能较差[18] [24]。东北林业大学陈萌等通过硅烷偶联剂改性TiO2制备了纳米光催化剂溶液，然后应用到大孔隙沥青混凝土结构表面，可实现降解汽车尾气污染物的目的[25]。
3.存在问题与展望
在道路表面应用纳米光催化材料由于其所具有的诱人的环保价值和社会价值，已经成为路面材料领域研究的热点，国内外所进行的研究表明在道路上应用光催化材料能有效降解汽车尾气中的污染物，但在研究与应用中，仍有诸多问题需要克服：
3.1光催化材料在路面上的应用形式
材料研究分析范文4
关键词：建筑材料； 质量； 检测； 控制；
前言
建筑材料质量的优劣，是保证工程质量的先决条件之一，建筑材料质量的好坏直接关系到建筑工程的质量，因此把好建筑材料质量关，做好检测工作尤为重要。
一、建筑材料的主要种类分析
当前我国的建筑材料品种繁多，主要的建筑材料包括钢筋、结构型钢、水泥、各种砖（中小型砌块）及各种防水材料等等。
二、建筑材料存在的主要问题分析
1、材料进场宏观检查中的问题。材料在进场宏观检查中，经常发现如带肋钢筋端部没有牌号、厂名、直径标记，钢筋直径小（低于允许偏差），或表面有翘皮、飞边、劈裂、油污等现象；水泥有结硬颗粒；砂石含泥量大，杂质多等。
2、材料出厂合格证存在的问题。（1）合格证内容不全、数字不清、数据不准确。如无生产厂名称、厂址，或无生产许可证编号，无检验人员证章，甚至无生产时间与产品有效时间；内容填写潦草，无法辨认：技术数据达不到标准要求，如钢筋的机械或化学性能低于规定的技术数据等。（2）合格证复印件不清楚，无法确定是原件的复印件：根据自己的需要随意改动合格证上的内容再复印，甚至直接在复印件上改动；不按规定编制复印件，复印件上无原件存查处，或写原件存查于某人、某单位、某部门。（3）有些建筑材料出厂产品无合格证，或用检验报告代替合格证，或者只有合格证小标签，无数据完整的出厂合格证明。
3、材料试验取样中存在的问题。（1）材料供应部门在生产厂家取样复试，材料进场后不再进行复试。（2）先使用，后进行复试，给监督管理工作带来许多麻烦。（3）试样用名优品牌产品代替不合格厂家的产品。（4）进场取样，只是施工单位个人行为，缺乏监督机制。
三、建筑材料质量的检测问题分析
1、检测试验项目。现场所用的建筑材料品种繁多，进场需检测，试验的材料检验项目要服从国家、行业及当地建设主管部门（或所属有关部门）的规定。比如混凝土用的水泥，需按批检验其安定性、强度、凝结时间和细度。
2、取样试样。取样要有代表性，一般是以一批材料（不同材料每批数量不同）不同部位随机抽取规定数量的样品（钢材是从规定部位截取），即不仅取样数量要正确。取样部位及方法也要按规定进行。试样的数量关系到试验结果的准确性，数量过少，取样部位及方法的偏差，都会使试验误差增大。甚至会得出相反的结果：但是，在实际检测中常常出现取样不具有代表性、取样数量不够，取样方法不正确等。
3、环境温度与湿度。温度和湿度对一些建筑材料的性能有很大的影响。故在标准中对材料养护，测试时环境条件有明确规定，只有严格遵守这些规定，试验结果才具有可比性。
4、试验误差。试验方法须严格按标准规定进行。可是有个别试验人员在作钢筋拉伸试验时只试验到试件出现颈缩而不将其拉至断裂，这是不正确的，这样势必造成试验结果的误差，但这不属于试验误差，而是人为造成的误差。钢筋不拉断，其测得的伸长率较规
定的试件断后伸长率要低，与标准规定相违背，这是不允许的（钢筋焊接件由于不需要测定伸长率，可在试件出现颈缩现象后停机）。试验要求必须准确，以减少误差。
5、数据处理。由于各种原因，同一组试件中有时试验数据结果离散性较大。为使试验结果准确，标准规定对一些材料的试验结果数据有取舍的要求。如水泥胶砂强度抗折试验，当三个强度值中有一个超出平均值±106的需删除该数值，以其余两个强度测定值的平均值作为抗折强度结果。若其中有两个测定值超过平均值的±106时，则以剩下的一个测定值作为抗折强度结果。若3个侧定值全部超过平均值的±106时，则须重新检验。混凝土和砂浆的抗压试件强度平均值的计算等都有各自的取舍方法。应予注意，切不可简单地把数据相加计算了事。计算后的数据修约的方法按GB/T8170进行，其尾数要按四舍五入单双法进位，并按标准规定保留数据的位数。试验结果数据有时会出现比预期的过高或过低，同一组试件中数据相差悬殊，或同一件各项性能指标相互矛盾等异常现象，这需要认真对待，查明原因，并及时复试和复验。
四、建筑材料质量的控制措施分析
1、严格检查建筑材料三证。为了控制以上材料配件的质量，严把材料进场检验关是一个重要措施。工程所使用的主要材料，成品，半成品，配件、器具和设备必须具有中文质量合格证明文件，规格，型号及性能检测报告应符合国家技术标准或设计要求。进场时应做检查验收，并经监理工程师核查确认。实行生产许可证和安全认证的制度的产品，应有许可证编号和安全认证标志。实行生产许可证和安全认证的制度的产品，在选购前需对产品的生产许可证及安全认证标志原件进行核查，以防复印件伪造，同类产品不同型号不同规格产品要分别核查每个品种的证件，以防冒名项替以一代十。招标或采购技术要求，产品样品，投标书，合同等重要文件资料要专人妥善保管，甲方工地代表或监理工程师要全面掌握这些资料，货到工地后依据资料核查验收，对产品的型号、规格、性能指标、产地、数量，外观质量进行检查，不符合要求者不许接收。重要的设备、产品，需要特别关注的产品在设备产品加工生产过程中，需要甲方去现场核查监督生产过程。这项工作是甲方工地容易脱节，建设单位材料部门或合同管理部门整个操作过程没有及时通报给监理工程师，资料也没有给监理工程师复印，有时货到现场后没有及时通知监理工程师，材料部门或工地直接将材料接受，都会造成材料进场把关不严。加热管管材生产企业应向设计、安装和建设单位提交下列文件：国家授权机构提供的有效期内的符合相关标准要求的检验报告；产品合格证：有特殊要求的管材，厂家应提供相应说明书。
2、必要的强制性检测。为了保证结构安全，治理质量通病，禁堵伪劣材料用于工程，根据设计要求，或规范要求，或主管部门规定，需要进行项目检测。目前一些地区质量检测站常规检测项目有：主体结构（粱、板、柱）混凝土标号及钢筋数量检测，竣工后房屋空气质量状况检测，钢筋抽样检测，混凝土试块检测，加气块两项性能（外观质量及强度）检测（非必检测项目），瓷砖性能检测，铝合金门窗三性检测等，这些项目都是强制性要求必须检测的项目。
3、建筑材料在使用前还应注意以下几点。（1）进场的材料外观质量和出厂合格证件的核验由单位工程技术负责人组织质量检查员、工长，以及监理工程师或建设单位代表参加。对观感质量不符合要求的材料，不能取样送试所有材料试检验均必须做到施工前出数据，防止不合格材料用于工程。 （2）发承包双方不论哪一方供料，其进样均由施工单位取得合法资格的现场试验员负责，并应当在监理工程师或建设单位代表监督下进行现场取样。监理工程师或建设单位代表有权对施工单位的试验报告进行查询。（3）原材料进场检验必须经法定检验单位检验为有效。除因特种材料制品外，一个单位工程的原材料检验报告，均应出自一个检验单位。（4）对没有国家、行业和地方材质标准的原材料和新型材料制品以及对一些重点产品在使用时，应符合省建设行政和主管部门的有关规定，否则不准用于工程。
材料研究分析范文5
关键词： 埋地管道；竹塑复合材料；ANSYS；实验与理论分析
中图分类号：U173.9 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）17-0076-03
1 概述
竹塑复合材料管道是具有优越的物理力学性能的新材料，也是目前用途最多的纤维增强材料之一[1]。竹塑复合材料管道不仅价格低廉，更主要是竹资源十分丰富，环保天然、无污染，从而又具有社会价值。竹塑复合材料管道主要开发应用于低压输水工程，特别是在渠灌区推广低压竹塑复合材料管道输水技术，可以大量取代钢、水泥混凝土等材料管道[2]。
根据埋设于地下的圆形管道参数，管道结构与土的刚度比可按下式确定[3]
λ小于1时管道属于柔性管。常用的低压管道输水系统均为薄壁管道，壁厚不大于50mm；管道最大半径在200mm左右；Ep=1.2×103Mpa；Es=8Mpa。λ远小于1，因此本文讨论的塑复合材料管道仅限于柔性管。
2 埋地管道的基本工作原理
2.1 管道与土体的相互作用 埋地柔性管的工作状态分析考虑外荷载与管周的土壤介质与管壳之间变形约束作用，从管、土体系入手，考虑管道与它所埋入的土的共同工作性状[4]。
管道的受力可从两个方面考虑。管内无水压时，在土的竖向作用和地面荷载等影响下，薄壁管道刚度较小，环断面变形较大而呈现扁平的椭圆环；管内有水压时，促使管断面恢复正圆的趋势，可弥补管壁刚度的不足；管周的土体同时也是管道在发生变形的一种介质。管道与管周土壤介质构成了一个异性体的结构体系。
从受力的角度来看，是外荷载土的抗力之间的相互作用；从位移角度来分析，管道断面的变形与受挤压的土体之间是相互制约的，并存在变形协调的关系。通常主要分析静力荷载的问题，具体包括管道自重；管内流体重量；管内流动的有压流体的静压力（本文讨论低压问题，如水锤作用的压力可不考虑）；回填土重量引起的外压力；路面部分的车辆轮压力或地面堆积荷载；管道闭合约束的温度与运行介质的温差在管壁中引起的荷载；管线遇到土壤不均匀沉陷，以及由于施工开挖等其他原因使地基产生不均匀沉陷而出现的力；管道在起吊、运输和安装过程中受到的施工作用力；管线转弯处由管内流体压力而产生的纵向冲击力；管内出现真空时的负压力等。
2.2 影响管周压力的因素 管道结构的受力分析，与其他结构最大不同是除了管道自重和管内水压等因素之外，还有作用在管道上的土体荷载，此外各种荷载又直接或间接影响管道周围的土体自身的状态。因此在对管道进行受力分析时，必须考虑到土体、管道的物理、力学性质，埋设、施工方法，以及在整个变形过程中管道与土体之间的影响。
土体的物理力学指标是土压力分析的重要参数。管道周围的土质和夯实质量可直接影响管周压力。回填土夯实越密实，管体受力越小；松散、管两侧填土沉陷，会增加管道的压力，同时也降低埋地管道侧向的变形约束力。
地面上的荷载是通过土体对管道产生压力，也就是说管道外部压力由土体的自重和地面的荷载叠加面得。土体自重是随管顶复土深度而增加；而地面荷载引起的压力，则是随管道埋深而减少，因此两种压力的叠加效果可选择，优化某一深度处达到最小值。通常为了不使荷载对管道产生过大的压力，要求埋管埋深度一般不小于80cm。图1是一个综合考虑埋深与总荷载的实例。
2.3 低压输水管道的受力 埋地竹塑复合材料管道一般用于低压输水灌溉系统，管道系统的工作压力不超过200kpa，管道最远处出水口压力一般控制在2～3kpa。
有压管道来引起损伤破坏的主要原因是内部压力；而无压管道的则是由外部荷载造成破坏。由于地埋式低压输水灌溉管道，在无水时内部是不承压的无压状态，需要根据实际应用情况对薄壁管承受外压的能力进行分析评价；有水时内压也是远小于外压。因此低压输水管道的受力应以外压为主。
3 有限元计算模型及参数
埋设在地下的竹塑复合材料管道，可看作是放在弹性介质中的无限长环形柱体，沿管道纵轴线垂直截取一单位长度的环片，作为平面应变问题处理[5，6]。
施工回填土的夯实度达到最大密度的95%时可近似地理想化为直线变形介质。竹塑复合材料管道的材料、地基及回填土的物理力、学性质不同，计算时采用各自的变形模量E、泊松比μ、材料的容重γ等参数。
4 实验分析
实验采用室内模拟土压试验，竹塑复合材料管道的管径D=315mm，δ=23.2mm，长度为1.0m。
将管道放置于1.5×1.5米的铁箱中间，底部铺设3cm垫层。管道两侧选用亚粘土为回填土，按要求进行压实。在上部模拟加压。
在管道内放置位移计，测定指定点的位移。在管道外侧选择有代表性的点沿环向和径向粘贴应变片如图4所示。
采用7V08数值采集系统，测定各指定点的应变，进而推算管道壁的应力变化。
5 分析总结与进一步研究
现将有限元分析计算与实测结果相比较，数据见表2。
计算与试验分析表明，竹塑复合材料管道与同工作的效应，使得管周应力和位移随不同的复土厚度及加载条件发生变化，具有良好的适应变形能力。
对于竹塑复合材料管道，通过提高整个管土系统的刚度，增加回填土的密实度，能提高其承载能力，减小变形。薄壁竹塑复合材料管道能够应用的重要条件是管土系统中土的因素。
本文对埋地薄壁竹塑复合材料管道受力状态分析的假定前提是管道与土均为线弹性、各向同性、均匀性的；同理考虑了管道自重、土压力和地面荷载，管内静水压力和温度应力的影响。而在实际工程中还有流体动压力等参数和条件，应根据具体要求加以考虑。
参考文献：
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[3]冼杏娟，冼定国.竹纤维增强树脂复合材料及其微观形貌[M].北京：科学出版社，1995.
[4]汪克来，蔡键.竹塑复合材料材料性能研究[J].安徽建筑工业学院学报，2005，13（2）：25-28.
材料研究分析范文6
关键词：竹帘胶合板；竹集成材；重组材；荷载-位移曲线
在当前发展低碳经济的大环境下，绿色、生态、环保、低碳的新型建筑结构材料是可持续发展的必然方向。在现代房屋建设材料中，竹、木都是绿色环保的建筑材料，但是我国木材比较稀缺，主要依靠从国外进口。与木材相比，我国竹资源十分的丰富，产量和品质均位于世界首位。竹子的成材速度相比于树木快了许多，属于生长周期短的可再生利用资源，具有相当大的种植开发利用价值。竹子是自然界中效能最高的可再生材料。竹材的比强度远高于普通木材和普通钢材。所以，竹材具备成为工程结构建筑材料的先天条件，如果将其开发成合理的建筑用材，就能够充分的发挥竹材的性能，为充分利用丰富的竹资源提供合理有效的途径。本文进一步对相关竹质工程材料的加工工艺与基本性能进行研究分析。
1 现代竹质工程材料的工艺与用途
竹材人造板是以竹子作为原材料，经过一系列物理化学处理，根据一定要求而加工成不同形状的单元w，然后涂胶烘干后组合成竹材板坯，板坯最后再按一定要求胶合而成的一种人造板材。竹材人造板的主要优点就是它合理的改变了竹子的材质不均匀、各向异性和容易干裂等缺点，使之成为一种不易遭受虫蛀、不易发生霉变和尺寸稳定性良好的理想的建筑材料。可用于建筑结构构件的竹材产品有竹帘胶合板、竹集成材、重组竹材等。
1.1 竹帘胶合板
竹帘胶合板是以我国资源丰富的毛竹为原料，将原竹弦向剖切成一定厚宽竹蔑，通过细棉线或麻线将竹蔑连接成长方形的竹帘，使之作为构成单元，竹帘单元以纵横交错的方式组坯，施加具有优良耐水、耐气性的中温固化树脂胶粘剂，通过浸胶热压形成的结构板材。作为建筑结构材料可应用于楼、地面及墙体结构材料。
参考国标《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》中抗弯强度的测定。抗弯强度试样尺寸：长度为300mm，宽度50mm（士0.5mm），宽度为10mm，跨长为240mm。采用三点弯曲加载，得到人造板的抗弯荷载-变形曲线如图1所示。整个曲线可以归纳为三个阶段，线性阶段、非线性阶段和破坏阶段。找出线性阶段的终点的荷载，再根据此时的跨距、试样的尺寸就可计算出竹帘层压板的比例极限应力。
竹帘胶合板的抗弯试验中，发现破坏形式是拉伸破坏，如图2所示。由于竹材的抗拉强度远远高于抗压强度，当施加的弯矩达到某一值时，试样的受压侧所受的压应力达到抗压强度而发生破坏。此时中性轴向受拉一侧移动，当继续加大弯矩后，拉伸侧也会达到试样的抗拉强度而发生断裂。由此，试样最终完全破坏。由于其良好的受载能力，破坏时间长，破坏发生时的竖向位移较大。所以竹帘胶合板在楼或地面的受弯构件设计中，可以考虑以挠度或截面刚度作为控制指标进行设计，这样才能充分利用竹帘胶合板的特性。
1.2 竹集成材
竹集成材是将一定规格的竹蔑，经过一系列的物理加工和化学处理，在一定的温度和压力下，利用胶粘剂或者竹材自身结合力的作用，胶合热处理而制成的一定规格的板材和型材。用于建筑结构构件可作为梁、柱、承重墙、单向板等。因为在轴向力作用下竹集成材的应力应变的线性关系与竹材相似，所以按《竹材物理力学性能试验方法》进行测定竹集成材的弹性模量、抗拉和抗压强度；其中国内暂时没有竹集成材的抗弯强度和抗剪强度的测定标准，所以试验参照日本《结构用单板层积材标准》。其力学性能试验结果见表1。
试件在轴心受拉状态下大部分区段都近似处于弹性工作阶段，并有明显的塑性变形流幅，其破坏是一种塑性破坏，荷载与拉应变的关系见图3。在轴心受压状态下，试件的应力-应变曲线由线性阶段转为非线性阶段时，有较大的变形增幅，表现出较好的延性，荷载与变形的关系见图4。竹集成材抗剪破坏时延性很好，其在达到极限荷载时试件未发生瞬间破坏，故是一种塑性破坏。因此竹集成材构件之间的连接比较适合采用铰接或者刚接。
1.3 重组竹材
重组竹，是一种将竹材的低质材重新组织并加以强化成型的一种竹质新材料，也就是将竹材加工成横向不断裂、纵向松散而交错相连的竹篾、竹丝或碾碎成竹丝束。经干燥后浸胶，再干燥到要求含水率，然后组坯，经高温高压热固化而成的板状或其他形状的竹质人造复合材料。对重组竹简支梁试件（105mm×160mm×1870mm）进行抗弯试验，其L/4处和跨中处位移随荷载的变化曲线如图5所示。
从重组竹简支梁构件的荷载～位移关系曲线中可以看出，重组竹简支梁在整个加载过程中，荷载与位移近似呈线性关系，在相同的位移中，1/4部位处的荷载大于跨中的荷载。梁底部竹纤维受拉断裂破坏，瞬间发生断裂，随后，在竹材的裂缝顶部水平方向发生剥离式撕裂破坏，承载力急剧下降，对应挠度限值（L/250）的荷载值为极限荷载的23%，所以在受弯构件设计中，可以考虑以正常使用极限状态控制结构设计（挠度限值）。根据重组竹的特性，其可用作工程结构材料、装饰材料、家具用材等，经过模压还有各种其他的特殊用途。
2 结束语
竹质工程材料是一种可持续利用，绿色环保的新型工程材料。作为现代竹质工程材料构件，试验结果表明其破坏时竖向变形较大，也就是具有良好的延性。故其设计荷载是由截面刚度控制的，如果按照现行规范的挠度限值进行设计，竹质材料的强度将不能充分利用。因此建议适当放宽挠度限值以提高材料的强度利用程度。不断完善地竹材人造板加工技术和重组材加工技术，为竹材从天然传统建筑材料向现代建筑材料转变提供了强有力支持，为现代竹结构房屋的设计和应用奠定牢固的基础。
参考文献
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[2]苏毅，宗生京，徐丹，等.竹集成材简支梁抗弯性能试验研究[J].建筑科学与工程学报，2016（1）.
