DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 土壤板结的治理途径 4.1. 科学耕作，保护耕作层土壤结构 采取农用机械深松整地，可以改善耕作层的土壤结构，增加土壤孔隙，有利于土壤透气和保存水分，提高土壤肥力，从根本上解决土壤板结的问题 [ 5 ]。 4.2. 秸秆还田，改善土壤理化性状 将作物秸秆返还到土壤当中，不仅增加了土壤的透水性和透气性，还可以明显改善土壤的理化性状，提高土壤的养分含量，有助于土壤微生物的生长，缓解土壤板结现象 [ 5 ]。 4.3. 测土配方施肥 测土配方的核心是调节作物需肥与土壤供肥之间的矛盾，同时针对性地补充农作物所需的营养元素，农作物缺什么元素就补充什么元素，需要多少就补充多少，实现各种土壤养分平衡供应，满足农作物的需要，达到提高肥料利用率和减少施用量效果。测土配方施肥不仅可以调节土壤养分、提高土壤综合肥力，还可以改良土壤结构、改善土壤板结现象。 4.4. 清除地膜残留 地膜使用后及时回收，一方面可以实现地膜的二次利用，减少资源浪费，另一方面地膜长期留存在土壤中，分解过程中产生大量的有毒有害物质，会破坏土壤的组成结构。清除地膜残留可以保持土壤环境清洁，缓解土壤板结问题 [ 5 ]。 4.5. 合理施用肥料 合理施用肥料，以施加有机肥为主，可以改善土壤生态环境，利于增加土壤微生物的丰度和活性，改良土壤理化性质，减轻土壤板结程度 [ 6 ]。 4.6. 使用土壤调节剂 土壤调节剂是由保水剂及富含有机质、腐殖酸的天然泥炭或其他有机物为主要原料，辅以生物活性成分及营养元素组成，经科学工艺加工而成的产品，有极其显著的“保水、增肥、透气”三大土壤调理性能。市面上常见的有松土精、微生物菌肥等。使用土壤调节剂，可以有效改善土壤的理化性状，土壤调节剂中的阳离子和土壤胶体之间能够形成土壤团粒结构，改善板结土壤中的三相(固、液、气)比例，提高土壤自愈能力，解决土壤板结问题 [ 7 ] [ 8 ]。 综上，在耕作过程中根据土壤的不同程度板结情况，选择适宜的治理途径进行土壤板结的改善和治理，并在此前提下科学合理的耕作，施肥以有机肥为主，有机肥和无机肥结合施用，秸秆还田等，逐渐改善土壤的理化性状和土壤微生物生存环境，提高土地利用效率，使农作物增产，农民增收。
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user: 摘 要 岩溶问题一直我国地质勘察工作的重要问题。综合物探方法在岩溶勘察中起着重要作用，能够获得岩溶的规模、位置、充填物等地质信息。高密度电法作为物探方法的一种，经常用于工程地质勘察工作当中。本文主要利用高密度电法确定勘察区岩溶发育情况，并结合电磁波CT方法互相印证，取得了良好的效果。为以后岩溶区工程地质勘察提供一些经验和借鉴。 关键词 :岩溶，高密度电法，电磁波CT，综合物探方法 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 岩溶现象在我国广泛分布和发育。岩溶现象是碳酸盐岩、卤盐类岩、硫酸盐岩等可溶性岩石被水化学溶蚀为主，蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用，以及由这些作用所产生的现象的总称。由于它容易引起塌陷、不均匀沉降、突水等地质灾害，对工程建设产生巨大的影响，因此对岩溶进行勘察具有非常重要的意义 [ 1 ]。 由于岩溶是由可溶性岩石被水化学溶蚀而形成的，故岩溶的产生类型也各种各样，主要有溶洞、钟乳洞、岩溶裂隙、溶孔等。岩溶按照充填物质可以划分为两类，一类填充物为空气等高电阻物质，一类填充物为水、淤泥质土、黏土等低阻物质。由于填充物的不同导致岩石与填充物之间存在物性差异，而岩石与填充物的物性差异成为地球物理勘探解决岩溶问题的主要依据 [ 2 ]。 在工程地质勘察中常用的地球物理方法主要为电磁法勘探、地震勘探、重磁勘探、综合测井等。由于工作区地质条件的差异，要结合实际地质勘察条件选择使用适用的物探方法。高密度电法受周边电磁的干扰较小，同时能适应复杂的地形变化，是工程地质勘察中最常用的物探方法。在工程地质勘察中高密度电法主要用来确定覆盖层厚度、划分基岩风化层、确定岩性破碎带、圈定含水层等 [ 3 ]。因此，高密度电法被广泛的应用于岩溶勘察中。电磁波CT成像技术最早在医疗领域得到普遍应用，20世纪80年代后期才被引入到物探领域中，目前主要有声波、地震波、弹性波和电磁波、电阻率等几种CT方法。随着相关理论技术逐渐成熟，电磁波CT技术已经被广泛用能源矿产勘察、工程地质勘察和水文地质勘察等方面 [ 4 ]。 相较于常规地质方法，综合物探方法能有效地勘探地下岩溶地质条件。刘崧等人通过物探方法寻找岩溶地下水、探测溶洞，解决了传统地质方法无法解决的问题 [ 5 ]。邓凯等人利用综合物探方法勘探高速公路中的岩溶塌陷区，查明了塌陷区地层结构及岩溶破碎带，并划分了塌陷区范围，取得较好的效果 [ 6 ]。黄毓铭等人为了查明研究区溶洞发育情况，采用高密度电法与地质雷达相结合对研究区内的溶洞进行探测 [ 7 ]。王成楠等人利用目的体物性差异，采用高密度电法和探地雷达结合对抚州校园内地下空洞进行探测 [ 8 ]。许波利用高密度电法、电磁波CT、井下电视、井液电阻率测井等方法对白石窑枢纽船闸工程进行探测，取得了较好的效果 [ 9 ]。潘纪顺等人综合应用高密度电阻率法和瞬变电磁法对鹤辉高速溶洞进行勘查，验证综合物探方法勘查溶洞方面具有可行性和有效性 [ 10 ]。 本文通过建立高密度电法理论模型进行正反演模拟，并结合高密度电法、电磁波CT在西南岩溶地区工程地质勘察中的应用效果，总结综合物探方法在勘察岩溶地区的经验，为以后勘察岩溶区提供参考。
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user: 2. 高密度电法理论与正演模拟 高密度电法是以岩、土的电性差异为基础，研究人工施加稳定电流场的作用下地下传导电流分布规律的一种勘探方法。其工作原理如图1所示。由于它采用了多电极高密度一次布极并实现了跑极和数据采集的自动化，因此相对常规电阻率法来说，它具有许多优点：1) 由于电极的布设是一次完成的，测量过程中无需跑极，因此可防止因电极移动而引起的故障和干扰；2) 在一条观测剖面上，通过电极变换或数据转换可获得多种装置的视电阻率断面等值线图；3) 可进行资料的现场实时处理与成图解释；4) 成本低、效率高 [ 11 ]。由于高密度电法与常规电法相比有以上一些优点，因此自20世纪80年代由日本引进该法后，经过国内单位对方法、仪器的研制开发与生产，很快在水文、工程、环境等领域中得到了推广应用并取得了良好的效果 [ 12 ]。 图1. 高密度电法工作原理示意图 通过建立岩溶地区典型的高密度电法理论模型，分析高密度电法二维理论反演模型的电性响应特征。结合高密度电法实测资料，总结高密度电法在岩溶地区勘察的规律与经验。 高密度电法正反演理论模型 结合工作区实际情况，建立低阻体正演模型，设低阻异常体的电阻率为100 Ω·m，低阻模型宽20 m，高15 m，埋深10 m，围岩电阻率为1000 Ω·m，测量装置为温纳装置，电极总数为60个，电极间距为5 m。低阻体模型如图2所示： 图2. 正演模型示意图 图3为低阻体地电模型的正演视电阻率断面图。从图中可以看出，正演结果对低阻体有很好的反映，图中低阻的范围相对于低阻体较大，向两侧和下部延伸。低阻中心在低阻异常体模型的下部，由于背景围岩的电阻率与低阻异常体的电阻率差距较大，导致视电阻率断面图中的低阻体的视电阻率较大。 图3. 低阻体视电阻率断面图 对正演结果加入5%的随机噪声，然后进行反演，反演结果如图4所示，反演共迭代4次，RMS误差为4%，从反演结果可以看出，反演能较好的体现出低阻体模型的边界。视电阻率也比较接近模型电阻率，为200 Ω·m。 图4. 低阻体反演视电阻率断面图
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user: 3. 电磁波CT原理 电磁波CT法是利用无线电波(工作频率0.5 32 MHz)在两个钻孔中分别发射和接收，根据不同位置上接收的场强的大小，来确定地下不同介质分布的一种地下地球物理勘查方法，也称井中无线电波透视法。其工作原理如图5所示。 由于电磁波CT是利用电磁波在地下半空间的辐射、传播和接收，满足电磁波理论。其在地下半空间的发射和接收满足以下公式： E = E 0 f s f R e − ∫ ​ β d r R 式中：E——场强幅值的观测值； E 0 ——初始场强辐射值；R——电磁波沿直线传播的路径长度；f——与发射和接收天线有关的方向因子函数；β——地下介质的吸收系数 [ 13 ]。 电磁波在地下传播的衰减系数满足下面公式： β = { u r ε r 2 [ 1 + ( σ ω ε r ) 2 ] 1 2 } 1 2 式中：ω——天线角频率；β——衰减系数；u r ——介质的相对磁导率—待测介质的电导率；ε r ——待测介质的相对介电常数 [ 13 ]。 图5. 电磁波CT工作原理图 上式表明：当电磁波在各种地下介质(例如各种岩石、矿石、矿体、岩溶和裂隙带)中传播时，由于电磁波在岩溶洞穴和裂隙带等不同介质中的吸收系数(β)不同，电磁波的吸收系数远大于围岩的吸收系数，因此岩溶洞穴和断裂带后面的场强要小得多，从而表现出负异常。像阴影一样，我们利用这种差异来推断目标地质体的结构和形状 [ 14 ]。
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user: 4. 实测资料处理应用 4.1. 工作区地质概况 工作区属构造剥溶蚀侵蚀中低山峡谷地貌区，深切割V型峡谷地形，切割深度约430 m。主要由碳酸盐岩组成，以灰岩、白云岩、铁铝岩为主。工作区，多形成廊道式峡谷，谷坡陡崖发育，高达数十至数百米，两岸碳酸盐岩分布地段，洼地、漏斗发育，岸壁上悬挂有水平溶洞。根据勘察资料，桥位区基岩大面积出露，地层岩性为二叠系下统栖霞组(P 1 q)灰岩、石炭系下统大塘组 + 摆佐组(C 1 d + b)灰岩夹铁铝岩、寒武系中上统娄山关群(Î 2-3 ls)及中统石冷水组(Î 2 s)白云岩。 工作区地表水发育，主要为河水。地下水主要为岩溶水，地下水埋藏较深，主要补给来源为大气降水，补给方式主要通过地表溶、沟槽下渗、注入。由于工作区节理裂隙及岩溶发育，地表水和孔隙水渗入溶孔、裂隙和溶洞中，这就成为了高密度电法勘探岩溶的物性条件。表1即为工作区地下介质的物性参数： Table 1 Physical parameters of main underground media in the work are 地下介质 水 黏性土 灰岩 空气 电阻率值ρ s (Ω·m) <100 1~100 1~100 相对介电常数 81 81 15~20 1 表1. 工区主要地下介质物性参数 4.2. 资料采集与资料处理 根据工作区现场条件和探测目的，整个工区共分为两个小工区，共布设高密度电法测线8条，采用温纳装置进行探测，电极距为5 m，电极总数为60个。电磁波CT共布设12对，为了既能满足透射距离又能保证接收质量，电磁波CT工作频率选用4 12 MHz，频率间隔为2 MHz，采用定发采集方式，移动步距1 m。物探布置图如图6所示： 图6. 物探测线布置图 由于地形起伏等条件会导致高密度电法部分测量数据出现异常，为了保证资料成果的准确性，在对高密度电法数据进行处理时，应先对高密度电法的“坏点”进行剔除，再对数据进行处理，处理过程要保证资料的真实可靠，避免过多的人为因素的干扰。针对本工作区，高密度电法和电磁波CT的具体处理流程如图7所示： 图7. 资料处理流程图 实际工作中，资料成果的分析解释一般以地质资料作为基础，物探异常特征作为依据，逐步完善，遵循由已知到未知，先定性分析后定量分析，由点到面的原则，进行综合分析解释。 4.3. 资料成果分析 高密度电法A10K51测线总长度为290 m，视电阻率断面图如图8。A10K51测线视电阻率断面图中80~114 m段局部视电阻率较低，为低阻异常，存在溶洞及岩溶沟槽发育，高程范围约为1226~1260 m，130~163 m段溶蚀裂隙较发育，165~290 m段表层相对视电阻率较低，存在岩溶沟槽、溶蚀裂隙发育。 图8. 高密度电法A10K51测线视电阻率断面图 图9为A10K51测线钻孔JZK01和钻孔JZK02之间的电磁波CT成果图。两孔的间距32.8 m，JZK01孔发射，JZK02孔接收。根据吸收系数等值线分析，吸收系数范围在0.1~0.5 dB/m，上部吸收系数较高，推测为岩溶沟槽发育，中下部溶蚀裂隙较发育。 图9. 电磁波CT吸收系数等值线图 综合钻探、高密度电法视和电磁波CT等资料分析，A10K51线表层以溶沟、溶槽为主，下部多以溶蚀裂隙、溶蚀小孔为主，岩体完整度较好。高密度电法成果与电磁波CT成果吻合度较好，均揭示了130~163段溶蚀裂隙发育区。
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user: 5. 结论 1) 高密度电法具有分辨率高、工作效率高，受环境干扰小等优点，在岩溶勘察探测中发挥了重要作用，是解决岩溶勘察问题的重要手段。在调查地下岩溶的发育情况，电磁波CT也是一种比较有效的方法，它在反映地下溶孔、溶隙、溶洞的发育具有更突出的作用。 2) 地下介质的物性差异是综合物探方法勘探岩溶的前提条件，含填充物岩溶、未填充岩溶与围岩之间具有明显的电性差异，岩溶与围岩对电磁波吸收系数的不同决定了物探的探测效果。 3) 在西南地区某高速公路特大桥的勘察工作中，采用高密度电法与电磁波CT相结合的综合勘察方式，同时发挥出两种方法优点，互相验证、补充，避免了采用单一物探方法的多解性，明显地提高了勘察工作的准确性与精度。
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user: 摘 要 针对正常与异常心音在时频域具有不同特征表现形式，本研究提出了一种基于短时傅里叶变换结合等高 线轮廓的方法对心音信号进行时频域特征提取研究。首先，基于小波分解对心音信号进行预处理，保留21.5~689 Hz频段有效心音信号；其次，基于短时傅里叶变换对有效心音进行时频分析；最后，本研究分析了40位健康志愿者的1500秒正常心音信号并与典型异常心音信号进行比较，其结果表明：正常第一心音频带宽度为70.07 ± 12.62 Hz，持续时间为109.3 ± 26.2 ms。PS (肺动脉狭窄)病人第一心音频带宽度为168.80 ± 9.95 Hz，持续时间为23.7 ± 3.0 ms。 关键词 :心音，短时傅里叶变换，小波变换，特征提取 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 近年来心血管疾病形势却变得愈发严峻，已经代替肿瘤成为城乡居民死亡的首要原因。《中国心血管报告2018》 [ 1 ] 显示：2016年农村因心血管疾病死亡人数占全部因疾病死亡人数的45.50%，城市因心血管疾病死亡人数占全部死亡人数的43.16%，如图1所示。同时指出心血管疾病死亡人数还在迅速增加，因此做好心血管疾病的防治工作已经迫在眉睫。 图1. 2016年中国农村和城市居民主要疾病死因构成 心音是由心脏内血液流动经胸腔壁传达产生的一种振动声音，是心肌患性能状态的一种表征形式，其主要由两个成分(S1和S2)组成的近似于周期的非平稳信号。图2所示为典型主动脉瓣狭窄心音信号时域波形 [ 2 ]。因此，S1和S2的有效特征作为评价心肌患和诊断心脏病的基础显得尤为重要，可为心肌患提供有价值的诊断信息。鉴于此，本文针对S1和S2进行特征提取研究。
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user: 2. 方法 2.1. 基于小波变换的心音信号降噪过程 对心音进行采集的时候找不到绝对安静的环境，信号难免会带有一些噪声。这些能量很小的噪声听起来并不明显，但是在时频分析时会产生很大的影响，因此在时频分析之前，我们需要采取一定的措施来对信号进行降噪 [ 3 ]。本研究中我们使用小波来对得到的心音信号进行降噪，消除大部分噪声，最后得到一段噪声较少的心音信号。将采集的心音信号输入到MATLAB中进行降噪。因为小波分析可以通过调整窗口在时域和频域对信号进行局部化分析，保存控制小波系数的信号，然后对有噪声控制的小波系数进行删除，根据该小波分析降噪的理论依据得出：经小波dB 10分解后，心音信号噪声的系数幅值低于小波系数幅度值 [ 4 ]。 图2. 正常心音信号的时域表示 利用小波变换对心音信号降噪和图像降噪的原理主要都是阈值的选择，这就显得阈值的选择对于小波变换对信号降噪尤为重要。在设计阈值时根据噪声小波系数的特点，随着分解层数的改变而自适应的变化 [ 5 ]。因此，本研究将采用小波系数 的母小波，采用本实验室编写的基于MATLAB的可执行文件(PSD-based Feature Extraction App)对心音进行五层的分解，图3是其小波的5层分解图，由St中0~2 kHz分解成g(t)中cD1-1~2 kHz和h(t)中cA1-0~0.5 kHz。选取第一段中的h(t)继续分析，分解成g(t)中cD2-0.5~1 kHz和h(t)中cA2-0~0.5 kHz。又继续选取第二段中h(t)继续进行分析，对h(t)分解成g(t)中cD6-62.5~125 Hz和h(t)中cA6-0~62.5 Hz。通过对小波降噪分解图的三部分分析比较，选取了最适合的降噪频率范围。我们通过观察降噪结果来选择效果最好的降噪频率，结果证明dB 10小波对心音的降噪效果最好。 图3. 小波分解图 2.2. 基于短时傅里叶变换特征提取 2.2.1. 短时傅里叶变换原理 短时傅里叶变换的基本思想与积分的思想很相似，把一个非平稳信号看成是很多段平稳信号相接在一起而形成的，通过加窗的方式来保证其所分出来小段信号的短时性。由于限定了一个时间窗，当我们设置的时间窗足够短的时候，就可以认为该非平稳信号的某一个片段为平稳信号，然后对其使用傅里叶变换。同时对其他片段也使用傅里叶变换，最后，非平稳信号被分解成很多不同频率信号的叠加，相当于实现了对整个非平稳信号的傅里叶变换 [ 6 ]。短时傅里叶变换(STFT)的公式(1)。 s t f t ( t ， ω ) = ∫ − ∞ + ∞ x ( τ ) g ( τ − t ) e − j ω τ d τ 。 (1) 短时傅里叶变换具有一定的时间分辨率和频率分辨率，我们不可能得到无限小的时间和频率分辨率，由德国物理学家沃纳·卡尔·海森堡于1927年提出的测不准原理如公式(2) [ 6 ] (2) 可见短时傅里叶变换是不可能具有任意的时间分辨率和频率分辨率的，它们会随着其中一个的增大而减小。在短时傅里叶变换中，这是由所加的窗的长度来决定的。窗越长则时间分辨率越高，频率分辨率越低，窗越短则时间分辨率越低，频率分辨率就会越高，这就导致时间分辨率7和频率分辨率不可能无限大小。图4为典型信号 f ( x ) = cos ( 200 π t ) + cos ( 100 π t ) 在时频域表现形式，其横轴代表时间，纵轴表示频率，颜色的深浅度表示能量大小，因此，借助短时傅里叶变换可以将信号从时频两域对信号的能量分布进行描述，并且能够表示信号在时间域上所对应的成分。因此本文将采用短时傅里叶变换对S1和S2进行研究，提取有效特征，对典型心脏病的心音信号进行定性分析。 图4. 短时傅里叶变换时频图 2.2.2. 特征提取 图5上图是正常人心音经过短时傅里叶变换得到的心音片段，每个心音周期都分为2部分，即第一心音S1和第二心音S2。由图可以看出心音中心部分颜色深，从中心到外围逐渐变浅，颜色深的部分代表该位置的能量高，颜色浅的部分代表能量低。首先，运用数学形态学的方法得到S1和S2的时频域形状，即图5中最外围等高线外接的红色矩形。然后计算矩形的长度和宽度就可以得到心音S1和S2的持续时间(Tw)和带宽(Fmin， Fw)，由此可以得到心音的三维特征向量[Tw， Fmin， Fw]。 图5. 正常心音信号
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user: 3. 实验分析 本研究采用短时傅里叶变换来对多组信号进行处理，分析其时频特点，并提取特征值，将40组正常人心音数据和典型异常心音吸纳后进行对比分析，从而总结出正常心音时频特征。图6表示正常心音与PS (肺动脉狭窄)病人心音信号频率域(见图(6a))和时间域(见图(6b))的对比，由此可明显区分正常与异常心音。 图6. 正常心音与PS患者心音信号对比图
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user: 4. 结论 本研究采用短时傅里叶变换对心音信号进行研究，基于信号时频分布定义信号特征，通过手动方式提取第一第二心音时频域特征，对正常及异常心音进行特征对比研究，其特征统计结果(均值±样本方差)为：正常人S1的频带宽度为70.07 ± 12.62 Hz，持续时间109.3 ± 26.2 ms，S2频带宽度为66.02 ± 8.39 Hz，持续时间为92.5 ± 28.0 ms。PS (肺动脉狭窄)病人S1频带宽度为168.80 ± 9.95 Hz，持续时间为23.7 ± 3.0 ms，S2频带宽度为147.68 ± 16.80 Hz，持续时间为30.8 ± 5.7 ms。由于特征提取采用手动方式，为客观描述心音特征而避免人为主观能动性，本研究在如何实现自动选取特征需要有待于进一步的研究。
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user: 摘 要 金属有机骨架化合物(MOFs)因其具有规律性、刚性、弹性、多变性、可设计性等许多性能，使得它成为优良的新型功能材料。本文回顾了MOFs历史，并总结了其合成方法与配体的选择，通过总结不同的合成方法，从而介绍了不同合成方法的优劣性，并总结了不同情况下所使用的方法。 关键词 :金属有机骨架化合物，配体，合成 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 金属有机骨架化合物(MOFs)是由金属离子或金属簇离子通过和有机配体进行配位，通过配位键作用形成的2d、3d网状结构。目前由于没有公认的定义，所以一般金属有机框架化合物还有其他的名称，例如，PCP、PCN、MCP等。 MOFs作为一种新的无机–有机混合功能材料，它们的研究的动力来自于它拥有优越于传统多孔材料的多孔性 [ 1 ]，此外MOFs具有规律性、刚性、弹性、多变性、可设计性等许多性能，基于这种性质，MOFs成为优良的多孔材料。20年间，出现了大量的MOFs相关论文，目前除了简单的关于吸附的研究，还有磁性、发光、药物传输、催化等多种性能研究，这种优异的性能为MOFs在实际应用方面打开了新的大门。 目前，MOFs的合成是通过选择合适的有机配体，在有机配体上引进官能团；通过设计具有独特的几何构型，并且在一定程度上控制其有机骨架的拓扑结构，并通过引入不同功能性金属中心以及控制其它合成条件，基于此可以构建具有特定功能和特定孔道特性，例如形状、尺寸、极性、手性等多种性质。本文总结了MOFs设计思路、配体的选择以及应用，并通过配体的不同讨论了不同配体所带来的性质，此外，通过总结不同的合成方法，从而介绍了不同合成方法的优劣性，并总结了不同情况下所使用的方法。
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user: 2. 金属有机框架材料的历史 18世纪，人们就已经开始使用普鲁士蓝作为颜料，在1977年，科研人员用X单晶衍射仪对其结构进行了解释，它的结构为交错的八面体位点Fe(II)/Fe(III)与氰基配位形成一个3d结构 [ 2 ]。1893年，Werner首次描述了一个八面体的过渡金属配合物的结构 [ 3 ]，并提出了包括配位数、价态等配位理论。在过去的一百多年里配位化合物领域里取得了巨大的进展，科研人员在配合物的合成、结构。反应性等方面都取得了巨大的进展。从简单结构的配合物到有机金属催化剂、再到如今结构复杂的金属有机骨架化合物，各种基于配合物的材料都在飞速的发展。
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user: 3. 金属有机框架材料的设计 MOFs由于在合成过程中，溶剂、药物含量、温度等多种原因，因此难以预先设计出最终的MOFs。但是由于MOFs是通过有机配体与金属结点通过自组装的方式形成具有方向性的配位键，因此MOFs的形状、连接方法和结构等都可以预先预测，基于此，通过预先设计期望的化合物。 利用结点和空间的方式去合成配位的聚合物，其中金属具有其固定的配位方式，通过和桥连配体连接成具有固定形状的化合物。虽然通过这些方法可以预知和控制合成所预想的MOFs，但是实际上MOFs 很难被在理论设计出来，特别是在一些复杂的情况(例如是穿插的异构体)。在合成MOFs的过程中，比如传统的溶剂热方法，无机簇的形成是非常难控制的，即使使用简单金属作为它的结点，不同的配位方式以及形状依然都是可能的，所以很难去预先设计MOFs。溶剂分子的影响也是影响MOFs合成的因素，溶剂分子能够参与到金属的配位中。当前，我们把MOFs归类于非常窄的领域，由多金属簇组成次级结构单元，然后用刚性的有机配体连接起来。因此，一旦次级结构单元确定了(尽管很多次级结构单元的发现是很偶然的)，改变有机配体就能设计出许多不同的化合物 [ 4 ]。
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user: 3. 金属有机框架材料配体 MOFs的设计一般是通过选择配体来设计结构，最初的配体一般是二元配体，包括二羧酸以及二元含氮杂环配体。随着MOFs的不断发展，逐渐涌现出了许多多元的配体。随后的MOFs设计会考虑将配体拉长或者拓宽，从而形成具有更大孔洞的MOFs，另外配体的选择更多地从刚性配体到柔性配体转变。 羧酸配体：有机羧酸配体是MOFs合成中较为常用的有机配体之一，其中包括脂肪族羧酸以及芳香族羧酸等羧酸配体，由于芳香族羧酸具有良好的刚性，所以现今更多采用芳香族羧酸来构建MOFs。按照其中羧基的个数，包括二羧酸、三羧酸、四羧酸甚至到六羧酸、八羧酸。 含氮有机配体：含氮有机配体在MOFs合成中也是占据及其重要的位置，虽然在MOFs中也会作为单独配体存在，但它更多的情况是作为辅助配体，联合羧酸配体共同构建MOFs。含氮有机配体与金属成键一般比羧酸稳定，有利于构建热稳定性较好的MOFs。 混合基团有机配体：随着MOFs的发展，更多的混合基团配体均被设计并在MOFs合成中出现，这种含有不对称基团的配体，在构建MOFs中体现出更复杂的配位方式，有利于合成出具有崭新结构的 MOFs。
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user: 4. 金属有机框架材料合成方法 自从“MOFs”这个术语第一次在文献中出现以来，每年都会有大量的金属有机骨架材料被合成出来，其中大部分是使用了新配体或者合成出的骨架材料具有新颖的拓扑结构。金属有机骨架材料合成的影响因素主要有金属离子、配体、阴离子、pH值、温度和反应物配比等，每个因素的变化都可能导致晶体的结构改变。目前，最为常用的合成MOFs的方法主要是溶剂热法与微波法其优缺点如表1所述。 溶剂热法：溶剂热法(Solvothermal Method) [ 5 ] 是目前最主要的合成MOFs的方法之一。这种方法主要是在预先设计好的的温度和压力下，金属离子和配体在溶剂中发生反应，具体步骤为将金属盐和配体混合于水、乙醇、DMF、DMAC等溶剂中，然后加入到反应釜中后放到烘箱内，加热到适宜的温度，在自生压力下发生反应，反应结束后过滤洗涤产物，得到晶体。溶剂热法在金属有机骨架材料的制备过程中显示出了较好的控制能力，同时它还具有成本低、操作简单、产物结晶性好等许多优点。 微波法：微波法(Microwave Method)主要是加快化学反应的速率，能够在短时间内将反应溶液加热到较高的温度，有利于合成尺寸较小的晶体 [ 6 ]。微波法在合成特定的晶体时可以大大缩短合成时间。Khan 等 [ 7 ] 人研究了HKUST-1的生长，他们认为反应速率的增大是由于成核速率增大了，并不是晶体生长的速度加快了。对MIL-53(Fe)的研究结果却是成核速率和晶体生长速率全部都加快了 [ 8 ]。所以至今对微波法提升合成速率的机理仍然有着不少的疑惑。不过，现在越来越多的研究者用微波法来合成纳米尺寸的金属有机骨架材料，相比传统的合成方法，微波法不仅使晶体化时间变短，粒径分布变窄，还能有效控制过程参数 [ 9 ] [ 10 ]，但该方法对反应条件要求较为苛刻，并且在合成过程中需要消耗大量的能量。 Table 1 Different synthesis methods and their advantages and disadvantage 优点 缺点 应用领域 溶剂热法 成本低、操作简单、 产物结晶性好 产生晶体随机性大， 结果不易重复 实验条件简陋、 微波法 反应速率快， 可合成尺寸小晶体 消耗大量能量， 反应条件较为苛刻 合成小尺寸晶体、 需短时间合成某种晶体 表1. 不同合成方法及其优缺点
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user: 5. 总结与展望 金属有机骨架化合物(MOFs)因其具有规律性、刚性、弹性、多变性、可设计性等许多性能，使得它成为优良的多孔材料。本文回顾了MOFs历史，并总结了其合成方法与配体的选择，通过总结不同的合成方法，从而介绍了不同合成方法的优劣性，并总结了不同情况下所使用的方法。 目前对MOFs的研究较多，然而其在实际中的应用仍然较少，这是由于：一是MOFs产量较少，部分性能优异的材料产率较低，不能大规模应用；二是部分材料仍停留在概念与实验室阶段，无法适应现实的复杂情况；三是由于合成成本较大，其贵金属与昂贵配体使用较多，因此经济效益较低。因此目前MOFs因联系实际情况，合成出可大规模生产与应用的商业化产物，这将是未来研究的重点。
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user: 摘 要 本文采用脱碱剂、水泥与生石灰对烧结法赤泥进行了复合改性。对不同配合比下的烧结法赤泥击实特性、脱碱性和无侧限抗压强度进行了室内试验研究，评价了复合改性烧结法赤泥的路用性能与环境影响。试验结果表明，与单掺脱碱剂改性的烧结法赤泥相比，复合改性烧结法赤泥的最佳含水率降低4%~6%，最大干密度提高0.01~0.015 g/cm 3 。相较于生石灰，水泥对烧结法赤泥的击实性能、PH值、无侧限抗压强度的影响更为显著。根据IV类地下水PH值低于9.0的限值，优化复合改性剂配比为：4%脱碱剂 + 4%水泥 + 2%石灰。复合改性后烧结法赤泥的无侧限抗压强度在1.2 MPa以上，满足高速公路路床区填料的强度要求。 关键词 :烧结法赤泥，复合改性，脱碱，无侧限抗压强度，PH值，路基填筑 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 赤泥是铝工业在生产氧化铝时产生的固体废弃物，每生产1吨氧化铝便伴随有0.6~2.5吨的赤泥排放 [ 1 ]。根据生产工艺的不同，赤泥可分为烧结法赤泥、拜耳法赤泥和联合法赤泥。我国是世界上第四大的氧化铝生产国，据统计，截至2017年我国赤泥堆存量已达3.5亿吨 [ 2 ]，其中拜耳法赤泥占65%，烧结法赤泥与联合法赤泥占35%。大面积堆存的赤泥不仅占用了大量土地资源，同时对周围环境产生了严重污染。目前，对赤泥的综合利用主要有有价金属回收、赤泥烧结砖、制备水泥熟料和吸附材料等 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]，但利用率很低，不足5%。如何实现赤泥的大规模利用，是当前亟需解决的问题。 孙兆云 [ 8 ] 采用石灰、水泥、磷石膏与高分子改性剂对拜耳法进行复合改性，评价了复合改性赤泥的力学特性、重金属离子浸出特性。李卓智 [ 9 ] 采用正交试验研究了石灰–粉煤灰比例、二灰掺量与拜耳法赤泥种类对二灰稳定赤泥的击实特性、无侧限抗压强度、低温性能的影响，并揭示了二灰稳定拜耳法赤泥的强度形成机理。Panda等 [ 10 ] 采用微生物降解拜耳法赤泥，结果表明拜耳法赤泥经微生物降解后其PH值可降低至7.5，同时其CBR值明显提高。Kushwaha [ 11 ] 提出经6%生石灰和2%石膏改性的拜耳法赤泥，CBR值可提高300%~940%，无侧限抗压强度可提高193%~668%。Reddy和Kishan [ 12 ] 研究了盐酸与氯化钠改性拜耳法赤泥的击实与压缩特性，结果表明盐酸与氯化钠改性可提高拜耳法赤泥的最大干密度，同时降低其最佳含水率。Rout等 [ 13 ] 研究了粉煤灰改性拜耳法赤泥的颗粒级配、压实特性、三轴剪切特性与分散性能的改性效果，同时采用有限元分析了拜耳法赤泥路基的稳定性与动态荷载下的力学特性。冯燕博 [ 14 ] 研究了烧结法赤泥与拜耳法赤泥1:1混合材料的力学特性及其随脱水龄期的变化规律，研究发现混合赤泥中烧结法赤泥具有较高的活性，可发生水化反应生成水硬性的胶结矿物。但是，由于拜耳法赤泥的重金属含量较高，限制了其进一步的大规模利用。 烧结法赤泥含有大量活性矿物及其水化、碳化产物，具有一定的水硬活性，许多学者针对烧结法赤泥路用技术开展了相关研究。梁乃兴等 [ 15 ] 采用粉煤灰和石灰稳定烧结法赤泥进行了试验路填筑，改性后的烧结法赤泥可达到高等级公路基层强度标准。齐建召等 [ 16 ] 进行了二灰稳定烧结法赤泥用作道路基层的研究，7 d和28 d无侧限抗压强度分别可达到2.0 MPa和3.0 MPa。陈凡 [ 17 ] 发现随着烧结法赤泥堆存时间的延长，制备的烧结法赤泥基层材料的路用性能更好。梁旭等 [ 18 ] 研究了水泥烧结法赤泥稳定级配碎石混合料的无侧限抗压强度、早期劈裂抗压强度、回弹模量、抗冻性及其固化机理，试验结果表明水泥烧结法赤泥稳定级配碎石均优于传统水泥稳定级配碎石混合料，混合料中烧结法赤泥最佳掺量为10%~16%。可见，目前关于赤泥在道路工程上的应用研究主要集中于赤泥基本物理化学特性、改性赤泥基层材料以及改性赤泥路用性能等方面，但对制约烧结法赤泥大规模路用的脱碱控制研究较少。为解决烧结法赤泥高碱性和路基填筑问题，本文采用脱碱剂、水泥与石灰对烧结法赤泥进行复合改性，试验研究了复合改性烧结法的击实特性、PH值与无侧限抗压强度，评价复合改性烧结法赤泥的路用性能与脱碱特性，为烧结法赤泥在道路路基填筑中的大规模应用提供技术支撑。
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user: 2. 试验材料与配合比 2.1. 试验原材料 试验用烧结法赤泥取自山东省淄博市中国铝业山东分公司烧结法赤泥堆场，其基本物理特性与如表1所示。由表1可知烧结法赤泥具有较强的吸水性，液限高达75%，最佳含水率为42.03%，但烧结法赤泥最大干密度明显低于路基常规填土，仅为1.252 g/cm 3 ，大约是粉质黏土的65%；同时烧结法赤泥具有很高的承载力，CBR值高达70%。这是因为烧结法赤泥在堆存过程中，活性硅酸二钙发生水化与碳化作用，形成了强度较高的骨架结构与颗粒内部发达的网状微孔，导致烧结法赤泥比表面积较大、孔隙率很高、颗粒硬度大，宏观表现为烧结法赤泥吸水性强、干密度低、承载力高。 Table 1 Basic physical properties of R 天然含水率% 液限ω L /% 塑限ω p /% 塑性指数I P 30.14 75.24 53.18 22.06 最大干密度g/cm 3 最佳含水率% PH值 CBR/% 1.252 42.03 13 70.14 表1. 烧结法赤泥基本物理特性 烧结法赤泥PH值高达13，高于《危险固废鉴别标准通则(GB 5085.7-2019)》与《地下水质量标准(GB/T 14848-2017)》中规定的PH限值，为避免烧结法赤泥在路基填筑后对周围环境产生较大的碱性污染，应对烧结法赤泥进行脱碱处理。脱碱剂为粉状高价阳离子活性剂，可通过离子交换作用改变烧结法赤泥的离子环境，从而有效降低烧结法赤泥的PH值，改善烧结法赤泥的击实性能。脱碱剂对烧结法赤泥的改性效果见图1与图2。由图1可见脱碱剂对烧结法赤泥的脱碱效果存在一定的局限性，当脱碱剂掺量低于4%，随着脱碱剂掺量的提高，烧结法赤泥的PH值明显降低；当脱碱剂掺量为4%时，烧结法赤泥的PH值降低至10.5，但仍高于《地下水质量标准》中不高于9.0的限值；当脱碱剂的掺量高于4%时，随着脱碱剂掺量的提高，烧结法赤泥的PH值无明显变化。脱碱剂对烧结法赤泥击实特性的影响如图2所示，与原状烧结法赤泥相比，4%脱碱剂掺量的烧结法赤泥最佳含水率可降低2.5%，而最大干密度无明显变化。 2.2. 试验配合比 由于单掺脱碱剂的改性效果有限，故采用水泥与生石灰进行复合改性。水泥与生石灰作为常用的水硬性胶凝材料，可通过水化作用产生大量的胶凝产物，烧结法赤泥经水泥石灰改性后，赤泥微观颗粒表面的微孔可被水泥石灰水化产生的胶凝产物堵塞，从而降低烧结法赤泥中可溶性碱的溶出面积，同时水泥石灰的凝结硬化作用可显著改善烧结法赤泥的击实性能与力学强度。试验用水泥为P42.5硅酸盐水泥，生石灰为一级生石灰，有效活性氧化钙与氧化镁含量为97.56%。配合比设计时先依据单掺脱碱剂改性试验结果，确定脱碱剂掺量为4%，然后设计水泥掺量分别为2%、3%、4%、5%，生石灰掺量分别为1%、2%、3%，共计13组配合比，以上各材料掺量均为烧结法赤泥的干质量比例。 图1. 不同脱碱剂掺量下烧结法赤泥的PH值 图2. 4%脱碱剂掺量时烧结法赤泥击实曲线 烧结法赤泥复合改性配合比设计见表2。试验过程中首先依据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTG E51-2019)》进行击实试验，确定每组配比的最佳含水率与最大干密度。然后按照96%的压实度采用静压方法制作50 mm × 50 mm圆柱体试件，每组配比制作22个，其中14个试件用于浸水无侧限抗压强度试验，8个用于PH值测试。试件制作完成后置于恒温恒湿养护箱内养护，分别在养护7 d与28 d时取出试件进行浸水无侧限抗压强度试验与PH值测试。在PH值测试时，考虑到烧结法赤泥经压实与改性固化后，在路基中服役时应为固化的块体状态，烧结法赤泥路基在受毛细水与降水作用而发生碱性物质溶出时应考虑其整体性，为此在PH值试验中，分别测试了完整试件与破碎试件的PH值。试样制备时取完整试件与破碎试件置于塑料试样瓶内，按照5:1液固比称取适量蒸馏水加入瓶中，震荡3 min后，分别测试试样在静置0.5 h与2 d时的PH值。 Table 2 Mix protations of compound modified R 编号 样品配比 水泥 生石灰 1 赤泥 + 4%脱碱剂 0% 0% 2 赤泥 + 4%脱碱剂 + 2%水泥 + 1%石灰 2% 1% 3 赤泥 + 4%脱碱剂 + 2%水泥 + 2%石灰 2% 4 赤泥 + 4%脱碱剂 + 2%水泥 + 3%石灰 3% 5 赤泥 + 4%脱碱剂 + 3%水泥 + 1%石灰 3% 1% 6 赤泥 + 4%脱碱剂 + 3%水泥 + 2%石灰 2% 7 赤泥 + 4%脱碱剂 + 3%水泥 + 3%石灰 3% 8 赤泥 + 4%脱碱剂 + 4%水泥 + 1%石灰 4% 1% 9 赤泥 + 4%脱碱剂 + 4%水泥 + 2%石灰 2% 10 赤泥 + 4%脱碱剂 + 4%水泥 + 3%石灰 3% 11 赤泥 + 4%脱碱剂 + 5%水泥 + 1%石灰 5% 1% 12 赤泥 + 4%脱碱剂 + 5%水泥 + 2%石灰 2% 13 赤泥 + 4%脱碱剂 + 5%水泥 + 3%石灰 3% 表2. 复合改性烧结法赤泥配合比
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user: 3. 试验结果与分析 3.1. 击实试验 为分析生石灰与水泥掺量对烧结法赤泥击实性能的影响规律，图3与图4中分别绘制了生石灰与水泥掺量变化时复合改性烧结法赤泥的击实曲线。由图3可知，生石灰对烧结法赤泥的最佳含水率具有较好的降低作用，与单掺4%脱碱剂的烧结法赤泥相比，掺加生石灰的复合改性烧结法赤泥的最佳含水率可降低1%~4%；随着生石灰掺量的提高，烧结法赤泥的最佳含水率逐渐降低；同时生石灰对烧结法赤泥的最大干密度无明显影响，不同生石灰掺量复合改性烧结法赤泥的最大干密度基本接近。这主要是由于烧结法赤泥中含有大量的游离Na、K离子，这些游离离子具有较强的吸水性，而生石灰水化产生的大量Ca 2+ 可通过置换作用降低烧结法赤泥中游离离子的浓度，从而降低烧结法赤泥的最佳含水率，改善其击实性能。 由图4可知，水泥掺量对复合改性烧结法赤泥的击实性能影响较大，随着水泥掺量的提高，复合改性烧结法赤泥的最佳含水率逐渐降低，最大干密度逐渐提高，当水泥掺量由2%提高至5%时，复合改性烧结法赤泥的最佳含水率降低了1.9%~3.5%，最大干密度提高了0.007~0.01 g/cm 3 。与生石灰作用相似，水泥在水化过程中可结合置换烧结法赤泥中的游离离子，同时水泥具有较高的细度，可有效填充烧结法赤泥颗粒间的孔隙，从而起到提高最大干密度的作用。总体上，与单掺脱碱剂改性的烧结法赤泥相比，复合改性烧结法赤泥的击实性能明显改善，最佳含水率可降低1%~4%，最大干密度可提高0.01~0.015 g/cm 3 ，同时水泥与石灰的掺加提高了烧结法赤泥在非最佳含水率(最佳含水率±2%)条件下的干密度。 图3. 水泥掺量对复合改性烧结法赤泥击实性能的影响。(a) 2%水泥掺量；(b) 3%水泥掺量；(c) 4%水泥掺量；(d) 5%水泥掺量 图4. 石灰掺量对复合改性烧结法赤泥击实性能的影响。(a) 1%石灰掺量；(b) 2%石灰掺量；(c) 3%石灰掺量 3.2. PH值测试 复合改性烧结法赤泥PH值测试结果如图5所示。可见，破碎试件的PH值明显高于完整试件。在完整试件的PH值测试结果中，随着水泥掺量的增加，试件的PH值逐渐降低，在试件浸泡时间为0.5 h时，4%水泥掺量下养护龄期为7 d与28 d的试样PH值均可降低至9.0以下；而试样在浸泡2天后，养护龄期为7 d的试件PH值明显升高，28 d的试样PH值无明显变化；与水泥的作用相比，石灰对复合改性烧结法赤泥PH值的影响较小。在养护龄期为7 d时，复合改性烧结法赤泥试件中水泥未完全反应，水泥水化产生的氢氧化钙在试件破碎后大量溶出，从而导致试样的PH值升高，但升高幅度不大。而随着养护时间的延长，由于烧结法赤泥中的碱性物质与脱碱剂对水泥水化具有促进作用，养护龄期为28 d时，复合改性烧结法赤泥中的水泥已充分反应，因此试样破碎时PH值变化不明显。而与水泥不同，生石灰主要水化产物为氢氧化钙，会参与水泥水化与脱碱剂反应，对于烧结法赤泥颗粒微孔作用较小，因此石灰对烧结法赤泥的PH值影响较小，甚至会略微提高烧结法赤泥的PH值。 在破碎试件的PH值测试结果中，随着水泥掺量的增加，试样的PH值略有升高。同样，石灰对破碎试样的PH值有也提高作用，但作用较小；浸泡2 d试样的PH值与浸泡0.5 h的试样相近。这主要是因为试件的破碎增大了烧结法赤泥的比表面积，其中的碱性物质的溶出面积增大，水泥与生石灰水化作用产生的氢氧化钙等碱性物质未完全参与反应，在浸泡过程中复合改性烧结法赤泥中的碱快速溶出，在破碎试件浸泡0.5 h后，试件中的可溶性碱性物质已基本完全溶出，因此随着浸泡时间的延长，试样的PH值不再继续升高。依据《地下水质量标准(GB/T 14848-2017)》中规定，可用于工农业与生活饮用水的IV类地下水PH值应小于9.0，因此优化复合改性剂配比为：4%脱碱剂 + 4%水泥 + 2%石灰。 图5. PH值试验结果。(a) 养护7 d试件浸泡0.5 h；(b) 养护7 d试件浸泡2 d；(c) 养护28 d试件浸泡0.5 h；(d) 养护28 d试件浸泡2 d 3.3. 复合改性烧结法赤泥无侧限抗压强度试验 复合改性烧结法赤泥无侧限抗压强度试验结果如图6所示。可见，复合改性烧结法赤泥具有较高的无侧限抗压强度，高达0.9~1.9 Mpa。复合改性烧结法赤泥的力学强度主要来源于两个方面，一方面烧结法赤泥本身具有较为稳定的多孔微观颗粒结构，具有较高的力学强度；另一方面复合改性剂可通过水化与凝结硬化作用对烧结法赤泥颗粒进行胶结固化，同时烧结法赤泥颗粒具有较高的粗糙度，可与复合改性剂水化产生的硅酸盐凝胶牢固结合，这也一定程度上提高了复合改性剂对烧结法赤泥的固化作用。 水泥对复合改性烧结法赤泥的无侧限抗压强度具有明显的提高作用，随着水泥掺量的提高，复合烧结法赤泥的无侧限抗压强度近似呈线性增长，当水泥掺量由2%提高至5%时，复合改性烧结法赤泥的无侧限抗压强度可提高0.6~0.9 MPa；而与水泥的作用相比，生石灰对复合改性烧结法的无侧限抗压强度的影响呈现较大的离散性。养护龄期对无侧限抗压强度的增长作用表现出对水泥掺量较大的依赖性，在水泥掺量较低时，随养护龄期的延长复合改性烧结法赤泥的无侧限抗压强度无明显增长，随着水泥掺量的增加，养护龄期对强度的增长作用愈加明显。这可能是因为在复合改性烧结法赤泥体系中，硅酸盐凝胶的主要来源是水泥，而烧结法赤泥由于自身颗粒特性与硅酸盐凝胶结合情况较好，水泥水化产生的硅酸盐凝胶可有效堵塞烧结法赤泥颗粒中的微孔，同时在烧结法赤泥颗粒间起到胶结固化作用，因此水泥可明显提高烧结法赤泥的力学强度；而生石灰主要作用于烧结法赤泥的可溶性碱与游离离子，无法改变烧结法赤泥颗粒的微孔结构，对烧结法赤泥的强度提高效果低于水泥。在保证改性烧结法赤泥PH值满足IV类地下水的要求下，复合改性后烧结法赤泥的无侧限抗压强度在1.2 MPa以上，可满足高速公路路床区填料的强度要求。 图6. 无侧限抗压强度试验结果
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user: 4. 结论 1) 烧结法赤泥具有液塑限高、干密度低、承载力高的物理力学特性；同时，烧结法赤泥具有强碱性，PH值高达13，需脱碱处理后方可用于路基填筑。 2) 水泥与生石灰可有效改善复合改性烧结法赤泥的击实性能。随着水泥掺量的增加，复合改性烧结法赤泥的最佳含水率逐渐降低，最大干密度增大；生石灰可降低复合改性烧结法赤泥的最佳含水率，但对最大干密度影响较小。 3) 影响复合改性烧结法赤泥PH值的主要因素有压实作用、水泥与生石灰掺量、浸出时间与养护龄期，其中水泥的固碱作用最为显著。根据IV类地下水PH值低于9.0的限值，优化复合改性剂配比为：4%脱碱剂 + 4%水泥 + 2%石灰。 4) 复合改性烧结法赤泥的无侧限抗压强度高达0.9~1.9 MPa。当水泥掺量不低于4%时，复合改性烧结法赤泥的无侧限抗压强度均在1.2 MPa以上，满足高速公路路床区填料强度要求。
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user: 摘 要 既有砖混砌体结构房屋，由于使用功能的改变，通常进行开大门(窗)洞改造。对部分承重墙体进行拆除，导致了原结构荷载传递路线发生变化，使得局部砖墙承重体系转化为梁托砌体墙的底部框架砌体结构。型钢–砌体组合梁托换法以其具有刚度大、整体性好、施工便捷等优点在梁托墙承重结构加固改造中推荐优先选用。鉴于目前型钢–砌体组合梁精细化分析研究尚少，本文结合工程实例，采用有限单元法深入研究了型钢托换组合梁的力学应力和应变特性，探究了型钢组合梁托换法应用在砖混房屋大空间改造中的设计和施工技术要点。 关键词 :砖混结构，开大门(窗)洞口，型钢–砌体组合梁，托换技术，加固改造设计 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着社会经济的发展，在改革开放前后一段时期内大量建造的砖混或内框架砌体房屋，因当前发展需要，建筑功能发生改变，特别是旧房改造为商业用房时，一般底层需拆除部分结构承重墙进行开大门(窗)洞改造。这样必然会引起结构荷载传力路径的变化，因而需要在检测鉴定的基础上进行合理有效的加固设计。加固设计的目标是拆除结构承重墙并进行结构加固改造后，建筑物的承载力和正常使用要求能得以满足，因此须按现有规范和计算分析成果进行安全方便的加固和托换处理。加固托换结构设计的原则是保证在拆除墙体前后，施工便利，新旧结构有效协同工作，确保结构和构件加固前后安全有效。以往类似改造项目中，上部承重墙的托换多采用结构体外新增现浇钢筋混凝土梁法加固处理 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]，大部分选用以下三种方法 [ 4 ]：单梁底部托换法、双梁夹心托换法、框架托换法。从现场应用来看，外加混凝土梁托换加固法一般存在如下弊端：1) 新增现浇梁、柱一般构件尺寸较大且凸出结构，容易引起建筑功能和外观的不利影响；2) 施工现场存在混凝土湿作业，同时混凝土自身需要较长养护周期，从而造成施工便利性差、工期延长等问题；3) 施工中需大量的模板工程，造成施工措施费的增加，不够经济。因此，相比较而言，钢结构优势明显，加固设计人员在对比研究各类方法利弊的基础上，进而提出选用钢结构和砖砌体(或含部分混凝土过梁)形成的组合梁托换原结构上部承重墙的改造方法，并已应用于类似加固改造项目中 [ 5 ] - [ 10 ]。
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user: 2. 结构概述 本文研究的工程实例位于浙江省杭州市，原为某工业园区多层砖混厂房，始建于上世纪七、八十年代，现因区域功能改造需要，业主方拟将其改造为商业街休闲娱乐建筑，因而需要将底层多数承重砖墙拆除，开较大门(窗)洞以满足餐饮娱乐活动的需要。本文从该改造项目中选取一个具有代表性的单体进行分析。该房屋层数为四层，底层层高为5 m，上部各层为4.5 m，内房屋为内框架砖砌体结构，转角及纵、横墙交接处均无构造柱，楼面板采用预制空心楼板结构。改造前后的现场外立面效果如图1(a)所示，首层结构平面布置如图1(b)所示，改造中底层开大门窗洞口需要拆除的砖墙详见布置图1中云线圈出的部位，周边承重砖墙拆除后仅剩砖柱承重，因此需要增加托墙梁以承担二层及以上墙体的荷载，对砖柱做适当加固处理以满足受力需要。 图1. (a) 改造前后的现场照片；(b) 底层结构布置图
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user: 3. 结构改造方法选用 工程改造的原则是既要采取必要措施保证加固施工过程中的结构安全，又要保证不因加固施工对结构造成新的损伤，要使得改造后结构在设计有效期内安全使用，不留隐患。因而，本项目底部开大洞之前，应该先把上部承载砌体墙的荷载通过托换方法直接传到地基基础，下部砌体结构拆除工作应安排在托换结构加固改造完成后，注意拆除过程中的现场监测工作。鉴于本工程因委托方要求减少湿作业，减少工期等要求，选用型钢组合托梁及外加型钢柱(砖柱两侧布置)的加固方案，如图2~4所示。 型钢–砖砌体组合托梁通常采用型钢或钢板等强对接焊接成U形截面，U形钢板包住砖砌体，采用对穿螺杆将两种结构材料连成一体并灌注结构胶，从而形成组合托梁；型钢–砖砌体组合柱采用钢板等强对接焊接成封闭箱形截面构件，箱型截面构件内部包住砖砌体，二者通过后锚固进行拉结，间隙内灌注结构胶以达到协调变形共同受力。相对于其它加固改造的承重墙托换方法，型钢–砖砌体组合结构改造方法具有明显优势：1) 现场无需模板，无湿作业，工期短，施工方便，避免现场施工措施费的增加；2) 相对于原结构墙体，加固后构件尺寸基本不变，对建筑使用功能和外观基本不影响。目前上述加固方法在实际工程中已有少数尝试和应用 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]，在保证安全的前提下，方便了施工，提升了加固品质，可作为类似工程的首选加固方法。 图2. 型钢组合托梁加固方案 图3. 1-1剖面图 图4. 2-2剖面图