导光混凝土太阳能路面空心板块模拟与制备

为探索合理的太阳能路面结构型式,提出一种内设拱室、导光体与太阳能电池的矩形导光混凝土空心板块结构,其中每个导光体是由平凸透镜、圆台形棱镜和圆柱形导光光纤复合而成的整体构造,平凸透镜作为进光端等间距布设于空心板块表面,导光光纤底面作为出光端汇集于拱室拱顶处,从而可将路表光能汇聚传导并投射至内置太阳能电池上进行光伏发电。首先,通过三维有限元建模模拟了空心板块路面结构的受力特点,确定满足承载能力要求的空心板块适宜长、宽、高分别为50、50、17 cm,拱宽、底厚、拱高、顶厚分别为26、5、5、7 cm;其次,采用光线追踪法仿真导光体的光路传播规律,并根据导光性能和经济性优选了导光体的设计参数,即导光光纤的半径和折射率分别为3.5 mm和1.6,平凸透镜的半径和厚度分别为10.5、4.2 mm,棱镜的高度和表面反射率分别为31.1 mm和1.0;然后,提出了导光混凝土太阳能路面空心板块模型的制备工艺,并采用自密实防水混凝土和有机玻璃导光体制备了相应的空心板块试件,测试了其力学性能和发电效能。研究结果表明:空心板块路面结构的最大拉应力和最大竖向位移随着拱宽的增加而显著增加,而随着底厚、拱高和顶厚的增加而逐渐减小,且空心板块试件的最大竖向变形小,力学强度高;导光光纤半径和平凸透镜半径对导光体单日透射的总太阳能影响显著,而平凸透镜厚度、棱镜的高度和表面反射率及导光光纤折射率的影响较小,且空心板块试件的导光体数量越多,工作电压和最大输出功率越高,相应的导光和聚光效果越好,但为保证空心板块混凝土的可模性和整体强度,导光体数量宜选用81个;空心板块试件每平米的年发电量为50～90 kW·h,其增加成本可在5～10年内回收,总体经济性较好,且具有良好的社会和环境效益。因此,该结构可满足行车和发电的双重功能要求,可为太阳能路面的研究和应用提供一种可行方案。     

不同品种水泥的光纤导光混凝土抗侵蚀性能

分别用普通硅酸盐(P·O)水泥和快硬硫铝酸盐(R·SAC)水泥作基体制备光纤导光混凝土,进行了抗硫酸盐侵蚀和抗碱溶液侵蚀试验,采用X射线衍射仪和环境扫描电镜,研究了不同品种水泥制备光纤导光混凝土的抗侵蚀性能和微观结构.结果表明:碱溶液养护对R·SAC水泥为基体的光纤导光混凝土的强度具有更为明显的破坏作用;R·SAC水泥为基体的光纤导光混凝土在碱溶液中养护后,其外观泛黄现象和腐蚀程度最为明显,且碱溶液对光纤导光混凝土的腐蚀程度远大于盐溶液;光纤导光混凝土在碱溶液中养护后,其光纤与基体间界面处结合不够紧密,出现较明显缝隙或微缺陷,可导致光纤导光混凝土力学性能下降;光纤导光混凝土水化产物中存在团絮状C-SH凝胶、针棒状钙矾石、柱状石膏、六方薄板状羟钙石和球状铝胶,它们相互交织,结合比较致密.     

麦秸纤维多孔陶粒混凝土基本物理性能的试验研究

根据填充理论,以目标孔隙率为主要设计指标,确定了麦秸纤维多孔陶粒混凝土的配合比.在水灰比为0.3,不同纤维掺量、目标孔隙率和骨料粒径情况下,测定了多孔陶粒混凝土的28 d抗压强度、干密度、实测孔隙率、绝干和饱水状态下的导热系数,得出在陶粒粒径为10～20 mm时,28 d抗压强度范围为0.595～3.579 MPa,干密度范围为613～886 kg·m~(-3),实测孔隙率范围为36.5%～52.4%;采用5～10 mm陶粒时28 d抗压强度增大显著,而干密度、实测孔隙率和导热系数有所减小.     

再生骨料级配对混凝土力学性能的影响及微观机理分析

为研究再生骨料级配对混凝土力学性能的影响,选取单一级配5.0～10.0,10.0～20.0,16.0～31.5 mm及连续级配5.0～31.5 mm,采用再生骨料的取代率为30%,50%和70%,配制再生混凝土,对不同龄期的再生混凝土立方体进行抗压强度试验.通过扫描电镜及X射线衍射分析,从微观角度探讨骨料级配对再生混凝土力学性能的影响.研究表明:再生粗骨料粒径为5.0～10.0 mm,掺量选取较低时,112 d时抗压强度与普通混凝土相差不大;粒径为10.0～20.0 mm时,无论选取多少掺量,各龄期抗压强度均较低;粒径取16.0～31.5 mm及5.0～31.5 mm时,选取合理掺量,再生混凝土的抗压强度增大.     

高掺量聚丙烯纤维混凝土动力特性的SHPB试验

为了研究高掺量聚丙烯纤维混凝土的动力特性,采用直径为74mm变截面Hopkinson压杆,对8组64块聚丙烯纤维混凝土试件进行了冲击压缩试验,得到了不同应变率范围下混凝土的动态抗压强度及应力-应变曲线,并给出了聚丙烯纤维混凝土动态抗压强度与应变率、纤维体积掺量以及静压强度之间的关系。分析认为,在10^1～10^2s^-1应变速率,聚丙烯纤维混凝土的动态强度提高比值与素混凝土基本一致。     

大掺量粉煤灰HPC高温下抗爆裂性及改善措施

针对工程中高性能混凝土(HPC)易爆裂问题,对100 mm×100 mm×100 mm和100 mm×100 mm×300 mm不同尺寸的HPC试件在20～650℃范围内进行抗爆裂性能对比研究.以普通混凝土为基准混凝土,考虑粉煤灰掺量和纤维、硅灰掺加对抗爆裂的影响,粉煤灰掺量分别为30%,40%和50%,胶凝材料中分别考虑不掺、单掺和复合掺加聚丙烯纤维和硅灰.试验结果表明,掺加聚丙烯纤维能够有效防止大掺量粉煤灰混凝土爆裂问题,但加入硅灰对其抗爆性能影响不大.借助SEM微观测试技术分析高温前后试件内部微观形貌结构,从本质上揭示高掺量粉煤灰混凝土易爆裂以及聚丙烯纤维改善大掺量粉煤灰HPC抗爆裂性能的机理.     

一种简易寻迹传感器设计

在设计黑白寻迹传感器上,采用了一种简易的设计思路。光信号源采用LED发光管,当LED管发光照射在白色的物体上时,大部分光会被反射回来,光敏三极管接收反射回来的光信号产生导通;而当LED管发光照射在黑色的物体上时,大部分光会被黑色物体吸收,反射回来的光较少,反射的光信号太弱以致于光敏三极管截止。将光敏三极管产生的导通和截止信号导入放大电路,通过放大电路输出能为单片机接收的数字信号(+5 V和0 V电平信号),满足单片机的控制要求。     

胶态二氧化锆纳米晶/聚甲基丙烯酸甲酯复合物的制备与表征

以正丁基氧锆为无机氧化锆前体,采用水解溶胶-凝胶法合成了不同掺杂量的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/二氧化锆(ZrO2)复合物,并用浸渍/提拉镀膜和浇注法制备了PMMA/ZrO2复合薄膜.借助X-射线衍射、红外光谱、紫外-可见光谱、荧光光谱、热重手段研究了复合薄膜的结构和性能.结果表明,相对温和条件下制备得到PMMA与单斜晶型ZrO2纳米复合物,加入纳米氧化锆后,PMMA的热稳定性和可见光透光性能提高,尤其是发光性能明显增强.     

两种新型透光混凝土的制作与研究

对透光混凝土的材料配比及透光性能进行了研究.配制了2种新型透光混凝土,即分别以光纤与以荧光材料为主要透光材料的透光混凝土.通过合理的混凝土配比与外加材料的结合,利用平铺法与插秧法制成透光混凝土块,并检验其各项性能.经过检验,2种透光混凝土均具有良好的透光性能.     

高温下复掺纤维RPC立方体抗压性能研究

完成了108个70.7mm×70.7mm×70.7mm复掺纤维活性粉末混凝土(RPC)立方体试块高温下抗压试验.考察了聚丙烯纤维(PPF)和钢纤维复掺对RPC高温爆裂的抑制效果,研究了温度和复掺纤维掺量对高温下RPC立方体抗压性能的影响.结果表明:体积掺量2%的钢纤维和0.2%的PPF复掺能有效防止RPC爆裂,高温下立方体RPC的抗压强度也相对较高.100℃时RPC的立方体抗压强度比常温低,200～500℃时立方体抗压强度相比100℃时有所升高,600～800℃时立方体抗压强度相对500℃时降低.若钢纤维掺量相同,则20～300℃时,立方体抗压强度随PPF掺量增大而降低;400～800℃时,立方体抗压强度随PPF掺量增大而提高.若PPF掺量相同,则20～100℃时,立方体抗压强度随钢纤维掺量的增大而提高;200～800℃时,立方体抗压强度随钢纤维掺量的增大而降低;100～400℃时复掺纤维RPC的立方体相对抗压强度低于普通混凝土和高强混凝土,400～800℃时复掺纤维RPC的相对抗压强度则较大.基于试验结果,拟合出了不同纤维掺量的RPC高温下立方体抗压强度随温度变化的计算公式.     

贯穿钢筋在波形PBL连接件中的影响研究

为了研究贯穿钢筋直径对波形PBL连接件极限抗剪承载力的影响,设计了贯穿钢筋直径分别为16 mm、20 mm和25 mm三组PBL连接件推出试验试件,通过使用5 000 kN的加载试验机对试件进行加载试验,测量出试件中工字钢与混凝土板之间的相对位移,并绘制出试件的荷载位移曲线.试验结果表明,当贯穿钢筋直径从16 mm增加到20 mm时,波形PBL连接件的抗剪承载力随着贯穿钢筋直径的增加而提高,当贯穿钢筋直径从20 mm变到25 mm时,波形PBL连接件的抗剪承载力虽在增加但增幅明显下降.     

国产 LaBr3：Ce 晶体性能表征

作为近年来发展起来的新晶体,LaBr3:Ce有着很高的发光产额(~60 000p·MeV-1)和较快的发光衰减时间常数(~16ns),因而成为研究热点.国内对LaBr3:Ce晶体的研究生产时间不长,仅有少数几家单位具备生产研究条件.本工作采用北京华凯龙电子有限公司生产的LaBr3:Ce晶体(晶体尺寸为φ30mm×20mm),配合XP20D0光电倍增管,采用单光电子方法测量得到其光电子产额为16 800pe·MeV-1;测量了其发光衰减曲线,计算得到其上升时间为5.6ns,发光衰减时间常数为21ns;其对137 Cs的能量分辨率为3.3%;采用两块φ30 mm×20 mm的LaBr3:Ce晶体与两只XP20D0光电倍增管,测量得到对22 Na的符合时间分辨率为191ps;这些表征为国产LaBr3:Ce晶体的γ谱仪研究提供了重要参考.     

连续管疲劳试验装置研制和实物试验研究

为了能比较真实地模拟连续管在实际作业工况条件下,即在弯曲和内压联合作用下的疲劳寿命,研制出了一套专门用来进行连续管低周疲劳寿命的实物试验装备。该装置可以在0￣70MPa的内压条件下测试直径范围为12.7￣88.9mm的连续管的疲劳寿命。通过对直径和壁厚为38.1mm×3.2mm的CT-80连续管进行初步实物试验,获得了连续管疲劳寿命(循环次数)与内压的关系曲线、连续管循环次数与胀径关系的曲线、连续管循环次数与椭圆度的关系曲线以及连续管循环次数与壁厚的关系曲线。实物试验结果与国际先进的软件预测结果一致。     

再入式光纤电流互感器及信号检测

为改善光纤电流互感器的性能,设计了一种再入式光纤电流互感器.基于光干涉、相干信号检测和耦合模理论,研究了再入式光纤电流互感器的光源选择、核心器件参数确定及信号的调制与解调方式.理论研究结果表明,宽带光源是再入信号检测的重要前提;通过选择适当的调制信号占空比来控制采样时间点,是实现再入信号检测的必要保证;传感光纤环中耦合器的耦合比的最佳值由信号再入次数决定.基于对第5次再入信号的有效检测,当环境温度在-10~60℃范围内变化时,实现了对10~60A范围内电流的测量.实验结果表明,系统标度因子的线性度良好.用信号再入代替多匝传感光纤,可有效抑制绕制过程引入的应力双折射对系统标度因子线性度的影响;结合结构参数优化,还能有效克服单匝传感光纤情形下材料低维德尔系数导致的测量灵敏度较低的问题.     

一种评估LED蓝光危害的方法

提出了一种估算荧光粉转换型LED的蓝光危害方法。先选择同型号普通照明用白色LED样品21只,用光谱仪测量其正常发光下的归一化光谱分布,然后计算光源的色温和蓝白比,以及在蓝光危害限值范围内可以容许的亮度,最后得到在蓝光危害限值内,容许亮度与色温和容许亮度与蓝白比的关系。研究表明：对于该类型的荧光粉转换型LED,当色温小于7500K时,亮度在100,000 Cd/m₂以下不会引起蓝光危害,如果LED的荧光粉失效,只要亮度小于31400 Cd/m₂,也不会对人眼造成蓝光危害。色温和容许亮度曲线及蓝白比和容许亮度曲线随温度变化很小,对于同一类型白色LED,这两条曲线均可用来评估LED灯具是否对人眼构成蓝光危害。     

绿光LED产生无衍射Bessel光束

采用单色LED光源得到较理想的近似无衍射Bessel光束．文中从LED光源的时空相干性出发分析用单色LED灯珠产生Bessel光束的可能性,利用光阑提高光场的空间相干性得于实现．设计实验光学系统,让LED光源发出的光经过一套光学系统后透过轴棱锥,得到了近似Bessel光束,光束中心亮斑大小及最大无衍射距离均与理论计算所得相符,证明用LED光源也能够产生较理想的近似Bessel光束．最后讨论了光阑孔径对所产生Bessel光束质量的影响,发现光阑孔径增大时所得Bessel光束强度变大但截面光强明暗对比度下降．     

黄芩苷对PMMA表面的修饰

为得到一种具有特殊功效的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),用氢氧化钠溶液对PMMA片的表面进行预处理,在黄芩提取液中用黄芩苷对PMMA表面进行修饰.该修饰工艺在常温常压下,pH值为5的黄芩提取液中进行,修饰后的透明PMMA板材,使用贴膜法进行抑菌测试.使用发光二极管(LED)光源对修饰后的PMMA进行滤光测试,对修饰后的PMMA进行红外光谱扫描,并对黄芩苷上能量分布进行了简单计算,依据修饰后的PMMA板材的红外光谱和黄芩苷上能量分布,初步分析了黄芩苷对透明PMMA板材表面修饰的机理.结果表明,该工艺简单、成本低,易操作,且修饰后的PMMA具有一定的抑菌及去除蓝光的效果.     

离子迁移谱仪迁移管中电场均匀性的研究

在理论分析、计算机模拟的基础上,自行研制了一台以真空紫外灯电离为电离源的离子迁移谱仪,并通过该仪器详细研究了迁移管中电场的空间均匀性.发现迁移管内径20 mm,外径40 mm,金属环厚1 mm,聚四氟乙烯厚6 mm的结构能够保证迁移管内电场比较均匀.     

黑龙江某钼矿大断面深井井筒支护厚度优化

黑龙江某钼矿混合井断面直径为6 m,井深1 240 m,原设计除井颈部分外全部采用500 mm混凝土等厚度支护。本论文采用经验法对井筒支护厚度进行初步设计,然后用MIDAS/GTS专用岩土大型商业软件对井筒进行数值建模,通过数值模拟法分析比较不同支护厚度情况下的井筒围岩和支护体的应力、应变情况,从而确定经济合理的支护厚度。通过优化,井筒支护厚度从500 mm调整为400 mm,减少了混凝土材料用量,显著缩短了井筒施工周期,对极寒地区大断面深井支护有重要的指导意义。     

一种新的混凝土受拉本构模型

混凝土单轴受拉应力-应变曲线存在形式多样且不统一.根据等效应变假设和损伤力学基本原理,建立了单轴受拉混凝土的弹塑性本构模型,可导出已有单轴受拉本构关系,并能反映混凝土的刚度退化和卸载后的残余变形;提出一类损伤函数和不可逆变形表达式,利用应力-应变曲线特征条件和优化算法确定模型参数;与已有受拉结果相比较,模型的预测结果良好。