球黏土对单及多组分重金属离子的吸附效果

重金属污染水的防范和治理一直是国际上的难点和热点研究课题。吸附法具有经济可行和环境友好等优点,被认为是去除水中重金属离子的最佳技术。球黏土具有潜在的高吸附性能,为进一步探索利用球黏土治理重金属污染水的可行性,该研究通过单组分与多组分重金属离子的批式吸附试验,重点考察球黏土对Pb^(2+)、Cu^(2+)、Zn^(2+)、Cd^(2+)、Cr^(6+)的吸附效果和竞争吸附关系。单组分离子吸附试验表明,球黏土对重金属离子的吸附量遵循先快速增加后缓慢增长,随pH值的增大而增大,随初始浓度增加而增加,直至吸附饱和的规律。最佳吸附平衡时间为90 min;最佳溶液pH值为5。pH值对球黏土吸附5种重金属离子的影响程度由大到小依次为Zn^(2+)、Cd^(2+)、Cr6+、Cu^(2+)、Pb^(2+),当pH值从2增到5时,Zn^(2+)吸附量提高了184%。球黏土对5种离子Pb^(2+)、Cr^(6+)、Zn^(2+)、Cd^(2+)、Cu^(2+)的饱和吸附量分别为311.847、301.437、263.213、195.435和179.635 mg/g。通过动力学模型和等温线模型拟合,吸附数据更加符合准二阶动力学模型和Langmuir等温吸附模型,说明吸附过程为单层吸附,吸附方式为化学吸附,最大吸附量依次为Pb^(2+)(497.593 mg/g)>Cr6+(442.868 mg/g)>Zn^(2+)(339.376 mg/g)>Cd^(2+)(290.039 mg/g)>Cu^(2+)(194.941 mg/g)。多组分离子吸附试验表明,球黏土对4种离子的吸附量同样呈先快速后缓慢增长,直至平稳的趋势。各离子在球黏土的活性位点上表现出的竞争能力由强到弱依次为Cr^(6+)、Zn^(2+)、Cd^(2+)、Cu^(2+)。通过等温线模型拟合,发现多组分重金属离子吸附数据更加符合Langmuir等温吸附模型,吸附方式和吸附过程与单组分一致,各组分的最大吸附量与单组分相比有所下降,但吸附总量却大大增加,说明球黏土对多组分重金属离子具有良好的吸附能力。与其他原生矿物材料相比,球黏土对重金属离子具有更大的吸附量,该研究成果可为球黏土作为吸附剂的利用和推广提供理论依据和数据支持,具有较大的现实意义。

胶囊形气膜结构风致气弹响应及风振系数研究

针对1/3矢跨比胶囊形气膜结构进行了气弹模型风洞试验,研究了结构的风致气弹响应变化规律,并给出了可供设计参考的风振系数。研究发现:结构平均变形呈迎风面凹陷,顶部隆起,横风向向外凸出的趋势,且这种变形趋势随着内压减小和风速增大越来越明显。0°风向角时的平均变形和振幅大于45°风向角时的平均变形和振幅大于90°风向角时的平均变形和振幅,结构合位移均值的极值出现在迎风面与顶面中心点;0°和45°风向角下,顶点竖向振幅>顺风向振幅>横风向振幅,结构以1阶模态振动为主;90°风向角下,顶点横风向振幅大于其他两个方向,结构以1阶和2阶模态叠加振动为主。各工况下结构的内压均有不同程度的减小。最后给出了考虑流固耦合效应的响应风振系数。

基于堆积密实度的固废活性粉末混凝土配合比设计方法

采用固废掺合料(粉煤灰、矿渣和玻璃粉)进行了活性粉末混凝土(RPC)制备及性能研究,研究了固废种类、掺量和掺入方式对RPC堆积密实度、工作性能、力学性能和微观结构的影响,提出了固废RPC强度模型。结果表明:粉煤灰、矿渣和玻璃粉的替代水泥量分别为15%、10%~15%和20%时,RPC强度更具有优势,工作性能和微观性能更好;固废合理的掺入可使立方体抗压强度最高提高25.8%,而且随着堆积密实度的增大,固废RPC立方体抗压强度先提高后稍有降低;结合鲍罗米公式和密度堆积模型,考虑影响RPC性能的主要因素,提出了固废掺合料RPC配合比的设计方法,为RPC的工程应用提供依据。

基于区间数学方法的结构参数识别

统计能量分析方法是目前处理结构高频振动的有效方法之一,在航空、航天、船舶和机械等领域得到了广泛的应用.内损耗因子和耦合损耗因子是统计能量分析方法中非常重要的两个结构参数,这些参数可以利用试验测量得到的外部输入功率和结构模态能量通过理论方法识别出来.传统的统计能量分析参数识别方法没有考虑输入功率和模态能量的测量误差对识别结果的影响,识别结果精度较低,难以满足工程需要.该研究将区间数学方法应用于统计能量分析的参数识别,提出了一种可以考虑模态能量测量误差和输入功率测量误差的参数识别方法,揭示了模态能量和输入功率的测量误差对参数识别的影响规律,提高参数识别的准确性.该文的研究内容可以为后续的结构设计和安全性分析提供参考.

冻融循环下粉砂中螺旋锚抗拔稳定模型试验研究

目前螺旋锚基础在寒区电力工程中得到初步应用,然而季冻区螺旋锚的冻拔稳定性研究有限,尤其缺少针对输电线路基础受力工况的冻融循环试验研究。因此,针对粉砂中螺旋锚冻拔性能进行了室内封闭系统单向冻融循环模型试验,探讨锚几何尺寸、锚顶约束条件、冻融循环次数及冻结边界温度对螺旋锚冻拔位移发展规律的影响。结果表明,锚盘埋于冻深线以下时,冻拔位移量与锚的抗拔承载力基本相关,未冻土中锚的上拔承载力越大,其冻拔位移越小;承载力相近时,锚盘间距小对抗冻拔有利。锚顶自由时,升温锚顶位移部分恢复;而锚顶作用上拔荷载时,升温过程中上拔位移仍持续发展。大盘径锚和小间距多盘锚抗冻拔效果好,在第3次冻融循环后位移增量趋于稳定。在封闭系统下,相同的冻结时间,冻结边界温度降低会增大锚杆切向冻拔力,从而加剧冻拔位移的发展。所得结论可为季冻区螺旋锚基础设计提供一定参考。

钢筋钢纤维自密实混凝土梁弯曲性能及变形预测

基于有效截面惯性矩,提出了钢筋钢纤维自密实混凝土梁式构件(R/SFRSCC)瞬时弯曲挠度的简化模型。与普通钢筋混凝土梁式构件不同,R/SFRSCC需要考虑受拉区开裂截面钢纤维对梁式构件截面惯性矩的贡献,并基于内力平衡和应变协调计算了梁式构件开裂截面的中和轴高度。为研究钢纤维对钢筋自密实混凝土梁式构件瞬时弯曲变形性能的影响并验证预测模型的准确性,对9根钢筋钢纤维自密实混凝土梁式构件进行了四点抗弯试验,以钢纤维掺量和纵筋配筋率为主要变化参数。结果表明,钢纤维的掺入可以显著提高钢筋自密实混凝土梁式构件开裂后的截面抗弯刚度。正常使用阶段,掺入30 kg/m^(3)和50 kg/m^(3)的钢纤维可使钢筋自密实混凝土梁式构件开裂后的截面抗弯刚度提高26%~117%,但钢纤维的作用随着纵筋配筋率的增加而减弱。采用提出的瞬时挠度简化模型,对比了预测的与实测的钢筋屈服前荷载-跨中挠度曲线,两者吻合较好,模型可用于钢筋钢纤维自密实混凝土梁式构件瞬时弯曲变形的预测。

高应力下石英砂三轴剪切颗粒破碎演化规律及影响

高应力条件下砂土的颗粒破碎情况与一般应力条件下的明显不同,现有关于高应力条件下石英砂颗粒破碎演化模型的研究成果相对有限。通过2~8 MPa围压下固结排水(CD)和固结不排水(CU)三轴剪切试验,获取了不同应力水平下石英砂的偏应力-轴向应变-体应变或孔隙水压力关系曲线,以及砂土在剪切过程中的相对破碎率;随后分析了颗粒破碎的演化规律,并分别采用Hardin、Lade、Wang颗粒破碎模型描述石英砂破碎规律,探讨了各个模型的适用性;最后基于石英砂相对破碎率与有效破坏内摩擦角间的关系,给出了高压下影响石英砂强度的临界相对破碎率。

废弃混凝土对水中重金属铜和铅的吸附特性

工业废水的直接或间接排放导致中国自然水体受重金属污染程度较高,对重金属污水处理刻不容缓,但现有重金属去除方法普遍存在工艺过于复杂或投资高等缺点。由于废弃混凝土颗粒含有水泥水化产物和未水化的水泥颗粒,具有一定的活性和较高的比表面积,因此该研究拟尝试采用废弃混凝土颗粒作为重金属污染水的吸附材料。通过重金属浸出试验发现,重金属浸出量与废弃混凝土粒径相关,粒径越大,重金属析出量越小。基于试验数据以及《国家污水综合排放标准》的排放阈值要求,最终确定了废弃混凝土颗粒材料的最佳选取粒径。随后,通过静态吸附试验,重点考察了吸附时间、吸附剂用量、重金属初始质量浓度对废弃混凝土吸附重金属铜和铅的影响。结果表明:铜和铅在废弃混凝土上的吸附是一个先快速而后缓慢的过程,在100min基本达到吸附平衡,且废弃混凝土对铜和铅的吸附量随铜和铅初始质量浓度的升高而提高,去除率则随着铜和铅初始质量浓度的升高而降低,随着废弃混凝土用量的升高而提高。废弃混凝土对铜和铅的吸附符合Langmiur等温吸附模型,拟合得到的最大吸附量分别为40.75和86.73mg/g;准二阶动力学模型更适合描述废弃混凝土对铜和铅的吸附过程,说明控制吸附速率的主要是化学吸附。与其他常见的天然吸附剂材料相比,废弃混凝土对水中重金属铜和铅具有良好的吸附性能,可以作为吸附材料来处理含铜和铅的污染水。

装配式活性粉末混凝土叠合梁-高强混凝土柱节点抗震性能试验研究

为了提高装配式梁柱节点的抗震性能,提出了节点核心区配置附加钢筋和梁端一定范围浇筑活性粉末混凝土(RPC)实现梁端塑性铰位置转移的方案。以附加钢筋深入梁端长度和梁端后浇注RPC长度为变化参数,设计制作6个足尺装配式RPC叠合梁-高强混凝土(HSC)柱边节点试件和1个整体现浇节点试件进行拟静力试验,研究了节点的承载性能、延性、滞回性能、刚度、耗能能力以及破坏形态。结果表明:两种塑性铰外移设计均实现了梁铰耗能机制;与整体现浇节点相比,节点核心区配置附加钢筋节点的位移延性系数提高1.7%~10.3%,峰值荷载提高11.64%~56.71%;梁端后浇RPC节点的位移延性系数提高7.8%~11.4%,峰值荷载提高9%~14%。仅采用梁端后浇RPC实现塑性铰的转移时,建议梁端后浇RPC长度为梁截面高度的1/2。

重金属Cu(Ⅱ)在球黏土中的吸附特性

通过批式吸附试验,考察球黏土对Cu(Ⅱ)的吸附效果,重点分析吸附时间、吸附剂用量、pH值以及初始质量浓度的影响。结果表明,Cu(Ⅱ)在球黏土上的吸附是一个先快速而后缓慢的过程,在60 min基本达到吸附平衡,且吸附量和吸附率随球黏土用量和Cu(Ⅱ)初始质量浓度的升高而提高。pH值对球黏土的吸附量有较大的影响,当pH值为6时,球黏土的吸附量可达97.93 mg/g。球黏土对Cu(Ⅱ)的吸附符合Langmiur等温吸附模型,拟合得到的最大吸附量为202.383 mg/g,准二阶动力学模型更适合描述球黏土对Cu(Ⅱ)的吸附过程,说明控制吸附速率的主要是化学吸附。与其他常见的黏土吸附剂材料相比,球黏土对Cu(Ⅱ)具有良好的吸附性能,可以作为天然矿物吸附剂来处理含Cu(Ⅱ)废水。