模拟管网系统主体水浊度变化规律研究

以氯胺为消毒剂,炭滤后出水为实验用水,通过模拟管网系统中试实验,研究了水力工况、pH值、水温及铁释放对管网主体水浊度变化的影响。结果表明:水力工况、pH值、水温及铁释放对管网水浊度的变化影响显著。随着流速增加,浊度相应增加;水力工况的突然改变是引起浊度上升的主要原因;给水管网长时间以某一流速稳定运行时,部分引起浊度的物质会发生二次沉淀。pH越低,浊度上升速率越快。温度的急剧变化是引起管网水浊度短时期内突然上升的重要原因。相同时间段内,温度变化幅度越大,浊度上升幅度越大。管网水浊度与总铁含量存在一定的线性关系,浊度随总铁含量的增加而升高;铁的释放是导致管网水中色度、浊度等水质指标增加的重要原因。     

硫酸根和碱度变化对管网铁释放的影响

针对水源切换后给水管网中出现的水质超标现象,开展了硫酸根浓度和碱度变化对管垢铁释放的影响研究。利用实验室管段模拟反应器,对比分析了不同硫酸根浓度和碱度对管垢铁释放的影响差异。结果表明,硫酸根浓度增加造成管网水质恶化的响应速度与硫酸根浓度呈正相关,硫酸根浓度越高则响应速度越快。在管垢铁释放的影响因素中,和碱度相比,硫酸根浓度是首要影响因素。在低浓度硫酸根对管垢铁释放无明显影响的情况下,碱度变化对管垢铁释放也基本无影响;而在高浓度硫酸根造成管垢溶解破坏发生铁释放的情况下,随着碱度的降低,铁的释放量明显增加。     

济南某给水管网内壁腐蚀管垢特性及成因分析

使用扫描电镜、X荧光光谱分析、X射线衍射等方法对济南市某典型供水区域给水管网中铸铁管和镀锌管管垢进行微观形态、化学成分及化合物构成分析。分析结果表明,铸铁管上的管垢呈针状或石林状,有明显的三层结构,镀锌管上的管垢则是松散颗粒组成的球状结构,管垢特征不同主要与水力条件和管道材质有关;铁、氧、钙是管垢的主要构成元素,α-Fe OOH、Fe3O4、Ca CO3是管垢的主要物相,其中铁的主要来源为管道内壁腐蚀,钙的主要来源则为水中所含的大量钙离子。     

基于氧化还原电位调节的管网铁释放控制特性

针对水源切换引发的供水管网铁释放问题,研究了基于游离氯和氯胺调节管网水氧化还原电位(ORP)对铁释放的控制特性。研究表明,ORP≥300 m V时,氧化还原电位与游离氯具有显著正相关性,而与氯胺无相关性。采用游离氯消毒时,在低氧化还原电位(ORP≤300 m V)条件下,管壁的铁锈垢发生还原反应,铁释放随着腐蚀性阴离子浓度的升高而显著增强;在高氧化还原电位(ORP≥400 m V)条件下,管壁的铁锈垢基本稳定,离子强度的升高对铁释放基本无影响。采用氯胺消毒时,管网水的ORP300 m V,管壁的铁锈垢易发生还原反应而引发铁释放,且离子强度越高,铁释放速率越快。可见,游离氯具有更高的氧化还原电位,对管网铁释放具有更优的控制效果。因此,当水源切换为有机物等耗氯物质含量显著降低的优质水源后,建议水厂将氯胺消毒切换为游离氯消毒。     

调节拉森指数和碳酸钙沉淀势对管网铁释放的影响

拉森指数(LR)和碳酸钙沉淀势(CCPP)是表征管网水质化学稳定性常用的指标,但这两个指标对给水管网铁释放的影响规律和机理目前并不清楚。从实际管网中挖取具有不同通水历史的无内衬铸铁管搭建了4套模拟管网中试装置,以投加不同药剂的方式调节管网进水的LR和CCPP,系统研究了不同水质参数调节方式对管网铁释放行为的影响。结果表明,尽管通过增加硫酸根和氯离子浓度的方式提高LR到同一水平时都会促进管网铁释放,但相同当量的氯离子对铁释放的促进作用明显大于硫酸根。当投加不同药剂提高管网进水的pH值、碱度、钙硬度以达到相同CCPP(17 mg/L)时,管网铁释放表现出较大的差异:投加强碱NaOH改变pH值时,不仅不能有效抑制铁释放反而会有促进作用;投加CaCl_2的方式由于氯离子的引入导致LR升高从而对铁释放有明显的促进作用;投加NaHCO_3、Ca(OH)_2以及Ca(OH)_2和CO_2联用提高CCPP时,由于同时降低了LR,因而对铁释放有明显的抑制作用。研究还发现,钙离子的实际沉淀量与CCPP并不直接相关,而与铁释放速率表现出显著的正相关性。     

低pH低碱度水源水引起供水管网黄水的控制措施

针对我国南方水源水低pH值、低碱度水质特征引起供水管网"黄水"问题的控制技术开展了系统研究,确定了管网水pH调节技术和余氯保持技术为经济可行的控制措施。研究结果表明,提高管网水pH值对铁释放具有明显的控制作用,且总铁释放量与pH值呈现出显著负相关性。采用Ca(OH)2调节管网水pH值对铁释放的控制效果略优于NaOH,分析原因是投加Ca(OH)2在提高管网水pH值的同时增加了管网水的硬度,有利于管垢稳定性。保持管网水较高的余氯浓度对管网铁释放具有一定的控制作用。     

不同管网腐蚀与水质稳定性中试研究

通过中试对再生水和饮用水在带水泥内衬的新球墨铸铁管和不带水泥内衬的新球墨铸铁管管网中的腐蚀及水质稳定性进行了研究。8个月中试研究证实:带水泥内衬的球墨铸铁管腐蚀较轻,水质稳定性好,但可能会引起钙离子释放而造成水质硬度增加;不带水泥内衬的球墨铸铁管虽然一开始有一个快速腐蚀阶段,但随着致密氧化层的出现,生物膜上生长出铁氧化菌、铁还原菌和硫酸盐还原菌等细菌,铁还原菌与腐蚀产物之间的相互作用可以加速氧的消耗,有效抑制管网腐蚀,保持管网水质稳定性。     

北京某水厂模拟管网内部腐蚀特性分析

以北京市某大型水厂活性炭滤后水为原水，构建了两套流量均为3m^3／h的非循环管网模拟系统（分别采用间歇运行和连续运行），考察了两系统的管网内部腐蚀特性。结果表明，当管垢层趋于稳定时，管垢中的亚铁／总铁值为30％～70％，且在相同的管径下，间歇运行的管网其管垢中的亚铁含量比连续运行的管网要高；垢层中所含的元素有Zn、Fe、Ca、S、Si，其中以Zn和Fe为主；管垢中的腐蚀产物部分是以晶体状态存在的，晶体的成分主要为α—Fe（OH）2、Fe2O3、CaCO3、CaSiO3及其络合产物；管道的腐蚀速率随水温和流速的提高而加快，间歇运行管网的管道腐蚀速率比连续运行的快。     

铁质金属供水管道的内腐蚀研究进展

铁质金属供水管道是我国使用最广泛的供水管材,其腐蚀问题是导致管网漏失和爆裂的主要原因。长期运行过程中,管道内壁腐蚀生成的不规则腐蚀管垢,不仅会降低管网的输送能力,还会发生铁释放导致的"红水"现象,严重影响管网的安全稳定运行。分别从腐蚀研究方法、腐蚀影响因素、腐蚀管垢研究以及非常规水源进入管网引起的腐蚀问题等四个方面,综述了铁质金属供水管道的内腐蚀研究进展,并对目前供水管道腐蚀研究存在的局限性进行了总结,进而提出了面向未来的供水管道腐蚀研究新方法和新思路,以期从本质上掌握铁质供水管道的腐蚀问题及其引起的管网水质恶化的症结,并准确揭示供水管网的水质稳定性控制机制,从而为保证供水管网的安全运行奠定坚实的理论基础。     

我国城市供水管网铁释放问题研究现状

我国关于管网铁释放问题的研究自2005年以来日渐蓬勃,已有不少较为深入的理论研究和控制对策的广泛应用。根据我国管网及供水特点,突变的水质参数与管垢特性是影响管网铁释放的主要因素,在水质参数方面的研究成果众多,一些成果已较好地解决了实际问题;少数研究则建立了铁释放的经验统计模型,并进行了模型的应用。此领域研究的问题是需进一步在管垢对水质的影响方面进行开拓,寻求能够表征这种影响的确切参数。     

Effizienzsteigerung von Textilbeton durch Einsatz textiler Bewehrungen nach dem erweiterten Nähwirkverfahren

Textilbeton ist ein neuer, effektiver und sehr innovativer Baustoff zur Verstärkung von Tragwerken. Im Rahmen der laufenden Forschung stehen die weitere Verbesserung des Verstärkungsverfahrens und die stetige Weiterentwicklung der Faser‐Matrix Kombination im Mittelpunkt der Untersuchungen. Aufgrund der hohen Garnzugfestigkeiten sind bei Verwendung textiler Bewehrungen aus Carbon sehr effektive Verstärkungen herstellbar. Bei ungünstiger Konfiguration der textilen Bewehrungen können jedoch verbund‐ und festigkeitsschädigende Rissbildungen innerhalb zugbeanspruchter Textilbetonbauteile auftreten. Diese Rissbildungseffekte werden in Abhängigkeit von der Belastung maßgeblich durch die wirkenden Verbundkräfte und die verarbeitungsbedingte Garnwelligkeit beeinflusst. Dabei ist die Gefahr eines Verbundversagens durch Delamination besonders in den Bereichen der Lasteinleitung in die textile Bewehrung, wie z. B. Endverankerungen und Übergreifungsstößen, kritisch. Dies führt zu einer Reduzierung der nutzbaren Zugtragfähigkeit der textilen Bewehrung im Gesamtbauteil. Um die Effizienz der textilen Bewehrung zu erhöhen, wurde daher ein verbessertes Textilherstellungsverfahren auf Basis der Nähwirktechnik entwickelt. Dadurch wird die ungünstig wirkende Garnwelligkeit deutlich reduziert. Der vorliegende Aufsatz beschreibt vergleichende Untersuchungen der Verbund‐ und Festigkeitseigenschaften zugbeanspruchter Textilbetonbauteile. Die Ergebnisse zeigen, dass mit der Entwicklung des erweiterten Nähwirkprozesses ein maßgeblicher Schritt im Hinblick auf eine weitere Verbesserung der Eigenschaften des Textilbetons erreicht werden konnte. Efficiency Increase of Textile Reinforced Concrete by Use of Textile Reinforcements from the Extended Warp Knitting Process The composite material textile reinforced concrete (TRC) is a new, effective and very innovative method for the strengthening of load bearing structures. Apart from further improvements to the strengthening methods, a continual further development of the fibre‐matrix combination is at the centre of ongoing research. Due to the high tensile strengths of textile reinforcements made of carbon, it enables very effective strengthening of concrete constructions. However, if the textile fabrics are unfavourably configured, bond and strength damaging crack formations within TRC members can occur. Depending on the load, these crack formation effects are substantially influenced by the bond and the size of yarn undulation, which depends on the processing of the fabric. The danger of bond failure by delamination, which particularly occurs in areas of concentrated load introduction into the textile reinforcement, such as final anchorages and overlaps, is especially critical. It results in a reduction of the usable tensile load bearing capacity in the entire member. For this reason, an improved textile manufacturing method based on warp knitting technology was developed. By means of this method, yarn undulation can be reduced considerably. The article on hand describes comparative examinations of the bond and strength properties of tensile loaded TRC elements. The results show that the development of the extended warp knitting process was a substantial step toward a further improvement of the properties of TRC.     

Feuchtesensoren in der Bauwerksüberwachung

Die Bestimmung des Wassergehalts und insbesondere der orts‐ und zeitabhängigen Feuchteverteilung in Baustoffen hat in der Forschung, Baustoffentwicklung, Bauwerksdiagnose und Bauwerksüberwachung einen besonderen Stellenwert. Bei der Untersuchung von Schadensursachen muss an Bauwerken in der Regel die Baustofffeuchte mit bewertet werden, da sowohl wesentliche Baustoffeigenschaften als auch die Dauerhaftigkeit von Bauwerken in entscheidendem Maße von deren Wassergehalt abhängig sind. In jüngster Zeit werden Feuchtesensoren eingesetzt, um die Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit von Instandsetzungs‐ bzw. Schutzmaßnahmen zu kontrollieren. Dies soll es dem Bauherrn ermöglichen, rechtzeitig Maßnahmen einleiten zu können, bevor Schäden infolge von Wasser‐ bzw. Chloridzutritt auftreten können. Condition Assessment with Moisture Sensors The determination of the water content in construction materials and in particular with regard to its depth and time dependent distribution is of high interest in the area of research, material development and condition assessment of structures. The assessment of the reason of damages mostly require to regard the moisture content of structures, because the moisture content basically affects material properties and the durability of structures. Recently moisture sensors have been used to control the functionality and durability of repair and protection measures. This enables the owner to carry out accurately timed measures to prevent damages due to the ingress of water and chlorides.     

Umlagerungsverhalten von Plattentragwerken aus Stahlfaserbeton

Das Tragverhalten von Platten aus Stahlfaserbeton ist von starker Nichtlinearität durch Rissbildung und großen traglaststeigernden Umlagerungen geprägt. Für ihre Berechnung und Bemessung wird ein nichtlineares Verfahren vorgestellt. Es basiert auf einer elasto‐plastischen Schädigungsbeschreibung des Faserbetons mit eingebetteter Betonstahlbewehrung und einer Finite Elemente Diskretisierung des Stabstahls und der Platte mit regularisierter Verschmierung der Rissbildung im Elementnetz. Das Verfahren wird an einer punktgestützen Stahlfaserbetonplatte eines Großversuchs angewendet und verglichen mit anderen gängigen Methoden, nämlich einer linear‐elastischen Schnittgrößenermittlung bzw. der Bruchlinientheorie. Zur Bemessung erweist es sich als sehr geeignet, allerdings – ähnlich den beiden anderen Verfahren – abhängig von der angenommen Rissbildung, der Nachrisszugfestigkeit und geometrischen Größen. Redistribution Effects of Steel Fibre Reinforced Concrete Slabs Numerical Computation and Design The bearing behaviour of steel fibre reinforced concrete (SFRC) slabs is mainly affected by nonlinearity due to cracking and redistribution effects leading to an increased bearing capacity. A nonlinear approach for structural analysis and design of such structures is presented. It is based on an elasto‐plastic damage theory to model material behaviour of SFRC and allows for additional embedded rebars. By adopting a finite element discretisation of the slab structure a regulated smeared modelling of cracking is achieved. Further the nonlinear model is applied to a full scale test of a SFRC flat slab structure and results are compared to alternative already well established methods, namely a linear elastic analysis and the yield line theory. The proposed method is proven to be very suitable for design but – alike the alternatives – depends on assumed crack patterns, residual tensile strength of the SFRC and geometrical parameters.