环境友好磷化镍催化剂的HDN 性能研究论文（精选五篇）

第一篇：环境友好磷化镍催化剂的HDN 性能研究论文

实验部分

1.1 实验药品

随着人们环保意识的增强对油品中的硫氮含量要求越来越严格，传统的催化剂已不能满足日益提高的要求。过渡金属磷化物与 TiO2改性γ-Al2O3作为一种新型的加氢催化剂有着优越的潜力[1,2]。本文采用原位还原技术制备出 Ni2P/TiO2-Al2O3催化剂，以喹啉为模型化合物对催化剂的加氢脱氮性能进行评价，结果表明该催化剂具有优良加氢脱氮效果，应用前景非常广阔。

1.2 催化剂的制备

1.2.1 TiO2-Al2O3复合载体的制备

将一定量的钛酸四正丁酯溶解在无水乙醇中，加冰醋酸使之与钛酸四正丁酯形成螯合物，得到颗粒细小且均匀的胶体溶液。将无水乙醇、去离子水以及盐酸的混合液溶滴加到溶胶中，加入一定量的模板剂，搅拌 2 h;缓慢加入 A12O3水溶液，形成坚硬凝胶，放入干燥箱中，在 120 ℃下恒温干燥 24 h。将制得的晶体研成粉末后放入马弗炉中 550 ℃恒温焙烧 4 h，得到 TiO2-Al2O3复合载体。对应不同钛铝比，制备了四种载体，其 TiO2与 A12O3比分别为 1∶2、1∶4、1∶6 和 1∶8，将其分别记为 TA12、TA14、TA16、TA18。

1.2.2 催化剂的制备

将计量好的硝酸镍和磷酸二氢铵溶于去离子水中，将溶液逐滴滴加到钛铝复合载体粉末上。室温下浸渍 12 h，在干燥箱中 120 ℃恒温 12 h，再于马弗炉中程序升温至 550 ℃焙烧 4 h，制得催化剂前驱体。前驱体氧化镍的还原在连续固定床高压微反装置上进行，首先将催化剂前驱体压片破碎，采用程序升温法进行还原，得到 Ni2P/TiO2-Al2O3催化剂。制得磷化镍负载量不同的载体，其负载量分别为10%、15%、25%和 35%。结果与讨论

2.1 催化剂活性评价

2.1.1 不同 TA 摩尔配比的复合载体对催化剂 HDN活性的影响

以含 1%(wt)喹啉的正十二烷溶液为模型化合物，考察催化剂的 HDN 活性，在反应压力 3.0 MPa，温度 360 ℃，氢油比 500，空速 3.0 h-1的条件下进行 HDN 反应。

2.1.2 模板剂用量对催化剂加氢脱氮性能影响

模板剂对复合载体的结构有着重要影响，模板剂的加入对改善载体的比表面积和孔结构起重要作用。本实验以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂，以模板剂和钛酸丁酯摩尔比分别为 1/2，1/3，1/5，1/8 和 1/10 的复合载体制成 Ni2P/TiO2-Al2O3催化剂，考察不同模板剂用量对催化剂加氢活性的影响，选用 TA14 载体，Ni2P 负载量为 25%(wt)的催化剂进行实验，在反应压力 3.0 MPa，温度 360 ℃，氢油比 500，空速 3.0 h-1的条件下进行 HDN 反应。

2.1.3 活性组分负载量对催化剂 HDN 活性的影响

活性组分是催化剂主要活性中心，负载量不同对催化剂活性有较大的影响，实验中进一步考察活性组分负载量对催化剂 HDN 性能的影响，实验采用磷化态的 Ni 作为催化剂的活性组分，镍磷摩尔比为 2:1.3，分别采用 10%，15%，25%和 35%(wt)的Ni2P 活性组分负载量，并以 TA14 作为载体，考察Ni2P 活性组分负载量对催化剂活性的影响，在反应压力 3.0 MPa，温度 360 ℃，氢油比 500，空速 3.0 h-1的条件下进行 HDN 反应。结 论

(1)试验结果表明：制备复合载体最佳钛铝比n(Ti)/n(Al)=1/4，在压力为 3 MPa，体积空速为 3 h-1，氢油体积比为 500，反应温度为 360 ℃的条件下，催化剂的加氢脱氮活性最高，可达 98%。

(2)复合载体制备过程中模板剂用量对Ni2P/TiO2-Al2O3催化剂的加氢脱氮性能的影响显著，确定模板剂和钛酸四正丁酯最优摩尔比为 0.2。

(3)当负载量为 25%(wt)时，达到了 Ni2P 在TA14 载体上的分散阚值，此时 Ni2P 催化剂的 HDN活性达到最大。

第二篇：环境友好型生物降解材料聚乳酸的性能研究的总结

环境友好型生物降解材料聚乳酸的性能研究的总结

通过通读环境友好型生物降解材料聚乳酸的性能研究，我了解到：聚乳酸（PLA）作为绿色环保型可 降解材料，正在受到越来越多的关注，运用的范围也越来越广泛。聚乳酸的简介：

聚乳酸是由乳酸在适当条件下脱水缩合而成，常温下为 白色粉状固体，而乳酸则由一般是以含淀粉的小麦、稻谷、玉米、红薯、土豆以及甜菜等农作物为原料发酵法生产而成，制作成本低廉，原料来源充分且可以再生，且成本较低，有助于用于工业大量生产。聚乳酸产品可以生物降解，无污染，可实现在自然界中的循环，是理想的高分子材料。

PLA 的结构就是乳酸单体的重复结构，而乳酸分子中有一个不对称的碳原子，具有旋光性。因此PLA具有几种旋光异结构。PLA 的强度和热稳定性随着分子量 的增大而提高，只有当分子量达到一定程度才有使用价值，分子量太低的话很容易就分解，不可用于实用。PLA是由乳酸合成的，合成方法主要有两种：直接缩聚法和丙交酯开环聚合法（二步法）。直接缩聚法具有反应成本低、聚合工艺简单、不使用有毒催化剂等优点。但是直接合成法要获得高分子量的聚合物必须注意以下三个 问题：(1)动力学控制；(2)水的有效脱出；(3)抑制降解[5]。直接缩聚法主要有两种，一种是溶液聚合，另一种是熔融聚合。另外还有一种固相聚合法。

溶液聚合法:溶液聚合反应在生产上被广泛用来生产油漆、涂料、聚氨酯等，反应可以在纯溶剂中进行，也可以在混合溶液中进行。反应液在高真空和相对低的温度下，水与溶剂形成共沸物被脱出，其中夹带丙交酯的溶剂经过脱水后再返回到聚合反应器中。因此溶液聚合法能很好地抑制解聚副反应的速率，可以在较长的时间内合成出相对较高分子量的PLA。溶液聚合法的基本特点是：溶剂的存在使得反应比较缓和而且平稳，有利于热量交换，避免了局部过热现象。但不便于操作，要求采用高真空，装置复杂； 同时高沸点溶剂的使用给 PLA 的纯化带来困难，反应后处理相对复杂，因此生产成本较熔融缩聚法高。

熔融缩聚法:乳酸的本体熔融聚合—直接法合成PLA，是指在反应原料中不加溶剂，使原料单体和缩聚产物在反应体系熔融温度以上（一般高于熔点10~25℃以上）进行的缩聚反应。熔融缩聚的特点是反应温度高，有利于提高反应速率和低分子副产物的排出。但反应体系粘度太大，缩聚反应后期产生的水很难从体系中排除出去，很难得到分子量较高的PLA，所以在生产过程中应注意小分子水的及时有效脱除。熔融缩聚法反应比溶液聚合简单、可不使用有毒催化剂，得到的 PLA 产物无需后处理，因此有望大大降低PLA的合成成本，代表着 PLA 合成的未来发展方向。

固相聚合法： 固相聚合法是指具有一定分子量的PLA在 Tg-Tm 之间进行再缩聚的工艺。固相法通常要求 PLA的分子量达到足够大，此时反应体系存在的痕量的水可以在高真空条件下排除。由于反应温度低于 Tm 产生结晶，因此固相法实际上是 PLA 晶相间的原位缩聚，PLA 的分子量分布较宽。直接法合成PLA对的原料纯度要求很高，乳酸中若含有几十ppm的单官能团杂质就会使聚合产物分子量大大下降。乳酸的分子间氢键作用很强，沸点很高，提高温度或真空度都会引起聚合反应，因此难以通过减压蒸馏的方法提纯。要得到高分子量的 PLA 必须从乳酸的生产做起，而国内目前这种要求很难达到。

丙交酯开环聚合法(两步法)：开环聚合法即首先由乳酸脱水环化为聚合单体—— —丙交酯，副产物水在这一步除去，然后对丙交酯精制提纯，再进行开环聚合。在制备丙交酯的过程中，根据小分子水的脱除方式不同，可分为减压法和常压气流法。丙交酯开环聚合如下图所示。

丙交酯开环聚合法生产路线长、工艺复杂、成本高，特别是在丙交酯精制中需多次提纯与重结晶、耗用大量试剂、产品产率低，因此要获得分子量较高的聚乳酸，提高丙交酯的产率和纯度是关键。目前，国内对 PLA 的研究和开发主要处理起步阶段。美国和西欧在这方面处于领先地位，世界上PLA原料的生产也主要集中在这些地方。PLA 产品的原料来源于每年再生的天然资源，对人类的可持续发展具有极其重要的意义。由于 PLA 材料无与伦比的生物降解性，因此在通用高分子领域PLA将会有更为广阔的应用前景。而我国要想解决解决长期以来困扰国民经济可持续发展的 “ 白色污染” 问题，应加大对 PLA系列产品的开发和应用。

第三篇：广西储粮粮仓类型与性能探讨研究-论文

毕业生论文

题 目：广西储粮粮仓类型与性能探讨研究

自从广西粮食部门改革以后，至今全区储粮粮仓没有根本的改变，不论是区直库还是各市、县粮库（所），绝大部分高大、小型平房仓是上世纪八十、九十年代所建，有的瓦房仓还是上世纪六十、七十年代所建，如何利用好这些粮仓，确保储粮安全，是全区每位粮食工作者所面临的一大挑战。

自2000年以来，广西区粮食局在部分区直库新建、扩建和改建部分粮仓，新建粮仓均为高大平房仓，这些新仓库仓储设备、功能较齐全，为改善全区仓储设备落后状况，缓解储备粮仓容紧张局面，起到了很大的作用。

目前，全广西储粮粮仓类型主要是以高大和小型平房仓为主，不管是新建的高大平房仓还是旧的高大、小型平房仓都普遍出现仓顶隔热性能差，仓顶、仓墙、门窗气密性能差的问题。为了改善仓房的隔热性和气密性，使四项新储粮技术能顺利地在新、旧粮仓中推广应用，全区各粮库（所）不得不对新仓和旧仓进行隔热和气密性改造，经过多年的努力，相当数量的新旧平房仓已改造完毕，想出了不少好的办法和好的措施，为此本人收集一些资料并结合田东粮食储备库（以下简称田东粮库）的一些做法和成果进行分析和总结，供探讨。高大平房仓的隔热

1.1平房仓仓顶结构与隔热性的关系

仓房的外围结构，特别是房式仓的屋面是外界热量传入仓内的主要途径。据有关文献报道，仓顶传入的热量比墙身大16倍，370mm厚仓墙传入的热量为9.84kJ／h·m2，平房仓仓顶（瓦）传入的热量为159.7kJ／h·m2，而且仓顶的表面积一般要比仓墙大1.4倍左右。

1.2 仓房的隔热性与低温储粮技术的实施密切相关

低温储粮无论是对保持储粮品质还是有效控制有害生物对粮食的危害都是行之有效的措施，在当前推广的绿色储粮工程中低温储粮技术为首选的方法。高大平房仓中采用低温储粮技术，首先要对仓房进行隔热处理。1.3 隔热主要材料

目前我国粮库常用的低温隔热材料主要有消毒砻糠、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、铝箔波纹纸板。其中消毒砻糠、膨胀珍珠岩、聚苯乙烯泡沫塑料、铝箔波纹纸板价格比较低，为更多粮库采用。1.4 屋顶隔热结构

低温粮库的屋顶隔热结构最常见的有直贴式和阁楼式。

直贴式。在原有仓顶的基础上直接将防潮层和隔热层粘贴或连接固定上去，因通常仓库屋顶均具备防潮层，所以一般只将隔热材料固定在仓顶内表面即可，工程量较小，如果选用板型隔热材料如聚苯乙烯泡沫塑料，则施工更方便。

阁楼式。利用阁楼使屋顶与仓房隔开，并且两者之间留有空气隔热层。这样进一步降低了由于仓外温度影响和太阳辐射进入仓内的热量，提高了隔热效果。阁楼式是目前仓房隔热改造常采用的形式，且隔热效果优于直贴式。

高大平房仓的气密性

2.1 新建平房仓气密性差，影响新储粮技术推广

我国有关规程规定新建高大平房仓压力从500Pa降到250Pa时半衰期应≥40s，这标准远低于发达国家的标准。实践证明，该标准不能满足科学储粮对仓房的要求。然而即使如此我国新建高大平房仓中有相当数量的仓房气密性仍不达标。2.2 仓房气密性是环流熏蒸的关键

对虫粮的熏蒸，仓房的气密性尤为重要。气密性差的仓房，熏蒸剂在未达到要求的密闭时间前就大量泄露，导致害虫未致死而产生抗药性，仓房周围因毒气泄漏，而造成因环境污染对人类健康构成危胁，因此仓房密闭事关重大

2.3 仓房密闭性能指标

仓房密闭处理质量应达到坚固耐久、不漏气、不开裂，外观光洁、平整、无裂纹、无皱、无脱皮、密闭所在部位与原平房仓各部位于粮面应协调统一，尽可能不出现明显痕迹。

密闭处理材料以固邦中性粘胶、密封胶、塑料布、无纺布、丙酮。仓顶隔热改造实例

田东粮库现有1994年建成使用的粮仓一栋，2002年建成使用的粮仓二栋，2003年建成使用的粮仓一栋，四栋13厫间均为高大平房仓，另有4千吨仓容的瓦房仓（上世纪七十年代所建），全库总仓容３．３万吨。新建的高大平房仓系我区首次选用的仓型，仓储设备、功能较齐全，但安全储粮问题尚无完整的实践经验，也无成形的可借鉴的储粮技术规范，粮仓设计人员在设计时从土建角度考虑较多，对粮仓的储粮功能考虑较少，对新仓拟采用的新储粮技术考虑更少，因此，新建高大平房仓普遍出现仓顶隔热性差，仓顶、仓墙、门窗气密性差的问题。

针对以上问题，田东粮库从2004年开始对高大平房仓仓顶进行隔热处理，经过多次试验，最后采取的方法是用4㎝厚的聚苯乙烯泡沫塑料平放在仓顶，用铁线、螺钉坚固，最后用白水泥、腻子粉、石灰膏，按１：１：１比率做成糊状胶浆，涂刷厚度０．１５㎜，涂刷要均匀，隔热效果良好。当外温达到３８℃时，对照仓供板隔热层温度为５２℃，仓温为３９℃，上层粮温为３５℃，试验仓供板隔热层为３９℃，仓温为３３℃，上层平均粮温为２8℃。从以上的对比结果得出结论，主要是减少了太阳对仓房的热传递。

４

采用环流熏蒸的高大平房仓密封实例

田东粮库把旧仓库的门改造为密闭保温门，还把新旧仓库全部的铝合金玻璃推拉窗改造为密闭保温窗，在门、窗内墙框沿用手割机割出一条槽，把薄膜槽钉上，然后补平密封，待干后压入薄膜密封。

田东粮库的环流熏蒸系统与机械通风系统是合用的，新旧粮仓通风系统全部是地上笼，全部地上笼口已改造为不绣钢密闭笼口，密封性能良好。

田东粮库的储粮仓库，均为散装粮仓，因为单靠密封门窗要想获得很好的环流熏蒸效果是较难的，所以采用塑料薄膜密封粮面的“常规投药膜下环流熏蒸技术”，熏蒸效果大大提高，用药量比一般熏蒸大大减少，全库各储粮粮仓年熏蒸次数均为一次。

５ 机械通风技术应用实例

机械通风是目前广泛采用的一种储粮技术，在安全储粮中起着重要的作用，不仅可以降温降水，还可以对储粮进行调质。田东粮库的储粮粮仓全部安装有地上笼通风系统。为机械通风的实施提供了很好的自身优势。几年来，田东粮库对夏季新收购的温度高、水分超过安全标准的粮食，高大平房仓每个仓均采用单管风机配合三台５．５ｋｗ离心风机进行及时通风降温降水（旧瓦房仓每个仓使用一台），每天晚上开机六个小时，连续通风三至五个晚上，使平均粮温降至最低，同时避免因温差过大而产生的结露。

因为全年高温天气时间较长，所以一定要抓住冬季外温低的有利时机进行机械通风，降低粮温。田东粮库的方法是：每年十二月降温前对虫粮仓库进行熏蒸，根据各仓不同粮情，选择不同通风时机、通风时间和通风方式。为了减少水分减量和控制粮温回升速度，一般启用单管风机配合轴流风机（排风扇）通风的方式进行降温，尽量少用大功率的离心风机，在降低成本的同时，也改善了储粮工艺。夏季利用晚上温度较低的时候启用轴流风机降仓温（没有冷却机）。微机粮情测控系统运用实例

田东粮库的微机粮情测控系统在2007年已安装使用，效果很好。能快速、准确测到仓内外的温度、湿度和各测粮点温度情况，即减轻了保管员的工作难度，也为管理人员第一时间掌握储粮情况提供了方便，为确保储粮安全提供了准确的数据。结论

广西各粮库（所）每年一定要投入一定的资金，对高大、小型平房仓特别是瓦房仓的隔热性能和密闭性能进行改造。

环流熏蒸系统为确保储粮安全起到很大作用，不仅能快速、均匀、有效的一次性致死害虫，还可以对粮堆进行内环流调节粮温、水分等调质功能。在资金不足时，可以安装一套简易的环流熏蒸系统。

机械通风主要有降低粮温、处理发热粮或高温粮、降低粮食水分和在出库前对粮食调质通风等功能。在资金不足时，可以安装猪笼式或隧道式通风系统。

微机粮情测控系统是目前最理想的一套测温系统，值得推广。

第四篇：再生混凝土的研究现状及其基本性能论文

目 录

摘要................................................................2 第1章 研究的目的、方法、现状.......................................3 1.1 研究的目的及意义............................................3 1.2 研究的方法..................................................3 1.3 研究的现状..................................................4 1.3.1 国外研究现状...........................................4 1.3.2 国内研究现状...........................................4 第2章 再生混凝土在粗、细骨料及再生墙体领域研究现状.................5 2.1 再生混凝土及再生墙体的基本性能..............................5 2.1.1 再生混凝土的基本性能...................................6 2.1.2 再生墙体的基本性能.....................................7 2.2 再生混凝土粗、细骨料研究现状................................7 2.3 再生墙体研究现状............................................8 第3章 促进废旧材料再利用健康发展的对策探索.........................9 3.1 废旧材料再利用的基本方法....................................9 3.1.1 回填掩埋法.............................................9 3.1.2 加工骨料法............................................10 3.1.3 还原再利用............................................10 3.1.4 堆山造景的处理方式....................................10 3.2 废旧材料再利用在旧城改造中存在的问题.......................11 3.3 废旧材料再利用建议.........................................11 3.3.1 创新废旧材料再利用管理模式............................12 3.3.2 产学研政联动、提升废旧材料再利用技术水平..............12 3.3.3、增强宣传教育、提高废旧材料再利用产品的社会认可度.....12 3.3.4 推进废旧材料再利用产业化..............................12 第4章 结论及展望..................................................13 4.1 结论.......................................................13 4.2 展望.......................................................13 参考文献...........................................................14 附录A.............................................................15 致 谢.............................................................17 1

摘要

二十世纪以来,建筑业的快速增长消耗大量环境资源,与此同时爷产生大量的建筑废弃物。相比发达国家,我国建筑废弃物再利用尚处于初级阶段,目前多数建筑废弃物用于基础回填,属于低等级循环利用,其经济效益和社会效益并不令人满意。在我国践行可持续发展为主题、环境友好型社会为建设目标的现在，建筑垃圾回收利用，已变成不可逃避的课题。

本文在废旧材料回收方面的研究，首先对废旧材料再生利用的目的、再生利用发展现状进行分析，重点总结了国内外废旧材料再利用的发展趋势；其次对再生混凝土在粗骨料、细骨料以及再生墙体领域的研究现状做了详细的介绍，并对再生混凝土和再生墙体的基本性能展开阐述；最后本文总结了废旧材料再生利用的一般处理方法，通过分析废旧材料再利用在发展中存在的问题，提出了我国未来废旧材料发展的建议，希望能为我国的新型城镇化建设提供理论参考。

关键词：建筑废弃物，低级循环，可持续发展，再生利用

第1章 研究的目的、方法、现状

1.1 研究的目的及意义

废旧材料资源化开发利用制作成的再生骨料，全部（或部分）替代天然骨料，一方面可以减少对天然矿产资源的开发，还可以缓解因废旧材料露天堆放所造成的环境污染。另一方面随着建材制品日新月异，废旧材料资源化利用发展趋势会导向绿色高性能混凝土和多功能环保材料研究，特别是结构性混凝土、预应力混凝土、新型绿色隔墙板、室外装饰挂板、高性能的透水砖等，同时再生骨料的应用，替代天然骨料后取代率的增加，加上制品性能要求越来越高，因减少了天然骨料的掺量，节省了矿产资源；随着市场的需求量逐年增加，压缩了建筑中混凝土成本，实现了建筑与环境的良性循环。

再生保温混凝土同时具备了普通混凝土的承重能力，保温混凝土的保温性能，再生混凝土的环保性能，符合国家建筑材料的相关规定，与此同时代表了我国绿色环保型建筑材料未来的发展方向。再生保温混凝土是集合新型的轻质保温材料，再生骨料以及高性能的外掺料于一体的新型绿色混凝土，其在集合各种材料优势的同时也可以起到相互弥补单一材料不足的作用，因此是一种值得探索研究的新型建筑材料，再生混凝土具有较高的研究价值。

1.2 研究的方法

（1）比较分析法。由于我国开展废旧材料再生利用方面的相关研究较晚，国外进行研究较早，且废旧材料的再利用率达到 90%以上。因此，借鉴国外废旧材料资源化经验，构建我国废旧材料回收利用模式是必要的。

（2）文献研究法。本文通过搜集、鉴别、整理以及研究大量的文献，形成对废旧材料循环利用以及处理模式的认识。了解国内外对废旧材料的成功处理模式及相关理论著作，对于提出新型城镇化过程中的废旧材料循环利用模式有很大帮助。

（3）实证研究法。本文以对温州市废旧材料处理模式的具体研究为例，分析不同废旧材料循环利用模式的优劣，从而总结出现阶段的废旧材料处理发展现状及基本性能。

1.3 研究的现状

1.3.1 国外研究现状

欧美发达国家以及亚洲的日本、韩国等，已经实现了废旧材料资源化利用，并且达到了非常高的总体水平。下面以德国、美国、日本为例，分别分析这三个国家的废旧材料利用现状。

德国是世界上最早开展循环经济立法的国家，这源于德国设计了一套运作高效且周密的垃圾处理体系，“垃圾经济”是促使德国制定循环经济法律法规的重要因素。为德国的垃圾回收、再生资源利用打下了坚实的基础。随着发展的趋势，德国开设了大量的废旧材料综合处理厂，目前德国废旧材料回收利用率已经达到 87%[4]。

美国在西方发达的工业体系里，对废旧材料的处理起步较早，并于 1980 年至 1996 年间形成一系列符合自身情况的政策法规，其中最著名的《超级基金法》，不但从源头上遏制了废旧材料的排放，同时使再生骨料混凝土的规范应用有了法律依据[5]。

日本属于岛国，国土面积小，资源相对匮乏，因此在资源回收利用方面非常重视。早在 1977 年就出台了《再生集料和再生混凝土应用规范》等废旧材料资源化利用的相关法规，并且在 1996 年颁布了“再生资源法”，使建筑废弃物的回收再利用有了法律依据。成熟的技术和政府的管理，使日本废旧材料回收利用率已经达到 90%[6]。

1.3.2 国内研究现状

[3]在我国，长期以来因国土面积辽阔、资源丰富等原因，还没有认识到资源化再生利用的重要性，好在我国改革开放以来，各行业迅猛发展与世界先进工业体逐步接轨，开始了对再生骨料混凝土的研究和开发。近几年，随着国家政策导向，对一系列贴近“节能减排”立项的课题，国家发改委都能给予一定的扶持资金，这样大大调动由于经费不足而缺乏系统研究的建材工业企业的积极性。并且在兼顾资源化再生利用的同时，国家建设部、环保部、先后出台了相关政策法规，如表 1-1 所示。

表1-1 中国废旧材料资源化相关法规

目前我国废旧材料在回收再利用技术方面也有很大提高，如利用废旧材料生产可再生环保型建材，马路方砖、盲道砖、路沿石、护坡材料等新型建筑材料，此外还有将废弃混凝土回收配制再生骨料混凝土应用于市政道路建设。这些都是经废旧材料再生骨料制作而成的，并且在城市建设中已经应用。

第2章 再生混凝土在粗、细骨料及再生墙体领域研究现状

所谓的再生骨料是指将废弃混凝上经过破碎、分级,按一定比例混合形成的骨料,根据其粒径的大小,再生骨料可以分为再生粗骨料(粒径大于5mm)和再生细骨料(粒径小于5mm)。再生利用混凝土按骨料的组合形式有以下几种：

（1）再生利用的骨料均为回收再利用的骨料；（2）粗骨料为再生骨料、细骨料为天然砂；

（3）粗骨料为天然碎石或卵石、细骨料为再利用骨料；（4）再利用骨料部分替代现有普通混凝土骨料。

2.1 再生混凝土及再生墙体的基本性能

2.1.1 再生混凝土的基本性能

再生细骨料的尺寸一般为 0.15mm~5.0mm。再生细骨料主要包含砂浆体破碎后形成的表面附着水泥的砂粒、表面无水泥砂浆的砂粒、水泥石颗粒及少量破碎石块。废弃混凝土破碎为再生细骨料中，含有砂石、泥浆、杂土等各类杂质，会直接影响再利用骨料与水泥直接的粘结强度，从而降低混凝土强度，同时还会增加混凝土的用水量，从而加大混凝土的收缩，降低混凝土的抗碳化性能。

再生细骨料与天然砂相比组成成分复杂，组分中含有微粉、泥土、有害物质，再加上混凝土块在破碎过程中造成骨料表面粗糙、棱角较多、骨料累积内部存在大量微裂纹，这些因素导致了再生细骨料的基本特性与天然骨料有较大的差异。

从外观方面来看（图2.1及图2.2），天然砂粒形完整、粒径偏小、分布均匀、颗粒圆滑，可以看出再生细骨料的颗粒棱角多、粒径偏大、表面粗糙，且含有较多的微裂缝，再生细骨料中含有附着水泥石的天然砂、水泥石碎屑、泥土以及各种杂质。再生细骨料同天然砂对比，再生细骨料较之天然砂，再生细骨料粒径较粗、颗粒棱角较多且颗粒分布不均匀。

图2.1 天然砂 图2.2 再生细骨料混凝土

从空隙率、堆积密度和表观密度方面来看（图2.3），再生细骨料和天然砂的表观密度、堆积密度和空隙率进行观察及试验研究，其结果见表 2-1。由表 2-1 试验数据可知，再生细骨料的表观密度和堆积密度均小于天然砂，分别比天然砂小 8.73%和 9.12%。造成再生细骨料密度降低的主要原因是再生细骨料的表面粗糙，堆积时所占个体面积较大，使得再生细骨料的密度小于天然砂。再生细骨料的空隙率较比天然砂高了 12.5%，主要原因是原生混凝土在破碎过程中造成骨料表面粗糙、棱角较多，因此堆积时形成多孔隙。

表2-1 再生细骨料和天然砂的表观密度、堆积密度以及空隙率

2.1.2 再生墙体的基本性能

将建筑废弃物、工业矿渣等经过清洗、破碎、分级并按一定比例相互配合后得到的再生骨料揽拌混合,振动挤压制成各类墙体材料,这种墙体称为再生墙体材料，有再生混凝土多孔砖和再生混凝土轻质隔墙之分，多孔砖尺寸为240mm(长)x ll5mm(宽)x 90mm(厚),如图2.3所示。再生多孔砖抗压强度为8.0Mpa,孔隙率38%,重约3.4kg,组成原料中,42.5级水泥浆质量占16.2%,废混凝主块质量占41.9%,红砖碎片质量占41.9%。

再生混凝主轻质隔墙板如图2.4所示，墙板按其厚度分为90型600mm(宽)x 90mm(厚)和120型600mm(宽)x 120mm(厚),标准抗压强度为7.5Mpa。组成原料中,42.5级水泥浆质量占20%,建筑废弃物占50%,工业废渣占20%,粉煤灰占10%。

图2.3 再生混凝土多孔砖 图2.4 再生混凝土轻质隔墙板

2.2 再生混凝土粗、细骨料研究现状

早在20世纪80年代发达国家就陆续出台了再生骨料相应标准,我国直至2010年才由中国建筑科学研究院等单位编制成国家产品标准《混凝止用再生粗骨料GB/T 25177-2010》、《混凝土和砂浆用再生细骨料GB/T25176-2010》,以及行业工程标准《再生骨料应用技术规程JGJ/T240-2011》,填补了我国长期以来在再生骨料利用方面的技术标准空白,为再生骨料的生产、应用提供了科学合理 7 的技术支撑。

同天然骨料相比,再生骨料表面还包裹着相当数量的硬化水泥砂浆,这是导致再生骨料性能比天然骨料差的根源。徐亦东、陈莹、冯乃谦等通过对再生混凝上骨料的试验研究,讨论了再生骨料与天然砂石骨料的差异,都认为再生骨料表面包裹着相当数量的硬化水泥砂浆是导致再生骨料的表观密度、堆积密度和吸水率比天然骨料低的主要原因,此外再生骨料的外观略为扁平,同时带有很多棱角,外形介于碎石和卵石之间,这样的外形会降低新拌再生混凝土的工作性能。与表面光滑的天然骨料相比,再生骨料表面包裹有老的水泥砂浆使得骨料看起来很粗糙,且表面积较大,虽与水泥石粗结较好,但对于新拌混凝土的流动性不利。同时会增加水泥用量。

再生骨料成分不仅有少量脱离砂浆的石子,包裹部分砂浆的石子,还有少量独立成块的水泥砂浆。其本身表面粗糙、棱角多以及在混凝土构件破坏和在再生骨料的生产过程中,骨料内部生成大量徵细裂缝,导致再生骨料孔隙率大,表观密度和堆积密度降低。目前文献显示的再生骨料堆积密度和表观密度离散性较大。再生细骨料的堆积密度和表观密度分别为天然细骨料的75~80%、80~85%。

国外的研究发现再生细骨料的吸水率主要在7%-12.1%之间,再生粗骨料的吸水率的在3.6%-8.0%之间,主要分布在5%左右。Salomon M.Levyfwsi等人认为：再生骨料的吸水率是天然骨料的6-8倍。Kreijger还从大量实验结果中发现再生骨料的吸水率与其密度之间呈拋物线关系;杜婷等人试验测得未被强化的再生骨料吸水率为6.68%,而经过水泥浆及混和其它外惨料浆液强化后吸水率有所降低。

水泥砂浆强度比天然骨料低,因此,再生骨料的压碎指标比天然骨料要高。再生骨料包裹的水泥砂浆越少,压碎指标越接近天然骨料。国内资料显示粗骨料为卵石的废旧混凝土生产的再生骨料的压碎指标为16.6%。杜婷等人测得原生混凝土强度等级为C35的再生骨料压碎指标为20.6%。

2.3 再生墙体研究现状

新型墙体材料主要是指用混凝土、水泥或粉煤灰、煤矸石等工业废料和生活垃圾生产的非粘土砖、建筑顿块及建筑板材。在实际应用方面，这类利用废弃材料而形成的新型墙材早在上个世纪的五十年代就已经在英国和美国等发达国家出现。日本由于资源匮乏严重，在上个世纪九十年代初期就着手开始研制再生材料和再生墙体，到了上个世纪末，日本建筑再生材料的利用率已经达到了65%，已经超过了英国和美国。再生墙体的研制和应用有很强的区域性质，再生骨料主 8 要受当地的自然环境、区域资源、民族风格、建筑材料的使用率等条件限制，所以我国在开发利用再生混凝土方面，要结合当地的废旧材料及环境特点，充分利用当前先进的建筑科技技术，发展适合当地使用和未来发展的再生墙体。很多产品符合节能节地的原则,但目前暂时在施工方法或生产工艺方面还不完善,就需要我们去完善开发市场,根据企业自身的情况做决策。将再生骨料利用到墙体材料是合理的再生方法,这已是建筑废弃物再生利用的一个重要研究领域,引起不少学者对其进行研究。

白国良等[8]通过正交试验研究了再生混凝土砌块配合比中的四个主要因素(单位用水量、水灰比、再生粗骨料取代率、再生细骨料取代率)对抗压强度的影响,通过试验优化了再生混凝主砌块的配合比,结果证明,对于单排孔再生混凝主小型空心砌块,若配合化选取合适,强度等级可以达到MU5.0。

卓玲等[9]采用正交试验研究了再生骨料混凝土空心砌块配合比设计,研究表明选取合适配合比,再生粗骨料取代率82%和再生细骨料取代率100%,制作的再生混凝土小型空心砌块强度等级可以达MU5.0。

李丹等[10]通过正交试验研究再生混凝主土砌块配合比中水灰比、再生粗骨料取代率、再生细骨料取代率三个主要因素对其抗压强度的影响规律。试验结果表明,对于多排孔小型空心砌块,选取合适的配合比,强度等级可以达到MU10.0,可作为非承重砌块使用。

第3章 促进废旧材料再利用健康发展的对策探索

3.1 废旧材料再利用的基本方法

3.1.1 回填掩埋法

回填掩埋法是废旧材料处理的主要方法之一，首先回填掩埋应该在进行充分分类的基础上进行，对于一些有回收利用价值的木材、构配件等应该首先回收再利用，对一些回收价值较低的诸如一些砖石材料、混凝土材料在道路铺设地基或者是基坑回填时可以充分的加一利用。

废旧的建筑材料在进行在运输过程中，会产生大量的烟尘，会对空气质量和环境造成不良的影响，同时在堆放过程中，又会占用土地，污染土地和水源，在运输和对方过程中，不仅造成了大量的人力物力的浪费、损害环境，也对人民的生产生活具有不良的影响。

3.1.2 加工骨料法

在建筑物拆解过程中，会产生大量的建筑废料，特别是现代建筑物建造过程中，对混凝土的应用。不过如果我们能够将这些建筑废料进行科学的分类处理，然后将其中具有回收再利用价值的建筑废弃材料加一回收，就可以在很大程度上减少建筑废料的废弃，不仅可以节约能源和资源，更是减少了从矿产资源的开发，对环境保护具有重要的意义。对一些废旧的砖石材料和混凝土材料，虽然直接回收粉碎再利用与混凝土承重构件中不能满足强度要求，但制作成一些用于装饰的构筑物、或者一些道路铺设的铺路面砖、透水砖等，将会极大的减少材料成本，减少了资源的浪费、保护了环境。

3.1.3 还原再利用

还原再利用，是最大限度上利用废旧建筑材料的一种方式，在对建筑废料进行充分的分类和整理后，对混凝土材料进行一定的处理，将其应用于较低标号的水泥，用于地面垫层等，可以极大地提高建筑废料的在利用率和还原率。

生态水泥，是建筑废旧材料还原再利用的主要方法之一，这种生态水泥在生产过程中，完全使用废旧材料加工，这样不仅极大的提高了建筑废料的利用率，更是能够有效地增加资源的使用周期，我国是资源大国，但人均资源却极少。利用微波技术还原沥青材料，重要的方式之一，而且利用微波技术还原的沥青，在使用过程中，与新的沥青完全相同，处理也相对廉价，可以有效地减少成本，这样可以有效地减少沥青对空气和土地的污染。

粉碎竹木材料可制作人造木材，还可以制成各种不同规格的密度板，这种人造木材和密度板可用于制造家具、室内装修材料、隔音板等，从而减少森林树木的砍伐，从某种程度上保护植被。

还原再利用方法中，最好的方法便是将从旧建筑拆除下来的木材、砖石、金属等材料，经过简单的整理便直接再次用到新的建筑中去。这样处理的好处不言而喻，不但能够更容易的被当地的人们所接受，还更加的节能环保，同时能够从废旧的建筑材料中找到情感的归属。

3.1.4 堆山造景的处理方式

由于建筑废料通过回填掩埋的方式，会对生态环境造成一定的污染，将废旧 10 建筑材料充分的应用于园林建设中，能够取得极好的应用效果。其中堆山造景的方式就是其中一种极为常见并且建筑废料处理方式。在资源与能源都成为我国发展的瓶颈的时期，任何资源都不应该被随意的弃置与浪费。园林建设，是保护城市生态的重要手段。同时，将废旧的建筑材料充分的应用与园林建设，不仅有效的避免的废旧材料堆放占地的问题，还会因为园林建设过程中堆山造景的园林艺术表现形式，对废旧的固体建筑材料做到的充分的利用，节约了资源，同时大幅减少了园林建设过程中经济成本。

3.2 废旧材料再利用在旧城改造中存在的问题

1、上游区域法律体系不完备。

当前阶段，在国家层面尚无一部关于废旧材料资源化利用管理的法律法规，武汉市也尚未出台任何有关废旧材料再利用方面的法律条文。虽然出台了一些关于城市废旧材料的管理条例，但是仅规定了个人或单位需要对其产生的废旧材料负责，不得随意倾倒及相关处罚的准则。

2、废旧材料回收处理费用过高，建设单位及施工（装修）单位消极应对 目前武汉市在废旧材料再利用收费，相比较废旧材料消纳收费用而言费用过高。对于注重利益的建设单位和施工单位而言，会直接选择运输到垃圾消纳场。

3、政府监管缺位，废旧材料倾倒随意，导致资源化利用企业原材料匮乏 由于政府监管不到位，处罚力度不够。部分废旧材料产生单位会将废旧材料运输到非指定地点堆放或非法倾倒，如北京一建材科技公司虽已建成年消纳废旧材料 100~150t的废旧材料生产线，但是在实际运营过程中每年仅消纳几万 t 的废旧材料。

西安蓝绿清科技发展有限公司是一家为位于西安北郊的利用废旧材料制造制造免烧制砖的企业。该企业在国家知识产权局申请了三项废旧材料处理的技术。公司经过多方资金筹集，在 2004 年进行了产品的生产试验，并建成了小规模的生产线。到2006 年初又筹建了一条半自动化的生产线。该生产线理论产量每天可达 2000 立方米，但在实际运营当中，由于各种原因的困扰，实际产量只有一半。因此，公司不得不自己去寻找购买废旧材料原材料，这无形中加大了公司的成本支出，削弱了废旧材料再利用企业的积极性。

3.3 废旧材料再利用建议

3.3.1 创新废旧材料再利用管理模式

废旧材料的再利用率离不开健全的管理机制。构建废旧材料处理大数据平台和互联网管理模式。成立废旧材料资源化处置管理机构，学习日本“废旧材料处理台帐制度”，各地区建立详细的垃圾产生和处理上报制度，构建废旧材料大数据平台，形成互联网管理模式。对于建筑拆迁、废旧材料产生、运输、堆放、消纳等各个环节，由专门的公司或单位负责，形成规范的链条式循环过程控制和管理体系。创新废旧材料资源化管理模式是垃圾减量化、实现产业化发展的保障。

3.3.2 产学研政联动、提升废旧材料再利用技术水平

废旧材料处理技术的创新是废旧材料再利用水平提升的技术保障。首先，要完善废旧材料再生技术、产品认证。其次，加强科研机构与企业的合作，提高废旧材料资源化技术研究创新水平，如生产再生骨料的技术开发和应用研究等。第三，提倡重点研究源头“减量化”技术，注重各类建筑物规划设计时的再资源化思考。最后，建议进行各地区废旧材料处理规划研究，根据各地区间的经济发展状况、建筑建设状况、资源赋存条件差异进行废旧材料资源化规划，科学的、有效的进行废旧材料资源化处置。

3.3.3、增强宣传教育、提高废旧材料再利用产品的社会认可度

政府要增加对废旧材料再生产品采购，并加大对节约资源、循环利用、绿色发展的宣传教育，提高社会和建筑企业等对废旧材料再利用产品的认可，推进废旧材料再利用产品应用，为废旧材料再利用产品提供市场保障。

3.3.4 推进废旧材料再利用产业化

实现废旧材料再利用产业化发展是垃圾处置体系化、高水平化的体现，是废旧材料再利用发展的必然趋势。废旧材料产业化发展要实行“政府引导、社会参与、市场运作”的多方合作。要加强废旧材料再利用产品及应用的先进企业和标志性项目宣传，发挥品牌效应，扩大社会影响，带动大众参与积极性，逐步实现废旧材料再利用企业的私有化。

第4章 结论及展望

4.1 结论

现在我国对建筑废料的回收利用，一般情况下都是简单的加工回收，并且回收效率以及回收利用率普遍较低。由于回收处理仅仅是简单的加工回收，所以导致大部分不易回收的再生资源大量的丢弃。在大量的建筑废料中，废弃的砖块、混凝土块，是构成建筑废料的主要部分，但由于废旧砖块以及混凝土块在回收利用是，需要的工艺较为复杂，并且成本较高，从而再回收再利用的效率极低，随意的堆放和遗弃，不仅造成了大量的资源浪费，更是污染了周边的自然环境，对于周围的人们的健康，也会带来不良的影响。

国内对于建筑废料的应用，不仅利用的效率极低、技术水平低下，开发利用过程中，更是只停留在了物质的基础上，对旧有建筑材料的历史文化的发掘，远远不足，这也更加重了普遍上对废旧建筑材料回收利用思想的不重视。在国外，对旧有建筑的改造、以及对废旧建筑资源的回收，更多的是在文化、美学等方面的发掘，但这样的话，往往成本较高，所以这更需要政府的引导，通过政府的引导，促进人们对废旧材料再利用方面的思想转变。

基于以上分析，如果要改变国内现状，就必须更多的对旧有建筑、建筑废料的价值进行充分的挖掘，改变人们对废旧材料再利用方面现有的思想，这样不仅能够更好、更充分的发现旧有建筑材料的价值。

4.2 展望

目前再生细骨料混凝土在实际工程中的应用少之又少，已有的研究成果无法形成成熟的理论体系，结合本文研究内容，在此提出以下几点展望：

（1）再生混凝土的生产加工工艺有待于进一步的提高，以保证再生细骨料的基本性能符合要求，同时又能经济适用于实际工程中。

（2）再生混凝土对于我国绿色新型城镇化建设有着巨大的作用，有着广阔的发展前景。

（3）再生混凝土的力学性能相关研究相对落后，暂时还没有形成一个完整的再生混凝土力学性能体系，希望能在日后的学习和工作中为我国的再生混凝土的发展落尽绵力。

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附录A

浅谈BFRP 筋与玄武岩纤维再生混凝土

近年，随着我国经济不断增长，作为我国国民经济支柱产业之一的建筑业也得到了长足发展。据统计，我国每年钢筋用量约 2500 万 t、混凝土用量约 10 亿 m3，总耗量居世界前列。在提倡可持续发展的经济状况下，针对建筑业这种情况，务必调整建筑材料消耗结构，大力推广应用新型材料来替代现有建筑材料，走节约可持续型发展道路。当钢筋混凝土结构达到使用年限、城乡规划改造等原因大量旧建筑物需要被拆迁，以及地震等自然灾害的破坏作用，会产生大量的建筑垃圾。而如今在资源匮乏的时代，对建筑垃圾的回收再利用成为了大家关注的问题，将建筑垃圾进行分类、回收、破碎、筛选等一系列程序后，可将最后的产物再进行级配混合利用，会大大地降低环境的污染以及资源的浪费。再生混凝土就是在此技术下产生的可重复利用的建筑材料，此建筑材料会给社会、经济以及环保带来巨大的收益。国内外学者对此进行了大量研究，也取得了一定成果，但是再生混凝土由于再生骨料自身的缺陷，使其力学性能低于普通混凝土。

新型材料即连续玄武岩纤维（Continous Basalt Fiber，简称 CBF），是由玄武岩矿石在经 1450~1500℃高温熔融后，通过拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维，具有良好的化学稳定性、热稳定性和耐酸碱性能、电绝缘性、抗腐蚀、耐高温等多种优异性能。早在 1840 年英国威尔斯实验室成功试制出以玄武岩为主要材料的岩棉。1972 年联合体的科研实验室开始研制制备 CBF，已成功研制出 20 多种以 CBF 为原料制品的生产工艺。继前苏联之后，近年来，例如美国、日本、德国等一些科技发达国家都加强了对这一新型非金属无机纤维的开发研究，并取得了新的应用研究成果。直到 20 世纪 90 年代中期，我国才开始展开对 CBF 的研究，在中国，最早是在南京研究设计院开始了对 CBF 的研究。目前，国内许多 CBF 生产厂家相继立项生产，主要生产产品类型为以 CBF 为原材料的丝、短切纱、薄毡、网布、筋材等。

再生骨料的使用可以有效地解决环境污染以及建筑材料的短缺等问题，但是由再生骨料所混合成的基体混凝土强度较低，不能满足建筑设计所需的强度值，所以需要一种新型材料提高再生混凝土强度。经研究人员大量的试验可知，纤维短切纱添加到再生混凝土中，可以增强混凝土的抗拉、抗弯强度，短切纱纤维又有增强阻裂的作用，可以有效地满足建筑设计材料的要求，此材料已成功广泛应用于桥梁、隧道、地下工程等一些建筑行业中。

纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer/Plastic，简称 FRP）筋是近年在土木工程中发展起来的一类新型结构补强、加固材料。按照原料不同主要分为碳纤维（CFRP）筋、玄武岩纤维（BFRP）筋、芳纶纤维（AFRP）筋、玻璃纤维（GFRP）筋，具有抗腐蚀、抗疲劳、重量轻、强度高、非电磁性等优点。同时也存在弹模低、极限延伸率低、温度膨胀系数与混凝土之间存在差异、热稳定性差等缺点。自 80 年代以来，各国学者针对 FRP 筋材料的力学特性和加工工艺等方面开展了一系列地试验研究，并取得了一定的成果。总的来说，用 FRP 筋替代普通钢筋，其优点大于缺点。近年来，FRP 筋广泛应用于道路桥梁以及沿海地区的结构加固等方面，能够有效减缓因环境对钢筋的锈蚀，提高构件和结构的耐久性。

市场上随着的纤维筋使用的逐渐普遍，各类型的 FRP 筋的缺点也随之暴露出来。

（1）AFRP 和 GFRP 表现出较差地热稳定性、耐高温以及抗碱性。

（2）CFRP 为原料的制品虽然物理、力学性能较好但价格昂贵，依赖进口。

（3）CFRP 加固的构件在高温下易发生脆性破坏，抗拉强度下降明显，而且 CFRP有导电性。故不能应用于特殊要求的工程，如要求绝缘的一系列材料。鉴于 AFRP、GFRP、CFRP 所存在的缺陷，亟需一种具独特力学性能且价格低廉的工程替代材料。因此，在试验 研究中，玄武岩纤维增强复合材料（BFRP）脱颖而出，用 BFRP 筋材代替普通钢筋，表现出较好的经济效益和社会效益，故进一步研究这种性价比较高、适合我国国情的结构增强复合材料是十分必要的。

两者之间的粘结问题是研究 BFRP 筋纤维再生混凝土构件力学性能的关键问题，其结果直接决定着这种材料能否被大规模使用。尤其是在使用阶段，纤维再生混凝土和BFRP 筋材之间的粘结强度的大小对能否充分发挥 BFRP 筋的优越性能有着至关重要的作用。与普通钢筋相比，BFRP 筋不论在材料性能本身，还是筋材各自的外观表面形式上，都存在着很大的差异，因此，BFRP 筋与纤维再生混凝土和钢筋与再生混凝土的粘结特性有非常大的差异。所以，BFRP 筋与纤维再生混凝土之间的粘结性能是一个非常值得深入研究的课题。

致 谢

第五篇：高中信息技术教学论文改善嵌入式Linux实时性能的方法研究.

改善嵌入式Linux实时性能的方法研究

摘要：分析了Linux的实时性，针对其在实时应用中的技术障碍，在参考了与此相关研究基础上，从三方面提出了改善Linux实时性能的改进措施。为提高嵌入式应用响应时间精度,提出两种细化Linux时钟粒度方法；为增强系统内核对实时任务的响应能力,采用插入抢占点和修改内核法增强Linux内核的可抢占性；为保证硬实时任务的时限要求，把原Linux的单运行队列改为双运行队列,硬实时任务单独被放在一个队列中,并采用MLF调度算法代替原内核的FIFO调度算法。

关键词：Linux；实时性；调度策略；抢占 1 引言

目前，无论是在日常生活，还是在工业控制，航空航天，军事等方面，嵌入式系统都有着非常广泛的应用。嵌入式系统目前主要有：Windows CE、VxWorks、QNX等，它们都具有较好的实时性、系统可靠性、任务处理随机性等优点,但是它们的价格普遍偏高。而嵌入式Linux以其非常低廉的价格，可以大大的降低成本，逐渐成为嵌入式操作系统的首选。但是,作为通用操作系统的Linux，由于其在实时应用领域的技术障碍，要应用在嵌入式领域，还必须对Linux内核作必要的改进。许多嵌入式设备都要求与外部环境有硬实时的交互能力，将最初按照分时系统目标设计的Linux 改造成能支持硬实时性的操作系统显得十分重要。幸运的是, Linux 及其相关项目的开放源码特征为深入研究其内核并加以改造提供了可行性, 可以修改Linux 内核中的各个模块以达到满足嵌入式应用的需求，提高软件方面的开发速度。目前，改善Linux内核的设计与实现，使其适用于实时领域吸引了许多研究和开发人员的注意力[1-4]。常用的实时性改造方法是采用双核方法，这种方法的弊端在于实时任务的开发是直接面向提供精确实时服务的小实时核心的，而不是功能强大的常规Linux核心。基于此，近年来修改核的方法越来越受到科研人员的重视，这种方法是基于已有Linux系统对于软件开发的支持，进行源代码级修改而使Linux变成一个真正的实时操作系统。本文分析了标准Linux在实时应用中的技术障碍，参考了修改核方法的思想，从内核时钟管理、内核的抢占性、内核调度算法三方面论述了改善标准Linux实时性能的方法。2 Linux 在实时应用中的技术障碍 2.1 Linux的实时性分析

Linux作为一个通用操作系统，主要考虑的是调度的公平性和吞吐量等指标。然而，在实时方面它还不能很好地满足实时系统方面的需要，其本身仅仅提供了一些实时处理的支持，这包括支持大部分POSIX标准中的实时功能，支持多任务、多线程，具有丰富的通信机制等；同时也提供了符合POSIX标准的调度策略，包括FIFO调度策略、时间片轮转调度策略和静态优先级抢占式调度策略。Linux区分实时进程和普通进程，并采用不同的调度策略。为了同时支持实时和非实时两种进程，Linux的调度策略简单讲就是优先级加上时间片。当系统中有实时进程到来时，系统赋予它最高的优先级。体现在实时性上，Linux采用了两种简单的调度策略，即先来先服务调度（SCHED-FIFO）和时间片轮转调度（SCHED-RR）。具体是将所有处于运行状态的任务挂接在一个run-queue 队列中,并将任务分成实时和非实时

用心

爱心

专心 任务，对不同的任务，在其任务控制块task-struct中用一个policy属性来确定其调度策略。对实时性要求较严的硬实时任务采用SCHED-FIFO调度，使之在一次调度后运行完毕。对普通非实时进程，Linux采用基于优先级的轮转策略。2.2 Linux在实时应用中的技术障碍

尽管Linux本身提供了一些支持实时性的机制，然而，由于Linux系统是以高的吞吐量和公平性为追求目标，基本上没有考虑实时应用所要满足的时间约束，它只是提供了一些相对简单的任务调度策略。因此，实时性问题是将Linux应用于嵌入式系统开发的一大障碍,无法在硬实时系统中得到应用。Linux在实时应用中的技术障碍具体表现在:（1）Linux系统时钟精度太过粗糙，时钟中断周期为10ms，使得其时间粒度过大，加大了任务响应延迟。

（2）Linux的内核是不可抢占的, 当一个任务通过系统调用进入内核态运行时,一个具有更高优先级的进程，只有等待处于核心态的系统调用返回后方能执行，这将导致优先级逆转。实时任务执行时间的不确定性，显然不能满足硬实时应用的要求。

（3）Linux采用对临界区操作时屏蔽中断的方式，在中断处理中是不允许进行任务调度的，从而抑制了系统及时响应外部操作的能力。（4）缺乏有效的实时任务调度机制和调度算法。

针对这些问题，利用Linux作为底层操作系统，必须增强其内核的实时性能，从而构建出一个具有实时处理能力的嵌入式系统，适应嵌入式领域应用的需要。2.3 当前增强Linux内核实时性的主流技术

近年来，人们对于Linux内核实时性改造提出了一些方法和设想，它们采用了不同的思路和技术方案。归纳总结，支持Linux的硬实时性一般有两种策略：一种是直接修改Linux内核,重新编写一个由优先级驱动的实时调度器（Real-time Scheduler），替换原有内核中的进程调度器sched.c，KURT是采用这一方案较为成功的实时Linux操作系统；另外一种是在Linux内核之外, 以可加载内核模块（Loadable Kernel Module）的形式添加实时内核，确保其高响应特性，实时内核接管来自硬件的所有中断，并依据是否是实时任务决定是否直接响应。新墨西哥科技大学的RT-Linux，就是基于这种策略而开发的。以上两种策略有其借鉴之处，但如果综合考虑任务响应、内核抢占性、实时调度策略等几个影响操作系统实时性能的重要方面，它们还不能很好的满足实时性问题。为了增强嵌入式Linux实时性能，下文将就内核时钟精度、内核的抢占性以及内核调度算法等相关问题重点研究相应的解决方法。3 改善嵌入式Linux实时性能的方法

针对Linux在实时应用中的技术障碍，将Linux改造成为支持实时任务的嵌入式操作系统, 主要从下面三个方面进行着手。

[5]

用心

爱心

专心 2