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为了查明钠基蒙脱土的水合演化过程,以天然钠基蒙脱土为研究对象,开展在相对湿度（ ）为0～0.98区间的水汽等温吸-脱附试验,通过吸附速率曲线、BET曲线界定钠基蒙脱土各水合阶段及相应的水合主控因素;通过测定晶层 值变化规律,从吸附水影响黏土矿物晶层厚度的角度探讨钠基蒙脱土的水合演化特征;基于傅里叶红外光谱,从水分子结构伸缩振动信息角度对钠基蒙脱土水合演化过程进行定性定量验证;通过热重/差热分析,以吸附水相变所需能量与吸附水重量变化的角度解释钠基蒙脱土的吸附水特征与其水合机制的关系。试验结果表明：在较低相对湿度下（0 0.15）,以钠基蒙脱土矿物外表面吸附为主,形成表面吸附水;0.15 0.40为钠基蒙脱土层间阳离子水合阶段;0.40 0.98,为晶层内外表面水合阶段,水分子逐步完整的包裹蒙脱土,形成多层吸附层。钠基蒙脱土的水合演化过程受控于层间钠离子与晶层基面,层间钠离子的水合能影响了钠基蒙脱土水合演化的起始顺序。 相似文献
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采用离子土固化剂对武汉典型淤泥进行化学加固,通过阿太堡界限试验获得不同配合比加固土的塑性指数;对离子土固化淤泥前后的样品开展了压缩性能、微观结构、比表面积、化学成分、能谱分析和阳离子交换等试验,研究离子土固化剂对淤泥加固的宏观表现与微观作用机理。试验结果表明:经离子土固化剂处理后的淤泥压缩性减小,孔隙变小,离子土固化剂促使土颗粒之间聚集、凝结,团聚体明显增大,比表面积减小,比表面能降低,土体结构更致密。淤泥固化前后其化学成分并没有发生改变,离子土固化剂与淤泥胶体颗粒表面的反离子层发生了阳离子交换反应,固化剂稀释液中部分K+、Na+离子被淤泥土截获吸附,黏土颗粒表面的Ca2+、Mg2+离子被解析出,使扩散层厚度变薄,ξ电势降低,黏土胶体颗粒聚结,提高了土颗粒之间的联结强度和稳定性,从而达到土壤改性加固的目的。 相似文献
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研究黏土的抗拉性能对于认识离子固化剂改性黏土的黏聚力等力学性能有着重要的意义。针对现有拉伸测试装置的不足,设计研发了一套基于变形数字图像处理的土体材料拉伸试验装置,该装置包含应变控制模块、加载夹具模块、数据采集模块和数字图像处理模块。改进了现有加载夹具的不足,将土样形状设计为“8”型并运用FLAC3D有限元数值计算软件验证其合理性,巧妙地解决了夹具与土样之间的连接问题,并且将加载夹具功能与制样盒功能合并,避免了试样转移过程中可能受到的扰动。新增了图像采集装置,记录土样变形破坏过程,基于Geo-PIV数字图像处理软件分析土样试验过程中的变形规律。应用该装置开展了素蒙脱土及不同配比离子固化剂减小蒙脱土黏聚力对比试验研究,研究结果表明：拉伸仪能精确控制、采集土体的抗拉强度。粒子图像测速（particle image velocimetry,简称PIV）分析结果客观、真实地表明,试验过程中土样处于受拉状态,并且土样受加载夹具夹持的部位并未出现明显的应力集中现象;离子固化剂改性蒙脱土抗拉强度以及拉伸变形模量较未改性土低,降低程度随离子固结剂溶液浓度增大而增大;数据采集装置对应力、应变信息变化敏感。试验结果和数字图像结果表明,所设计的拉伸试验装置具合理性、可靠性以及敏感性。 相似文献
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离子土壤固化剂改性膨胀土的试验研究 总被引：3，自引：0，他引：3
利用离子土壤固化剂（ionic soil stabilizer,简称ISS）对河南安阳地区膨胀土进行化学改性试验研究,通过不同配比的自由膨胀率试验结果,结合施工成本,得出ISS溶液改良膨胀土的最优配合比为1:350。对ISS溶液最优配合比改性后土体进行收缩试验、膨胀性试验、固结快剪、高压固结及水浸泡试验。试验结果表明,改性土线缩率减小,膨胀性指标降低,抗剪强度增大,土体由亲水性变成憎水性,且能达到较好的水稳定性,即膨胀土经化学改性为非膨胀土。ISS改性膨胀土的机制可解释为,通过ISS溶液与土粒离子进行强烈的交换作用,打开土粒与水分子之间的“电化键”,降低土颗粒表面吸附水膜厚度,包裹在黏粒颗粒表面的疏水基团覆盖膜使土对水的敏感性减弱,从根本上减少了土体吸水性和膨胀性。 相似文献
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通过十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）与钠基蒙脱土离子交换制备出季胺盐阳离子插层蒙脱土（CTMA’-M）,采用小角X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和高分辨透射电镜表征微观结构,研究CTMA’的插层量、溶液的初始pH值、初始浓度和其他共存离子对吸附铀性能的影响,考察了CTMA’-M处理铀矿水）台废水的应用性能。结果表明：CTMA’插层后蒙脱土的层间距由1．21nm增加到4．09nm,但仍保持钠基蒙脱土原有的晶体结构。随CTMAB用量的增加,插层到蒙脱土层间的CTMA’量增加,对铀离子的吸附容量逐渐增大,当CTMAB的用量超过阳离子交换容量的1．4倍时,铀吸附容量基本保持不变。溶液pH和接触时间对铀离子吸附性能影响较大．CTMA’-M最佳吸附pH值为6．0,平衡吸附时间为80min,CTMA’插层能够改善蒙脱土对铀离子的选择性吸附。在1L含有15mg／L铀的废水中加入1．5gCTMA’-M时,铀的去除率达到98％以上。 相似文献
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抗疏力固化剂在我国黄土加固中运用较少,探究抗疏力固化剂是否有利于维持黄土内部干燥状态很有必要。采用抗疏力固化剂对重塑Q3黄土改性,室内开展水滴入渗试验、柔性壁渗透试验、收缩试验及压力膜仪脱水试验,分别探讨抗疏力固化剂掺量对黄土进水、渗透及失水能力的影响。结果显示,随抗疏力固化剂掺量提高,土样斥水性急剧增大,明显优于粉煤灰、水泥、石灰改性土;渗透系数基本不变,水的流通性基本不变;干缩失水过程改性土样含水率及土-水特征曲线毛细作用区曲线斜率均变化不大,黄土失水能力基本不变。结合电镜及压汞试验结果可知,抗疏力固化剂对黄土中大孔隙、中孔隙体积含量影响较小,从而对黄土中水的流通及失去能力影响较少,证明抗疏力固化剂改性黄土斥水性明显提高,而失水能力基本不变,有利于维持黄土内部的干燥状态。 相似文献
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离子土固化剂加固滑坡滑带土的试验研究 总被引：3，自引：0，他引：3
研究开发快速经济和行之有效的滑坡治理方法与理论, 一直是各国滑坡防治研究工作的重点.本试验研究使用一种经济适用的离子土固化剂(Ionic Soil Stabilizer, 简称ISS) 对提高滑带土的抗剪强度进行了探索.滑带土首先通过ISS不同配比水溶液的处理, 然后进行阿太堡试验、剪切试验、固结试验和自由膨胀率试验.试验结果表明: 滑坡滑带土在加入离子土固化剂后, 土的塑性指数降低, 粘聚力提高, 孔隙比和自由膨胀率减小.其机理为: 在以粘性土为主的滑带土中加入离子土固化剂, 通过物理化学原理, 它能取代吸附在粘土表面的可交换性阳离子, 改变粘土颗粒表面的双电层结构, 减小结合水膜厚度, 将滑带土的亲水性改为憎水性, 从而提高滑带土的抗剪强度. 相似文献
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全吸力范围南阳膨胀土的土-水特征曲线 总被引：1，自引：0，他引：1
膨胀土的失水收缩、吸水膨胀过程分别对应着土-水特征曲线的脱湿和吸湿阶段。土-水特征曲线对于研究非饱和土的水力与力学特性有着重要作用。用压力板法（吸力范围0～1.5 MPa）、滤纸法（吸力范围0～40 MPa）和蒸汽平衡法（吸力范围3～368 MPa）,分别对南阳膨胀土进行了土-水特性试验,得到全吸力范围内的土-水特征曲线。试验结果表明：初始孔隙比大致相同土样的土-水特征曲线,在低吸力范围内脱湿曲线与吸湿曲线具有明显的滞回现象。当吸力大于300 MPa时,土-水特征曲线的滞回效应基本消失,即脱湿曲线与吸湿曲线基本重合。滤纸法所测出的土-水特性落在主脱湿和主吸湿曲线的滞回圈内。当吸力等于367.54 MPa时,含水率仅为0.325%,几乎近于0。孔隙比随着吸力的变化规律中,不仅受到吸力大小的影响,还受到吸力历史和吸力路径影响;孔隙比与吸力关系中,相同吸力时吸湿路径的孔隙比要比脱湿路径的大;在吸力低范围,吸湿路径与脱湿路径的孔隙比相近。孔隙比与饱和度关系因吸力路径的不同也存在着明显的滞回效应,接近饱和时趋近一致。变吸力情况条件下,饱和度随着孔隙比的增加而增加,蒸汽平衡法得出的孔隙比与饱和度的关系具有明显的线性关系,而压力板法做出来的低吸力范围内的线性关系不明显。 相似文献
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锆铝基柱撑蒙脱土的制备研究 总被引：1，自引：0，他引：1
以钠基蒙脱土为原料,采用共聚法合成锆铝基柱撑蒙脱土,并研究不同锆铝摩尔比例和不同NaOH的量对柱撑蒙脱土制备的影响。XRD研究表明,当锆铝摩尔比例为1：6、加入70ml0．4mol／LNaOH时,可得到（001）面网层间距达1．9343nm的锆铝基柱撑蒙脱土。通过FT—IR发现,锆铝聚合羟基阳离子进入蒙脱土层间,形成Si-O-Al和Si-O-Zr。对柱撑前后蒙脱土的比表面积和孔径结构进行分析,发现锆铝基柱撑蒙脱土具有较大的比表面积,较为均匀的孔径分布,是一种合适的催化和吸附材料。 相似文献
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《岩土工程技术》2019,(5)
进行了不同浓度KCl溶液改良安康膨胀土的自由膨胀率试验,分析了不同质量分数的KCl溶液对安康膨胀土膨胀性的影响,进一步对安康膨胀土的膨胀机理作深入的讨论。在自由膨胀率试验中,以加入质量分数为3%、6%、9%及12%KCl溶液的改性膨胀土为研究对象,结果表明:相比于素膨胀土,各浓度的KCl溶液均可以使膨胀土的自由膨胀率降低,土样的自由膨胀率随KCl浓度增大加呈现先降低后升高再降低的波动下降趋势。在3%、6%、9%的添加浓度下,变成弱膨胀潜势的膨胀土,在12%的添加浓度下自由膨胀率达到最低值33%,变为非膨胀土。根据试验结果,从晶层膨胀作用及对其抑制作用、孔隙间盐溶液浓度的变化对安康膨胀土膨胀特性的影响等方面出发,对形成膨胀率波动趋势的四种作用进行了研究,重点分析不同浓度区间内各种作用的主次关系,最后结合晶层扩张理论和渗透理论,提出了膨胀土的膨胀潜势影响关系表达式,并详细讨论了影响膨胀潜势的分项系数,各分项系数在不同浓度区间内的影响作用不同。该表达式可以合理解释安康膨胀土自由膨胀率呈现先下降后上升再下降的波动趋势变化,是由晶层膨胀作用及其抑制作用、孔隙间盐溶液浓度的变化等四种作用之间的相对强弱决定的,从而弥补了晶层扩张理论的不足。 相似文献
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离子固化剂(ISS)对膨胀土改良后,膨胀土稳定性会改善。为了分析研究不同初始含水率的膨胀土经过ISS改良效果,进行了膨胀土改良前后的剪切试验、界限含水率试验和自由膨胀率试验。通过改良前、后土体的抗剪强度、塑限、液限、塑限指数、自由膨胀率的变化规律研究,得出膨胀土的初始含水率在11%～30%区间时,改良后土体的膨胀性得到了消除,抗剪强度得到了明显提高; 初始含水率不在11%～30%区间时土样改良后仍具有一定膨胀性,抗剪强度提高不明显。这是因为,当膨胀土烘干时,靠毛细吸力吸附的固化剂量不能与所有黏土颗粒进行反应; 当膨胀土饱和时,靠溶液渗透到膨胀土表面的固化剂也不能与所有黏土颗粒进行反应。该试验结果对膨胀土现场改良时含水率的确定具有重要的指导意义。 相似文献
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Philippe Vieillard Philippe Blanc Hélène Gailhanou 《Geochimica et cosmochimica acta》2011,75(19):5664-5685
The aim of the present work was to study the thermodynamic equilibria between water and a homo-ionic montmorillonite SWy-1 saturated by different cations. The choice of this smectite is justified by the large set of experimental data available from the literature for eight different interlayer cations: Na+, K+, Rb+, Cs+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, and Ba2+. In particular, studies by
[Cases et al., 1992],
[Cases et al., 1997] and [Bérend et al., 1995] are providing heat of adsorption data, pairs of desorption-adsorption isotherms, and information about the partition of adsorption-desorption water molecules between external surfaces and internal spaces. By calculating the effective amount of hydration water as the difference between the so-called gravimetric water and the surface covering water, a thermodynamic model was then developed, based on the concept of Ransom and Helgeson (1994) considering an asymmetric subregular binary solid solution between a fully hydrated and a anhydrous smectite. A set of six thermodynamic parameters ( and four Margules parameters) was extracted by a least square method from measurements of enthalpies of adsorption and paired adsorption-desorption isotherms for each interlayer cation. These six initial parameters were then used to determine a complete set of standard thermodynamic hydration parameters (, heat capacity, molar volume, and number of interlayer H2O) and quantify, for each cation, the number of moles of hydration water molecules as a function of relative humidity and temperature. The validation of the standard state thermodynamic properties of hydration for each end member was carried out using three approaches: (1) a comparison with experimental isotherms obtained on hetero-ionic and homo-ionic SWy-1 smectite at different temperatures; (2) a comparison with the experimental integral enthalpy and entropy of hydration of the SWy-1 smectite; and (3) a comparison with experimental isotherms acquired on various smectites (Upton, MX80, Arizona) with different layer charges.Eventually, the present work demonstrates that, from a limited number of measurements, it is possible to provide the hydration thermodynamic parameters for hydrated smectites with different compositions and under different conditions of temperature and relative humidity, using the newly developed predictive model. 相似文献
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莫高窟气候干燥,窟内壁画地仗层常处于低含水率、高吸力的状态,受到洞窟环境湿度波动的影响较大。为了进一步了解湿度影响下地仗层土体中吸附水以及吸力变化特征,本文通过蒸汽吸附法测试莫高窟不同地仗层高吸力段内的土水特征曲线,并且根据测试结果分析土体中由于范德华力与毛细凝聚作用产生的不同吸力的变化特征;同时进一步利用蒸汽吸附法测试了含NaCl地仗层土水特征曲线并探讨水汽吸附过程中渗透吸力特征;此外利用热重分析方法测试地仗层土体中在范德华力与毛细凝聚作用下所吸附水分的特征。结果表明:地仗层水汽吸附过程中土体内大部分基质吸力来自于毛细凝聚作用,土颗粒分子间范德华力仅在含水率极低的情况下为土体提供比较明显的吸力,湿度影响下地仗层水汽吸附过程中土体内渗透吸力仅在外界环境湿度大于地仗层中盐分的潮解临界湿度时才比较明显;地仗层土体所吸附的水分大部分以弱结合水形式存在,并且地仗层中澄板土含量越高,弱结合水临界含水率越大。结论可以为湿度影响下的壁画病害机理以及地仗层中水汽运移等问题的研究提供理论基础。 相似文献
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以颗粒状和粉末状膨润土防水毯(GCLs)为对象,运用GDS (global digital systems)全自动渗透仪开展渗透试验,研究CaCl_2溶液作用下GCLs渗透性能的温度效应,初步探讨其机理。试验表明:当水化液为0.05mol/L的CaCl_2溶液时,两种GCLs渗透系数随温度升高呈现增大趋势;当水化液为去离子水时,颗粒状GCL渗透系数随温度升高而减小,粉末状GCL渗透系数随温度升高而增大。去离子水情况下,膨润土吸附结合水量随温度升高而减小;CaCl_2溶液作用下,吸附结合水量较去离子水情况大幅降低。当CaCl_2溶液浓度一定时,膨润土膨胀指数随温度升高而略有增大;当温度一定时,膨润土膨胀指数随CaCl_2溶液浓度升高而显著减小。以去离子水进行试验时:颗粒状和粉末状GCLs渗透系数随温度的变化主要影响因素为凝胶态蒙脱石数量,其次为流体黏滞系数和吸附结合水量;颗粒状GCLs膨润土孔隙结构越不均匀,凝胶态蒙脱石数量的影响就越显著,导致渗透系数随温度升高而减小、固有渗透率随温度升高显著降低。以CaCl_2溶液进行试验时,两种GCLs渗透系数随温度变化的主要受流体黏滞系数和吸附结合水量的影响,而受凝胶态蒙脱石数量的影响较小。孔隙溶液性质、温度和膨润土类型均对GCLs的防渗性能具有重要影响。 相似文献
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The first geological materials impacted by oil field wastes released into near-surface environments in southern Louisiana, USA, are typically clays and silts. Clay minerals within these siliciclastic sediments have the potential for altering the composition of produced water wastes through cation exchange. The general relations between the composition of adsorbed cations and interstitial water salinity in brine-contaminated samples from a site in southeastern Louisiana are consistent with previous studies of multicomponent exchange in groundwater systems of varying salinity. The divalent cations Ca and Mg dominate as adsorbed cations at low salinities (<1200 mg/L), but Na is dominant at moderate to high salinities (up to 53,000 mg/L). The change in the proportions of adsorbed cations is a non-linear function of salinity, and the transition from Ca-dominated adsorption to Na-dominated adsorption occurs over a narrow range of salinities. 相似文献
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Fertilization and pH effects on processes and mechanisms controlling dissolved inorganic phosphorus in soils 总被引：5，自引：0，他引：5
We used of a set of mechanistic adsorption models (1-pK TPM, ion exchange and Nica-Donnan) within the framework of the component additive (CA) approach in an attempt to determine the effect of repeated massive application of inorganic P fertilizer on the processes and mechanisms controlling the concentration of dissolved inorganic phosphorus (DIP) in soils. We studied the surface layer of a Luvisol with markedly different total concentrations of inorganic P as the result of different P fertilizer history (i.e. massive or no application for 40 years). Soil pH was made to vary from acid to alkaline. Soil solutions were extracted with water and CaCl2 (0.01 M). The occurrence of montmorillonite led us to determine the binding properties of P and Ca ions for this clay mineral.Satisfactory results were obtained using generic values for model parameters and soil-specific ones, which were either determined directly by measurements or estimated from the literature. We showed that adsorption largely controlled the variations of DIP concentration and that, because of kinetic constrains, only little Ca-phosphates may be precipitated under alkaline conditions, particularly in the P fertilized treatment. The mineral-P pool initially present in both P treatments did not dissolve significantly during the course of the experiments. The adsorption of Ca ions onto soil minerals also promoted adsorption of P ions through electrostatic interactions. The intensity of the mechanism was high under neutral to alkaline conditions. Changes in DIP concentration as a function of these environmental variables can be related to changes in the contribution of the various soil minerals to P adsorption. The extra P adsorbed in the fertilized treatment compared with the control treatment was mainly adsorbed onto illite. This clay mineral was the major P-fixing constituent from neutral to alkaline pH conditions, because the repulsion interactions between deprotonated hydroxyl surface sites and P ions were sufficiently counterbalanced by Ca ions. The drastic increase of DIP observed at acid pH was due to the effect of the lower concentration of surface sites of Fe oxides and kaolinite.In addition to confirming the validity of our approach to model DIP concentrations in soils, the present investigation showed that adsorption was the predominant geochemical process even in the P fertilized soil, and that Ca ions can have an important promoting effect on P adsorption. However the influence of the dissolution of the mineral-P pool under field conditions remained questionable. 相似文献
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武汉市汉阳区存在着大量由冲洪积所形成的网纹状红色黏土,它遇水膨胀、软化,失水收缩、开裂。为了减小红色黏土不良性质对土路、公路路基和防渗工程造成的危害,采用离子土壤固化剂（ISS）对红色黏土进行处理。对经ISS处理前后的红色黏土,调成液限状态,进行液氮冷冻真空升华干燥,分析比表面及孔隙分布,观察微结构并统计裂隙。试验结果表明：经ISS处理后,红色黏土的结合水膜减薄,土粒之间的吸引力增强,从而使红色黏土的相对密度增大。减薄结合水膜的土颗粒在ISS连接力作用下,使红色黏土团聚结构和堆叠结构更加紧密,比表面积减小、累积孔隙体积和平均孔直径减小,从而提高了红色黏土的无侧限抗压强度和抗剪强度。 相似文献