酸性环境对岩石力学特性影响的试验研究*

为研究酸性环境对不同岩石力学特性的影响,分别对大理岩及红砂岩进行酸性溶液作用下的腐蚀试验,获得岩样酸性腐蚀过程中相对质量变化规律;同时测量记录酸性溶液p H的变化,并对岩样进行抗压抗拉试验,探讨不同岩石在酸性溶液作用下的力学特性及腐蚀效应。试验结果表明:经酸性溶液浸泡,大理岩表面出现不同程度的斜截面裂纹,红砂岩外表面的薄膜保护层被逐渐融化,无明显的裂纹产生,岩样外体积变化不明显;岩样刚开始浸泡在酸性溶液中时,岩样与酸性溶液发生激烈的化学反应,溶液的pH大幅提升并接近中性;随着浸泡时间的增加,pH改变逐渐减少并趋于稳定;经酸性溶液浸泡后,岩石的质量均呈现不同程度的下降,且大理岩较红砂岩的质量下降更为明显,岩石的单轴抗压强度及抗拉强度均显著下降,单轴抗压强度较抗拉强度下降更为明显,且大理岩的力学性能比红砂岩变化的更为明显。     

水化学作用下煌斑岩的腐蚀机理

针对致密坚硬煌斑岩侵入煤层引起的采掘困难,以山西大同同发东周窑煤矿的煌斑岩为研究对象,使用不同pH值溶液浸泡岩样,对浸泡后煌斑岩岩样的峰值强度、矿物成分和微观结构进行研究,探究化学溶液对煌斑岩力学性能的影响规律及腐蚀机制。结果表明:在不同pH值的化学溶液腐蚀下,煌斑岩会发生损伤软化,不同溶液对煌斑岩抗压强度的损伤程度由大到小依次为酸性溶液、碱性溶液、中性溶液,且软化效果随时间的延长而增强;中性溶液主要溶蚀黏土类矿物,酸性溶液会加速侵蚀煌斑岩中的坚硬碳酸盐,碱性溶液主要腐蚀煌斑岩中的石英等矿物;酸性溶液与煌斑岩发生剧烈反应,试样表面产生大量孔隙,岩石结构随着侵蚀时间的延长而变得松散。研究结果可为类似煌斑岩侵入情形下的快速采掘提供理论依据和工程参考。     

酸性环境中富水充填材料腐蚀及劣化机理

为了研究酸性环境对富水充填材料的影响,通过强度检测、扫描电镜、能谱分析及X射线衍射( XRD)等实验手段,分析富水充填材料在酸性环境中浸泡后的宏观性能及微观结构变化,并探讨其腐蚀及劣化机理.结果表明：富水充填材料在pH值为1和3的盐酸溶液中浸泡180 d后抗压强度比标养28 d的强度分别降低88.8%和58%,在pH值为3的硫酸溶液中浸泡后降低68%,pH值为1的硫酸溶液中浸泡后强度降为零;微观实验结果显示随着富水充填材料在硫酸溶液中浸泡时间的延长,试件内部有二水石膏生成,盐酸溶液中试件仅在pH值为1的溶液中浸泡180 d后产生二水石膏;盐酸溶液对富水充填材料的腐蚀主要为H+中和作用下硬化体结构的溶解腐蚀,硫酸溶液对材料的腐蚀为硬化体结构的溶解腐蚀和石膏的膨胀腐蚀;硫酸溶液对富水充填材料的腐蚀作用强于盐酸溶液.     

不同pH值水溶液对石灰岩溶蚀影响的模拟研究

选择含云灰岩和云灰岩两种石灰岩样片,采用不同pH值水溶液和不同浸泡时间研究其对溶蚀的影响,结果表明:1)在3～30h的短时间尺度,pH值为6.0和3.0时均会增加含云灰岩的溶蚀量,而云灰岩在pH值为6.0的微酸环境中溶蚀量增加,在自然石灰岩环境中的积水(pH值为7.7)中溶蚀量会随着浸泡时间延长而稳定增加;2)在1～30d的长时间尺度,含云灰岩和云灰岩在不同pH值溶液中的溶蚀量显现出波状减少的趋势。在pH值为3.0溶液中两种石灰岩溶蚀样片的溶蚀量在1～5d都远大于其他溶液,含云灰岩和云灰岩在浸泡1、5d的溶蚀量分别是pH值为7.7溶液中溶蚀量的106、11.4和30.5、47.4倍。pH值为6.0的微酸溶液在溶蚀1～5d内也能增加云灰岩的溶蚀量。两种石灰岩样片在浸泡10d后溶蚀量都大幅降低,最终出现沉积现象;3)含云灰岩在由小到大6个不同pH值溶液中的溶蚀速率分别是0.139、0.042、0.029、0.015、0.013和0.005mm/(cm2.a)。在溶蚀初期1～5d的时间里,pH值降低会使含云灰岩溶蚀速率成倍增加,云灰岩在不同pH值溶液中的溶蚀速率除pH值为6.0和7.0的增加外,其他与含云灰岩的趋势一致,10d后所有溶液的溶蚀速率迅速减少并接近一致。云灰岩在pH值为3.0、6.0、4.0、5.0、7.0、7.7溶液中的最大溶蚀速率分别是0.196、0.114、0.062、0.026、0.059和0.006mm/(cm2.a)。在相同pH值与相同的溶蚀时间下,云灰岩的溶蚀速率大于含云灰岩。     

石膏岩溶蚀与强度特性试验研究

石膏岩在工程中使用广泛,其具有特殊的物理化学性质,常引发工程问题,因此研究石膏岩的溶蚀特性以及溶蚀前后强度、塑性、脆性等性质变化显得尤为重要。通过室内溶蚀试验分析其溶蚀机理,利用电镜扫描观察其微观结构,分析强度劣化机理,并通过单轴压缩试验,研究石膏岩在不同溶液条件下的软化性质。结果表明,不同溶液对石膏岩的影响不同。以石膏岩浸泡在纯水中为参照,NaCl溶液促进石膏岩的溶蚀量,使试样的强度降低,为纯水溶蚀后试样强度的40%,塑性变强,脆性减弱;冰醋酸溶液减少石膏岩的溶蚀量,强度少许增加,塑性变弱,脆性变强;氢氧化钠溶液可与石膏岩发生反应生成氢氧化钙,因此在前期可促进石膏岩的溶蚀,后期生成较多的氢氧化钙络合物附着在岩样表面阻止石膏岩继续溶蚀并使其强度变大、塑性变强。微观电镜图片显示,不同溶液对石膏岩的溶蚀程度以氯化钠溶液最为严重,其次分别为纯水、冰醋酸溶液、氢氧化钠溶液。单轴压缩试验时声发射活动发生次数与溶蚀量相一致。     

硫酸环境对水泥土强度影响的试验研究

通过模拟试验的方法探讨了在不同硫酸环境下不同龄期（0-28 d）的水泥土表面和抗压强度变化,得出了水泥土表面腐蚀程度随着时间的增长和腐蚀环境介质质量浓度的增大而增加,水泥土抗压强度随硫酸浓度的增大而减小规律;分析了硫酸溶液的pH值和SO4^2-质量浓度随时间的变化关系,得出随着腐蚀时间的增长腐蚀环境的pH值增大,SO4^2-质量浓度则呈下降趋势。在此基础上建立了硫酸环境下pH值、SO4^2-质量浓度和时间与水泥土强度的多元线性回归关系式,经对比预测值与实测值,证明它们比较接近,说明模型的具有一定的可行性,可供工程设计参考。     

酸雨腐蚀对大理岩单轴压缩特性的影响

采用室内模拟试验研究酸雨腐蚀对大理岩单轴压缩特性的影响.将大理岩岩样浸泡在封闭的模拟酸雨溶液中,在浸泡时间和温度相同的条件下,改变酸雨溶液的pH;在pH相同的条件下,改变酸雨溶液的温度.通过测定不同时间的酸雨溶液电导率、反应后浸泡溶液的钙离子浓度,分析pH和温度变化对大理岩与酸雨溶液之间化学反应的影响.将浸泡后的大理岩岩样进行单轴压缩试验,分析模拟酸雨对大理岩单轴抗压强度和破坏方式的影响.试验结果表明:在酸雨溶液中浸泡后,大理岩破坏时的脆性程度减弱;室温时,随着浸泡溶液的pH降低,大理岩和酸雨溶液反应更加充分,大理岩单轴抗压强度降低;但当温度为80℃时,大理岩单轴抗压强度随着pH的降低反而明显增大;随着酸雨溶液温度的增加,化学反应速度加快,反应达到稳定的时间缩短,短期内单轴抗压强度比室温时明显降低.     

pH值对Cu-17Ni-3Al-X耐磨铸造铜合金腐蚀的影响

通过静态浸泡腐蚀实验和电化学实验,采用扫描电镜、X射线衍射仪、光电子能谱仪研究了一种Cu-17Ni-3Al-X耐磨铸造铜合金在pH值变化的3.5％(质量分数)NaCl溶液中的耐腐蚀性能和腐蚀行为.结果表明:在3.5％ NaCl溶液中,随着溶液pH值的升高,合金腐蚀速率逐渐降低;在中性和碱性溶液中,合金具有优异的耐腐蚀性...     

复合胶凝材料的抗硫酸性能与腐蚀动力学分析

通过硫酸浸泡腐蚀试验,研究矿粉单掺、硅灰-矿粉双掺2种复合胶凝材料体系的抗硫酸腐蚀性能.以质量损失、酸消耗量和腐蚀深度等为测试指标,研究了硬化水泥石在硫酸溶液中的劣化性能.结果表明,硫酸溶蚀水泥石形成的疏松腐蚀层可避免内部水泥石与酸直接接触,具有减缓酸腐蚀的作用.根据不同腐蚀时间的腐蚀深度建立了硬化水泥石的酸腐蚀动力学方程d=Ktn,d和t分别为腐蚀深度和腐蚀时间,K和n为试验拟合指数.据此可推算水泥石一定腐蚀时期的腐蚀深度,为混凝土结构设计、维修和防护等提供参考.     

pH值对砂岩中CO_2示踪矿物的稳定性影响实验研究

研究片钠铝石形成后保持稳定的pH值临界条件,对含片钠铝石砂岩展开了不同pH值条件下水-岩反应实验。结果表明:在封闭反应体系条件下,相同pH值(pH值为4)、不同体积(10、80、500 m L)条件下,随着反应溶液体积的增大,片钠铝石溶蚀程度增强,片钠铝石稳定性降低;相同体积(500 m L)、不同pH值(4pH9)条件下,pH值的增大对片钠铝石溶解速率影响不显著;pH值不是片钠铝石溶解程度发生改变的主控因素,在研究天然片钠铝石稳定性时,可以排除pH值造成的影响。     

X70管线钢在酸性和近中性模拟海水溶液中的腐蚀行为

为对比X70管线钢在酸性(pH=3)和近中性(pH=7.7)模拟海水溶液中的腐蚀机制,采用极化曲线,通过电化学阻抗谱(EIS)和腐蚀失重实验对X70管线钢在不同模拟海水溶液中的腐蚀行为进行了研究。结果表明,X70管线钢在酸性溶液中浸泡168 h后腐蚀失重约为近中性模拟海水溶液中的16倍,大部分表面发生均匀腐蚀,局部形成以夹杂物为中心的腐蚀圆环,随着浸泡时间的延长,容抗弧半径和低频区阻抗值|Z|均呈增大趋势,先发生吸附而后出现微弱的扩散,电荷转移电阻R_ct值增大,腐蚀速率减小;近中性模拟海水中形成较厚的腐蚀产物膜,氯离子聚集破坏形成小点蚀坑,局部聚集形成大的点蚀,电荷转移电阻减小,腐蚀速率增大,而后趋于稳定;X70管线钢在模拟海水溶液中处于活性溶解状态,与酸性海水溶液相比,管线钢在近中性模拟溶液中自腐蚀电位E_corr正移137 mV,自腐蚀电流密度i_corr为酸性海水溶液中的0.047倍。因此,X70管线钢在酸性模拟海水溶液中的腐蚀规律可为其应用于海底管线的腐蚀控制提供理论支撑,对其安全服役具有十分重要的意义。     

氯盐侵蚀作用对水泥固化铅污染土化学稳定性的影响

含侵蚀性盐离子(SO_4~(2-)、Cl-等)的地下水环境可能会改变水泥固化污染土中重金属离子的溶出特性.通过毒性浸出试验模拟研究了遭受NaCl溶液侵蚀的水泥固化铅污染土的化学稳定性.试验结果表明,遭受NaCl溶液侵蚀后,随着NaCl浓度的增加,浸出液pH值略有减小,浸出液中Pb~(2+)质量浓度亦有所降低.短期浸泡,浸出液pH值最低,Pb~(2+)质量浓度最大;随后,pH值随浸泡时间增加而增大,Pb~(2+)质量浓度随浸泡时间增加而减小.当Pb~(2+)含量≤5 000 mg/kg时,浸出液中Pb~(2+)质量浓度均小于5 mg/L,满足环境要求;而Pb~(2+)含量为10 000 mg/kg的固化土体,滤出的Pb~(2+)质量浓度均超过5 mg/L,不能满足环境要求.     

磷石膏渗滤液对碳酸盐岩的溶蚀试验

磷石膏渗滤液对碳酸盐岩及岩溶地下水产生重要影响,但其影响机制尚不清楚。本文开展了磷石膏渗滤液对碳酸盐岩的溶蚀试验,对比分析了不同p H值、水动力条件及溶蚀时间对研究区不同碳酸盐岩样品的溶蚀效果,探讨各试验条件对溶蚀作用的影响机制。结果表明:岩样失重率呈现对数型增长趋势;渗滤液pH值为1.86的试验组中岩样失重率大小依次为娄山关组、法郎组、青岩组,pH值为2.71的试验组中岩样失重率大小依次为:法郎组、青岩组、娄山关组;动态试验失重率明显高于静态试验。渗滤液pH值和水动力条件与其他变量的交互作用均表现强烈,渗滤液pH值、水动力条件及二者间交互作用对岩样溶蚀的影响在试验前期作用较大而在后期减弱,岩石层组类别在试验后期作用凸显。整体上看,试验变量对岩样失重率的影响作用大小依次为渗滤液p H值、溶蚀时间、水动力条件、岩石层组类别。     

pH值对Q235碳钢与304L不锈钢在典型含硫环境中电偶腐蚀行为的影响

采用电化学法和浸泡法研究了Q235碳钢与304L不锈钢在典型含硫环境中的电偶腐蚀行为.采用SEM观察试样表面形貌.结果表明:在实验体系中304L的阴阳极过程均为电化学活化步骤控制;在pH为4和7的实验溶液中,Q235钢的阴阳极过程均受电化学活化控制;而在pH=13.3的实验溶液中,Q235阴极过程受电化学过程控制,阳极过程受离子扩散控制.在三种实验溶液中的电偶腐蚀效应随阴阳极面积比的增大而增大,但电偶电流随阴阳极面积比的变化并不呈现出对数正比规律.随着溶液pH值的升高,Q235钢的电偶腐蚀速率明显减小,但电偶腐蚀效应变化不明显.     

Cl^-浓度和pH值对AZ31镁合金腐蚀行为的影响

研究了AZ31镬合金在不同Cl-浓度和pH值的NaCl溶液中的腐蚀行为,从腐蚀形貌和腐蚀速率等方面对其进行了定性和定量描述,并对其腐蚀机理进行了探讨.经NaCl溶液腐蚀的AZ31镁合金呈现出明显的点蚀特征.随着Cl-浓度的增大,金属的阳极溶解和局部腐蚀加剧,AZ31镁合金的腐蚀速率也急剧增加,腐蚀程度加重.同时,溶液pH值的增大有利于AZ31镬合金表面形成更稳定的Mg(OH)2钝化膜.于是,随着溶液pH值从7增大到12,AZ31镁合金的腐蚀速率减小,耐腐蚀性能增强.     

水-土化学作用的力学效应及机理分析

通过水 土反应物理力学效应的实验 ,探讨了水 土反应的正力学效应和负力学效应 .结果表明 ,同一种土在不同水溶液或不同的状态浸泡下 ,其水 土化学反应后的液限和塑限不同 ,并存在着正负两个方向的力学效应 :纯水或KNO3溶液使土的液塑限及塑性指数增大 ,而Ca(OH) 2 和K2 CO3溶液交替浸泡会使土的液塑限及塑性指数较大幅度的减小 .进而对水 土反应的力学效应机理进行了分析 ,认为具有力学效应的水化学反应主要有溶蚀作用、沉淀或结晶作用和阳离子交替吸附作用 3种 ,并分别对其进行了探讨 .最后认为通过水与土的化学反应可以调整土的物理力学性质 ,从而改良土质 ,防治环境地质灾害     

溶液中氧化亚铁硫杆菌对球墨铸铁的腐蚀行为影响研究

采用失重腐蚀实验和电化学方法,结合腐蚀形貌分析与产物物相分析研究了氧化亚铁硫杆菌(T. f)对球墨铸铁腐蚀行为的影响。研究结果表明:T. f在9K培养基中0～47 h处于生长停滞期,47 h～159 h为指数生长期,159 h～202 h为稳定生长期,202 h后进入衰亡期,符合细菌生长规律;相对于无菌体系,铸铁在有菌体系中的失重腐蚀速率显著增大,同一时间内,浸泡铸铁挂片的有菌溶液pH值最高,浸泡铸铁挂片的无菌溶液pH值次之,细菌培养基的pH值最小。T. f的存在使铸铁表面覆盖物状态不断发生变化,导致其双电层电容发生较大波动。经同样的浸泡时间,铸铁在T. f体系中腐蚀后的表面腐蚀坑数量更多,腐蚀坑直径更大; T. f体系和无菌体系的腐蚀产物均为黄钾铁矾,说明T. f的存在仅是加速了溶液中铸铁的腐蚀过程。     

粗糙裂隙溶解过程反应性溶质运移特征

岩体裂隙中溶质运移受对流、扩散和水岩化学反应三种机制控制.分析了不同机制主导作用下，粗糙裂隙溶解过程中反应性溶质运移特征，并分析粗糙度的影响.研究结果显示，粗糙裂隙溶解过程存在4种类型，分别是均匀、非均匀、极度非均匀和均匀-非均匀溶解.其中对流占主导作用条件下，裂隙发生均匀溶解；化学反应占主导作用条件下，流体上游溶解速率高于下游.初始粗糙度对裂隙溶解过程也具有重要影响:初始粗糙度增大会使水岩化学反应速率增大，同时随着水岩反应的进行，裂隙溶解后粗糙度增大.     

受酸腐蚀砂岩的扩散模型

基于Fick第二定律，研究了钙质胶结砂岩受酸腐蚀的渗透力学特性，推导了受盐酸腐蚀圆柱形岩样的扩散控制方程，建立了扩散模型与单轴抗压强度之间的关系式。通过监测溶液中H^ 浓度的变化，验证了计算结果与监测结果具有很好的一致性。     

酸性环境对污染土力学性质的影响

为研究水-土化学作用的物理力学效应,人工方法制备经硫酸长期浸泡后造成的3种不同pH环境下的土样试件,通过压缩变形性质、界限含水率和三轴固结不排水试验研究了不同酸性环境对污染土的力学性质和变形特性的影响.结果表明:硫酸浸泡过的土的压缩变形包括土体中孔隙水排出带来的弹性变形,还包括土体结构链接发生破坏和变位引起的塑性变形,导致其压缩量较原状土的压缩量大;pH值越低,硫酸溶液浓度越大,发生溶蚀破坏越剧烈,孔隙比越大,压缩系数越大,压缩模量越小;随着pH值的降低,扩散双电层被稀释,土的可塑性变弱,液限和塑性指数都减小;3种pH环境下土体均表现出应变硬化现象,pH=6.0时土体强度增高,而pH=4.0的土体强度低于蒸馏水浸泡过的土体;这与土壤黏粒部分所含的矿物成分密切相关;随着pH值的降低,土的有效应力路径都向左发生偏转,说明土体中的孔隙水压力的上升值和上升速度越大.