酸液对煌斑岩抗拉力学性能的影响及机理分析

根据大同矿区塔山煤矿3—5号煤层上部层状煌斑岩造成坚硬顶板初步垮落步距增大,冲击矿压事故频发,提出只有软化煌斑岩才能彻底根治该类事故,设计了煌斑岩软化试验手段。分别从遇酸后的宏观现象观察、强度损伤、弹性模量损伤,以及遇酸前后试件的扫描电镜试验等几个方面,探究煌斑岩的软化机理和软化效果。结果表明,经过酸溶液浸泡后的煌斑岩肉眼可见孔隙存在;煌斑岩遇酸后,其抗拉强度明显降低,最高强度损伤可达42.29%,且溶液pH值越低强度损伤越大;弹性模量损伤最高可达39.69%,可见遇酸后煌斑岩更容易发生变形;强度降低是因为煌斑岩遇酸后内部产生较多的孔隙,当试样受压时孔隙裂隙扩展贯通成软弱面,试样更容易被破坏。     

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。     

受酸腐蚀砂岩的物理化学性质及反应动力学模型研究

目的研究受酸腐蚀砂岩的物理化学性质,建立酸岩反应动力学模型,为酸性环境下的工程耐久性评价提供参考.方法通过室内长期加速腐蚀试验,监测不同浸泡时段岩样的质量变化和浸泡溶液的pH值及Na~+、K~+、Mg~(2+)、Ca~(2+)等阳离子浓度的变化.结果反应初期(0～90 d)阳离子的溶蚀速率较高,随着腐蚀时间的延长,化学反应速率降低,阳离子的溶蚀速率延缓,反应后期溶蚀速率又逐渐增大;随着腐蚀时间的延长,烘干岩样的质量损失率不断增大,而湿岩样的质量增长率呈先增大而后减小的趋势;各阶段硫酸溶液pH值总体呈增大趋势.结论受酸腐蚀岩样质量、浸泡溶液pH值以及阳离子浓度的变化具有明显的阶段性劣化特征;反应由扩散和化学反应共同作用,其中化学反应为烘干岩样主导作用,扩散作用为湿岩样前期主导作用,后期化学反应和内扩散共同主导;酸岩反应动力学模型较准确地表达了硫酸溶液腐蚀下岩样质量与时间的变化关系.     

碳钢在含Cl- 和SO42-碱性溶液中腐蚀规律的局部交流阻抗

 通过局部交流阻抗(LEIS)研究了碳钢在含Cl^-和SO₄^2-中性和碱性溶液中的腐蚀行为,并采用显微激光拉曼光谱技术进行了腐蚀产物的分析.研究结果表明,碳钢在中性和碱性溶液中均发生不同程度的腐蚀.在浸泡初期,碱性溶液中的腐蚀速率小于中性溶液中的腐蚀速率,碳钢表面在相对较短时间内形成γ-FeOOH腐蚀产物,起到较好的阻碍Cl^-和SO₄^2-阴离子侵蚀的作用.随着在溶液中浸泡时间的延长,由于Cl^-和SO₄^2-阴离子的侵蚀作用,以及在初期对基体起到保护作用的腐蚀产物膜的破损,导致平均阻抗值的降低.特别是在碱性溶液中起始阶段具有较高的平均阻抗值,但在浸泡过程中,其平均阻抗值快速地降低,表明溶液中的Cl^-和SO₄^2-阴离子对腐蚀产物膜的侵蚀作用将促进Q235碳钢的腐蚀发展.     

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。     

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...     

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.     

水环境与冻融共同作用下混凝土力学性能研究

基于不同pH值水环境下冻融循环对混凝土断裂性能影响的研究现状和发展方向,采用加速腐蚀试验、单轴压缩试验与三点弯曲试验,对在酸碱中性溶液中浸泡、再经不同次数的冻融循环后的混凝土的断裂性能及宏观力学特性进行研究。此外,利用IPP（image-pro plus）软件对由电镜扫描获得的混凝土SEM（scanning electron microscope）图像进行分析,并对损伤劣化规律,以及微观层面混凝土腐蚀及冻害破坏机理等方面进行研究。结果表明：虽然水环境的pH值对冻融前的混凝土各力学性能影响不尽相同,但随着pH值的减小,冻融循环作用对混凝土力学性能的破坏趋于严重。不同pH值溶液浸泡后混凝土试件的内部微观劣化规律相似,损失变量与冻融循环次数存在二次函数关系。由此推导出不同pH溶液下不同冻融循环次数后的损伤变量公式。     

植酸自组装膜对Q235钢在氯化钠溶液中的缓蚀作用

从植物中提取的植酸作金属缓蚀剂对环境保护具有重要意义.采用失重法、扫描电子显微镜和X射线能谱研究了植酸对Q235钢在NaCl溶液中的缓蚀行为以及影响因素.失重实验结果表明,不同pH值植酸对Q235钢的缓蚀效果明显不同,在酸性条件下植酸加速Q235钢的腐蚀,在中性及碱性条件下,植酸对Q235钢的腐蚀具有明显的抑制作用.中性或碱性条件下,NaCl溶液中植酸对Q235钢缓蚀效率随植酸浓度的增加而增加,植酸浓度达0.5%以上时,缓蚀效率高达90%以上.扫描电镜结果表明,植酸处理后的Q235钢表面生成膜在不同pH下明显不同,碱性条件下的生成膜明显好于酸性条件下的生成膜.     

煤矸石试样的X-衍射图谱分析及试验研究

模拟不同酸碱性环境配制溶液对煤矸石进行浸泡试验,测定浸泡液的pH值,对浸泡后试样进行XRD图谱分析,通过直剪试验检测浸泡后试样的强度变化.研究结果表明,浸泡液的pH值主要受煤矸石试样的产地、浸泡时间、固液比、配制溶液酸碱度的影响,并随着时间而变化,浸泡1d时其值变化最大.中性溶液浸泡后东胜煤矸石(Dongsheng Coal Gangue,D-CG)、薛家湾煤矸石(Xuejiawan Coal Gangue,X-CG)和集料(Aggregate,AGG)试样浸泡液的pH值随固液比的减小而增加,而乌海煤矸石(Wuhai Coal Gangue,W-CG)浸泡液的pH值随固液比的降低而增加;酸性溶液浸泡后W-CG和X-CG浸泡液的pH值随固液比的降低而增加,而D-CG和AGG浸泡液的pH值随固液比降低而减少;碱性溶液浸泡后各试样浸泡液的pH值都随固液比的降低而增加,而W-CG浸泡液的pH值随固液比的降低而增幅较强.中性、酸性和碱性溶液浸泡后D-CG和AGG试样α-石英、高岭石和钙长石晶体溶出;X-CG试样溶出α-石英晶体,高岭石和钙长石晶体结构解体而消失;W-CG试样高岭石晶体结构受到破坏而解体,α-石英和钙长石晶体溶出.经过浸泡D-CG溶出α-石英晶体,试样与黏性土形成混合料制件和强度试验过程中由于石英的活性促使试件抗剪强度增大;而X-CG和W-CG中的α-石英、高岭石和钙长石晶体结构解体,使试件的抗剪强度降低,因此D-CG抗酸碱腐蚀性能比X-CG和W-CG高.     

化学腐蚀下砂岩三轴压缩力学效应的试验

利用CT识别技术对化学腐蚀下的砂岩进行了三轴加载全过程的即时扫描试验 ,探讨了不同 pH值和不同化学溶液对砂岩强度的腐蚀影响 ,给出了砂岩应力应变曲线·实验结果表明 ,不同的环境对砂岩力学特性的影响是不同的 ,而且化学溶液酸性越强或碱性越强对砂岩的腐蚀性越大 ,所以 ,化学腐蚀是影响岩石力学特性的主要因素之一·该研究为分析砂岩损伤扩展的细观机理和损伤本构模型的建立提供了重要基础 ,为更准确地评估和计算坝基、边坡、隧道等众多与水相关的岩石工程的安全性和稳定性提供有效的技术参数 ,具有重要的工程意义     

化学腐蚀作用下围岩的动态力学性能

基于深部地下工程多场耦合的环境特点,配制了不同离子、不同pH的化学溶液,并于不同工程现场取灰质石灰岩、粉质砂岩、浅红石灰岩等围岩试样置于不同化学溶液中养护,然后采用霍普金森压杆实验系统(SHPB)进行动态压缩实验,分析化学腐蚀以及化学腐蚀-温度耦合、化学腐蚀-损伤耦合作用对岩石动态性能的影响及其机制。结果表明:化学腐蚀作用下围岩的动态强度下降,经中性盐溶液腐蚀后,灰质石灰岩、浅红石灰岩、粉质砂岩的强度分别下降了25.8%、54%和79.5%; 且随着溶液pH的降低,化学腐蚀效果越明显; 化学腐蚀-温度耦合以及化学腐蚀-损伤耦合的存在,使岩样的动态强度下降加剧。     

煤样浸水过程中水化学效应研究

为研究地下煤层开采中,水化学作用对预留安全煤柱的化学影响,对取自大柳塔5~(-2)煤样进行完全静态浸泡试验,浸泡时长以溶液pH波动变化幅度而定,通过对浸泡煤样溶液的pH及氧化还原电位值动态变化监测,分析盐水溶液pH及氧化还原电位与煤样水化学过程的对应关系,并结合非平衡态热力学理论判定,解释煤样水化学作用的根本原因;结果表明:煤样浸水初期溶液pH(0～4 h)降低,煤岩矿物及有机碳氧化反应产生大量酸性水,随浸泡时间的增加,煤岩长石类矿物及方解石、白云石等消耗大量的H~+,生成稳定的黏土矿物,同时长石类矿物溶解的阳离子与黏土矿物裸露表面产生离子反应,引起pH总体上升;结合非平衡态热力学理论,浸水煤样与外部环境的存在温差、水岩之间相互作用及渗流力的产生等,加快熵产生率,因此煤样浸水水化学效应所导致溶液pH及氧化还原电位值变化均属于煤样化学风化自发体系。     

化学腐蚀下花岗岩三轴压缩力学特性试验

利用岩石三轴测试系统对3种不同p H化学溶液浸泡后的花岗岩进行三轴压缩试验,探讨不同p H化学溶液对花岗岩力学特性的腐蚀效应,获得不同化学溶液对花岗岩强度和变形特性的影响规律。并通过测量3种溶液浸泡过程中各溶液的p H变化以及浸泡岩样的质量变化分析化学溶液对岩石的腐蚀程度。研究结果表明:不同p H化学溶液对花岗岩力学性质的影响不同,p H为10溶液浸泡后的花岗岩三轴压缩强度最高,p H为13溶液浸泡后的花岗岩三轴压缩强度次之,p H为7溶液浸泡后的花岗岩三轴压缩强度最低,且花岗岩的凝聚力随差浸泡溶液的p H增加而增加,而内摩擦角随着p H增加而减少,并进一步分析化学溶液对花岗岩强度的腐蚀机理。室内试验结果可为构建花岗岩化学腐蚀条件下本构模型提供重要的试验资料。     

化学溶液与冻融循环作用下粉砂岩强度衰减及预测模型

为探明化学腐蚀与冻胀荷载耦合作用下粉砂岩强度的长期衰减规律,对不同化学溶液浸泡和冻融循环处理后的粉砂岩进行物理性质与细观结构测试,分析溶液pH与冻融循环次数对单轴抗压强度和抗拉强度衰减的影响。根据试验结果,确定冻融作用下粉砂岩强度的衰减参数与溶液pH之间的关系,建立强度衰减预测模型,以揭示复杂现场环境中岩石工程全寿命周期下强度的衰减规律。研究结果表明:随着溶液pH降低、冻融循环次数增加,粉砂岩的质量损失率和峰值应变增大,纵波速度和峰值应力减小,表现出向延性转化的趋势;单轴抗压强度和抗拉强度均随冻融循环次数增加而逐渐衰减,且溶液pH越低,强度衰减幅度越大。这是由于酸性溶液对粉砂岩的冻融损伤劣化具有促进作用,而碱性溶液具有一定抑制作用,且溶液的酸碱性越强,作用就越剧烈。随着溶液pH降低,粉砂岩强度的衰减常数减小、半衰期增大,据此建立的预测模型反映出化学溶液与冻融循环共同作用下粉砂岩强度的非线性衰减特征,强度计算值与实测值一致,证明本模型具有良好的预测效果。     

环境侵蚀对水泥土桩承载力影响的试验及分析

通过试验模拟了具有一定水泥掺量的水泥土在各种环境因素(水、不同化学溶液、不同浓度以及不同pH值等)下的侵蚀作用,进行了水泥土试件90d的无侧限抗压强度试验·探讨了水泥土受各种环境因素的侵蚀效应、破裂行为与机理·结果表明,酸性和高浓度化学溶液侵蚀环境对水泥土力学性能的劣化明显;而碱性和部分低浓度化学溶液环境对水泥土力学性能具有一定促进作用·据此,对水泥土桩竖向承载力的设计公式进行了环境效应修正,提出了环境效应因子的概念,并对其取值进行了分析·     

新型捕收剂浮选锂辉石和绿柱石

通过浮选实验研究了油酸钠、 C7-9羟肟酸、十二烷基磺酸钠和新型两性捕收剂YOA-15对锂辉石和绿柱石的捕收性能. 研究结果表明: 十二烷基磺酸钠在强酸性介质条件下对锂辉石和绿柱石具有一定的捕收能力, 在中性和碱性条件下不具有捕收能力;C7-9羟肟酸和油酸钠对这2种矿物的捕收能力相近, 在中性条件下对绿柱石的捕收能力较强, 在整个pH值范围内对锂辉石的捕收性能很弱;YOA-15在酸性条件下对2种矿物具有很强的捕收能力, 在中性和碱性条件下捕收效果一般;经碱擦洗后, 2种矿物的可浮性均得到增强;在中性和碱性条件下, YOA-15的捕收性能强于油酸钠及其他类捕收剂的捕收性能;加入少量的Fe3 可使锂辉石和绿柱石充分活化, 最佳活化pH值为中性;Ca2 在用量较大时才体现出对锂辉石和绿柱石的活化, 其最佳活化pH值为强碱性.     

水土作用对桂林重塑红粘土工程性质试验研究

红粘土在土类划分上属于特殊性土,由于其特殊的成因过程及成因环境,水土作用对桂林重塑红粘土的工程性质具有一定影响,本文通过室内实验研究水土作用对桂林重塑红粘土界限含水量以及胀缩性的影响,探究其内在作用机理。试验结果表明,经过浸泡7d后的土体的界限含水量均会改变,随着溶液浓度的增大在NaCl和CaCl₂溶液中浸泡的土样液限和塑性指数增大、塑限减小,且随着酸性和碱性的增强会进一步加大这一趋势。而在NaCl和CaCl₂溶液中浸泡的土样的自由膨胀率、线缩率、体缩率会随着溶液浓度的升高而增大,其中自由膨胀率在酸性相同条件下随着pH值的减小而增大,在碱性环境中自由膨胀率随着pH值的升高而增大,线缩率和体缩率则无明显规律。     

水泥砂浆TSA侵蚀破坏过程的性能演变

研究了不同水灰比的掺石灰石粉水泥砂浆在低温硫酸盐溶液中长期浸泡后的外观、强度与矿物成分变化过程，分析了水泥砂浆受TSA侵蚀后的宏、微观性能演变规律．结果表明：TSA侵蚀是一种由外及里、逐渐发展的腐蚀破坏过程，降低水灰比可有效减缓TSA侵蚀破坏速率．从微观角度分析，将TSA侵蚀过程分为四个阶段：离子迁移期，钙矾石生成期，石膏生成期和碳硫硅酸钙生成期．根据力学性能变化与外观破损过程，TSA侵蚀又可分为三个阶段：潜伏期、膨胀开裂期和软化解体期。     

硫酸长期腐蚀环境下赤泥-煤系偏高岭土地聚合物耐久性研究

以工业废弃物赤泥和煤系偏高岭土为原料,水玻璃和NaOH的混合溶液为激发剂制备赤泥-煤系偏高岭土地聚合物(RCG)试件。探究试件养护7 d后在pH值为2的硫酸溶液中浸泡3～112 d耐酸腐蚀性能。试件抗压强度、X射线光谱分析(EDS)及扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明,赤泥-煤系偏高岭土地聚合物的聚合反应在酸液中浸泡14 d后基本结束,酸性环境下地聚合物发生解聚并在内部结构中形成裂纹,导致其抗压强度随浸泡时间延长而逐渐降低。酸液中不同浸泡时间下RCG的应力应变曲线上升段差异明显,随浸泡时间延长上升段斜率和峰值应力呈先增大后减小的趋势,浸泡过程中弹性模量与抗压强度具有良好的相关性。以复合幂指数非线性模型为基础,并考虑长期浸泡的因素,建立了模型各参数与酸液浸泡时间D(D≥14 d)的关系,为研究硫酸长期腐蚀下赤泥-煤系偏高岭土地聚合物的应力应变曲线提供了新方法。