镉污染粉土电化学特性试验研究

基于电化学测试技术,将电化学阻抗谱(EIS)理论与测试技术应用于镉污染粉土内部结构和电化学特性的研究。通过试验得出镉污染粉土的Nyquist图表现为一个时间常数的容抗弧,Bode图中阻抗模值受污染介质含量和频率的影响;模拟分析得到镉污染粉土的等效电路模型,主要包括溶液电阻、固液界面电阻和固体颗粒表面双电层电容三个主要电学元件;通过拟合等效电路参数值后得出:溶液电阻随着污染介质含量的增大呈对数减小,固液界面电阻随着污染介质含量的增大呈线性减小;固体颗粒表面双电层电容随着污染介质含量的增大呈指数增大。     

温度对粉土电化学特性影响的试验研究

为了研究不同温度下粉土电化学性质的变化规律,通过使用电化学法测量粉土在五个温度梯度下的电化学阻抗谱图,运用Zsim Demo拟合其等效电路,研究电路参数的变化规律及分析其机理,结果表明:温度对粉土Nyquist图影响表现为高频区和中频区的两个时间常数下的圆弧以及低频区的扩散斜线;Bode图表现为随着温度的上升,土的阻抗模值持续减小;不同温度所对应的实际等效电路包含了溶液电阻、电荷传递电阻、常相位角元件、多孔层的电阻元件、电容元件以及扩散电阻六个电化学元件;随着温度的升高,电极发生反应的速率随之增快,电荷在土中的导体相转移速度增快,表现出溶液电阻、电荷传递电阻、多孔层的电阻均在-20℃时最大,而常相位角原件的双电层电容参数值在20℃时达到最大。     

碳酸氢钠饱和盐渍砂土的电化学特性试验研究

为分析碳酸氢钠含量对饱和盐渍砂土的电化学特性影响,通过配置4组不同浓度的碳酸氢钠溶液与标准砂混合形成碳酸氢钠饱和盐渍砂土;运用三电极体系下电化学阻抗谱法研究了不同含量的碳酸氢钠饱和盐渍砂土的电化学特性。研究结果表明:不同含量碳酸氢钠饱和盐渍砂土的Bode图中的阻抗模值随着碳酸氢钠含量的增加和频率的增加都呈现减小的趋势;Nyquist图主要包括高频区的圆弧、中频区的直线段及低频区的圆弧;且等效电路含有两个时间常数。碳酸氢钠饱和盐渍砂土的等效电路由电极与溶液界面的电荷转移电阻、扩散电阻、常相位角元件、砂粒固液界面电阻、砂粒固液界面电容以及溶液电阻六部分组成。碳酸氢钠含量的增加使得孔隙液中的离子浓度增加、扩散层内的离子向砂粒表面的转移能力增强、土水离子交换更频繁,导致溶液电阻和砂粒固液界面电阻随着含量的增大而减小;砂粒固液界面电容、常相位角元件的电容随着碳酸氢钠浓度的增大而增大。     

氯化钠盐渍砂土电化学特性的试验研究

为分析盐含量对氯化钠盐渍砂土电化学特性的影响,通过配置4组不同浓度的氯化钠溶液与标准砂混合形成氯化钠盐渍砂土。采用CS350电化学工作站获取氯化钠盐渍砂土的电化学阻抗谱图,运用Zview、ZsimDemo进行拟合其等效电路,研究各个参数的变化规律及探讨其机理分析。结果表明:不同盐含量对氯化钠盐渍砂土的Nyquist图均影响较小,均表现为高频区的平扁容抗弧半圆和低频区的近45°斜线的图谱特征;且随着盐渍砂土中氯化钠含量的增加,容抗弧和扩散半径都呈减小的趋势。Bode图中阻抗模值随着盐渍砂土中氯化钠含量的增加和频率的增大都表现为减小的趋势。通过计算、分析和模拟其等效电路,得到盐渍砂土的等效电路元件主要包括:溶液电阻、砂土多孔层电容和电阻、固液界面形成的双电层电容和法拉第阻抗。由于氯化钠含量增大,盐渍砂土的孔隙溶液离子浓度上升,可自由移动的正负离子增多,致使体系中的电荷分离以及电荷转移等过程更加容易,促使体系反应速度加快,表现出溶液电阻、多孔层电阻和电荷转移电阻均呈减小趋势,导电能力增强,多孔层电容和双电层电容均呈增加趋势,储存电荷能力增强。     

灰土电化学阻抗谱(EIS)与力学性能的试验研究

在电化学体系研究和分析中,电化学阻抗谱的拓扑结构是一项十分重要的内容。把灰土的的电化学阻抗谱性质和其抗剪强度指标联系起来,可以得出一定关系,这为灰土的力学性能测试提供一个新的方式和途径。通过对不同龄期的灰土电化学测试,得出Nyquist图和Bode图,用相应的等效电路模拟其电化学阻抗谱并得出其参数;结合灰土的内部反应机理,分析参数变化过程,以及与相应龄期灰土抗剪强度指标的关系。试验结果表明:灰土的硬化过程可以分为前期和相对稳定期;其阻抗谱在前期呈现准Randles模型,相对稳定期呈现非Randles模型;通过等效电路模拟,得出其电路的参数:灰土溶液电阻Rs、灰土内部双电层CPE、电荷转移电阻Rt以及扩散阻抗ZW。随着龄期的增长,Rs、Rt、ZW在不断增大,CPE不断减小;通过灰土内部反应机理与等效电路参数的分析,灰土的黏聚力c、内摩擦角φ可以用参数α,β表示出增长的关系。     

硝酸镉污染高岭土电化学特性试验研究

通过对不同含量硝酸镉的高岭土进行电化学阻抗谱进行测试,结合其Nyquist和Bode图谱模拟出相应的等效电路参数。分析结果表明,在污染6 h时,随着硝酸镉浓度增加,高岭土Nyquist图中呈现出由准Randle向非Randle变化,溶液电阻减小、常相位角元件电容增大、以及扩散阻抗逐渐减小至消失;在污染24 h时,高岭土Nyquist图中呈现出两个时间参数,电化学参数溶液电阻、常相位角元件、固液界面电阻、扩散阻抗均有所改变;随着时间的推移,高岭土与孔隙溶液硝酸镉电离出的Cd2+产生较强的电化学作用,高岭土体系密实度增大吸附性增强。     

接触电阻对电化学阻抗影响的试验研究

在电化学阻抗测试中,电极作为传递信号的载体,电极与材料的接触程度,也即之间存在的接触电阻的大小,直接影响到了电化学阻抗及其阻抗谱所拟合等效电路参数的结果。通过对粉土、灰土分别在不同电极间压力和不同电极面积的正交试验下,所测得的阻抗|Z|和接触电阻R_0,来探求R_0与|Z|及其等效电路参数的关系。研究表明:电化学阻抗谱呈现非Randles模型的材料,可以提出类似于材料电阻率ρ_m的材料阻抗率ρ来表征材料的特性;同时ρ可以用其相对应的R_0与参数α的乘积表示。α随着电极间压力的增大而缓慢增大,随着电极面积的增大而急剧增大,随着材料压缩模量E_s的增大而减小;随着电极间压力的增大,其ρ、R_0、|Z|以及等效电路参数溶液电阻R_s、电荷转移电阻R_t在不断减小,而其双电层电容C_d在不断增大;随着电极面积的增大,其R_0、C_d在不断减小,而其ρ、|Z|、R_s和R_t在不断增大;随着材料E_s、ρ_m的增大,其ρ、R_0、R_s和R_t在不断增大,而其C_d不断减小。     

pH对粉土电化学特性的影响试验研究

通过配制五种不同pH的粉土土样,运用电化学阻抗谱(EIS)研究了pH对粉土电化学特性的影响,试验结果表明:pH对粉土Nyquist图影响表现为准Randles型曲线,即高频区一个圆弧和低频区的斜线;Bode图中阻抗模值随着频率上升而下降并随着粉土的pH的改变呈规律性变化;不同pH的粉土其等效电路模型主要包括溶液电阻、电荷传递电阻、常相位角元件及扩散电阻四个电化学元件,其中溶液电阻、电荷传递电阻、扩散电阻的数值均在粉土的pH为7时最大,而常相位角元件双电层电容参数值在粉土的pH为7时最小。     

流态固化土的电化学特性及其施工与力学性能

流态固化土是一种新型填筑工程材料,是对传统稳定土（灰土等）的变革和发展。本研究采用单纯形重心法设计固化剂组成,对不同配比固化剂的流态固化土的坍落度、凝结时间、抗压强度和电化学阻抗谱进行测试。基于7个实验点的结果,采用三个分量的三阶重心多项式模型建立流态固化土坍落度、凝结时间以及抗压强度预测方程。试验结果表明,当流动性满足要求,且凝结时间适宜时,水泥-矿粉-粉煤灰三元体系质量比为6:2:2时,流态固化土抗压强度较高,固化效果及经济性良好;电化学阻抗谱法Nyquist图的容抗弧半径和Bode图的阻抗模值与固化体试样的强度呈正相关,是评价预固化剂固化效果的一种有效途径。     

Kramers－Kronig变换对电化学体系的适用性

从复变函数的解析性质讨论了Ｋｒａｍｅｒｓ—Ｋｒｏｎｉｇ变换对电化学体系的阻纳的适用性．由于电化学体系并非总可视为线性．故Ｂｏｄｅ四条件不一定都能得到满足,文中提出检验电化学体系阻纳适用Ｋ－Ｋ变换所必须满足的三个必要充分条件,并讨论了各种不同的解析形式和等效电路对Ｋ－Ｋ关系的适用性．