粘土水化测定方法

粘土水化测定方法

摘要：由于粘土矿物具有水合活化中心而吸附结合水，结合水是控制形成粘性土稠度、塑性、分散膨胀、收缩等物理化学性质及强度、变形等力学性质的重要因素之一，强烈地牵制着涉及粘土矿物行业的发展。定量测定粘土表面结合水和弄清粘土水合机制，是合理有效地预测粘土矿物与水结合后所出现的物理一化学过程、控制和利用水合粘土特殊物理化学性质、力学性质的基础理论研究。它涉及粘土矿物学、水化学、表面化学、土质学、土力学、土壤学等诸多方面，属于多学科交叉的基础理论研究。在测定粘土吸水时，大多都不是从物理机理上进行分析和解决，而是采用标定法来解决，且大量的田间标定又很困难，标定结果出现误差。通过对吸附水的测定确定粘土的水化程度以及区分粘土水化的类型。

关键词：粘土；结合水；水化；活化；测定方法

1.前言

水在粘土中的存在形式主要包括强结合水、弱结合水、毛细管水及重力水四种。

(1)强结合水：又称吸湿水。吸湿水利用分子的吸附力吸附在岩土颗粒的周围并且形成一层极薄的水膜, 这层水膜是紧附于颗粒表面结合最牢固的一层水, 在强压下,其密度接近普通水的两倍,具有极大粘滞性和弹性,可完全不受重力作用,抗剪切, 抗传递静水压力, 最高吸附力可达10MPa。

(2)弱结合水：弱结合水的吸附力则相对较小,它处于吸着水之外,厚度则大于吸着水,又称弱薄膜水。弱薄膜水在外界的压力下可变形,但同样不受重力的影响,在颗粒水膜之间可作较为缓慢的移动,具有一定的张力及弹性, 同样也不能传递净水压力。

（3）毛细管水：是指在通过毛细管作用保持在岩土毛细管空隙中地下水, 这种地下水的存在方式在岩土中很常见, 对岩土的水理性质影响也是非常大的, 毛细管水存在的不同形式具体又细分为：孤立毛细管水、悬挂毛细管水、真正毛细管水。同样, 不同毛细管水存在形式的不同对岩土的水理性质的影响程度也不同。

(4)重力水：就是指在重力作用的影响下, 在岩土的孔隙、裂缝中自由流动的水,也就是人们常说的狭义“地下水”。与结合水有着相反的差异, 重力水不具有任何弹性及粘滞性,且不受任何分子力的影响,不能抗剪切, 也不具有抗传递

静水压力的特性。由于一些天然及认为因素的影响,重力水在岩土中的活动相当活跃, 这就对岩土的水理性质（软化性、崩解性、透水性、胀缩性、给水性）产生非常大的影响。

对土壤含水量的测定可以反映作物对水的需要情况，对农业生产有很重要的指导意义。对土壤水分测定的方法研究有着非常重要的作用。目前，土壤水分测定方法多种多样：烘干法、中子仪法、γ射线透射法、电磁波法、电阻法、电容法、光电法、土壤水分传感器法等等。其中烘干法、中子仪法、γ射线透射法、电磁波法、土壤水分传感器法已被广泛应用，而电阻法、电容法、光电法目前还未见大量地使用。下面简单介绍一下这几种方法。

烘干法：取土样放入烘箱，烘至恒重。此时土壤水分中的自由态水以水蒸气形式全部散失掉。再称重量，从而获得土壤水分含量。

中子仪法：将中子源埋入待测土壤中，中子源不断发射快中子，快中子进入土壤介质与各种原子离子相碰撞，快中子损失能量，从而使其慢化。当快中子与氢原子碰撞时，损失能量最大，更易于慢化，慢中子云密度与氢元素含量呈正比。土壤中水分含量越高，氢就越多，使得慢中子云密度就越大，从而可以由慢中子云密度得到相应的土壤水分含量。

γ射线透射法：γ射线透射法利用放射源137Cs放射出γ线，用探头接收γ

射线透过土体后的能量，与土壤水分含量换算得到。γ射线法与中子仪法有许多相似的优点，如快速、准确，不破坏土壤结构，能连续定点监测，且γ射线比中子仪的垂直分辨率更高。

电磁波法：利用电磁波在土壤介质中传播时，其传导常数如速度的衰减取决于土壤的性质，特别是土壤中含水量和电导率。用一对平行棒或金属线作为导体，土壤作为电介质，一对棒起波导管的作用，电磁波信号在土壤中以平面波传导，经传输线一端返到TDR接收器，分析传导速度和振幅变化，根据速度与介电常数的关系、介电常数与体积含水量之间的函数关系而得出土壤含水量。

土壤水分传感器法：分为两大类：一是直接显示方式，一是二次传感方式。二次传感显示型，是将直接显示型传感器中的压力读数换算成水分含量。将U型管水银指示部分换成以压阻传感器为二次传感的数字化土壤水分测量装置，即可

实现数字化，直接显示传感器土壤吸力值的大小；还可运用于土壤水势的遥测。

2.水化水类型测定方法

粘土水化的类型主要有表面水化和渗透水化两种，表面水化是指粘土表面水分子吸收作用引起的，其主要驱动力为表面水化能；渗透水化是指某些粘土在完成了表面水化和离子水化周围形成水化壳。它们的测定的方法如下：

2.1 表面水化水测定方法

（1）测定原理：前苏联学者A．H库里契茨基测定了用不同阳离子饱和的多种粘土矿物的吸附等温线，还根据在不同相对湿度下粘土矿物的吸水量和比表面积计算了吸附水层假定厚度，并对样品进行了X射线衍射分析。分析了大量实验结果后认为，粘土矿物的吸附水在相对湿度(P／P0)约为0．88 时有质的变化，井将这一相对湿度作为区分表面水化水和渗透水化水的特征湿度。以下表面水化水的测定就是以此为基础的。

(2)测定方法：采用水汽吸附法测定表面水化水的量，实验步骤如下

①配制K2CrO4。饱和溶液，盛于干燥器中

②将称量瓶洗净编号，在105℃下烘干直至恒重(W1)。

③在称量瓶中装入2—3g岩样(在200℃下烘干至恒重)，称量岩祥和瓶重(W2)，准确至O.001g。

④将装有样品的称量瓶置于盛有K2CrO4饱和溶液的干燥器中，打开瓶盖，在20℃下让样品吸水，吸水达平衡(一般需7d)后称重(W3)

⑤倒出样品，将洗净的称量瓶放回干燥器中，恒重3 d后称重(W4)。

⑥岩样吸附的表面水化水按下式计算：

2.2 渗透水化水测定方法

(1)测定原理：泥页岩的膨胀不仅表现为泥页岩样品宏观体积的增加，而且还应包含向样品粒间孔隙空间的膨胀，因此膨胀水量应包含使样品宏观体积增大的水量和向粒间孔眩膨胀的水量，样品孔

欧中的水有一部分没有参与膨胀，即 V tin=V0+V1+V2；式中V tin为样品嘭胀终了

体积V0为样品中颗粒体积(不包含孔隙体积)，V0 =样品质量／颗粒密度；V1为膨胀液体的量(即膨胀水量)；V2为膨胀终了时充满样品孔欧但未参与膨胀的水量。

大量实验结果表明,相同质量的同一样品在不同压实度(即孔眩体积不同)下具有不同初始体积和膨胀终了体积，两者呈线性关系。即V tin=a+bV ini 。那么，理论上不含孔隙时样品的膨胀终了体积(V tin 0)为V tm 0=a+bV0

样品膨胀前的孔隙体积(P)为P=V ini -V0

样品吸水膨胀后的孔隙体积(Q)为Q=V tin—V tin o

总膨胀水量包含体积增量和孔眩体积减少量，即

V1=(V tin-V ini)+(P—Q)=V tm 0-V0=a +（b-1）V0

即通过对V ini、V tin线性回归求出a、b，可由最后一式求出总膨胀水量，总膨胀水量减去表面水化水量，就得到渗透水化水量。

（2）测定方法：基于能准确测定样品初始高度和膨胀终了高度，并能使样品较快地达到膨胀平衡，设计了SHM泥页岩水化膨胀测试仪。称相同质量过孔径为0.154 mm筛的泥页岩样品，在不同压实力下压制成型，分别测定样品初始高度和膨胀终了高度，对样品初始体积和膨胀终了体积进行线性回归，由最后一式计算膨胀水量。

3.吸附水含量测定

粘土矿物能与水结合已为人所共知，其结合水是粘土矿物颗粒与水或水溶液相互作用的产物，具有特殊结构和复杂的物理化学特性。结合水对土中常所出现的物理一化学过程也具有强烈的影响关系。粘土矿物因吸附结合水会表现出某些特殊的物理化学性质而被广泛应用于许多领域。土中结合水的多少直接影响农业土壤改良及肥效、建筑地基稳固程度、陶瓷铸造印染质量、粘土胶体性质稳定性、钻井液性能稳定性、井壁稳定性、油气层产量等。随着粘土矿物应用范围的不断扩大，有效地预测粘土矿物与水结合后所出现的物理一化学过程，合理有效地控制和利用粘性土稠度、塑性、分散膨胀、收缩等物理化学性质及强度、变形等力学性质，实现改良土壤、增肥、地基稳固、陶瓷铸造印染质量好、粘土一水分散体性能稳定、井眼稳定、油气层保护等是目前工业、农业、建筑业等行业中的关键技术难题。通过准确地对粘土吸附结合水的测定是解决上述问题的理论基础和技术关键，也是国内外工农业及建筑业领域目前迫切期望解决的课题。目前测定水合粘土水分含量及存在形式有如下几种：热失重法、等温吸附法、红外光谱法、

离子交换法等。

3.1热重分析法

采用热天平进行热分析。热天平与一般天平原理相同，可在受热情况下连续称重，仪器根据热失重的数量，绘出失重与温度的关系，得到热重分析的TG 曲线，自配计算机系统进行数据处理，标出样品中物质失重的数量及其温度区间。因此，利用热重曲线可获得粘土样品中各种吸附结合水的相对含量，同时也能定性确定结合水的存在形式(类型、界限)。

3.2 等温吸附法

在同一温度、不同水气平衡压下，干粘土粉将吸附水气中的水而增重，这就是吸附理论中固体自气体中的吸附结果，实验上测量的是在恒温下单位重量固体物质吸附的气体量随压力的变化关系。固体物质吸附的气体量取决于温度、压力、固体物质类型、结构、比表面积、表面粗糙度、孔隙情况等。可见，等温吸附法可以定量测定干粘土粉吸附水蒸气(吸附结合水)量，并确定结合水界限。

3.3 红外光谱法

在分子内，不同原子对沿着联结它们的化学键在振动着。水分子中，氢原子和氧原子就沿着联结它们的化学键振动。这种振动分为两类，一类是氢原子和氧原子沿着键的方向振动，称为伸缩振动，频率为伸缩振动频率。另一类是氢原子围绕氧原子来回摆动，称为弯曲振动，频率为弯曲振动频率。在弯曲振动中键角发生变化。如果在这两种振动中，键的偶极矩发生变化，键就吸收或放出部分能量。如果一种辐射的频率与伸缩振动的频率相等，且与伸缩振动的方向成一角度(不是平行于伸缩振动方向)射入，辐射就能被吸收。因此可以通过测定辐射波频率的大小，弄清楚分子中键的振动频率。当一个水分子通过氢键与另一水分子键合时，O-H键的伸缩振动频率就有所变化。于是，利用红外光谱可以得到有关水分子中化学键合及水分子与粘土矿物间相互作用的信息。

O

H H

3.4 离子交换法

阳离子交换原理： Ca一蒙脱土+2NaX → CaX2+2Na一蒙脱土

CaX2+2NaCl→CaC12+2NaX

通过表面结合水定量测定的实验方法的建立、结合水类型确定及其界限划

分、粘土自气体中的吸附转移到自液相水中的吸附研究等。表面结合水的多少、结合水的存在形式(粘土水合状态)决定粘土颗粒的性质如表面性质、形状、粒度大小、分散聚集状态等，进而直接控制粘土分散体系的胶体性质、粘土的物理化学性质及强度、变形等力学性质和其它物质在多孔介质中的物化渗流。

4.国内外现状

国内外在研究粘土物理化学性质及力学性质时，虽对其吸水性进行了定量测定，但一贯用总吸水量作为粘土矿物水敏性(吸水能力)的直接评价标准，而且是基于105℃下考察的。由于总吸水量未涉及粘土比表面积，它的界面物理化学含义不太明确，与粘土矿物水合效应关联不确切，如总吸水量相同，粘土矿物类型不同，水合状态及水合行为就不同，反之，水合状态相同时，它们的总吸水量不等，在石油钻井中，往往深部硬脆性泥页岩的总吸水量并不大，但出现的井壁不稳定问题却很严重。另外，在105℃时对粘土进行干燥，仅仅排除的是自由水或部分弱结合水，实际上还有相当多的一部分水存在于粘土中，这部分水对粘土的水合状态、水合行为及粘土的物理化学性质和力学性质起决定性作用。对粘土水合机制的认识也仅仅停留在表面水化和渗透水化，认识不够深入，阐述不够彻底，总是给人一个极为模糊的概念。

国内外就粘土对无机离子、聚合物的吸附包括吸附动力学、吸附热力学方面作了较为系统的研究，一方面借助于实验手段，另一方面通过计算机模拟，得到了有指导作用的理论依据，由于吸附水结构、物理化学性质以及结合水与粘土相互作用的关系既特殊又复杂，而且极为微观，因此，在实际研究时采取的态度是避之而不过问，尽管有的研究者就粘土自气体中吸附水作了尝试性的研究，但得到的是极为肤浅的认识，对粘土表面水的结构、性质及其影响仅仅给出的是推测和一些浅薄的观点，因而对粘土水化(水合)机理的认识还是停留于传统观念上，没有得到深入发展，关于粘土自液相水中的吸附水定量监测研究，更是拒之门外。

对于一定量的粘土来说，以某一形式存在的吸附结合水是微量的，这需要有极为苛刻的实验手段才能检测出，尤其对吸附结合水的类型、界限划分及其对应的定量确定和如何定量测定粘土自液相水中的吸附水量，无论从理论分析还是从实验研究角度都是十分困难的，对于这方面目前还是一个尚未触及的领域。

5.影响因素

在石油钻井工程应用中考查粘土矿物与水相互作用的结果时，常常以滚动回收率、膨胀率(度)、分散度、应力变化、强度变化、弹性模量、泊松比、总含水量等参数作为评价标准，在控制粘土水化分散膨胀时，也以这些参数值的变化来选择和确定化学处理剂、指导化学处理剂分子结构设计和研制及工程设计，仅仅停留在宏观控制的基础上，给实际操作带来极大的盲目性和被动性。

在实际情况下，粘土矿物结构、物理化学性质、力学性质的变化、控制和利用，均与其吸附结合水有密切关系。吸附结合水的多少、存在形式与粘土含量、类型、颗粒表面性质、比表面积、阳离子种类及数量、阳离子交换容量、粘土所带电荷、介质环境、温度、压力等因素密切相关，同时又决定粘土矿物的水合状态、水合行为。粘土表面结合水不只是某一种形式，其存在形式取决于吸附结合水量的多少，因此，吸附结合水量不同，结合水的存在形式不同，粘土矿物的水合状态、水合行为不同，表现出的结构、物理化学性质、力学性质也就不同。

上述所论因素对粘土表面吸附结合水的结构、物理化学特性也将产生严重影响，进而反过来影响粘土矿物的水合状态、水合行为、结构、物理化学性质、力学性质。可见，粘土的吸水性(或吸水能力)不单是简单用总含水量来评价，而是要考虑上述所有因子的综合影响，关于这方面的研究目前少见报道。

6. 结论

（1）我们通过系统地分析粘土表面吸附结合水定量测定方法和原理的基础上，确立了以等温吸附、热失重分析法为主，结合密度法、离子交换法、红外光谱法、X一射线衍射法的定量测定粘土表面吸附结合水和确定结合水类型及其界限的实验研究方法，应用等温吸附法、热重分析法测定吸附结合水量和确定结合水类型及其界限。

（2）粘土矿物能与水相互作用而吸附结合水，是由于它固有的水合活性(活化)中心和水分子的极性作用决定的。按其形式(类型)来分，吸附结合水有强结合水、松散而弱的结合水、可移动的自由液态水。强结合水包括粘土矿物晶体断口和晶角表层吸附水、晶体基面第一水分子层和第二水分子层吸附三个阶段，松散而弱的吸附结合水是粘土矿物晶体基面多层吸附、连续吸附的水分子。强结合水就是表面水合水；松散而弱的吸附结合水为渗透水合水。粘土矿物含水量不同，其吸附结合水的存在形式不同，它所表现出的水合行为、水合程度就不同，矿物

结构、性质也随之发生变化，这些现象在很大程度上与粘土矿物类型、比表面积、表面性质、阳离子类型及其数量等因素密切相关。

（3）粘土矿物物理、化学性质变化的根本原因在于其强结合水吸附和松散而弱的渗透结合水吸附，这两个过程分别对应于国内外土壤、粘土矿物等学术界公认的表面水化(水合)和渗透水化(水合)。渗透水合产生的水合应力(渗透水合膨胀压或楔压)较表面水合为小，但引起粘土矿物体积膨胀的程度和基面间距d001，增加的程度却较晶格膨胀大得多，要想将渗透水合水从粘土矿物中挤压出去，需要的外加压力较排除表面水合水所需要的外加压力小得多。

（4）粘土岩水合程度、水合状态是表征粘土岩水合效应的两个重要概念。粘土岩水合程度是指粘土岩在一定温度、压力下，由其水合活性中心决定的粘土岩与水之间发生相互作用强弱的量度，用吸附结合水质量、体积、厚度、密度等物理量来表征，与粘土矿物种类、相互作用的工作液类型、工况等有关。粘土岩水合状态是指粘土岩在一定温度、压力下，由其水合活性中心决定的具有一定湿度、吸附结合水量、结合水类型、吸附势能等的物理状态。粘土岩水合状态确定主要有等温吸附法、热失重分析法、烘干法、高温等温脱附法或者烘干法、等温吸附法、高温等温脱附法。

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水泥水化热试验方法(直接法)

水泥水化热试验方法（直接法） 本标准适用于测定水泥水化热。 本标准是在热量计周围温度不变条件下，直接测定热量计内水泥胶砂温度的变化，计算热量计内积蓄和散失热量的总和，从而求得水泥水化7天内的水化热（单位是卡／克）。 注：水泥水化7天今期的水化热可按附录方法推算，但试验结果有争议时，以实测法为准。 一、仪器设备 1．热量计 （1）保温瓶：可用备有软木塞的五磅广口保温瓶，内深约22厘米，内径为8.5厘米。 （2）截锥形圆筒：用厚约0．5毫米的铜皮或白铁皮制成，高17厘米，上口径7.5厘米，底径为6．5厘米。 （3）长尾温度计：0－50℃，刻度精确至0．1℃。 2．恒温水槽 水槽容积可根据安放热量计的数量及温度易于控制的原则而定，水槽内水的温度应准确控制在20±0．1℃，水槽应装有下列附件： （1）搅拌器。 （2）温度控制装置：可采用低压电热丝及电子继电器等自动控制。 （3）温度计：精确度为±0．1℃。 （4）固定热量计用的支架与夹具。 二、准备工作 3．温度计：须在15、20、25，30、35及40℃范围内，用标准温度计进行校核。 4·软木塞盆：为防止热量计的软木塞盖渗水或吸水，其上、下走向及周围应用蜡涂封。较大孔洞可先用胶泥堵封，然后再涂蜡。封蜡前先将软木塞中心钻一插温度计用的小孔并称重，底面封蜡后再称其重以求得蜡重，然后在小孔中插入温度计。温度计插入的深度应为热量计中心稍低一些。离软木塞底面约12厘米，最后再用蜡封软木塞上表面以及其与温度计间的空隙。 5．套管：温度计在插入水泥胶砂中时，必须先插入一端封口的薄玻璃营管或铜套管，其内径较温度计大约2毫米，长约12厘米，以免温度计与水泥胶砂直接接触。 6．保温瓶、软木塞、截锥形圆筒、温度计等均需编号并称量，每个热量计的部件不宜互换，否则需重新计算热量计的平均热容量。 三、热量计热容量的计算 7．热量计的平均热容量C，按下式计算： g g1 C＝0.2×── ＋0.45×── ＋0.2×g2＋0.095×g3＋0.79×g4＋0.4×g5 2 2 ＋0.46×V 式中：C──不装水泥胶砂时热量计的热容量，卡／℃； g──保温瓶重，克； g1──软木塞重，克； g2──玻璃管重，克（如用铜管时系数改为0．095）； g3──铜截锥形圆筒重，克（如用白铁皮制时系数改为0．11）； g4──软木塞底面的蜡重，克； g5──塑料薄膜重，克； V──温度计伸人热量计的体积，厘米[3]（0．46是玻璃的容积比热，卡／厘米[3]·℃）。 式中各系数分别为所用材料的比热（卡／克·℃）。 四、热量计散热常数的测定

粘土矿物对磷的吸附性能及其在水体净化中的应用

农业环境科学学报2007,26(增刊):447-453 Journal of A gro-Environm ent Science 粘土矿物对磷的吸附性能及其在水体 净化中的应用 干方群1,3,周健民1,王火焰1,董元华1,2,刘云1,2 (1.中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室,江苏南京210008;2.中国科学院南京土壤研究所-香港浸会大学土壤与环境联合开放实验室,江苏南京210008;3.中国科学院研究生院,北京100049) 摘要:磷是引起水体富营养化的主要元素,由于粘土矿物具有良好的吸附性能,尤其是改性后的粘土矿物吸附效果更为显著,利用粘土矿物对磷污染水体进行治理,愈来愈受到人们的关注,为此就粘土矿物对水体中磷的吸附性能研究进展以及粘土矿物在含磷水体处理中的应用前景进行了归纳、分析和介绍。 关键词:粘土矿物;改性;吸附;磷;水体净化 中图分类号:X52 文献标识码:A 文章编号:1672-2043(2007)增刊-0447-07 Adsorpti on of Phosphorus on C l ay M i n era ls and Its Appli ca ti on i n W a ter D econ t am i n a ti on G AN Fang-qun1,3,Z HOU J ian-m in1,WANG Huo-yan1,DONG Yuan-hua1,2,L IU Yun1,2 (1.State Key Laborat ory of S oil and Sustainable Agriculture,I nstitute of Soil Science,Chinese Acade my of Sciences,Nanjing 210008,China;2.Joint Open Laborat ory of Soil and the Envir on ment,I nstitute of Soil Science,Chinese Acade my of Sciences and Hongkong Bap tist University,Nanjing210008,China;3.Graduate University of Chinese Acade my of Sciences,Beijing 100049,China) Abstract:Phos phorus is recognized as an essential element in water eutr ophicati on.I n recent years,clay m inerals,es pecially those modified clays,have been used in deconta m inating phos phorus-contam inated water,because of their excellent ads or p tive caracters.I n the p resent paper,a su mmary concerning ads or p ti on of phos phorus on clay m inerals and their app licati on in water deconta m inating is outlined. Keywords:clay m inerals;modified clays;ads or p ti on;phos phorus;water deconta m inati on 随着人类活动程度的不断加大以及活动范围的逐渐扩大,水体富营养化问题变得越来越严重。水体富营养化不仅严重破坏了水体的自然功能,也直接影响着人类对水资源的开发与利用[1],因而是目前一个突出的环境污染问题。据不完全统计,1999年中国主要湖泊中处于氮磷富营养化的占56%之多[2]。而到2004年,周怀东等[3]调查分析了全国水体总磷和总氮的分布态势,结果发现水库与湖泊的营养盐水平处于升高趋势,这意味着水体富营养化程度在不断加 收稿日期:2007-04-14 基金项目:江苏省科技厅科技攻关和自然科学基金项目(BE2006371, BK2004168) 作者简介:干方群(1984—),女,安徽巢湖人,博士研究生,主要从事水体环境污染与控制研究。E-mail:fqgan@https://www.wendangku.net/doc/276274482.html, 通讯作者:周健民E-mail:j m zhou@https://www.wendangku.net/doc/276274482.html, 重之中。研究表明,氮磷等营养成分的富集是导致水体富营养化的根本原因,其中磷是制约许多藻类生长的根本性因素[4]。因此,如何有效控制并设法去除水体中的磷日益显得重要。目前国内外常用的污水除磷方法主要有吸附法、沉淀法、生物法、混凝法及离子交换法等,其中沉淀法与生物法等均存在产生沉淀物或生物污泥等二次污染问题,而吸附法不仅可以克服这类问题,且具有处理效果好、占地面积小、工艺简单、操作方便等优点,在含磷废水处理中备受关注[5～7]。在吸附法处理污水的应用研究中,寻找新的高效吸附剂是开发除磷新工艺的关键[8、9]。 粘土矿物是一类重要的非金属矿藏资源,也是各类土壤和沉积物的主要成分,在自然界中分布广泛、种类繁多、储量丰富,在很多生产实践领域已有着广

页岩膨胀

中国石油大学 渗流物理 实验报告 实验日期: 成绩: 班级: 学号: 姓名: 教师: 同组者: 泥页岩膨胀性测定 一．实验目的 1．了解高温高压泥页岩膨胀仪的结构、工作原理及使用方法； 2．掌握粘土矿物吸水膨胀的机理及膨胀率的计算方法。 二．实验原理 粘土矿物在高温高压下与水接触开始膨胀，随着时间的增加，膨胀量增大。不同时刻的膨胀量除以粘土样品的初始高度可得该岩样在不同时刻的膨胀率。当膨胀量达到稳定时，可求最大膨胀率。 （1）膨胀率计算公式： ％100*0 h h h E t -= 式中， E —膨胀率，%；mm ； t h —粘土样品在t 时刻的高度，mm ； 0h —粘土样品的初始高度，mm 。 （2）防膨率计算公式 21E E B -= 式中， B--防膨率，%； 1E --未经处理过的粘土的最大膨胀率，%； 2E --处理过的粘土的最大膨胀率，%。 三．实验仪器及流程

图1 高温高压泥页岩膨胀仪原理示意图 图2 主测杯结构示意图 主要实验仪器： 氮气瓶作为气源，提供环压和将测试液体压入主测杯； 高温高压泥页岩膨胀仪作为主要实验场所，提供实验理化条件； 容栅传感器测量岩样的膨胀量； 数据控制及显示系统显示经过处理转换得到的膨胀量。

四．实验步骤 1、样品制备 1）样品烘干 将土样或泥页岩样粉（过100目筛）在105℃条件下烘干4小时以上，冷却至室温，放置于干燥器内备用。 2）样品压制 （1）将带孔托垫放入模内，上面放一张滤纸，用游标卡尺测量深度1h ； （2）用天平称取5～10g 样品装入压模内，用手拍打压模，使其中样品端面平整， 并在表面再放一张滤纸； （3）将压棒置于模内，轻轻左右旋转下推，与样品接触；将组好的岩样模置于油 压机平台上，加压至6MPa ，5分钟后泄压；取出压棒，倒置压模，倒出岩样表层的土样，用游标卡尺测量深度2h ，岩样长度210h h h -=。 2、膨胀率测试 1．将制备好的粘土试样(同岩样模一起)从主测杯底部装入主测杯内，同时注意主测杯底部放置密封圈，紧固主测杯下6个固定螺钉。 2．在主测杯上部放一个密封圈，将带有测盘、测杆的平衡支架系统放入主测杯内，调整好位置，拧紧固定螺钉；将滑块往下推移，确保滑块接触到试样。 3．将注液杯与主测杯之间的注液阀顺时针关闭，然后把试液(15～20mL)倒入注液杯中，拧紧杯盖。关闭注液杯的连通阀。 4．将连接好的主测杯和注液杯放入加热套中，并将两根输气管分别与主测杯的输入三通阀和注液杯的连通阀杆连接好，插上销钉。 5．将容栅传感器放入支架内，调节表杆位置，使其底部与滑块接触，并拧紧固定螺钉。然后将温度传感器插入主测杯的孔内。 6．拧紧注液杯上部的放气手柄，拧紧主测杯的放气螺钉，然后打开注液杯的连通阀；打开总气源阀，调节减压阀，将连接注液杯的气体压力调至0.5Mpa ，将主测杯的气体压力调实验压力2Mpa 。 7．打开计算机中的测试软件，设置好采样时间。 8．打开电源开关，设置加热温度。 9．主测杯放入加热套一定时间后，当温度达到实验温度时，点击测试软件上的“清零”和“开始”键；打开注液阀，将液体注入主测杯中，迅速关闭注液阀；打开主测杯的放气螺钉，调节主测杯中的压力到实验压力(为减少实验误差，上述三个操作最好在15s 内完成)；则指定温度、压力条件下的膨胀实验正式开始。 10．记录不同时间粘土试样的膨胀量，当膨胀量达到稳定时，停止实验。 11．关闭总气源阀，旋紧主测杯上的放气螺钉，关闭注液杯的连通阀，关闭主机电

10水泥水化热操作规程

第二十六节水泥水化热测定仪作业指导书 一、原理、适用范围与技术参数 1、SHR-650型水泥水化热测定仪，主要用于测定水泥水化前后,在一定浓度的标准酸中的溶解热以二者之差来确定水泥在任何龄期的水泥水化热。水泥水化热测定仪产品符合 GB/T12959-2008《水泥水化热测定方法（溶解热法）》标准要求，选用高精度智能仪表，全程采用电脑信息采集处理器完成整个生产实验过程，具有操作简单，实验数据准确的优点。 2、水泥水化热测定仪，适用于中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等的任何水化龄期的水化热测定。其他水泥品种当指定采用溶解热法测定水化热时也可使用本仪器。 3、水泥水化热测定仪，溶解热法测定水化热是依据热化学的盖斯定律，即化学反应的热效应只与体系的初态和终态有关而与反应的途径无关提出的。它是在热量计周围温度一定的条件下，用未水化的水泥与水化一定龄期的水泥分别在一定浓度的标准酸中溶解，测得溶解热之差，即为该水泥在规定龄期内所放出的水化热。 水泥水化热测定仪主要技术参数： 1、真空瓶容积：650ml 2、真空瓶内径： 75㎜ 3、真空瓶深度：160㎜ 4、贝克曼温度计示差范围：5～6℃ 5、分度值：0.01℃ 6、水槽温度：20℃±0.1℃ 7、电源、功率：2500W/ AC220V/50Hz 8、净重：100kg 三、操作方法（溶解热法） （一）试验准备 在试验开始时，应将试验内筒从水槽内提升至水面以上位置固定好，打开试验内筒筒盖，将真空瓶、耐酸内衬、酸液搅拌棒放入内筒，将试验筒盖盖好，并拧紧蝶形螺母， 密封筒盖，再将内筒慢慢沉入水中固定。 将温度传感器插入水槽盖板上的插孔内并联接到控制仪，将其它各插件联接到控制仪 相应插口。接通电源，检查接地是否可靠，打开控制仪电源开关。 当水槽内水温高于20.1℃时，应慢慢地向水槽内放入冰块或冷水，待温度略底于20℃ 时即停止，此时，系统会自动将水温升至标准规定温度，并保持恒温。

大体积混凝土水化热温度检测方案

大体积混凝土水化热温度检测方案

大体积混凝土水化热温度 检 测 方 案 方案编制人： 方案批准人： XX工程质量检测有限责任公司 20 年月日

目录 封面 (1) 一、测温描述 (3) 二、工程概况 (4) 三、依据标准规范及温控指标 (5) 四、测温仪器及设备 (5) 五、测温点的布置 (5) 六、温度测试元件的安装及保护 (7) 七、测温时间 (7) 八、温控措施与建议 (8) 九、监测程序 (9) 十、安全、文明措施 (9) 十一、质量保证体系及服务承诺 (10) 十二、委托单位的配合工作 (11) 十三、测温点布置图………………………………………附图页

XX名都工程2#、3#楼筏板基础 大体积混凝土水化热温度和温差 监测方案 一、测温描述 因大体积混凝土的截面尺寸较大，由荷载引起裂缝的可能性较小，但由于温度产生的变形对大体积混凝土却极为不利。 在混凝土硬化初期，水泥水化释放出较多热量，而混凝土与周围环境的热交换较慢，故混凝土内部的热量不断增加，使其内部温度不断升高，混凝土的体积膨胀变大。随着混凝土水化速度减慢，释放的热量也越来越少，积聚在混凝土中的热量由于热交换的进行慢慢减少，混凝土的温度降低，混凝土产生收缩。当此收缩受到约束时，混凝土内部产生拉应力（此应力简称为温度应力），此时混凝土的强度较低，如不足抵抗拉应力时，混凝土内部就产生了裂缝。 此外，混凝土的导热系数较小。混凝土内部热量不易散失，而表面热量易与周边环境进行热交换而减少，从而温度降低，就形成了混凝土里表温差。如温差较大，则混凝土表里收缩不一致，也使混凝土开裂。 因此，在大体积混凝土中，必须考虑温度应力和温差引起的不均匀收缩应力（简称温差应力）的影响。而温度应力和温差应力大小，又涉及到结构的平面尺寸，结构厚度，约束条件，周边环境情况，含筋率，混凝土各种组成材料的特性和物理力学性能，施工工艺等许多因素影响。故为了保证大体积混凝土施工质量，

粘土水化测定方法

粘土水化测定方法 摘要：由于粘土矿物具有水合活化中心而吸附结合水，结合水是控制形成粘性土稠度、塑性、分散膨胀、收缩等物理化学性质及强度、变形等力学性质的重要因素之一，强烈地牵制着涉及粘土矿物行业的发展。定量测定粘土表面结合水和弄清粘土水合机制，是合理有效地预测粘土矿物与水结合后所出现的物理一化学过程、控制和利用水合粘土特殊物理化学性质、力学性质的基础理论研究。它涉及粘土矿物学、水化学、表面化学、土质学、土力学、土壤学等诸多方面，属于多学科交叉的基础理论研究。在测定粘土吸水时，大多都不是从物理机理上进行分析和解决，而是采用标定法来解决，且大量的田间标定又很困难，标定结果出现误差。通过对吸附水的测定确定粘土的水化程度以及区分粘土水化的类型。 关键词：粘土；结合水；水化；活化；测定方法 1.前言 水在粘土中的存在形式主要包括强结合水、弱结合水、毛细管水及重力水四种。 (1)强结合水：又称吸湿水。吸湿水利用分子的吸附力吸附在岩土颗粒的周围并且形成一层极薄的水膜, 这层水膜是紧附于颗粒表面结合最牢固的一层水, 在强压下,其密度接近普通水的两倍,具有极大粘滞性和弹性,可完全不受重力作用,抗剪切, 抗传递静水压力, 最高吸附力可达10MPa。 (2)弱结合水：弱结合水的吸附力则相对较小,它处于吸着水之外,厚度则大于吸着水,又称弱薄膜水。弱薄膜水在外界的压力下可变形,但同样不受重力的影响,在颗粒水膜之间可作较为缓慢的移动,具有一定的张力及弹性, 同样也不能传递净水压力。 （3）毛细管水：是指在通过毛细管作用保持在岩土毛细管空隙中地下水, 这种地下水的存在方式在岩土中很常见, 对岩土的水理性质影响也是非常大的, 毛细管水存在的不同形式具体又细分为：孤立毛细管水、悬挂毛细管水、真正毛细管水。同样, 不同毛细管水存在形式的不同对岩土的水理性质的影响程度也不同。

溶解法测定水泥水化热试验操作技巧

溶解法测定水泥水化热试验操作技巧 摘要: GB/T 12959—1991《水泥水化热测定方法（溶解法）》规定了水泥的水化温度（20±1）℃，以便于测定水泥的恒温水化速度、水化热量尤其是长龄期水泥水化热量。其原理是：依据热化学的盖斯定律，即化学反应的热效应只与体系的初态和终态有关而与反应的途径无关提出的。它是在热量计周围温度一定的条件下，用未水化的水泥与水化一定龄期的水泥分别在一定浓度的标准酸中溶解，测得溶解热之差，即为该水泥在规定龄期内所放出的水化热。由于本规范的各项要求都非常严格，实际操作中稍有不慎就可能使测试数据误差较大，导致测试结果作废。本文着重探讨减少操作误差的操作技巧。 1、仪器设备 1.1、广口保温瓶及贝克曼温度计 GB/T 12959—1991 第 3.1.4 规定：贝克曼差示温度计，插入酸液部分必须涂以石蜡或其他耐氢氟酸涂料；第6.1.1 规定：试验前保温瓶内壁用石蜡或其他耐氢氟酸腐蚀的涂料涂覆。实践中发现，保温瓶内壁和贝克曼温度计尾部涂上石蜡后，操作 5～10 次就有部分石蜡涂层脱落，尤其是保温瓶口和贝克曼温度计尾部，保温瓶口在塞入软木塞时以及贝克曼温度计尾部在插入时容易造成石蜡涂层脱落，往往造成刚刚标定好热量计，还没有进行水泥溶解热测试，所标定的热量计已经不准确了，必须重新涂蜡并标定，如果错过了设定的水泥水化龄期，还必须重新制作水泥试样，重新测定此时未水化水泥的溶解热。我们曾经 20 多次试验也未测出水泥的 3d、7d、28d整套水化热数据。我们采用 E－ 44（6101）环氧树脂和低分子 650 聚酰胺树脂 1：1 混合搅匀，如果黏度太大就用丙酮稀释，均匀涂在广口保温瓶内壁、酸液搅拌器下部以及贝克曼温度计尾部，在常温下 24h后即可使用。还有就是广口保温瓶内壁口部 1cm 部分不涂，这部分一般接触不到酸液并且每次塞入软木塞时容易摩擦该部分的涂层。贝克曼温度计尾部的涂层要薄，多余的涂料必须在未固化时抹去，以免造成温度计尾部太粗，插不进相应的孔中。 1.2、分度吸量管 根据溶解热的测定原理可知，氢氟酸作为一种强酸对溶解热测试结果影响较大，所以加入的氢氟酸必须十分准确，GB/T12959—1991 没有规定怎样量取8mL 的 48％氢氟酸， 我们建议使用分度吸量管。分度吸量管一般由玻璃制成，玻璃的主要化学成分是硅，遇氢氟酸生成硅酸。所以氢氟酸很容易腐蚀玻璃分度吸量管，尤其是吸量管的尖嘴部分，而吸量管又不能作防腐层（作防腐层影响吸量管的精度），每次使用完毕后用蒸馏水清洗，一支吸量管连续使用 10 次，其尖嘴部分就有明显的腐蚀迹象。所以应该多准备几支分度吸量管。 1.3 、酸液搅拌棒

GBT1295991水泥水化热测定方法溶解热法

水泥水化热测定方法（溶解热法） 标准名称：水泥水化热测定方法（溶解热法） 标准类型：中华人民共和国国家标准 标准号：GB/T 12959-91 发布单位：国家技术监督局 标准名称（英） Test method for heat of hydration of cement-The heat of solution method 标准发布日期 1992-06-04批准 标准实施日期 1993-03-01实施 标准正文 1 主题内容与适用范围 本标准规定了用溶解热法测定水泥水化热试验的方法原理、仪器设备、试验步骤及结果计算等。 本标准适用于中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和其他指定采用本方法的水泥品种。 2 方法原理 本方法是依据热化学的盖斯定律，即化学反应的热效应只与体系的初态和终态有关而与反应的途径无关提出的。它是在热量计周围温度一定的条件下，用未水化的水泥与水化一定龄期的水泥分别在一定浓度的标准酸中溶解，测得溶解热之差，即为该水泥在规定龄期内所放出的水化热。 3 仪器设备 3.1 热量计：如下图所示。由保温水槽、内筒、广口保温瓶、贝克曼差示温度计、搅拌装置等主要部件组成。另配一个曲颈玻璃漏斗和一个直颈装酸漏斗。 3.1.1 保温水槽：水槽内外壳之间装有隔热层，内壳横断面为椭圆形的金属筒，横断面长长轴450mm，短轴300mm，深310mm，容积约30L。并装有控制水位的溢流管。溢流管高度距底部约270mm，水槽上装有二个搅拌器，分别用于搅拌水槽中的水和保温瓶中的酸液。 3.1.2 内筒：筒口为带法兰的不锈钢圆筒，内径150mm，深210mm筒内衬有软木层或泡沫塑料。筒盖内镶嵌有橡胶圈以防漏水，盖上有三个孔，中孔安装酸液搅拌器，两侧的孔分别安装加料漏斗和贝克曼差示温度计。 3.1.3 广口保温瓶：容积约为600mL，当盛满比室温高5℃的水，静置30min时，其冷却速度不得超过0.001℃/min·℃。 3.1.4 贝克曼差示温度计（以下简称贝氏温度计）：精度为0.01℃，最大差示温度为5￣ 6℃，插入酸液

水泥水化热试验方法(20200511213548)

水泥水化热试验方法 标准适用于测定水泥水化热。 本标准是在热量计周围温度不变条件下，直接测定热量计内水泥胶砂温度的变化 ，计算热量计内积蓄和散失热量的总和，从而求得水泥水化7 天内的水化热（单位是卡／ 克）。 注：水泥水化7 天今期的水化热可按附录方法推算，但试验结果有争议 时，以实测法 为准。 一、仪器设备 1 ．热量计 （1）保温瓶：可用备有软木塞的五磅广口保温瓶，内深约22 厘米，内径为8．5 厘米。 （2）截锥形圆筒：用厚约0．5 毫米的铜皮或白铁皮制成，高 17 厘米，上口径7．5 厘米，底径为6．5 厘米。 （3）长尾温度计：0 —50C,刻度精确至0. 1C。 2 ．恒温水槽 水槽容积可根据安放热量计的数量及温度易于控制的原则而定,水槽内水的温度应准 确控制在20±0. 1C,水槽应装有下列附件： （1 ）搅拌器。 2）温度控制装置：可采用低压电热丝及电子继电器等自动控

(3)温度计：精确度为土0. 1C。 ( 4)固定热量计用的支架与夹具。 二、准备工作 3 .温度计：须在15、20、25, 30、35及40C范围内，用标准温度计进行校核。 4?软木塞盆：为防止热量计的软木塞盖渗水或吸水，其上、下走向及周围应用 蜡涂封。较大孔洞可先用胶泥堵封，然后再涂蜡。封蜡前先将软木塞中心钻一插 温度计用 的小孔并称重，底面封蜡后再称其重以求得蜡重，然后在小孔中插入温度计。温度计插入 的深度应为热量计中心稍低一些。离软木塞底面约12厘米，最后再用蜡封软木塞上表面以 及其与温度计间的空隙。 5.套管：温度计在插入水泥胶砂中时，必须先插入一端封口的薄玻璃营管或铜 套管，其内径较温度计大约2毫米，长约12厘米，以免温度计与水泥胶砂直接接触。 6 .保温瓶、软木塞、截锥形圆筒、温度计等均需编号并称量，每个热量计的部 件不宜互换，否则需重新计算热量计的平均热容量。 、热量计热容量的计算 7 .热量计的平均热容量C,按下式计算: g1 C = 0.2 X—— + 0.45 X—— + 0.2 X g2+ 0.095 X g3+

SHR-650Ⅱ水泥水化热测定仪

SHR-650Ⅱ水泥水化热测定仪 用途及原理：SHR-650Ⅱ水泥水化热测定仪是根据国标GB/T12959-91《水泥水化热测定方法（溶解热法）》中的有关规定设计的。沧州筑龙工程仪器有限公司竭诚为您服务。 适用于中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等的任何水化龄期的水化热测定。其他水泥品种当指定采用溶解热法测定水化热时也可使用本仪器。 溶解热法测定水化热是依据热化学的盖斯定律，即化学反应的热效应只与体系的初态和终态有关而与反应的途径无关提出的。它是在热量计周围温度一定的条件下，用未水化的水泥与水化一定龄期的水泥分别在一定浓度的标准酸中溶解，测得溶解热之差，即为该水泥在规定龄期内所放出的水化热。 技术支持：0 3 1 7 – 5 1 0 6 2 8 2 1 3 7 3 1 7 0 7 5 3 8 扣扣：1 1 4 6 7 7 7 6 0 4 二. 水泥水化热测定仪主要技术规格 1. 水槽温度：20℃±0.1℃ 2. 真空瓶容积：约650ml 冷却速度为盛满比室温高5℃的水静置30分钟后≤0.001℃/min．℃ 3. 酸液搅拌棒转速：500rpm 4. 电机 功率：10W 电压：AC220V 转速：1500 rpm 5. 贝克曼差示温度计

示差范围：5~6℃ 分度值：0.01℃ 6. 仪器外形尺寸（长×宽×高mm）：700×500×760 7. 仪器净重：80kg 三. 水泥水化热测定仪结构 650Ⅱ型产品相当于两台单个的650型产品合并而成，650Ⅱ型可以同时进行两份试验，比650型单头机型效率更高。它主要由以下部分构成： 1. 恒温水槽部分： 恒温水槽是一只深约30cm，容积大约为60升的容器，槽内装有放置试验内筒的筒座，附有一根控制水槽水面高度的溢流管和一根放水管，在放水管口装有放水阀。 恒温水槽安置在壳体内，恒温水槽底部有隔热性能良好的隔热层，上部装有盖板。 水泥水化热的试验方法*水泥水化热测定仪水泥水化热测定仪水泥水化热测定仪水泥水化热测定仪水泥水化热测定仪技术支持：0 3 1 7 – 5 1 0 6 2 8 2 1 3 7 3 1 7 0 7 5 3 8 扣扣：1 1 4 6 7 7 7 6 0 4 2. 试验内筒部分： 试验内筒由筒体、筒盖、泡沫塑料隔热套、真空瓶、贝克曼差示温度计和加料漏斗等组成。试验内筒可沿着筒座上的滑槽上下移动，移至最下面位置时将试验内筒转动一个角度，即可将其固定在该位置上。筒座上方有3个定位块，可用来精确地调整试验内筒的位置（仪器出厂时已调试好，一般不需改动）。筒体、筒盖、筒座均用不锈钢材料制成。筒体内放置隔热套和真空瓶，真空瓶内有耐酸内衬，内衬用于盛放试验用酸液，内衬清洗后重复使用。真空瓶及内衬用固定在筒盖下面的软木瓶塞封闭隔热。瓶塞上有3个孔，分别插入贝克曼温度计、酸液搅拌棒和加料漏斗。筒体和筒盖间用O形密封圈密封，拧紧筒盖上的蝶形螺母后可保证水槽内的水不渗入筒内。 3. 动力部分：

水泥水化热测定方法

《水泥水化热测定方法(溶解热法))GB /T 12959-91 1 主题内容与适用范围 本标准规定了用溶解热法测定水泥水化热试验的方法原理、仪器设备、试验步骤及结果计算等。 本标准适用于中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和其他指定采用本方法的水泥品种。 2 方法原理 本方法是依据热化学的盖斯定律，即化学反应的热效应只与体系的初态和终态有关而与反应的途径无关提出的。它是在热量计周围温度一定的条件下，用未水化的水泥与水化一定龄期的水泥分别在一定浓度的标准酸中溶解，测得溶解热之差，即为该水泥在规定龄期内所放出的水化热。 3 仪器设备 3.1 热量计:如图1所示。由保温水槽、内筒、广口保温瓶、贝克曼差示温度计、搅拌装置等主要部件组成。另配一个曲颈玻璃漏斗和一个直颈装酸漏斗。 3.1.1 保温水槽:水槽内外壳之间装有隔热层，内壳横断面为椭圆形的金属筒，横断面长轴450mm I短轴300mm，深310mm，容积约30L。并装有控制水位的溢流管。溢流管高度距底部约270mm，水槽上装有二个搅拌器，分别用于搅拌水槽中的水和保温瓶中的酸液。 3.1.2 内筒:筒口为带法兰的不锈钢圆筒，内径150mm，深210mm，筒内衬有软木层或泡沫塑料。筒盖内镶嵌有橡胶圈以防漏水，盖上有三个孔，中孔安装酸液搅拌器，两侧的孔分别安装加料漏斗和贝克曼差示温度计。 3.1.3广口保温瓶:容积药为600mL，当盛满比室温高约5℃的水，静置30min时，其冷却速度不得超过0.001℃/ min·℃。 3.1.4 贝克曼差示温度计(以下简称贝氏温度计):精度为0.01℃，最大差示温度为5～6℃，插人酸液部分须涂以石蜡或其他耐氢氟酸的涂料。

水泥水化热研究与分析

水泥水化热研究与分析 摘要: 在水泥较长的散热过程中，水泥浆会逐渐凝结和硬化。水泥内部物质处于高能状态，随着时间推移，水泥浆体性质将会趋向于稳定。针对于水泥水化热的研究，不仅可以保证结构物的施工质量，还能适当降低工程成本造价，本文首先介绍了影响水泥水化热大小的影响因素以及计算法方法，然后根据笔者经验讲述了几种降低水泥水化热的措施。 关键词:水泥水化热、措施、配合比、增加、热量 引言 随着国家经济的快速发展，越来越多的工程建筑拔地而起，市场对于水泥需求量也是越来越大。水泥在水化过程中产生的热量将会聚集在结构物内部不易散失出去，将会导致混凝土温度提高，随着混凝土龄期增加，绝热升温将会在2至4天内达到最高状态，在未受地基约束的部位，如果混凝土的内外温差过大，内部温度较高的混凝土约束外强度远大于其抗拉强度，将在混凝土的表层产生拉应力，若此时混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时就会产生表层温度裂缝。若养护不当，表面裂缝将会进一步发展成深层裂缝。在受地基约束的部位，将会产生较小的压应力。因混凝土的散热系数较小，它从最高温度降至稳定温度需要较长时间，在此期间，混凝土的变形模量有了很大的增长，较小的变形就能产生较大的应力。由于混凝土的早期体积变形，主要来自于水泥的水化热温升，并且降低水化热是防止混凝土早期开裂的有效途径，因此，我们有必要对水泥混凝土的水化热进行研究，以尽量避免温度裂缝的出现。 一、水化热的计算与分析 1、水泥水化热分析 水泥在水化时会发生温度变化，这主要源于几种无水化合物组分的溶解热和几种水化物在溶液中的沉淀热。这些热值的代数和就是水泥在任何龄期下的水化热。国家标准GB T 12959-2008规定了水泥水化热的测定方法，但是水泥水化热的测定较复杂，一般水泥厂都不会配备有这方面的仪器，有些水泥厂曾经添置过水泥水化热的测试仪器，但也没能很好地使用，关键是水化热测试对仪器和操作技术的要求较高，一般的工人难以熟练掌握该技术。水泥水化热大小与水泥内部矿物质成分有一定的关系，在同等量的水泥情况下，具有C3A的水泥水化热最大，其次是C3S，最后是C4AF。水化热越大，水泥浆体单位时间内放出热量也将会越多。工程实践中一般是通过增加三氧化二铁与氧化铁含量之比作为降低C3A的指标，为了达到更好的效果，可以在上述基础上，对C3S含量进一步降低。 2、我国水泥水化热情况分析 我国在很多水泥里面都会添加不同数量的材料，如何对水泥水化热过程中释

甲基硅酸盐抑制粘土水化性能及机理

第４５卷第１１期 ２０１８年１１月 一 一探矿工程(岩土钻掘工程) E x p l o r a t i o nE n g i n e e r i n g (R o c k &S o i lD r i l l i n g a n dT u n n e l i n g )一 一 V o l ．４５N o ．１１ N o v ．２０１８:１９－２３ 一收稿日期:２０１８－０７－３０ 一基金项目:吉林省省校共建计划专项 深部地热资源(含干热岩)勘查与开发利用 (编号:S X G J S F ２０１７－５ );山东省地矿局地质科技攻关项目 页岩气钻探用高效低阻仿生钻进取样技术研究 (编号:K Y ２０１５０６ );中国博士后基金项目 新型纳米碳材料在高温钻井液体系中应用 (编号:２０１３M ５３０９８３ )一作者简介:韩炜超,男,汉族,１９９４年生,硕士研究生在读,地质工程专业,从事钻井液研究工作,吉林省长春市西民主大街９３８号,８７８２２１３５０＠q q ．c o m .一通信作者:郭明义,男,汉族,１９８２年生,副教授,博士,从事复杂地层钻井液研究工作,吉林省长春市西民主大街９３８号,g u o m i n g y i ＠j l u ．e d u ．c n .甲基硅酸盐抑制粘土水化性能及机理 韩炜超１,李一颖１,谭现锋２,郭明义１,徐会文１ (１．吉林大学建设工程学院,吉林长春１３００２６;２．山东省鲁南地质工程勘察院,山东济宁２７２１００ )摘要:泥页岩水化分散是引起钻孔孔壁失稳,导致缩径二掉块二坍塌等孔内事故的主要原因,泥页岩抑制剂一直是复杂地层钻进技术研究的热点.通过对甲基硅酸钾二甲基硅酸钠二氯化钾二硅酸钠二硅酸钾５种抑制剂对粘土沉降稳定性二水化膨胀及造浆效果等性能测试,结果表明甲基硅酸盐具有良好抑制性;通过红外光谱二X 射线衍射二水接触角和光学显微镜对甲基硅酸钾的抑制性作用机理进行了探讨.明确了钾离子的抑制性与表面疏水膜结构协同是甲基硅酸钾抑制粘土水化和防塌作用的原因.关键词:钻井液;甲基硅酸钾;疏水膜;协同作用 中图分类号:P ６３４．６一一文献标识码:A一一文章编号:１６７２－７４２８(２０１８)１１－００１９－０５ I n h i b i t i o no fC l a y H y d r a t i o nb y M e t h y l s i l i c o n a t e /HA N W e i Ｇc h a o １,L IY i n g １,T A N X i a n Ｇf e n g ２,G U O M i n g Ｇy i １ ,X U H u i Ｇw e n １(１．C o l l e g e o fC o n s t r u c t i o nE n g i n e e r i n g ,J i l i nU n i v e r s i t y ,C h a n g c h u nJ i n l i n１３００２６,C h i n a ;２．S h a n Ｇ d o n g L u n a nG e o l o g y E n g i n e e r i n g I n v e s t i g a t i o n I n s t i t u t e ,J i n i n g S h a n d o n g ２７２１００,C h i n a )A b s t r a c t :T h e s h a l eh y d r a t i o n a n dd i s p e r s i o n i s t h em a j o r c a u s e o fw e l l b o r e i n s t a b i l i t y ,o f t e n l e a d i n g t o c o n t r a c t i o n ,s t u c k p i p e s a n db o r e h o l e c o l l a p s e ．F o u r i n h i b i t o r s :s o d i u m m e t h y l s i l i c o n a t e ,p o t a s s i u mc h l o r i d e ,s o d i u ms i l i c a t e a n d p o t a s s i u ms i l i c a t e ,h a v eb e e n t e s t e d f o r c l a y s e t t l e m e n t ,h y d r a t i o na n de x p a n s i o n ,a n d l i n e a r s w e l l i n g ．T h e r e s u l t s s h o w p o t a s s i u m m e t h y l s i l i c o n a t ee x h i b i t e db e t t e rs h a l ei n h i b i t i o n ．T h es h a l ei n h i b i t i o n m e c h a n i s m o f p o t a s s i u m m e t h y l Ｇs i l i c a t ew a s i n v e s t i g a t e db y i n f r a r e d s p e c t r o s c o p y ,X r a y d i f f r a c t i o n ,w a t e r Ｇc o n t a c t a n g l e a n d o p t i c a lm i c r o Ｇs c o p e ,d e m o n s t r a t i n g t h a t t h e e x c e l l e n t i n h i b i t i o n a n d c o l l a p s e p r e v e n t i o n p e r f o r m a n c e o f p o t a s s i u m m e t h y l s i l i c o n a t e i s a t t r i b u t a b l e t o t h e s y n e r g i s t i c e f f e c t o f t h e p o t a s s i u mc a t i o na n dh y d r o p h o b i cm e m b r a n e s t r u c t u r e f o r m e do n t h e s u r f a c eb y m e t h y l s i l i c o n a t e a n i o n s ．K e y w o r d s :d r i l l i n g f l u i d s ;p o t a s s i u m m e t h y l s i l i c a t e ;h y d r o p h o b i c f i l m ;s y n e r g i s t i c e f f e c t ０一引言 当前我国已经进入能源勘探开发的新阶段,复杂地层钻进施工日趋增多,特别是在钻进水敏性地层时,防止地层水化膨胀,维持井壁稳定并保护储层 安全显得尤为重要[ １] .国内外对泥页岩等水敏性地层做了大量的研究工作[２－７ ],其中钾基钻井液二乳化 沥青钻井液二油包水活度平衡钻井液二有机阳离子聚合物钻井液二硅酸盐钻井液体系等具有良好抑制性能的钻井液得到了广泛应用.随着生态问题日益严重,硅酸盐钻井液以其良好环境相容性二适用广泛二较强抑制性能等优点开始受到业界重视,被认为是最有发展前景的水基钻井液.过去几十年,硅酸钠二硅酸钾等无机硅酸盐钻井液体系获得了大量研究及 推广[８－１０] ,而有机硅酸盐作为硅酸盐体系钻井液处 理剂的研究及应用相对较少,对应的性能评价及机 理认识不足[１０－１５ ].本文对甲基硅酸钾的抑制二防塌 性能及作用机理进行了较为系统的分析,通过对甲基硅酸钾二甲基硅酸钠二氯化钾二硅酸钠二硅酸钾５种抑制剂对粘土沉降稳定性,水化膨胀及造浆效果等性能测试,结果表明甲基硅酸盐具有良好的抑制性;通过红外光谱二X 射线衍射二水接触角和光学显微镜对甲基硅酸钾的抑制性作用机理进行了探讨.１一实验材料与方法 １．１一实验材料与仪器 主要的实验材料:甲基硅酸钾(工业级,济南兴

水泥混凝土水化热

水泥混凝土水化热 顾名思义，是指物质与水化合时所放出的热。此热效应往往不单纯由水化作用发生，所以有时也用其他名称。例如氧化钙水化的热效应一般称为消解热。水泥的水化热也以称为硬化热比较确切，因其中包括水化、水解和结晶等一系列作用。水化热可在量热器中直接测量，也可通过熔解热间接计算。 由于水泥水化热的作用，水泥加水及其它骨料混合拌制成混凝土，必然先升温，待达到一定的温度后冷缩，致使混凝土可能因温度应力出现裂缝。主要有三种原因： 1、混凝土浇筑初期，产生大量的水化热，由于混凝土是热的不良导体，水化热积聚在混凝 土内部不易散发，常使混凝土内部温度上升，而混凝土表面温度为室外温度，这就形成了内外温差，这种内外温差在混凝土凝结初期产生的拉应力当超过混凝土抗压强度时，就会导致混凝土裂缝。 2、在拆模以后，因气温骤降等原因引起混凝土表面温度降低过快，也会导致裂缝产生 3、当混凝土达到最高温度后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，与最高温度差值 所形成的温差，在基础部位同样导致裂缝。 关于混凝土施工中怎样减小水化热 1、选用水泥要使用低水化热的，比如硅酸盐的 2、尽量减少水泥用量，可以掺如一部分的粉煤灰来代替水泥，一般用量为10％。如果为 高性能砼，用量大约达到30％。 3、砼产生的水化热主要致命就是使砼结构内部温度与外部温度温差过大（大于20）产生 裂缝。大体积砼施工可以埋循环冷却管（PVC），通过循环水来降低内部温度。 4、在一些基础承台施工中甲方一般时不允许投放片石的，其实不然。投放片石也是降低砼 水化热的一种方法，因为减少了砼用量了，但是又不影响砼的强度。 5、砼结构产生裂缝时，一般时在拆除模板的一瞬间。因为模板一拆，砼马上与外界接触。 当外界温度较低时（也就是内外温差较大时）产生的。拆除模板前最好是在温度较高时进行。 水化热对大体积混凝土的影响 1、温度裂缝产生机理及特征 混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，使得混凝土结构内外出现较大的温差，这些温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大，或者是混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。 温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。 2、影响因素和防治措施 混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。混凝土越厚，水泥用量越