岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (S1): 145-153.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0687

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

MX-80膨润土高温老化时间效应的细微观分析

曾召田1,张瀚彬1,邵捷昇1, 2,车东泽1,吕海波1, 3,梁珍1, 4   

  1. 1. 桂林理工大学 广西岩土力学与工程重点实验室,广西 桂林 541004;2. 上海大学 土木工程系,上海 200444; 3. 贺州学院 建筑与电气工程学院,广西 贺州 542899;4. 新疆交通规划勘察设计研究院有限公司,新疆 乌鲁木齐 830006
  • 收稿日期:2022-05-09 接受日期:2022-11-18 出版日期:2023-11-16 发布日期:2023-11-16
  • 通讯作者: 吕海波,男,1973年生,博士,教授,博士生导师,主要从事特殊土工程特性方面研究。E-mail: lhb@glut.edu.cn E-mail:zengzhaotian@163.com
  • 作者简介:曾召田,男,1981年生,博士,教授,博士生导师,主要从事环境岩土工程方面研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 41962014);广西自然科学基金(No. 2023GXNSFAA026187)。

Microscopic analysis of high-temperature aging time effect in MX-80 bentonite

ZENG Zhao-tian1, ZHANG Han-bin1, SHAO Jie-sheng1, 2, CHE Dong-ze1, LÜ Hai-bo1, 3, LIANG Zhen1, 4   

  1. 1. Guangxi Key Laboratory of Geotechnical Mechanics and Engineering, Guilin University of Technology, Guilin, Guangxi 541004, China; 2. Department of Civil Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China; 3. School of Architecture and Electrical Engineering, Hezhou University, Hezhou, Guangxi 542899, China; 4. Xinjiang Transportation Planning, Survey and Design Institute, Urumqi, Xinjiang 830006, China
  • Received:2022-05-09 Accepted:2022-11-18 Online:2023-11-16 Published:2023-11-16
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (41962014) and the National Natural Science Foundation of Guangxi (2023GXNSFAA026187).

摘要: 在200 ℃高温条件下,对MX-80膨润土粉末进行了不同时长(0、15、30、60、90、120 d)的热老化预处理;通过热重分析(thermogravimetric analysis,简称TGA)、X射线衍射(X-ray diffraction,简称XRD)和电镜扫描(electron microscope scanning,简称SEM)等试验探讨了MX-80膨润土中结合水、矿物成分、微观形貌等随热老化时间t的变化规律;基于蒙脱石矿物晶体结构学理论揭示了MX-80膨润土高温老化时间效应的细微观机制。试验结果表明:(1)膨润土中自由水、弱结合水和强结合水随热老化时间t的递增均发生不同程度的脱附现象,0~15 d变化显著,15 d后趋于稳定,120 d后三者降幅分别为82.6%、68.8%和96.5%;(2)随着热老化时间t的增加,膨润土主要矿物成分蒙脱石部分转化为稳定性较好的钠云母,0~15 d变化显著,15 d后趋向稳定,120 d后二者的变化量分别为–12.57%和+12.47%;(3)高温热老化过程中,蒙脱石矿物的晶层间距减小,引起片层状矿物之间收缩变形,导致膨润土的微观形貌随着热老化时间t的递增发生不同程度的变化;(4)高温热老化状态下,膨润土的矿物成分转化、结合水脱附、微观形貌改变等三者之间相互作用和彼此影响,是引起膨润土宏观物理力学性能发生变化的根本原因。

关键词: MX-80膨润土, 高温老化, 时间效应, 微观机制, 蒙脱石

Abstract: The MX-80 bentonite powder was pretreated by thermal aging at 200 ℃ for different durations (t =0, 15, 30, 60, 90, 120 d). Then, thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) were used to investigate the variations of bound water, mineral composition, and microstructure in MX-80 bentonite with the thermal aging time t. Based on the crystal structure theory of montmorillonite, the micro-mechanism of high-temperature ageing time effect in MX-80 bentonite was revealed. The results show that, 1) the free water, weak bound water, and strong bound water in bentonite have different degrees of desorption with thermal aging time t increasing. The desorption changes significantly from 0 to 15 days and tends to be stable after 15 days. After 120 days, desorption values of three types of water decrease by 82.6%, 68.8% and 96.5%, respectively. 2) With increasing the thermal aging time t, montmorillonite, the main mineral component of bentonite, is transformed into sodium mica with good stability, and it changes significantly from 0 to 15 days, and tends to be stable after 15 days. After 120 days, the changes of montmorillonite and sodium mica are –12.57% and +12.47%, respectively. 3) In the process of high-temperature aging, the distance between crystal layers of montmorillonite decreases, resulting in the contraction and deformation of lamellar minerals, and the microstructure of bentonite changes with the increase of thermal aging time t. 4) Under the condition of high-temperature aging, the fundamental reason for the changes in the macroscopic physical and mechanical properties of bentonite is the interaction and mutual influence among the mineral composition transformation, bound water desorption, and microscopic morphology change of bentonite.

Key words: MX-80 bentonite, high-temperature aging, time effect, micro-mechanism, montmorillonite

中图分类号: 

  • TU 411
[1] 龙开荃, 方祥位, 申春妮, 张熙晨, 王明明, . 复合型早强土壤固化剂固化淤泥强度特性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 309-318.
[2] 曾召田, 崔哲旗, 孙德安, 姚志, 潘斌, . 南宁膨胀土持水性能的温度效应及微观机制[J]. 岩土力学, 2023, 44(8): 2177-2185.
[3] 张凌凯, 崔子晏, . 干湿−冻融循环条件下膨胀土的压缩及渗透特性变化规律[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 728-740.
[4] 刘宽, 叶万军, 高海军, 董琪, . 酸碱污染黄土抗剪强度演化规律及微观机制[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 1-12.
[5] 刘杰, 崔瑜瑜, 卢正, 姚海林, . 分散土分散性影响因素及其判别方法初探[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 237-244.
[6] 李鹏飞, 勾宝亮, 朱萌, 高晓静, 郭彩霞. 基于镜像法的隧道地表沉降时间效应计算方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 799-807.
[7] 童艳梅, 张虎元, 周光平, 李小雅, . 高庙子膨润土中蒙脱石碱性溶蚀的矿物学证据[J]. 岩土力学, 2022, 43(11): 2973-2982.
[8] 张志韬, 陈生水, 吉恩跃, 傅中志, . 聚丙烯纤维加筋砾质黏土的拉伸断裂特性研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(10): 2713-2721.
[9] 王东星, 陈政光, . 氯氧镁水泥固化淤泥力学特性及微观机制[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 77-85.
[10] 秦爱芳, 胡宏亮. 碱性溶液饱和高庙子钙基膨润土膨胀特性及预测[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 123-131.
[11] 杨艳霜, 周辉, 梅松华, 张占荣, 李金兰. 高地应力硬脆性围岩开挖损伤区时效性扩展案例分析——特征与机制[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1357-1365.
[12] 王青元, 刘杰, 王培涛, 刘飞, . 冲击扰动诱发蠕变岩石加速失稳破坏试验[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 781-788.
[13] 姚仰平, 黄建, 张奎, 崔光祖. 机场高填方蠕变沉降的数值反演预测[J]. 岩土力学, 2020, 41(10): 3395-3404.
[14] 丁长栋, 张杨, 杨向同, 胡大伟, 周辉, 卢景景, . 致密砂岩高围压和高孔隙水压下渗透率 演化规律及微观机制[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3300-3308.
[15] 王东星, 肖杰, 李丽华, 肖衡林, . 基于碳化-固化技术的武汉东湖淤泥 耐久性演变微观机制[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3045-3053.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .
[2] 孙曦源,栾茂田,唐小微. 饱和软黏土地基中桶形基础水平承载力研究[J]. , 2010, 31(2): 667 -672 .
[3] 王明年,郭 军,罗禄森,喻 渝,杨建民,谭忠盛. 高速铁路大断面黄土隧道深浅埋分界深度研究[J]. , 2010, 31(4): 1157 -1162 .
[4] 谭峰屹,姜志全,李仲秋,颜惠和. 附加质量法在昆明新机场填料压实密度检测中的应用研究[J]. , 2010, 31(7): 2214 -2218 .
[5] 柴 波,殷坤龙,肖拥军. 巴东新城区库岸斜坡软弱带特征[J]. , 2010, 31(8): 2501 -2506 .
[6] 杨召亮,孙冠华,郑 宏. 基于潘氏极大值原理的边坡稳定性的整体分析法[J]. , 2011, 32(2): 559 -563 .
[7] 王光进,杨春和,张 超,马洪岭,孔祥云,侯克鹏. 超高排土场的粒径分级及其边坡稳定性分析研究[J]. , 2011, 32(3): 905 -913 .
[8] 胡海军,蒋明镜,赵 涛,彭建兵,李 红. 制样方法对重塑黄土单轴抗拉强度影响的初探[J]. , 2009, 30(S2): 196 -199 .
[9] 李 敏,柴寿喜,王晓燕,魏 丽. 以强度增长率评价麦秸秆加筋盐渍土的加筋效果[J]. , 2011, 32(4): 1051 -1056 .
[10] 徐 冲,刘保国,刘开云,郭佳奇. 基于粒子群-高斯过程回归耦合算法的滑坡位移时序分析预测智能模型[J]. , 2011, 32(6): 1669 -1675 .