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《西南石油学院》 2001年
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粘土表面结合水定量分析及水合机制研究

王平全  
【摘要】: 粘土矿物因具有水合活性(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。长期以来,人们在粘土表面结合水定量研究方面进行了一些可贵的探索,取得了一定成果。但是,国内外的研究大多集中在粘土表面总含水量的确定,界面物理化学含义不明确,且研究方法单一,对粘土结合水存在形式、界限划分及其相对应的结合水量和水合状态、尤其是在水中粘土表面结合水定量研究尚未涉及。而一定含水量的粘土结合水类型、存在界限、水合状态决定了粘土的水合效应和性质。所有这些与工业、农业、建筑业等领域的应用技术有更为密切的关系,因而更具研究意义。 本文试图建立一套完善的粘土表面吸附结合水的研究途径。在确定粘土表面结合水定量研究的总体框架的基础上,从该方向长远研究的最基本的问题入手,以实验研究为主要途径,寻求建立粘土表面结合水定量测定的实验研究方法,给出粘土结合水类型、存在界限,完整描述粘土水合机制和水合状态,初步得出粘土表面吸附结合水的物理化学性质,并从应用角度出发,研究自然粘土岩、自然粘土岩在液相水或无机盐KCl溶液中的水合程度、水合状态,为最终粘土对水的吸附理论奠定基础,为合理利用和控制水合粘土物理化学性质、力学性质以满足涉及粘土矿物相关领域的应用技术提供理论依据。 本文的主要研究工作分三部分。第一部分是建立粘土表面结合水定量测定的实验研究方法。第二部分是粘土表面结合水定量测定的实验研究,这部分是本文研究工作的重点,内容包括:粘土表面结合水定量表征;粘土表面吸附结合水类型确定;粘土表面吸附结合水存在界限划分;粘土水合机制完整描述;粘土表面吸附结合水物理化学性质的初步认识。第三部分是粘土岩水合状态的实验应用研究。 本文的主要贡献是: 1.建立了粘土表面结合水定量测定的实验研究方法;建立了一套完善的研究 粘土表面吸附结合水的途径。 2.成功地将热重分析法用于粘土表面结合水定量测定、类型确定、存在界限 划分。 3.成功地将红外光谱法、离子交换法用于粘土表面结合水类型、存在界限的 定性确定。 4.建立了粘土表面结合水定量表征方法,给出了它们的概念,确立了相关的 计算方法。 5.实验研究并确立了粘土结合水类型、存在界限;将双电层结构与结合水存 在形式统一起来,完整描述了粘土水合机制和水合状态,给出了粘土一水相互 作用关系的微观模型图,为开展进一步的研究工作奠定了基础。 6.得到了粘土表面吸附结合水物理化学性质不同于纯水的初步认识。 7,提出了粘土岩水合程度、水合状态的概念,阐述了确定水合程度、水合状 态的重要意义,建立了相关的实验研究程序。 8.研究并得出了粘土矿物自水气中的等温吸附曲线可用来表征同种粘土矿物 在不同活度液相水中的等温吸附曲线,进而凡是表征粘土矿物一水相互作用的 物理量随相对水气平衡压的变化关系,均可用其自水气中的等温吸附曲线来表 征。 9.本文独创性地将等温吸附法、烘干法和高温等温脱附法有机地统一起来,建 立了定量研究自然粘土岩、自然粘土岩在液相水或无机盐KC溶液中水合程 度、水合状态的简易评价方法,为评价粘土水合程度和控制粘土水合的化学方 法开辟了一条新的途径。
【学位授予单位】:西南石油学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:O647.3

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【引证文献】
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10 张凡;软土渗流的微尺度效应分析[D];华南理工大学;2015年
【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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8 汪丹;异化铁还原菌与有机粘土矿物相互作用实验研究[D];中国地质大学(北京);2015年
9 马玉翠;长期施肥处理下不同母质红壤粘土矿物组成及相关矿物的改性研究[D];南京农业大学;2016年
10 戴荣玲;有机粘土制备表征及其对水中滴滴涕类物质的吸附特性[D];南京农业大学;2007年
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