黑棉土矿相分析及用于制备泡沫陶瓷的实验研究

发布时间：2020-04-12 04:08

【摘要】：随着“一带一路”等国家战略的提出,中国海外援建工程已突破3000个。以援非路桥建设为例,经常遇到水化高膨胀土壤带来的工程问题。典型膨胀土是黑棉土(BCS),此土“遇水膨胀、脱水收缩”,自由膨胀率在某些地区高达160%。本文针对肯尼亚内罗毕拟建南环线公路路基BCS,首先通过矿物学分析,给出其粘土含量,获取其高膨胀性原因;然后基于BCS,通过掺入当地的丰富资源——泡沫玄武岩,即火山灰,亦采用了吉林柳河玄武岩作为骨料,通过煅烧工艺,制取轻质、高强泡沫陶瓷。本工艺为开发类似高粘土含量的膨胀土提供了一种解决方案。实验中首先对肯尼亚BCS进行定向片X射线衍射衍射(XRD)分析,确定黑棉土粘土物相为绿脱石、蒙脱石、绿泥石和绿蒙混层矿物,XRD精扫图谱可知其中非粘土矿物相主要为石英和长石。针对黑棉土XRD精扫图谱第一和第三特征峰,加以洛伦兹高斯分峰拟合,获取各粘土矿物相含量。通过焦硫酸钠熔融法分离了黑棉土中粘土与非粘土矿物,获得两者相对比例,分析可知,非粘土矿物相总含量约为19%。为验证这一结果的准确性,对黑棉土原土进行化学全岩分析、微区电子探针分析(EPMA),并测定BCS阳离子交换量(CEC)、烧失量等数据,结合文献中各矿物相的物化数据,建立回归方程组,基于氧化物组分(SiO_2、Al_2O_3、Fe_2O_3等主要含量)以及CEC、烧失量的线性拟合,获取黑棉土各矿物相含量为17.3%,蒙脱石10.9%,绿泥石21.7%,绿蒙混层矿物31.9%,石英10.18%,长石8.36%,上述两种方法的矿物含量分析结果与实验结果吻合的很好,故本论文提供了内罗毕南环线BCS的定量化矿物学数据。以黑棉土为原料,掺杂泡沫玄武岩,利用烧结法制备泡沫陶瓷。研究发现,碳酸钙为发泡剂,氢氧化钠为助熔剂,水玻璃为粘结剂,最优原料配比为黑棉土:玄武岩=7:3,碳酸钙加入量为0.2wt%,氢氧化钠加入量为13wt%,水玻璃加入量为15wt%,烧结温度为850°C,保温30min,可制得泡沫陶瓷制品。其各项物理性质分别为,导热系数0.057W/(mk),抗压强度1.89MPa,体积密度为0.57g/cm~3,显气孔率为74.2%,吸水率为16.8%。各项性能均达到相应国家和行业标准(GB/T33500-2017,L型、ASTM C552-14,Grade24、JC/T 647-2014,最优级)。XRD分析发现,烧结后晶相只有单一霞石物相,SEM和偏光显微分析显示产品内部孔道结构均匀,孔壁相对较厚,孔径约为1~2μm。
【图文】：

示意图,发泡机理,泡沫陶瓷,示意图

规模均匀的微波磁场及如何获得具体原材料所对应的具为困难。烧结法制备泡沫陶瓷发泡机理瓷通过发泡剂造孔机理为：加热样品前驱体至软化状态，发生化学反应生成气体，在气体析出时被熔融态原料包裹融态原料粘度降低，析出的气体聚集使气体压力增大，当面张力时，前驱体熔融态内开始产生气泡，随着时间推移低，气体的析出继续增多，气泡内部压力继续增大，因此相应变薄，一定的保温时间后冷却，熔融态表面张力、粘平衡，生成稳定的孔道结构。气体发泡示意图如 1.1 所示部气泡结构及分布需控制析出气体的体积、表面张力、熔融保温时间。

分析图,背散射,薄片,分析图

32图 3.8 (a) 内罗毕黑棉土块任意截面薄片偏光显微分析图像，，(b-f) 不同特征探点背散射图（点 1#，2#，4#，6#和 7#见图 3.8a）Figure 3.8 (a) A polarized light micrograph of an arbitrary cross-section of NiarobiBCS presenting different phases, (b-f) The topography of different micro-areas(points 1#, 2#, 4#, 6# and 7# shown in figure 3a) captured by a backscattering cameralinked to the EMPA
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ174.6

【参考文献】