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不同温度下花岗岩的微观结构与孔径分布特征

更新时间:2009-03-28

花岗岩主要由石英、长石、云母矿物组成,内部存在着不规则、跨尺度分布的孔隙或裂隙。温度作用会造成花岗岩一定程度上的热损伤,使得原有结构孔隙尺寸、体积、分布、连通度等特征发生变化,对花岗岩的渗透性产生重要影响[1-9]。定量描述花岗岩的微孔径分布特征,是建立微细观孔隙特征与宏观物理力学性质之间关联模型的基础,对解决地质处置工程中的实际问题具有重要理论意义。

目前,岩石微细观孔隙特征的观测方法有毛管压力曲线法[10-11]、图像分析法[12-13]、三维孔隙结构模拟法、核磁共振法和测井法[14]等。毛管压力曲线法主要通过测定毛管压力来定量确定孔隙和吼道的几何特征,毛管压力测定方法主要有压汞法和液氮吸附法。压汞法由于要求的圆柱体模型与花岗岩的孔隙相差甚远,分析花岗岩微孔径和过渡孔孔径的准确度不高,故难以准确地描述花岗岩微观结构特征,而液氮吸附法对于岩石的微孔测试精度较高。为此,笔者通过花岗岩低温液氮吸附实验和电镜扫描实验,分析花岗岩吸附-脱附曲线形态、孔径分布、微孔体积、微孔孔形特征,旨在研究温度对花岗岩中微孔体积、孔径分布等的影响。

首先,对现有制度进行认真的清理。这种清理包括三方面的内容:一是弄清现存的名目繁多的制度中与限制领导干部权力相关联的制度到底有多少;二是对这些制度的位阶、实用频度及作用效果一一作出客观评价;三是毫不犹豫地摒弃那些实用率低、作用效果不明显的制度。

1 实 验

1.1 试样

岩样为取自甘肃北山新鲜的花岗岩,该花岗岩的主要矿物质为长石(质量分数60.05%)、石英(质量分数24.76%)、黑云母(质量分数9.19%)等,其弹性模量为38.12 GPa,单轴抗压强度为169 MPa。花岗岩研磨成粉状,通过过滤筛过滤,得到粒度为0.2 mm的粉末样品(图1a)。将花岗岩岩石加工成小样品,得到块状岩样(图1b)。两种样品均干燥2 h后,利用全自动电子马弗炉分别加热至25、110、200 ℃,保持恒温5 h,恒温结束后,缓慢降低到室温。

  

图1 花岗岩样品Fig. 1 Granite samples

1.2 方法

1.2.1 液氮吸附实验

花岗岩液氮吸附实验采用V-sorb2800P型全自动比表面积及物理吸附分析仪。该设备通过低温液氮面(-196 ℃)控制系统,确保测试全程液氮面相对样品管位置保持不变,采用可编程控制器电磁阀控制系统提高仪器测试的稳定性。它拥有两个脱气处理站和两个分析站,采用进口的双压力分段测量传感器,测试的孔径范围为0.35~300.00 nm。

(3)液氮吸附实验得到的孔径分布特征与电镜扫描实验结果具有一致性。

液氮吸附法测试中,称量加热后的花岗岩粉末状样品2 g,烘干后装入杜瓦瓶中,放入仪器脱气室内进行脱气处理。脱气结束后,将杜瓦瓶放入液氮中进行压力-氮吸附测试。根据实验数据,采用BJH(Barret-Joyner-Halenda)法得到花岗岩吸附-脱附曲线、孔径分布曲线及孔径-体积关系曲线。

花岗岩BJH法孔径分布如图3所示。从图3可以看出,北山花岗岩质地致密,孔隙主要为原生微孔、过渡孔和中孔。温度为25、110、200 ℃时,花岗岩孔径分布在2~350 nm范围内,曲线呈多峰,孔径大于10 nm以后缓慢下降,同时存在孔径大于100 nm的中孔。

中支座处混凝土顶板上、下表面与混凝土底板上、下表面的纵向温度应力时间历程如图8所示。混凝土顶板上、下表面纵向温度应力的时间历程与边跨跨中相似。混凝土底板受温度影响明显小于顶板,其温度梯度较小,温度应力的变化趋势也较为缓和,其变形也相对滞后于钢腹板。混凝土底板下表面受压,说明对双面组合箱梁整体的温度弯曲变形起到了一定的抑制作用。

采用美国Camscan公司生产的MX2600FE扫描电镜-X能谱分析仪对加热后的花岗岩块状试件进行电镜扫描。该仪器工作电压0~25 kV,分辨率1.5 nm,放大倍数为3~600 000倍,能谱仪分辨率达到1.33 eV。

2 结果与分析

2.1 吸附-脱附特征

国内外对岩石孔隙的划分尚无统一的标准。文中采用Xoaotb十进制孔隙分类标准,将孔径结构分为大孔(d>1 000 nm )、中孔(1 000 nm>d>100 nm )、过渡孔(100 nm>d>10 nm )及微孔(d<10 nm )四类。根据低温液氮吸附回线的形态将花岗岩孔隙形态分为H1、H2、H3类。H1类为一端封闭的不透气性孔,包括一端封闭的圆筒形孔、平行板状孔、楔形孔以及锥形孔。这类孔不产生吸附回线或回线微弱,吸附和脱附曲线近似平行,且吸附回线狭小,吸附曲线接近饱和蒸汽时,陡直上升。H2 类的孔隙系统较复杂,其中,微孔主要为一端封闭型,而大孔则既有封闭型又有开放型,这类孔能够产生吸附回线。H3类为一种特殊形态的孔,即细颈瓶形(墨水瓶状)孔,吸附曲线变形缓慢,脱附曲线较陡,能够产生吸附回线,吸附回线较宽大,最为明显的标志是脱附曲线有一个急剧下降的拐点。

不同温度下花岗岩样品等温吸附-脱附曲线如图2所示。

[3] 高红梅, 兰永伟, 周 莉, 等. 温度作用下缺陷花岗岩热损伤: 以甘肃北山缺陷花岗岩为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(6): 1796-1802.

  

图2 不同温度下花岗岩的吸附-脱附变化Fig. 2 Adsorption-desorption curves of granite at different temperatures

从图2可以看出,25、110、200 ℃花岗岩吸附回线不重合,表明花岗岩中含有微孔、过渡孔和中孔。25 ℃时,花岗岩滞后环与H3类曲线比较接近,吸附曲线缓慢上升,脱附曲线较陡峭,吸附回线较宽大,接近饱和蒸汽压时发生一定的毛细凝聚,曲线有一定上升。这说明孔隙间的连通性较差,以细颈广体的墨水瓶形孔隙为主,还含有一定的平行板状孔隙。花岗岩在110 ℃时滞后环与H1类曲线比较接近,吸附曲线与脱附曲线几近平行,只有接近饱和蒸汽压时才发生明显的毛细凝聚,吸附曲线陡直上升,滞回环有一定宽度。这说明高温花岗岩中孔隙形式是平板孔为主,还含有墨水瓶孔。200 ℃时,花岗岩由于质地致密,内部孔隙空间无法容纳花岗岩固体晶体的变形,形成热破裂,花岗岩晶体间以平行板状孔为主,还含有墨水瓶状孔,孔隙体积有一定量的增加,花岗岩滞后环与H1类曲线比较接近,吸附曲线与脱附曲线几近平行,吸附曲线陡直上升,滞回环有一定宽度,只有接近饱和蒸汽压时滞后环才发生明显的毛细凝聚。

2.2 孔径分布特征

1.2.2 电镜扫描实验

  

图3 不同温度下花岗岩的孔径分布Fig. 3 Distribution curves of pore size of granite at different temperatures

单位质量花岗岩累计孔体积如图4所示。

  

图4 不同温度下花岗岩孔体积与孔径的关系Fig. 4 Volume and pore size distribution curves of granite holes at different temperatures

(1)常温花岗岩孔隙以微孔、过渡孔、中孔为主。花岗岩的孔隙类型复杂,孔隙形态多样,存在一端封闭的不透气性孔、墨水瓶状孔、平行板状孔等多种孔隙,且孔隙之间的连通性较差。

2.3 组织形貌

电镜扫描实验结果如图5所示。

  

图5 不同温度下花岗岩的组织形貌Fig. 5 Morphology of granite at different temperatures

由图5可以看出,25 ℃时,花岗岩质地致密,颗粒分布均匀,内部含有墨水瓶状孔、平行板状孔及较少微裂隙。110 ℃时,花岗岩微观缺陷的面积和数量出现增加趋势,在云母晶体、石英晶体边界出现了一些新的沿晶裂纹。200 ℃时,由于受热,云母晶格缺失,颗粒边界晶粒内的相关物理力学特性发生改变,裂纹容易在云母晶体边缘、层间起裂成核,再加之其他矿物颗粒和杂质的存在,使得裂纹的扩展发生改变,出现沿晶裂纹、平行板状孔等。电镜扫描结果与液氮吸附实验结果具有一致性。

3 结 论

由图4可见,随着温度升高,孔隙累计总体积(VL)呈增长趋势。25 ℃时,微孔体积占比为14.934%,过渡孔为 16.761%,中孔为68.305%;110 ℃时,微孔体积占比为14.082%,过渡孔为15.084%,中孔为69.153%;温度达到 200 ℃时,微孔体积占比为13.516%,过渡孔为15.963%,中孔为70.521%。随着温度升高,花岗岩中大于100 nm的中孔孔体积不断增加,使得微孔、过渡孔的体积占比不断降低,在此过程中也有一定数量的过渡孔逐渐向中孔转化,岩样微裂隙的连通性有一定增强。

(2)随着温度升高,花岗岩中墨水瓶形孔减少,平行板状孔增加。中孔所占总孔容的百分比整体上呈现递增的趋势,孔隙总体积随着温度升高而增大,岩样连通性增强。

大型科技公司和金融科技的发展为金融业带来了创新,也让金融面临信用风险、系统性风险、新的信息安全风险,和原来没有面临过的监管套利风险,从而威胁金融稳定。

此外,利用绩效指标对医保费用的控费管理不能只用平均住院日、患者人均费用等单一指标。单纯追求平均住院日和患者人均费用的降低,使得医院倾向于收治简单、病情较轻的患者,临床科室收治疾病的疑难复杂程度降低,进而导致医院整体医疗技术水平的下滑。未来可以考虑将DRGs病种费用和工作量分解后与CMI值(疾病疑难系数)结合纳入科室的绩效考核,在控制平均住院日的同时,根据疾病难度合理控制病种费用,达到既能控费又能合理诊疗的目的。

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刘崐31岁时离开家乡,一直没有时间回乡探亲。垂暮之年,刘崐念念不忘桑梓,毅然变卖朝珠凑够回乡之资,可终未成行。同治十年(1871年)十月,刘崐解任,因看透清朝没落已无可挽回,故对慈禧的“前抚来京”一旨托病不出,留在异乡长沙终老,死后安葬长沙。

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在形成细菌菌落的培养基上加入约15 mL的SAN琼脂培养基,凝固后放于30 ℃培养箱中静置15 min,在培养基表面注入1 mL N-1-萘基乙二胺溶液(1 g/L),菌落及菌落周边变红的即为亚硝酸盐生成细菌。

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手电筒后面,一阵微妙的声响,一百多士兵,刀、枪、肢体都进入了激战状态,士气饱满,一切就绪。英格曼神甫长叹一声,走到少佐面前:“她们只有十几岁,从来没接触过社会。更别说军人、男人……”

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1)组建项目管理机构。有条件的建设单位要组建项目建设管理机构,抽调精干的懂专业、有能力、作风正派、办事认真负责、对工程建设工作有积极性的人员参与到工程项目建设中来。这样才可适时掌握工程建设各方面情况,了解工程建设中出现的各种问题,发挥建设单位的主导作用,协调处理设计、监理、施工、供货商等各方关系,可有效预防在处理质量问题时相关单位人员的不作为而给建设单位造成的损失。

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设计思维需要思考问题及问题的解决,但对问题及问题解决的思考是以达成更高层次的目标为基础的,要跳出原有问题解决的模式,进入更高层次的目标实现方案的设计中。

 
高红梅,孟丽岩,杨悦
《黑龙江科技大学学报》2018年第02期文献

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