热-盐耦合作用下膨润土膨胀变形特性及分形模型研究

《Scientific Reports》：Effects of thermal-saline coupled conditions on swelling properties of bentonite analyzed on the basis of the fractal model

　　

摘要

在25、50和80 ℃条件下，对膨润土在NaCl、KCl和CaCl₂溶液中进行了膨胀变形试验。利用分形e-p_e模型，采用膨胀系数K来量化热-盐耦合效应。结果表明，K与温度呈负相关，这归因于水分子动能增加抑制了晶层膨胀。在NaCl中K保持不变，而在KCl和CaCl₂中，由于阳离子交换增强，K随浓度和温度的升高而降低。K的相对大小随浓度变化：在0.1 M时顺序为NaCl?>?KCl> CaCl₂，但在1.0 M时变为NaCl> CaCl₂> KCl。这种反转并非简单的“协同效应”。它反映了从低浓度下Ca²⁺主导的静电抑制向高浓度下K⁺主导的固定和矿物蚀变的转变。XRD分析证实了在NaCl和CaCl₂中矿物稳定性；然而，在KCl中于80 ℃和1.0 M条件下观察到显著的蒙脱石溶解，导致K显著降低。固有阳离子交换容量（CEC）是材料属性，不随离子类型变化；然而，反应后测得的表观CEC和可交换阳离子组成在KCl中可能因K⁺固定和矿物蚀变而改变。