粉质黏土及灰土电化学阻抗谱特性试验研究

《粉质黏土及灰土电化学阻抗谱特性试验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、粉质黏土及灰土电化学阻抗谱特性试验研究第1章绪论前电化学阻抗谱在腐蚀、污染科学中已经有广泛的应用和充足的理论，如聂向晖[1]、王文杰[2]、李永强[3]、熊文兵[4]等学者利用电化学阻抗谱测试技术对钢在土壤中的腐蚀行为作出了较为详细分析。粉质黏土、灰土本身也是一种电化学体系，能否利用电化学阻抗谱测试技术来研究粉质黏土、灰土的电化学阻抗谱特性以及与它们相关性能关系是一个非常有意义和价值的焦点。1.1EIS理论电化学阻抗谱方法是通过对研究对象施加小幅度的电压（或电流）信号，然后对其施加的小幅度信号作出电化学

2、响应。在其测试结果中，每个频率点都包含了响应其信号的相位移及阻抗幅模值，从而得出电化学阻抗谱图形：Nyquist图和Bode图。其中参数有阻抗实部(Z＇)和虚部(Z＂)、阻抗幅模(

3、Z

4、)和相位角(θ)以及角频率(ω)等变量。电化学阻抗谱的解析一般是通过等效电路来模拟的，其中基本的元件包括：纯电阻R，阻抗值为R；纯电容C，阻抗值为1/（jωC）；纯电感L，其阻抗值为（jωL）。实际测量中，把材料自身及其内部反应所引起的阻力视为电阻；把电化学体系中内部结构所

5、构成的双电层用电容C表示，由于实际测量的图谱与理论电容并不一致，总存在一定程度的偏离，即弥散效应，因而在拟合等效电路时常用常相位角元件CPE来代替双电层电容。等效电路法是将电化学体系看做是一个等效电路，把测得的交流阻抗谱的图形与上述基本元件按串并联等不同方式组合而成的电路对应起来。这样，研究对象的性能就可由上述电路的特性表示出来，利用这些元件的电化学含义，更详细的表征材料或研究对象的性能。.........1.2EIS测试技术现状国外最早研究EIS是1783年，Bertholon[5]等将其运用到植物生

6、理学来研究植物细胞和组织。20世纪，许多国外学者将EIS运用到水泥硬化、混凝土钢筋的腐蚀以及Cl-的浓度测试并且对EIS理论模型给予较详细的解释，例如PoupardO[6]，acdonaldJR[14]所著的《ImpedanceSpectroscopyTheory，Experiment，andApplications》，LasiaA[15]所著的《ElectrochemicalImpedanceSpectroscopyanditsApplications》，史美伦[16]所著的《混凝土阻抗谱》，曹楚南、

7、张鉴清[17]所著的《电化学阻抗谱导论》等详细介绍了电化学阻抗的理论和应用，同时也是EIS研究的基础理论。贡金鑫、张文[18-19]通过测试不同水灰比、水化龄期的混凝土电化学阻抗谱，分析了电化学阻抗参数与混凝土细观结构参数的关系，更进一步了解和解释了混凝土的水化过程。史美伦、杨正宏[20]将常见的各种混凝土试样的交流阻抗响应曲线按拓扑学进行了分类；对常见的双过程曲线的等效电路和时间常数进行了详细讨论，得出在研究混凝土体系中发生的过程时，交流阻抗谱的拓扑性质比其量化性质重要得多，可以根据阻抗谱的拓扑等价性

8、，可以对不同的过程进行分类。杨正宏、史美伦[21]通过测试大混凝土试件在不同端面、不同方向和不同位置电化学阻抗谱，用阻抗谱的分布情况及其等效电路参数来表征混凝土微观结构和反应机理。崔晓莉[22]依据四种典型的等效电路理论绘制的它们的Nyquist图、Bode图、OS和BiFET集成电路组成，可以完成恒电流（位）极化、动电位（流）扫描、任意恒电流（位）方波，多恒电流（位）阶跃、零电阻电流计、电化学噪声（电偶电流）、电化学阻抗谱（EIS）等电化学测试等功能，具有控制精度高、响应速度快、性能稳定、结构紧凑、自

9、动化程度较高的特点，该系统内置高速微控制器和高精度24bi双路AD转换器，可以实现高精度的数据采集，采用USB与PC机进行通讯。测试频率为0.01Hz~105Hz，直流电位为0.05V，交流幅值为10mV，最小高频段量程为2mA，滤波器带宽选用10~100pF。Z-Viem筛；测得土质液限(m高20mm的环刀灰土样，并放在在保湿皿中养护，养护时间分别为1d，3d，7d，14d，21d，28d；2）制出养护时间为7d，直径61.8mm高40mm和直径61.8mm高20mm的两种灰土样；3）制出直径39.1

10、mm高80mm的三轴压缩灰土样，其养护龄期为1d，7d，14d，28d。........第3章EIS测试影响因素分析......213.1接触电阻与阻抗理论.......213.2不同电极间压力EIS特性分析......243.3不同电极面积EIS特性分析..........323.4接触电阻与EIS关系.......393.4.1接触电阻与阻抗率关系........393.4.2接触电阻与等效电路参数关系...........393.5本