題:
如何固化沙子
Ortix92
2014-09-22 19:32:01 UTC
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我正在做一個研究項目,我們將在一定過程後分析沙子的結構。為了更好地了解沙子的內部結構,我們使用了不同的顏色來可視化顆粒的運動。但是,由於沙子不是固體,因此我們實際上無法觀察到這種結構。因此,我們需要一種無需改變結構即可固化沙子的方法。

我們認為我們需要某種液體,可以將其倒入沙子容器(容器為2x1x0.2米)中,以便將其倒入沙子容器中。將固化。換句話說,如何固化沙子?

使用透明容器並不是真正的選擇,因為我們對中心的結構感到好奇,除非我們使用透明的沙子,否則我們看不到...;)

注意:我們正在使用“常規”沙灘。

編輯:我已經閱讀了所有答案,它們很棒!我還不能接受任何答案,因為我們需要弄清楚將使用哪種方法,但是看起來很有希望!我們從0開始,現在有了一些很棒的主意,在您的幫助下!

您提到了顏色,以可視化粒子的運動(我假設是石英,因為您使用的是沙灘沙子)。如果您固化材料,例如,如何仍然測量運動?通過嵌入矩陣?
2 x 1 x 0.5是400 L或幾乎100 gal。的數量。在這些體積下(假設有20%的空隙空間),任何粘合劑的成本都將是可觀的。
高度是哪個尺寸?如果是0.2m,則比1m容易得多。
@steveverrill對不起,我的尺寸草率。它的尺寸為lxhxw。
@NickT我忘了提到我們不會在整個容器中裝滿沙子。在每次實驗中1米會有所不同
七 答案:
Geoff Hutchison
2014-09-22 20:16:50 UTC
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根據您的評論,聽起來您好像有某種彩色的沙子,並且想要固定它。我的建議是使用某種聚合物基質。

有多種可能性,但是最簡單的一種是聚二甲基矽氧烷PDMS,它光學透明並且易於使用(例如,安全)。有一種“鹼”和一種可以產生交聯的固化劑。

可能最簡單的方法來自U。威斯康星州

如果操作正確(即沒有氣泡),您應該能夠倒入PDMS,固化並在沙子周圍形成聚合基質。然後,您可以將其裁剪或做任何需要查看不同區域的操作。

Abel Friedman
2014-09-22 20:41:19 UTC
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地質學家為生計準備土壤剖面。原則上,這項任務很容易-挖一個坑,在牆上塗上膠水,然後將膠合層轉移到一塊布上。實踐真的很困難,膠水配方和轉移技術是商業秘密。請參閱此處(警告,德語): http://www.sand-abc.de/sandkorn/lackprofil/lackprofil.htm

為什麼不逐層刪除然後刪除拍攝橫截面的照片?這比弄亂鑄造樹脂和真空室要容易得多。另外,請諮詢您友好的地質系。

Level River St
2014-09-23 14:29:27 UTC
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我贊成用水的想法,畢竟僅用水作為粘合劑就可以建造超過0.2 m高的沙堡。我也認為答案中提到的取芯是個好主意。我也贊成有關冷凍機的評論,儘管擴展可能是個問題。 。)還有其他各種食品膠凝劑(果膠等)。如果它足夠堅固(並且您不希望它太堅固,因為您想將其切開),則是一個不錯的選擇。明膠便宜,如果成本真的是問題,您應該可以通過加熱用過的沙子並過濾來回收它。

我想您可能是底部空氣滯留的嚴重問題,如果您打算使用空氣分配沙子,請隨後添加液體。色譜柱的底部有一個多孔玻璃料,最初會使空氣逸出(當您添加第一種溶劑時,您會看到顏色變暗),然後顯然還有液體。在您的情況下,平台格柵上的金屬絲網或塑料網可能會起作用。通常在色譜柱上方施加壓力以推動溶劑通過,但如果您發現需要壓差,則可能會發現更容易從下方抽吸。底部連接對於用蒸汽預熱床也可能有用。

您還需要考慮如何分配液體而不干擾沙子。最好的方法是將帶有噴水孔的管道矩陣和/或在沙子頂部的塑料網做成矩陣。

編輯1:一些更多的主意,雖然價格更高,但會給您一個尖銳的,可預測的凝固點。 “芒硝”(十水硫酸鈉)在32°C熔化,硫代硫酸鈉五水合物在48°C熔化。 三水合乙酸鈉在58°C熔化。這些化合物都可以過冷至其熔點以下,然後通過添加單晶進行成核而突然凍結(儘管我希望它們在沙子上會立即成核。)有關此視頻的視頻可以在Youtube上找到。這些化合物已嘗試用於低度太陽熱的中期存儲以用於空間加熱,和/或用於個人加熱包,因為它們冷卻時所有熱量均在相同溫度(熔點/凝固點)釋放。

十水碳酸鈉“洗滌蘇打” 顯然在32°C時熔化。我從未見過任何過冷融化蘇打水的有趣實驗,因此也許它不是過冷的。七水合物的存在也使情況感到困惑。但是,它肯定便宜並且容易獲得。它是強鹼性的,因此傾向於從空氣中吸收二氧化碳成為碳酸氫根,但我懷疑所需要的體積會發生變化,以至於不會產生任何特性變化。鹼比酸在皮膚上更堅硬,因為它們將天然油變成肥皂。

我也考慮過蠟燭蠟,但是要使用 extreme 蠟,必須小心,以使其保持在熔點和閃點之間。

任何應當仔細檢查熔融鹽和金屬之間的接觸是否腐蝕。特別是鹼+ $ \ ce {H2O} $溶解了鋁上的保護性氧化層,導致其隨著氫氣的釋放而迅速腐蝕。

編輯2:即使OP現在已指示高度為1米而不是0.2米,我仍然喜歡明膠的想法,儘管它可能不足以支撐米柱。這可能意味著將儲罐傾斜到側面並移開前部(這將成為頂部)。這是在基質強度與易切割性之間進行權衡的問題(對於某些較高強度而言,這是極其艱鉅的這裡提到的建議。)

順便說一句,我是一名化學家,後來轉為化學工程師。因此,我的答案遠不止化學,而是化學工程。化學工程師將對您的研究感興趣,他們可能會幫助您解決執行過程中遇到的問題。相關數學適用於化學工程和地球科學/土木工程。我想知道地球科學堆棧交換中是否有任何相關內容。
Jason Patterson
2014-09-22 22:05:00 UTC
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我不知道您在這裡尋找哪種分辨率。如果您想要一個真正的3d結構,則可以通過使用粘紙從沙床上取下來的切片來創建一個3d結構。在砂床上添加膠水或環氧樹脂也會在將砂保持在原位的同時干擾砂。

對沙子進行任何必要的處理,以使其達到最終狀態,然後對錶面進行拍照。在頂層塗上一層粘合劑,然後除去。再拍一張照片。應用一張紙,取出,圖片,然後重複。清空床將需要很多床單,但是如果您想要一個非常精細的沙子結構,它應該可以工作。

另一種選擇是具有可以獨立移動的壁和底的容器。圖像,將側面向下滑動1毫米,使用刮水器清除突出的沙子,然後重複。事實證明,在擦拭上層沙粒時,很難避免打擾下層,但是這種方法的消耗成本幾乎沒有。 (如果不清楚,這個想法基本上是粉末床3d打印機的反面。)

ETA:我第一個想法的便宜版本-準備您的沙床。圖像上,在上面噴塗厚厚的一層噴塗膠。應用一張打印機紙。請稍等,取出。重複。我認為您每次這樣通過都會撿起更多的沙子,而且成本不應該太高。

permeakra
2014-09-22 22:41:00 UTC
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容器是2x1x0.2米

我想在這種情況下,您想要便宜的東西。

選項1:水。濕細砂保持形狀。選項2:將其放下,將玻璃管推入沙子(壁較薄且寬度合理)中。選項3:使用稀釋的矽酸鹽膠水。可以,但是在沒有烤箱的情況下乾燥它會遇到麻煩。

對於娛樂性的個人項目,其他任何東西都太昂貴了。

選項1 +工業冷凍櫃
Brinn Belyea
2014-09-22 19:38:36 UTC
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沙粒通過共價鍵結合在一起。使2個單獨的沙子顆粒結合的唯一方法是將它們加熱到一個溫度,在該溫度下顆粒之間會形成共價鍵。這是製造玻璃的過程。因此,要執行建議的工作,需要用沙子製造玻璃。
好吧,我們真的不能把容器放進烤箱裡...
聽起來還是正確的方向。您可能還需要考慮將低熔點塑料用於示踪劑。這樣就無需完全融化沙子。您也許可以擺脫烤沙的困擾。
Mickey Perlstein
2014-09-23 01:15:12 UTC
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髮膠怎麼樣?

使用扁平的寬板(緩慢地)傾倒沙子的同時,將沙子緩慢倒入,而另外兩個則將髮膠慷慨地噴在下落的沙子上。這樣,當沙子著陸時,它很粘,您幾乎捕獲了所有沙子顆粒。它們會在著陸的地方粘在一起,這樣您就不會過多地干擾實驗的原始狀態。

乾燥後,模具中應該有一塊類似岩石的斑點。



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