Question:
Comment solidifier le sable
Ortix92
2014-09-22 19:32:01 UTC
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Je fais un projet de recherche où nous analysons la structure du sable après un certain processus. Pour avoir une meilleure idée de la structure interne du sable, nous utilisons différentes couleurs pour visualiser le mouvement des particules. Cependant, nous ne pouvons pas réellement observer cette structure car le sable n'est pas une substance solide. Par conséquent, nous avons besoin d'un moyen de solidifier le sable sans changer la structure.

Nous avons pensé que nous aurions besoin d'une sorte de liquide que nous pourrions verser dans le bac à sable (le conteneur mesure 2x1x0,2 mètres) pour se solidifiera. En d'autres termes, comment solidifier le sable?

Utiliser un conteneur transparent n'est pas vraiment une option car nous sommes curieux de connaître la structure au centre que nous ne pouvons pas voir ... à moins d'utiliser du sable transparent;)

Remarque: nous utilisons du sable de plage «normal».

EDIT: J'ai lu toutes les réponses et elles sont super! Je ne peux accepter aucune réponse pour l'instant car nous devons déterminer quelle méthode nous utiliserons, mais cela semble prometteur! Nous avons commencé avec 0 et nous avons maintenant de bonnes idées avec votre aide!

Vous avez mentionné les couleurs pour visualiser le mouvement des particules (qui, je suppose, sont du quartz, puisque vous utilisez du sable de plage). Comment pouvez-vous encore mesurer le mouvement si vous solidifiez le matériau, par exemple en incorporant dans la matrice?
2 x 1 x 0,5 équivaut à 400 L ou presque 100 gal. de volume. À ces volumes (disons 20% d'espace vide), le coût de tout liant sera important.
Laquelle de vos dimensions est la hauteur? si c'est le 0,2 m, c'est un travail beaucoup plus facile que si c'est 1 m.
@steveverrill désolé pour mon dimensionnement bâclé. C'est la dimension comme lxhxw.
@NickT J'ai oublié de mentionner que nous ne remplirons pas tout le conteneur de sable. Ce mètre variera au cours de chaque expérience
Sept réponses:
#1
+17
Geoff Hutchison
2014-09-22 20:16:50 UTC
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D'après vos commentaires, il semble que vous ayez une sorte de sable coloré et que vous vouliez l'immobiliser. Ma suggestion serait une sorte de matrice polymère.

Il existe plusieurs possibilités, mais l'une des plus simples est le polydiméthylsiloxane PDMS qui est optiquement clair et assez facile à utiliser (c'est-à-dire, sûr). Il y a la "base" et un agent de durcissement qui crée des liens croisés.

Le mode d'emploi le plus simple vient probablement de U. Wisconsin.

Si c'est bien fait (c'est-à-dire sans bulles d'air), vous devriez être en mesure de verser le PDMS, de le durcir et d'avoir une matrice polymérisée autour du sable. Ensuite, vous pouvez le découper ou faire tout ce qui est nécessaire pour voir différentes régions.

#2
+12
Abel Friedman
2014-09-22 20:41:19 UTC
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Les géologues préparent des profils de sol pour gagner leur vie. La tâche est simple en principe: creusez une fosse, appliquez de la colle sur le mur, puis transférez la couche collée sur une feuille de tissu. La pratique est vraiment difficile, la recette de la colle et la technique de transfert sont des secrets commerciaux. Voir ici (avertissement, langue allemande): http://www.sand-abc.de/sandkorn/lackprofil/lackprofil.htm

Pourquoi ne pas supprimer couche par couche puis prendre des photos des coupes? Ce serait plus facile que de jouer avec la résine de coulée et les chambres à vide. Vous pouvez également vous renseigner auprès de votre sympathique Département de géologie.

#3
+10
Level River St
2014-09-23 14:29:27 UTC
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J'ai voté pour l'idée de l'eau, après tout, il est possible de construire des châteaux de sable de plus de 0,2 m de haut avec juste de l'eau comme liant. Je pense également que le carottage tel que mentionné dans cette réponse est une bonne idée. J'ai également voté pour le commentaire sur le congélateur, bien que l'expansion puisse être un problème.

Je vais suggérer une solution de gélatine chaude (ou même une gelée de dessert juste pour l'essayer .) Il existe divers autres agents gélifiants alimentaires (pectine, etc.) Si c'est assez fort (et que vous ne voulez pas qu'il soit trop fort, parce que vous voulez l'ouvrir), ce serait une bonne option. La gélatine n'est pas chère, et vous devriez pouvoir la récupérer en chauffant votre sable usé et en filtrant si le coût est vraiment un problème.

Je pense que vous pouvez avoir un sérieux problème avec l'air emprisonné au fond , si vous prévoyez de distribuer le sable avec de l'air, ajoutez ensuite le liquide. Les colonnes de chromatographie ont une fritte poreuse au fond, qui laisse initialement l'air sortir (vous voyez la couleur s'assombrir lorsque vous ajoutez le premier solvant) et ensuite évidemment le liquide aussi. Un treillis métallique ou en plastique sur une grille de plate-forme fonctionnerait probablement dans votre cas. La pression est généralement appliquée au-dessus d'une colonne de chromatographie pour faire passer le solvant, mais dans votre cas, vous trouverez peut-être plus facile d'aspirer par le bas, si une différence de pression s'avère nécessaire. Une connexion par le bas peut également être utile pour préchauffer le lit avec de la vapeur.

Vous devez également réfléchir à la manière de répartir le liquide sans déranger le sable. Une matrice de tuyaux avec des trous d'arrosage et / ou un treillis en plastique sur le sable est probablement le meilleur moyen.

EDIT 1: quelques idées supplémentaires, qui bien que plus chères, vous donneront un point de congélation précis et prévisible. Le sel de Glauber "(sulfate de sodium décahydraté) fond à 32 ° C et le thiosulfate de sodium pentahydraté fond à 48 ° C. L ' acétate de sodium trihydraté fond à 58 ° C. Ces composés peuvent tous être surfondus en dessous de leur point de fusion, puis être soudainement congelés en ajoutant un monocristal pour la nucléation (bien que je m'attends à ce qu'avec du sable, ils nucléent immédiatement.) Des vidéos de cela peuvent être trouvées sur Youtube. Les composés ont été essayés pour le stockage à moyen terme de la chaleur solaire de basse qualité pour le chauffage des locaux, et / ou sont utilisés dans des packs de chaleur personnels, car toute la chaleur est libérée à la même température (le point de fusion / congélation) lorsqu'ils refroidissent.

Le carbonate de sodium décahydraté "lessive" fond apparemment à 32 ° C. Je n’ai jamais vu d’expériences amusantes avec du bicarbonate de soude fondu en surfusion, alors peut-être que cela ne refroidit pas. La situation est également confuse par l'existence d'un heptahydrate. Cependant, il est certainement bon marché et facilement disponible. Il est fortement alcalin et aurait donc tendance à capter le dioxyde de carbone de l'air pour devenir le bicarbonate, mais dans les volumes requis, je doute que cela se produise dans la mesure nécessaire pour produire un changement de caractéristiques. Les alcalins sont plus durs pour la peau que les acides, car ils transforment vos huiles naturelles en savon.

J'ai aussi pensé à la cire de bougie, mais avec les quantités impliquées, une extrême prudence serait de mise pour la maintenir entre son point de fusion et son point d'éclair.

Tout le contact entre les sels fondus et les métaux doit être soigneusement vérifié pour la corrosion. En particulier, l'alcali + $ \ ce {H2O} $ dissout la couche d'oxyde protecteur sur l'aluminium, ce qui l'amène à se corroder extrêmement rapidement avec dégagement d'hydrogène gazeux.

EDIT 2: même si l'OP a maintenant indiqué que la hauteur est de 1 m et non de 0,2 m, j'aime toujours l'idée de la gélatine, même si elle n'est probablement pas assez solide pour supporter une colonne d'un mètre. Cela signifierait probablement basculer le réservoir sur le côté et retirer l'avant (qui sera devenu le dessus.) Il s'agit d'équilibrer la résistance de la matrice contre la facilité de coupe (ce qui sera extrêmement ardu pour certains des plus résistants suggestions mentionnées ici.)

BTW, je suis un chimiste devenu ingénieur chimiste. Ma réponse concerne donc bien plus le génie chimique que la chimie. Votre recherche intéresserait les ingénieurs chimistes et ils pourraient peut-être vous aider à résoudre les problèmes liés à son exécution. Les mathématiques pertinentes sont applicables à la fois en génie chimique et en sciences de la terre / génie civil. Je me demande s'il y a quelque chose de pertinent sur l'échange de piles en sciences de la Terre.
#4
+7
Jason Patterson
2014-09-22 22:05:00 UTC
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Je ne sais pas quel type de résolution vous recherchez ici. Si vous voulez une véritable structure 3D, vous pourrez peut-être en créer une en retirant des tranches du lit de sable à l'aide de papier adhésif. L'ajout d'une colle ou d'un époxy au lit de sable perturbera également le sable tout en le maintenant en place.

Faites le processus que vous avez à faire sur le sable pour le ramener à son état final, puis prenez une photo de la surface. Appliquez une feuille adhésive sur la couche supérieure et retirez-la. Prenez une autre photo. Appliquer une feuille, supprimer, image, répéter. Il faudra beaucoup de draps pour vider le lit, mais si vous voulez une structure de sable vraiment fine, cela devrait fonctionner.

Une autre option serait un conteneur avec des murs et un fond pouvant se déplacer indépendamment. Image, faites glisser les côtés de 1 mm vers le bas, utilisez un essuie-glace pour enlever le sable qui dépasse, répétez. Il peut s'avérer difficile d'éviter de perturber les couches inférieures lorsque le sable supérieur est essuyé, mais le coût des consommables est pratiquement nul avec cette méthode. (Cette idée est fondamentalement l'inverse des imprimantes 3D à lit de poudre, si ce n'est pas clair.)

ETA: Une version moins chère de ma première idée - Préparez votre lit de sable. Image, vaporisez une couche épaisse de colle en aérosol sur le dessus. Appliquez une feuille de papier d'imprimante. Attendez une minute, retirez. Répéter. Je pense que vous ramasseriez plus de sable à chaque passage de cette façon et cela ne devrait pas coûter trop cher.

#5
+5
permeakra
2014-09-22 22:41:00 UTC
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le conteneur mesure 2x1x0,2 mètres

Je suppose que vous voulez quelque chose de bon marché dans ce cas.

option 1: l'eau. Le sable fin humide garde sa forme. Pas vraiment, mais quand même.option 2: laissez tomber, poussez le tube de verre dans le sable (raisonnablement large avec des parois minces) option 3: utilisez de la colle de silicate diluée. Cela fonctionnerait, mais vous aurez du mal à le sécher sans four.

Tout le reste est trop coûteux pour un projet personnel amusant.

option 1 + un congélateur industriel
#6
+1
Brinn Belyea
2014-09-22 19:38:36 UTC
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Les particules de sable sont maintenues ensemble par des liaisons covalentes. La seule façon de réunir 2 particules de sable séparées est de les chauffer à une température à laquelle des liaisons covalentes se forment entre les particules. C'est le processus utilisé dans la fabrication du verre. Donc, pour faire ce que vous proposez, vous devez fabriquer du verre avec du sable.

Eh bien, on ne peut pas vraiment mettre le récipient dans un four ...
Cela semble toujours la bonne direction. Vous pouvez également envisager d'utiliser un plastique à bas point de fusion pour votre traceur de couleur. Cela évite d'avoir à faire fondre le sable purement et simplement. Vous pourrez peut-être vous en sortir avec le grillage du sable.
#7
  0
Mickey Perlstein
2014-09-23 01:15:12 UTC
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Que diriez-vous de la laque?

Tout en déversant le sable (lentement) à l'aide d'une planche plate et large, versez lentement le sable pendant que deux autres vaporisent généreusement la laque sur le sable qui tombe. De cette façon, lorsque le sable atterrit, il est collant et vous capturez presque toutes les particules de sable. Ils resteront ensemble là où ils atterrissent pour ne pas trop perturber l'état d'origine de l'expérience.

Une fois secs, vous devriez avoir une goutte semblable à une roche dans un moule.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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