Published September 1, 2021
| Version v1
Publication
Open
A rheological and microstructural study of two-step yielding in mud samples from a port area
- 1. Delft University of Technology
- 2. University of Engineering and Technology Lahore
- 3. University of British Columbia
Description
Natural fine-grained suspensions usually exhibit a complex rheological fingerprint – in particular a two-step yielding phenomenon – due to the presence of mineral clay particles and organic matter (often found in a flocculated state). These rheological properties may vary considerably from one location to another due to the differences in mud composition (specifically in organic matter content). In this study, the origin of this two-step yielding behaviour for natural suspensions is discussed with the help of different experimental techniques including rheology, particle sizing, rheo-optics, and video microscopy. The samples were collected from different locations in the Port of Hamburg, Germany. A rheological analysis of the samples was performed with amplitude sweep, frequency sweep, stress ramp-up and structural recovery tests. The shear-induced structural changes of mud samples was studied by using a parallel plate shearing device with a microscope. Mineral clay-organic matter flocs were studied using video microscopy to obtain the floc size, floc density and settling velocity of flocs. Higher values of rheological properties such as cross-over stress, yield stress, and moduli were observed for samples having higher organic matter content. These samples also produced the largest floc sizes. The rheo-optical analysis showed the formation of cylinder-like structures in fine-grained suspensions upon shearing action, which reflect the origin of two-step yielding behaviour in mud samples, observed in stress ramp-up and amplitude sweep tests.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
عادةً ما تُظهر المعلقات الطبيعية ذات الحبيبات الدقيقة بصمة انسيابية معقدة – لا سيما ظاهرة الخضوع من خطوتين – بسبب وجود جزيئات الطين المعدنية والمواد العضوية (غالبًا ما توجد في حالة التلبد). قد تختلف هذه الخصائص الانسيابية بشكل كبير من موقع إلى آخر بسبب الاختلافات في تكوين الطين (خاصة في محتوى المادة العضوية). في هذه الدراسة، تتم مناقشة أصل هذا السلوك الناتج من خطوتين للمعلقات الطبيعية بمساعدة تقنيات تجريبية مختلفة بما في ذلك الانسيابية، وتحجيم الجسيمات، والبصريات الانسيابية، والفحص المجهري بالفيديو. تم جمع العينات من مواقع مختلفة في ميناء هامبورغ، ألمانيا. تم إجراء تحليل انسيابي للعينات مع مسح السعة، وكسح التردد، وزيادة الإجهاد واختبارات الاسترداد الهيكلي. تمت دراسة التغيرات الهيكلية الناجمة عن القص لعينات الطين باستخدام جهاز قص صفيحة متوازية مع مجهر. تمت دراسة ندف الطين المعدني العضوي باستخدام المجهر المرئي للحصول على حجم الندف وكثافته وسرعة ترسيب الندف. لوحظت قيم أعلى للخصائص الانسيابية مثل الإجهاد المتقاطع وإجهاد الخضوع والمعاملات للعينات التي تحتوي على محتوى أعلى من المواد العضوية. أنتجت هذه العينات أيضًا أكبر أحجام الندف. أظهر التحليل البصري الريو تشكيل هياكل شبيهة بالأسطوانة في معلقات دقيقة الحبيبات عند عمل القص، والتي تعكس أصل سلوك الخضوع من خطوتين في عينات الطين، والتي لوحظت في اختبارات زيادة الإجهاد ومسح السعة.Translated Description (French)
Les suspensions naturelles à grains fins présentent généralement une empreinte rhéologique complexe – en particulier un phénomène de cédage en deux étapes – en raison de la présence de particules d'argile minérale et de matière organique (souvent à l'état floculé). Ces propriétés rhéologiques peuvent varier considérablement d'un endroit à l'autre en raison des différences dans la composition de la boue (en particulier dans la teneur en matière organique). Dans cette étude, l'origine de ce comportement cédant en deux étapes pour les suspensions naturelles est discutée à l'aide de différentes techniques expérimentales, notamment la rhéologie, le dimensionnement des particules, la rhéo-optique et la microscopie vidéo. Les échantillons ont été prélevés à différents endroits dans le port de Hambourg, en Allemagne. Une analyse rhéologique des échantillons a été réalisée avec un balayage d'amplitude, un balayage de fréquence, une montée en tension et des tests de récupération structurelle. Les changements structurels induits par le cisaillement des échantillons de boue ont été étudiés à l'aide d'un dispositif de cisaillement à plaques parallèles avec un microscope. Les flocs d'argile minérale-matière organique ont été étudiés en utilisant la microscopie vidéo pour obtenir la taille des flocs, la densité des flocs et la vitesse de décantation des flocs. Des valeurs plus élevées de propriétés rhéologiques telles que la contrainte de croisement, la contrainte d'écoulement et les modules ont été observées pour les échantillons ayant une teneur plus élevée en matière organique. Ces échantillons ont également produit les plus grandes tailles de flocs. L'analyse rhéo-optique a montré la formation de structures cylindriques dans les suspensions à grains fins lors de l'action de cisaillement, qui reflètent l'origine du comportement cédant en deux étapes dans les échantillons de boue, observé dans les essais de montée en tension et de balayage d'amplitude.Translated Description (Spanish)
Las suspensiones naturales de grano fino generalmente exhiben una huella reológica compleja, en particular un fenómeno de rendimiento de dos pasos, debido a la presencia de partículas de arcilla mineral y materia orgánica (que a menudo se encuentra en un estado floculado). Estas propiedades reológicas pueden variar considerablemente de un lugar a otro debido a las diferencias en la composición del lodo (específicamente en el contenido de materia orgánica). En este estudio, se discute el origen de este comportamiento de rendimiento en dos pasos para suspensiones naturales con la ayuda de diferentes técnicas experimentales que incluyen reología, dimensionamiento de partículas, reo-óptica y videomicroscopía. Las muestras se recogieron de diferentes ubicaciones en el puerto de Hamburgo, Alemania. Se realizó un análisis reológico de las muestras con barrido de amplitud, barrido de frecuencia, rampa de tensión y pruebas de recuperación estructural. Los cambios estructurales inducidos por el cizallamiento de las muestras de lodo se estudiaron mediante el uso de un dispositivo de cizallamiento de placas paralelas con un microscopio. Los flóculos de arcilla mineral-materia orgánica se estudiaron mediante videomicroscopía para obtener el tamaño de los flóculos, la densidad de los flóculos y la velocidad de sedimentación de los flóculos. Se observaron valores más altos de propiedades reológicas tales como tensión de cruce, tensión de fluencia y módulos para muestras que tenían un mayor contenido de materia orgánica. Estas muestras también produjeron los tamaños de flóculos más grandes. El análisis reo-óptico mostró la formación de estructuras cilíndricas en suspensiones de grano fino tras la acción de cizallamiento, que reflejan el origen del comportamiento de rendimiento en dos etapas en muestras de lodo, observadas en pruebas de aumento de tensión y barrido de amplitud.Files
download.pdf
Files
(17.8 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:2ece5afd9ddff475dbec1bd94faa1466
|
17.8 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- دراسة انسيابية وبنيوية مجهرية لنتائج من خطوتين في عينات الطين من منطقة الميناء
- Translated title (French)
- Une étude rhéologique et microstructurale du rendement en deux étapes dans des échantillons de boue provenant d'une zone portuaire
- Translated title (Spanish)
- Un estudio reológico y microestructural del rendimiento en dos etapas en muestras de lodo de un área portuaria
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3161466437
- DOI
- 10.1016/j.colsurfa.2021.126827
References
- https://openalex.org/W1113398746
- https://openalex.org/W1481751450
- https://openalex.org/W1593182393
- https://openalex.org/W1965468209
- https://openalex.org/W1968202271
- https://openalex.org/W1969165567
- https://openalex.org/W1970312956
- https://openalex.org/W1971923582
- https://openalex.org/W1985832272
- https://openalex.org/W2006888678
- https://openalex.org/W2010766020
- https://openalex.org/W2011851184
- https://openalex.org/W2018968906
- https://openalex.org/W2021969403
- https://openalex.org/W2024596623
- https://openalex.org/W2025640832
- https://openalex.org/W2026780828
- https://openalex.org/W2029821735
- https://openalex.org/W2031768098
- https://openalex.org/W2033565109
- https://openalex.org/W2035312899
- https://openalex.org/W2040855503
- https://openalex.org/W2044634327
- https://openalex.org/W2052189533
- https://openalex.org/W2052371443
- https://openalex.org/W2053555607
- https://openalex.org/W2056096844
- https://openalex.org/W2058831606
- https://openalex.org/W2059228220
- https://openalex.org/W2060936844
- https://openalex.org/W2065414088
- https://openalex.org/W2068142870
- https://openalex.org/W2069273497
- https://openalex.org/W2074247723
- https://openalex.org/W2080384747
- https://openalex.org/W2087584488
- https://openalex.org/W2088571274
- https://openalex.org/W2091632451
- https://openalex.org/W2094799955
- https://openalex.org/W2095320187
- https://openalex.org/W2101447810
- https://openalex.org/W2121718829
- https://openalex.org/W2133143246
- https://openalex.org/W2135750567
- https://openalex.org/W2147347799
- https://openalex.org/W2150458634
- https://openalex.org/W2277766036
- https://openalex.org/W2465430544
- https://openalex.org/W2558446014
- https://openalex.org/W2752077183
- https://openalex.org/W2898083053
- https://openalex.org/W2900795955
- https://openalex.org/W2917271315
- https://openalex.org/W2946900341
- https://openalex.org/W2948908639
- https://openalex.org/W2972360542
- https://openalex.org/W2982027688
- https://openalex.org/W2993462150
- https://openalex.org/W3003804096
- https://openalex.org/W3010872511
- https://openalex.org/W3028902201
- https://openalex.org/W3091470596
- https://openalex.org/W3096341300
- https://openalex.org/W3100516697
- https://openalex.org/W3143837096
- https://openalex.org/W3152356525
- https://openalex.org/W3163536565
- https://openalex.org/W3190417064
- https://openalex.org/W4211013188
- https://openalex.org/W4242708374
- https://openalex.org/W4288076474