|
Материалы

Поведение глины при длительном увлажнении


Глины являются одним из наиболее распространенных типов горных пород, слагающих до 11 % всего объема земной коры. С ними часто приходится иметь дело при возведении фундаментов зданий и строительстве различных инженерных сооружений. Они повсеместно используются как сырье для производства керамики, цемента, а также в качестве наполнителя при изготовлении резины, бумаги, и др.

Несмотря на столь широкое использование глин, все еще существует много вопросов, связанных с особенностями поведения глинистых пород. В технологии производства керамических изделий процессам, происходящим при увлажнении глин, уделяется большое внимание.

Как известно, глины образованы чрезвычайно мелкими по размеру микрокристаллами глинистых минералов, которые во многом определяют их свойства. Глинистые минералы относятся к слоистым и слоисто-ленточным силикатам алюминия, железа и магния. В природных условиях они встречаются в виде тонкодисперсных кристаллов размером от сотых долей до нескольких микрометров. Частицы глинистых минералов имеют преимущественно пластинчатую форму, однако встречаются и удлиненные пластинки и полоски, а также трубчатые и волокнистые частицы. Морфология и размер частиц связаны с особенностями их кристаллической структуры.

В основе кристаллического строения глинистых минералов, лежат два типа структурных сеток. Первый сформирован кремнекислородными тетраэдрами, состоящими из атома кремния (в центре тетраэдра) и четырех равноудаленных атомов кислорода, три из которых образуют основание тетраэдра, а четвертый является его вершиной.

Другой тип структурной сетки сформирован октаэдрами, состоящими из шести атомов кислорода или гидроксилов. В центре октаэдров находятся атомы алюминия, железа или магния. Атомы кислорода образуют одну, а гидроксилы ─ другую крышки октаэдра, между которыми находится катион.

Разнообразные глинистые минералы образуются путем различного комбинирования слоев с разными катионами. Общим правилом является изоморфное замещение некоторой части ионов кремния Si4+ в тетраэдрах решетки на ионы алюминия А13+ или иногда ионы железа Fe3+ и взаимное замещение этих и других ионов в октаэдрах. При таких изоморфных замещениях образуется общий отрицательный заряд решетки, нейтрализующийся, например, в решетке слюды за счет ионов калия. Возникновение отрицательного заряда в глинистых минералах приводит к удержанию у поверхности частиц или между слоями положительных ионов. Эти ионы более или менее легко обмениваются и обусловливают так называемую «ионообменную способность» глинистых минералов. Так, например, природные глины, содержащие абсорбированные ионы кальция Са2+, могут взаимодействовать с силикатом натрия в растворе с образованием нерастворимого силиката кальция и глины, в которой абсорбированы ионы натрия:

Такие реакции оказывают большое влияние на свойства водных суспензий глинистых минералов.

Водные свойства глин проявляются при их свободном взаимодействии с водой. Как известно, поверхность зерна глинообразующего минерала имеет отрицательные заряды, которые создают вокруг него силовое поле. Под его воздействием дипольные молекулы воды своим положительным концом Н+ ориентируются по направлению к отрицательному заряду зерна и плотно окружают его поверхность, образуя мономолекулярный и далее полимолекулярный слой адсорбированной воды. Эти слои, будучи сильно сжаты под воздействием силового поля, образуют прочно связанную воду, обладающую особыми свойствами. По мере удаления от поверхности зерна напряженность силового поля, а следовательно и интенсивность притяжения молекул воды, убывает. Молекулы воды, относительно удаленные от поверхности зерна, но все же находящиеся под воздействием его силового, хотя и слабого поля, имеют уже некоторую свободу перемещения. Они образуют диффузный слой, в котором вода является рыхлосвязанной. Таким образом, зерно глинообразующего минерала окружено несколькими концентрическими слоями воды, каждый из которых удерживается частицей с различной силой, убывающей от ее поверхности к периферии. Поскольку связанная вода находится в сильносжатом состоянии под давлением, достигающим 3000 кг·с/см2, то ее свойства резко отличны от свойств обычной воды и сходны со свойствами твердого тела: ее теплоемкость составляет всего 0,7 ккал/кг град, она не растворяет некоторых веществ (например, сахара), хорошо растворяющихся в обычной воде, плотность ее составляет у каолинов 1,065, а у других глин 1,114 г/см3, она не обладает электропроводностью, температура замерзания ее достигает минус 70°С.

1 2
Общее время работы: 14.528036117554 мс
Использование памяти: 659 КБ