Строение системы «глина- вода»

Взаимодействие воды с сухой глиной начинается со смачивания ее поверхности. Процесс смачивания поверхности частиц протекает с выделением тепла и сопровождается уменьшением суммарного объема системы глина—вода, т. е. контракцией. Глина, замешанная с определенным количеством воды, образует глиняное тесто, обладающее связностью и пластичностью. При смачивании сухой глины ощущается характерный запах увлажняемой земли и выделение тепла. Молекулы воды (диполи) втягиваются между чешуйчатыми частицами каолинита и расклинивают их вызывая набухание глины. Поверхность глинистого зерна имеет отрицательный заряд, создающий вокруг частицы силовое поле, под воздействием которого дипольные молекулы воды притягиваются своими положительно заряженными концами к отрицательно заряженному зерну

Вода в адсорбционных слоях образует прочно связанную воду (адсорбционный слой), которая обладает особыми свойствами вследствие того, что находится в сжатом состоянии (давление достигает 300 МПа) под воздействием силового поля.

По мере удаления от поверхности глинистого зерна напряженность силового поля частицы уменьшается, интенсивность притяжения молекул воды частицей убывает. Молекулы воды, находящиеся под воздействием относительно слабого силового поля имеют некоторую свободу перемещения. Они уже не так прочно связаны с частицей и образуют диффузионный слой, в котором вода находится в рыхло связанном состоянии. Вода, находящаяся в промежутках между отдельными гидратированными частицами глины, называется свободной (или механически примешанной) водой. Именно такая вода разжижает глинистую суспензию. Перевод части воды из рыхло связанной воды (т.е. из диффузионного слоя глинистой частицы) в свободную воду позволяет улучшить формуемость пластических масс и текучесть глинистых суспензий без увеличения их влажности.

22. Набухание глин. Зависимость его от состава глин.

Под набухаемостью понимают способность глинистых пород увеличивать объем в процессе взаимодействия с водой или водными растворами. Процесс набухания сопровождается увеличением влажности, объема породы и возникновением давления набухания.
Набухаемость глинистых пород является их важным свойством.

Объясняя природу набухания глин, следует отметить, что этот процесс проходит в две стадии: первая стадия - адсорбционное или внутрикристаллическое набухание, вторая - макроскопическое или "осмотическое" набухание. На первой стадии глинистая порода впитывает влагу за счет адсорбции молекул воды поверхностью глинистых частиц и межслоевыми промежутками кристаллической решетки глинистых минералов. Эта стадия практически не влияет на изменение объема породы. На второй стадии набухания поглощение влаги осуществляется с помощью осмотического давления. Оно возникает вблизи поверхности глинистых частиц за счет избыточной концентрации многочисленных обменных катионов отдиссоциированных (отошедших) с поверхности глинистых частиц в раствор. Основное увеличение объема набухающей глины происходит именно на этой макроскопической стадии.

По величине давления набухания глинистые породы подразделяются на ненабухающие; слабонабухающие; средненабухающие (Pн = 0,1-0,25 МПа) и сильнонабухающие. Величина и характер набухания глинистых пород определяются многими факторами, основными из которых являются рассмотренные выше минеральный состав, дисперсность и структура. Наибольшим набуханием обладают глинистые породы, в составе которых имеются глинистые минералы с подвижной кристаллической структурой (например, монтмориллонит), наименьшим - минералы с более жесткой кристаллической структурой (каолинит).

Глинистые породы, обладающие преимущественной ориентацией структурных элементов, характеризуются ярко выраженной анизотропией набухания. Наибольшее набухание отмечается в направлении, перпендикулярном ориентации частиц. В ходе процесса набухания происходит существенная перестройка исходной микроструктуры глинистой породы.