Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Структура глин

Структура глин

16.10.2017

Понятие структура включает такие вопросы, как распределение составляющих частиц по размерам, форма частиц, ориентировка частиц в пространстве и относительно друг друга и силы, связывающие частицы между собой.
Некоторые сведения о распределении частиц по размерам для наиболее грубозернистых материалов можно получить при микроскопическом исследовании. Более детальнее изучение распределения в глине частиц по размерам может быть проведено путем просеивания материала через сита разных диаметров или путем осаждения в воде. Определение размеров тонкозернистых частиц обязательно требует применения методов осаждения; эти же методы применяются и для разделения образцов глины на фракции. Необходимо отметить, что методы осаждения характеризуют только степень, до которой расщеплены или расколоты зерна или агрегаты глинистых минералов в процессе производства лабораторного исследования, а не те размеры, которые свойственны природному материалу. Распределение по размеру частиц характеризует степень воздействия на образец при его взбалтывании в процессе производства анализа. Имеются образцы глин, минералы которых могут дать различное распределение по размерам частиц при сравнительно слабом изменении методики исследования. Вообще наиболее надежно могут быть определены путем механического анализа размеры частиц глинистых материалов, которые состоят из таких глинистых минералов, как монтмориллонит, вермикулит и аттапульгит-сепиолит; материалы, состоящие из других глинистых минералов, распределяются по размерам частиц менее надежно.
Химические реактивы применять не следует, так как использование их для размельчения глины часто изменяет состав обменных оснований в образце. В крайнем случае они должны использоваться с большой осторожностью только тогда, когда в образце будут определяться обменные ионы. Наиболее целесообразно определять обменные ионы сразу на свежем материале, так как смешение с водой или промывка последнего могут вызвать значительные изменения в составе ионов. Кроме того, обработка реактивами может привести к захвату конечными фракциями некоторого количества солей, что усложнит определение тех или иных глинистых минералов.
Обезвоживание тонкозернистых глинистых частиц часто вызывает переход минерала в новое состояние гидратации; если такая дегидратация будет полной, некоторые глинистые минералы могут оказаться невыявленными. Так, например, полностью обезвоженный монтмориллонит, из которого вся адсорбированная вода удалена, легко спутать с иллитом. Если определение глинистых минералов приходится производить во фракциях, то существенно, чтобы они были высушены на воздухе, а не в сушильном шкафу.
Очевидно, что механический анализ глинистых материалов затруднен, и следует проявлять осторожность при разработке надежного метода, лучше всего отвечающего данному материалу; получаемые результаты должны быть воспроизводимы и сравнимы друг с другом.
Форма наиболее дисперсных частиц выявляется при помощи электронного микроскопа. Такие исследования показали, что чешуйчатые минералы обычно имеют шестиугольный контур; минералы галлуазитового ряда обладают формой вытянутых трубок; иллит, хлорит, вермикулит и большинство частиц монтмориллонитовых минералов имеют форму неправильных чешуек; некоторые монтмориллонитовые минералы, а также минералы ряда аттапульгита-сепиолита-палыгорскита имеют удлиненную или волокнистую форму зерен. Данные о размерах (толщине, площади поверхности) зерен глинистых минералов могут быть также получены по электронным снимкам. Для частиц каолинита отношение диаметра чешуйки к толщине оказывается равным 2—25:1, а для монтмориллонитов оно составляет 100—300:1. При облучении исследуемого образца электронным пучком в электронном микроскопе он значительно разогревается, в связи с чем необходимо учитывать, в какой степени получаемые результаты обусловлены нагреванием и связанной с ним вторичной дегидратации.
Для исследования более крупнозернистых частиц используется обычный поляризационный микроскоп. Нижним пределом размера частиц, которые возможно изучать микроскопическими методами, является величина около 5 u.
Некоторые сведения относительно ориентировки исключительно мелких частиц могут быть получены путем изучения шлифов. В случае, если количество глинистых компонентов в образце незначительно, параллельная ориентировка частиц анизотропных глинистых минералов обнаруживается по одновременному погасанию и характеру двупреломления. Шлифы, изготовленные из глинистых материалов, имеют ряд особенностей. Толщина сечения во много раз превышает размеры самих зерен глинистых минералов, в связи с чем в шлифе многие частицы лежат одна на другой. Присутствие даже незначительных количеств органического вещества, или свободных окислов, или гидроокислов железа может маскировать отдельные компоненты и искажать оптические данные. К тому же, прежде чем приготовить шлиф, необходимо высушить образец, так что наблюдаемая структура может не вполне соответствовать структуре материала в его первоначальном состоянии. Несмотря на отмеченные недостатки этого метода, обычно целесообразно при любом изучении глинистого материала производить предварительное исследование шлифов. Такое изучение дает, например, особенно ценные данные по парагенезису гидротермальных глинистых минералов в продуктах изменения вмещающих пород, связанных с рудными телами.
Были предприняты некоторые попытки разработать новые методы изучения структуры глин в их естественном состоянии. Такими методами явились: метод электронно-микроскопической реплики, метод, основанный на изучении соотношений между преобладающей ориентировкой агрегатов в образце и его физическими свойствами, а также метод изучения шлифов глинистых минералов, приготовленных в замороженном состоянии. Пока эти методы еще не дают надежных результатов. Структура глинистых материалов является важной и многообразной областью исследования, которая должна привлечь к себе внимание ученых.
О силах, связывающих между собой глинистые частицы, имеется так мало данных, что возможные типы сил связи можно пока только перечислить.
1. Силы, обусловленные простым притяжением между соседними глинистыми частицами.
2. Межмолекулярные силы, вызванные близостью частиц друг к другу, вследствие чего происходит перекрытие сфер действия молекулярных сил в поверхностных слоях примыкающих друг к другу частиц.
3. Электростатические силы, обусловленные изменениями в решетке глинистых минералов вследствие неуравновешенного замещения внутри решетки, разрыва связей в углах решетки, а также вследствие сил притяжения ионов, адсорбированных на поверхности глинистых минералов. Примером могут служить ионы K+, создающие связь между двумя слоями слюды, и многовалентные ионы, которые присоединяются одной валентностью к одной частице, а другой валентностью — к другой.
4. Связывающее действие адсорбированных молекул. Ориентированные молекулы воды, заключенные между двумя поверхностями глинистого минерала, могут образовывать весьма прочную связь, если толщина этой водной прослойки равна сумме диаметров немногих молекул, если же эта прослойка толще, то связь между частицами незначительна. Подобно этому частицы глинистого минерала могут быть связаны между собой полярными молекулами органического вещества.
В любом глинистом материале, очевидно, имеются все перечисленные выше типы связи, которые действуют совместно. Так, адсорбированный ион сам образует связь, а также оказывает влияние на ориентировку молекул адсорбированной воды, которая, в свою очередь, обусловливает силы связи.
Природа сил связи в глинистых материалах имеет особо важное значение при исследовании механических свойств почв и в инженерно-строительном деле, так как эти силы во многом определяют активность и прочность грунтов. Ошибки при строительных расчетах обычно происходят в связи с тем, что лабораторные испытания не могут дать надежных данных о силах, проявляющихся в грунтах при нагрузках. He имея точных сведений о природе связи частиц в глинистых материалах и основываясь лишь на общих лабораторных данных, невозможно правильно предсказать, как будет вести себя глинистый материал под воздействием нагрузки, при изменении уровня грунтовых вод или при изменении других условий.