Многофазность глинистых грунтов, особенности и соотношение минералов

свойства глиняных грунтов, особенности и соотношения минералов

Одной из характерных свойств глинистых грунтов является их многофазность. Особенности каждой фазы в отдельности, ее физико-химические и механические свойства определяют свойства грунтов в целом, в том числе набухание (увеличение объема грунта при увлажнении) и усадку (уменьшение объема грунта при снижении влажности).

Твердая фаза формируется как в процессе образования глинистого грунта, так и в последующие периоды его историко-геологического существования. Она является основной составляющей глинистого грунта, определяя в целом его свойства. Глинистые грунты представляют собой смесь отдельных элементарных частиц, имеющих различные размеры, форму и характер поверхности. Под элементарными частицами подразумеваются первичные и вторичные частицы в виде отдельных минералов или их осколков, монокристаллы, аморфные соединения.

Частицы глинистых грунтов представлены различными минералами: попевыми шпатами, слюдами, монтмориллонитом, иллитом, каолинитом, галлуазитом и т. д. Кристаллохимическое строение, химический состав и другие особенности минералов обусловливают такие специфические свойства глинистых грунтов, как пептизация, адсорбция и т.д.

Соотношение минералов

Соотношение минералов или преобладание той или иной их группы оказывает решающее влияние на физико-химические свойства глин. Наиболее важными своиствами минералов, определяющими, в частности, характер и степень взаимодействия грунта с водой, являются строения их кристаллической решетки и их способность к ионному обмену.

Структурные решетки глинистых минералов включают два элемента — глинозем и кремнезем. В зависимости от сочетания отдельных слоев образуются минералы двух типов: первый, решетка которого состоит из одного слоя кремнезема; второй, решетка которого состоит из одного слоя глинозема и двух кремнезема.

Первый тип характерен для глинистого минерала каолинита, особенностью которого является прочное соединение пакетов (элементарных частиц) минерала между собой, поэтому обменные катионы и полярные молекулы не могут проникнуть во внутренние плоскости кристалла.

В противоположность каолиниту монтмориллонит имеет решетку, состоящую из двух внешних слоев кремнезем и одного глинозема. Связь между пакетами монтмориллонита оказывается недостаточно прочной. Полярные молекулы воды могут проникать между пакетами, образуя водные прослойки, которые оказываются тем толще, чем слабее межпакетная связь. Поэтому для этого минерала характерно внутрикристаллическое набухание, которое может привести к полному разрыву пакетов. Кроме того, имеются минералы с промежуточными формами решетки, например иллит, у которого проникание и накопление молекул воды между пакетами будет незначительным.

Особенности минералов

Отметим некоторые особенности минералов, влияющие на взаимодействие их с водой, а следовательно, и на процесс набухания:

  1. на внешней поверхности пакета минерала расположены декомпенсированные свободные электрические заряды, возникающие в результате замещения одних атомов решетки другими;
  2. в зависимости от типа минерала пакеты могут иметь различные катионы — обменные, трудно или частично обменные, а также необменные, обладающие положительной или отрицательной степенью гидратируемости;
  3. кристаллическая решетка может иметь различную степень прочности связей пакетов: прочную, слабопрочную, промежуточную;
  4. в поверхностном слое кристаллической решетки могут располагаться структурные группы ОН, способные соединяться с молекулами воды посредством водородной связи.

При поддержке otchegosha.ru