Свойства глин. Водные свойства

Водные свойства глин проявляются при их свободном взаимодействии с водой. В системе глина – вода: молекула воды имеет дипольное строение, элементарное зерно глинообразующего минерала всегда имеет отрицательный электрический заряд, следовательно, дипольные молекулы воды ориентируются своим положительно заряженным концом Н⁺ к силовому полю, созданного отрицательными частицами зерна глинообразующего минерала. Молекулы воды плотно окружают поверхность зерна, образуя молекулярный, а далее полимолекулярный, слой адсорбированной воды. Слои сильно связаны под действием силового поля, но относительную свободу перемещения имеют молекулы относительно удаленные от поверхности частицы. Это диффузионный слой (вода этого слоя называется рыхлосвязанной).

В реальных условиях вода всегда содержит некоторое количество примесей и солей, молекулы которых диссоциируют на ионы. Катионы этих солей также окружены «собственной» водной оболочкой и вместе с ней могут находиться либо в диффузном слое, либо адсорбироваться на поверхности зерна глинообразующего минерала, создавая сорбированный комплекс.

Рассмотренная система объясняет такие свойства глин, как влагоемкость, набухание, размокаемость, тиксотропное уплотнение.

Влагоемкость – способность глины вмещать в себя определенное количество воды и удерживать ее вопреки действию силы тяжести, так как помимо молекулярного притяжения в диффузный слой часть воды проникает за счет осмотического всасывания, а в порах глинистой породы удерживается и капиллярными силами. Осмотическая и капиллярная воды образуют группы свободной воды. С увеличением дисперсности (удельной поверхности) влагоемкость глин возрастает, следовательно, наиболее влагоемкие монтмориллонитовые глины, наименее – каолинитовые.

Набухание – способность глины увеличивать свой объем за счет поглощения влаги из воздуха или при ее непосредственном контакте с жидкой средой. Количественно степень набухания определяется увеличением объема относительно первоначального объема, выражается в % или приростом объема поглощенной влаги по отношению к первоначальному весу глины. Набухание глин происходит из-за того, что поляризованные молекулы воды вклиниваются между отдельными слипшимися зернами глинообразующего минерала, адсорбируются на их поверхности, раздвигают их, создавая водную оболочку. У минералов с раздвигающейся кристаллической решеткой молекулы воды проникают между отдельными слоями решетки, образуя межслоевую воду.

Набухание зависит от дисперсности глин и состава их глинообразующих минералов. У высокодисперсных глин степень набухания больше (из-за удел. поверхности). Следовательно, у монтмориллонитовых глин, которые характеризуются и подвижной кристаллической решеткой степень набухания выше, чем у каолинитовых. Запесоченность глин понижает набухание. Рыхлые глины набухают быстрее, чем плотные.

Размокание – распад в воде агрегированных глинистых частиц на более мелкие частицы или элементарные зерна с образованием полидисперсной системы. Это объясняется тем, что на первой стадии происходит набухание глин, по мере возрастания толщины водной оболочки вокруг зерна глинообразующего минерала вода все больше экранирует межмолекулярные силы сцепления. Здесь частицы удерживаются не молекулярными силами, а капиллярными, но когда поры заполнятся водой, действие сил капиллярного давления прекращается, и зерна свободно перемещаются в воде, это означает размокание глины.

Процесс размокания в куске глины начинается с поверхности, но в плотном куске размокание внутренних слоев почти никогда не происходит, так как отсутствует доступ воды. Следовательно, плотные глины менее подвержены размоканию. Процесс размокания ускоряется перемешиванием кусков глины в воде, подогрев воды.

Тиксотропное упрочнение – способность влажной глиняной массы самопроизвольно восстанавливать нарушенную структуру и упрочняться при неизменной влажности. Самоупрочнение происходит в результате переориентации частиц глины и молекул воды. Например, сопротивление сдвигу ленточной глины за 1 сутки после ее переработки возрастет в 2,4 раза, через 120 суток – в 5,9 раз. Тиксотропия отражается на литейных свойствах шликеров, используется для улучшения формовочных и сушильных свойств глин при приготовлении пластичного теста.