Кристаллизационная и химически связанная вода.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

Кристаллизационная и химически связанная вода, часто называемая конституционной, участвует в формировании кристаллических решеток различных минералов. Так, вода входит в состав таких минера лов, как гипс (Са5О₄ • 2Н₂О) и ряда других. Кристаллизационная вода, участвуя в построении кристаллической решетки минералов, сохраняет свою молекулярную форму.

Химически связанная вода входит в состав таких соединений, как, например, лимонит (Ре₂О₃ • лН₂О). Эта вода не сохраняет своего молекулярного единства, однако более прочно, по сравнению с кристаллизационной, связана с другими молекулами кристаллических решеток.

Для того чтобы удалить химически связанную воду из минерала, его нужно нагреть примерно до 200 °С, а это может привести к распаду (разрушению) минерала.

В химически связанной воде, в отличие от кристаллизационной, в некоторых случаях ион водорода может замещаться ионом металла (Са, М§, №, К, Ре).

Химически связанная и кристаллизационная вода или одна из них присутствуют во вторичных минералах. Среди первичных минералов значительное количество безводных. Поэтому в глинистых фунтах вода, входящая в кристаллические решетки минералов, играет более значительную роль, чем в песчаных.

Очень близко к рассмотрению влияния различных видов воды на свойства грунтов находится оценка роли обменных катионов в фунтах.

Обменные катионы в грунтах. Общее количество ионов в фунте, способных к обмену в данных условиях, называют емкостью поглощения или емкостью обмена грунта.

В обменных процессах в грунтах участвуют главным образом катионы, так как большинство минеральных и органических частиц в воде приобретает отрицательный электрический заряд.

Обменные катионы, т. е. катионы, участвующие в реакциях обмена, находятся в химической связи с поверхностными молекулами минеральных частиц. Проникновение катионов в состав кристаллической решетки обусловливает возможности этой химической связи.

Способные к обмену катионы входят в состав коллоидных мицелл вокруг частиц фунта, находятся на внешней поверхности частиц, в межпакетном пространстве кристаллической решетки. В фунтах наиболее распространены такие катионы, как Са²⁺, №⁺, К⁺, Н⁺; гораздо реже встречаются А1³⁺, Ре³⁺, Ре²⁺, \А⁺. По своей активности ионы располагаются в следующий ряд (по убыванию активности): 1_л, Ыа, К, МН₄, М$>, Са, Ва, Н, А1, Ре.

Изучение состава обменных катионов и изменения его во времени имеет большое практическое значение, так как свойства высокодисперсных фунтов, например глинистых и лессовых, за висят от состава обменных катионов не в меньшей степени, чем от других факторов. Состав обменных катионов играет определяющую роль в содержании различных категорий воды в грунте, одновременно сказываясь на формировании его микроструктуры и микротекстуры. Это же, в свою очередь, определяет инженерно-геологические свойства грунтов.

Количество связанной воды существенным образом зависит от состава обменных катионов в ней. Образование мощных оболочек связанной воды влечет за собой распад микроагрегатов в грунте. Уменьшение оболочек связанной воды вокруг грунтовой частицы ведет к обратному явлению — процессу коагуляции частиц, т. е. к образованию микроагрегатов, а это, в свою очередь, оказывает заметное влияние на формирование микроструктуры и микротекстуры грунта. Состав поглощенных катионов в очень большой мере сказывается на сорбционной способности частиц, т. е. способности частиц связывать воду. Так, в присутствии одновалентного катиона №⁺ при прочих равных условиях частицы связывают существенно большее количество воды, чем в присутствии двухвалентных катионов — Са²⁺, М§²⁺. Таким образом, №-катион как бы усиливает влияние глинистых частиц на свойства пород, а двухвалентные катионы, наоборот, это влияние уменьшают. Иными словами, замена в глинистых породах двухвалентных катионов катионами N8 эквивалентна по своему влиянию на свойства пород увеличению содержания глинистых частиц. Это обстоятельство имеет чрезвычайно важное значение. Содержание глинистых частиц в породе, так называемая «глинистость» породы, определяет такие свойства, как способность грунта к набуханию и величину его усадки. Например, набухание происходит при поглощении породами воды, сопровождающемся увеличением толщины пленок связанной воды в контактах частиц и расстояния между ними под действием расклинивающего влияния этих пленок. Набухание сопровождается падением прочности глинистых пород.

Для сохранения индивидуальных частиц в суспензии и предотвращения коагуляции (т. е. объединения в агрегаты) необходимо сохранить отрицательный заряд частиц, вызывающий их отталкивание друг от друга. Этому способствует наличие в дисперсионной среде одновалентных катионов. Наоборот, появление в этой среде двухвалентных катионов приводит к коагуляции и переходу коллоидных систем из золя в гель. Описанное явление имеет существенное значение для формирования плотности глинистых осадков, приобретения рыхлыми горными породами преимущественно глинистого состава того или иного состояния по «плотности — влажности».

Начальная пористость (плотность) водных глинистых осадков зависит от количества частиц и состава воды. Чем больше глинистых частиц (выше «глинистость») содержит осадок при одинаковом составе воды, тем больше его начальный объем и пористость и тем меньше плотность. Это объясняется различным набуханием осадков разного состава. Таким образом, начальная пористость самая высокая у глин, постепенно она снижается у суглинков, супесей и, наконец, песков. В воде, содержащей ионы натрия, объем глинистых осадков при прочих равных условиях больше, чем при содержании ионов кальция. Уплотнение осадков различного состава при увеличении природного давления в процессе их накопления протекает по-разному: наиболее интенсивно в глинах, причиной чего является смазывающее влияние связанной воды, окружающей глинистые частицы, и наличие значительного количества сравнительно крупных пор; значительно меньшая интенсивность уплотнения в суглинках, еще меньше — в супесях и совсем незначительно в песках. Интенсивность уплотнения глинистых осадков и пород зависит от количества глинистых частиц, их минералогического состава и валентности поглощенных ионов. К примеру, при прочих равных условиях она возрастает с увеличением количества монтмориллонита в глинистой фракции и при наличии поглощенного натрия.

Исходя из этого, отметим, что интенсивность уплотнения глинистых осадков и пород является функцией предела текучести; чем выше значение предела текучести, тем меньше начальная плотность глинистого осадка и тем интенсивнее будет протекать уплотнение осадков и пород при увеличении давления.

Известно, что прочность дисперсных систем, к числу которых относятся и глинистые породы, зависит от давления, влияние которого они испытывали. Следовательно, при одинаковой плотности наиболее прочной будет глина, менее прочным — суглинок и наименее прочной из рассмотренных пород — супесь. Надо иметь в виду, что от прочности пород зависит возможность их выдавливания из-под фундаментов, что обычно является причиной разрушения зданий и сооружений. Кстати, это показывает, что распространенное представление о том, что с большей плотностью связана и большая прочность глинистых пород, справедливо лишь в отношении пород одинакового состава.

Отмеченное выше влияние катионного состава на «глинистость» породы сказывается на усадке глинистых пород при потере ими влаги. Величина усадки характеризуется процентным отношением уменьшения объема образца породы при его высушивании к первоначальному объему, а эта величина существенно возрастает с увеличением содержания в породе глинистых частиц

(особенно монтмориллонита), т. е. с увеличением предела текучести. Усадка при высыхании может быть одной из причин перехода пород нормальной плотности в переуплотненное состояние. Особенно часто это проявляется в тяжелых суглинках и глинах у поверхности земли в районах со сравнительно сухим климатом.

Недоуплотненное состояние наиболее характерно для пород с малой величиной предела текучести, т. е. для пылеватых супесей и суглинков, с незначительным количеством глинистых частиц, особенно частиц монтмориллонита, и наличием одновалентных катионов.

При доуплотнении недоуплотненных пород под нагрузкой и при увлажнении, которое не может быть равномерным, возможно возникновение неравномерных дополнительных осадок сооружения.

Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 151; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!