土粒及水的相互作用

1、第二章第二章 土粒與水的相互作用土粒與水的相互作用2.1 2.1 粘粒的膠體特性粘粒的膠體特性2.2 2.2 粘粒雙電層的形成粘粒雙電層的形成2.3 2.3 離子交換離子交換2.4 2.4 粘粒的聚沉和穩(wěn)定粘粒的聚沉和穩(wěn)定 粘粒與水相互作用粘粒與水相互作用是研究固體顆粒與孔隙溶液相互作是研究固體顆粒與孔隙溶液相互作用后產(chǎn)生的一系列特性。用后產(chǎn)生的一系列特性。p 卵礫、砂粒，卵礫、砂粒，由于顆粒粗大，比表面積小，表面能小，由于顆粒粗大，比表面積小，表面能小，與孔隙中溶液相互作用后，對其工程地質(zhì)的影響不大；與孔隙中溶液相互作用后，對其工程地質(zhì)的影響不大；p 粘粒粘粒顆粒細(xì)小，比表面積大、表面能大，

2、是土中較活動(dòng)顆粒細(xì)小，比表面積大、表面能大，是土中較活動(dòng)的部分，的部分，與孔隙溶液相互作用后表現(xiàn)出來的一系列表面現(xiàn)與孔隙溶液相互作用后表現(xiàn)出來的一系列表面現(xiàn)象象( (如顆粒表面的雙電層、離子交換、粘粒的聚沉與穩(wěn)定、如顆粒表面的雙電層、離子交換、粘粒的聚沉與穩(wěn)定、觸變與陳化等觸變與陳化等) )，將直接影響著細(xì)粒土的工程地質(zhì)性質(zhì)的形將直接影響著細(xì)粒土的工程地質(zhì)性質(zhì)的形成與變化，甚至與土的性質(zhì)改良也有關(guān)。成與變化，甚至與土的性質(zhì)改良也有關(guān)。顆粒細(xì)小，比表面積大顆粒細(xì)小，比表面積大立方體邊長立方體邊長 體積體積總表面積總表面積比表面積比表面積 比表面積變化比表面積變化1cm 1cm3 6cm2 6cm

3、1是原來的是原來的10 4倍倍 0.001mm（1012個(gè)）個(gè)） 6104cm26104cm1不同顆粒大小及其比表面積對比不同顆粒大小及其比表面積對比1. 土粒比表面積和表面能土粒比表面積和表面能假設(shè)土粒呈球形，假設(shè)土粒呈球形，d為其直徑，則比表面積：為其直徑，則比表面積：dddS66132 比表面積比表面積：單位體積，所有固體顆粒的總表面積。：單位體積，所有固體顆粒的總表面積。土粒的比表面積還與土粒的比表面積還與土粒形狀土粒形狀有關(guān)，片狀礦物或板狀礦物比有關(guān)，片狀礦物或板狀礦物比表面積大，球狀礦物小。表面積大，球狀礦物小。 片狀顆粒的厚度與球形顆粒相等時(shí)，表面積增加了片狀顆粒的厚度與球形顆粒

4、相等時(shí)，表面積增加了24%； 片狀顆粒的厚度為球形顆粒半徑的片狀顆粒的厚度為球形顆粒半徑的1/10時(shí)，表面積增加時(shí)，表面積增加539%。蒙脫石、伊利石、高嶺石等粘土礦物都呈鱗片狀，有的呈針蒙脫石、伊利石、高嶺石等粘土礦物都呈鱗片狀，有的呈針狀。狀。蒙脫石蒙脫石 伊利石伊利石 高嶺石高嶺石1. 土粒比表面積和表面能土粒比表面積和表面能g/m2800g/m280g/m220表面能：表面能：細(xì)小顆粒表面由于力場的不飽和具有吸引外部細(xì)小顆粒表面由于力場的不飽和具有吸引外部極極性分子性分子和和離子離子的能力。的能力。粘土顆粒細(xì)小，又多成片狀或桿狀，具有較大的粘土顆粒細(xì)小，又多成片狀或桿狀，具有較大的比表

5、面積比表面積和和表面能表面能，吸附能力強(qiáng)。比粉粒、砂粒具有更大的活動(dòng)性。，吸附能力強(qiáng)。比粉粒、砂粒具有更大的活動(dòng)性。1. 土粒比表面積和表面能土粒比表面積和表面能土中的粘粒組土中的粘粒組( (小于小于0.005mm)0.005mm)包括粘土礦物、游離氧化物及包括粘土礦物、游離氧化物及少量的石英、長石、云母等原生殘余礦物的細(xì)小顆粒，以及少量的石英、長石、云母等原生殘余礦物的細(xì)小顆粒，以及有機(jī)質(zhì)等物質(zhì)。由于其顆粒細(xì)小，接近于膠體的顆粒，表現(xiàn)有機(jī)質(zhì)等物質(zhì)。由于其顆粒細(xì)小，接近于膠體的顆粒，表現(xiàn)出一系列膠體的特性，如具有吸附能力。出一系列膠體的特性，如具有吸附能力。 土中小于土中小于1000nm100

6、0nm（0.001mm0.001mm）的顆粒都具有膠體性質(zhì)。）的顆粒都具有膠體性質(zhì)。而膠體一般指顆粒為而膠體一般指顆粒為1-100 nm 1-100 nm （1010-9-91010-7-7m m）的顆粒。）的顆粒。 比表面積大，表面能也大，吸附作用也強(qiáng)，粘粒表面的比表面積大，表面能也大，吸附作用也強(qiáng)，粘粒表面的離子也可能被溶液中的離子替換，發(fā)生離子交換作用，引起離子也可能被溶液中的離子替換，發(fā)生離子交換作用，引起土體的一系列工程地質(zhì)性質(zhì)的變化。土體的一系列工程地質(zhì)性質(zhì)的變化。2. 粘粒的膠體特性粘粒的膠體特性粘土礦物的帶電性質(zhì)：粘土礦物的帶電性質(zhì)：實(shí)驗(yàn)表明，片狀粘土顆粒表面實(shí)驗(yàn)表明，片狀粘土

7、顆粒表面常帶有負(fù)電荷。常帶有負(fù)電荷。為什么片狀粘土顆粒帶有不平為什么片狀粘土顆粒帶有不平衡負(fù)電荷：衡負(fù)電荷：離解作用離解作用: :陽離子擴(kuò)散于水中陽離子擴(kuò)散于水中吸附作用：吸附相似離子吸附作用：吸附相似離子同晶置換：高價(jià)被低價(jià)置換同晶置換：高價(jià)被低價(jià)置換邊緣斷裂：造成電荷不平衡邊緣斷裂：造成電荷不平衡- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+粘土顆粒粘土顆粒水分子水分子陽離子陽離子玻璃筒玻璃筒玻璃皿玻璃皿水位水位升高升高粘土粒粘土粒粘土粘土+-( (列依斯列依斯, 1809), 1809)1. 粘土的電泳和電滲現(xiàn)象粘土的電泳和電滲現(xiàn)象2. 粘粒表面

8、電荷的形成粘粒表面電荷的形成（1）選擇吸附帶電）選擇吸附帶電粘粒選擇吸附與本身結(jié)晶格架相同或相似的離子帶電。粘粒選擇吸附與本身結(jié)晶格架相同或相似的離子帶電。舉例：舉例：如方解石如方解石CaCO3放入放入CaCl2溶液中溶液中溶液中的溶液中的Ca2+離子被方解石表面吸附，顆粒表明帶正電離子被方解石表面吸附，顆粒表明帶正電CLCaCaCL2222. 粘粒表面電荷的形成粘粒表面電荷的形成（1）選擇吸附帶電）選擇吸附帶電舉例：舉例：如方解石如方解石CaCO3放入放入NaCO3溶液中溶液中溶液中的溶液中的CO32-離子被方解石表面吸附，顆粒表明帶負(fù)電離子被方解石表面吸附，顆粒表明帶負(fù)電 23322CON

9、aCONa2. 粘粒表面電荷的形成粘粒表面電荷的形成（1）選擇性吸附）選擇性吸附舉例：舉例：如方解石如方解石CaCO3放入蒸餾水中放入蒸餾水中溶液中的溶液中的Ca2+離子被方解石表面吸附，顆粒表明帶正電離子被方解石表面吸附，顆粒表明帶正電2323COCaCaCOOHHOH2323HCOHCO被吸附的離子稱為決定電位離子，未被吸附的為反離子。被吸附的離子稱為決定電位離子，未被吸附的為反離子。2. 粘粒表面電荷的形成粘粒表面電荷的形成（2）表面分子電離）表面分子電離粘粒本身由可電離的分子組成，與水作用后生成離子發(fā)粘粒本身由可電離的分子組成，與水作用后生成離子發(fā)生基，離子發(fā)生基電離，粘粒選擇吸附與本

10、身性質(zhì)相同生基，離子發(fā)生基電離，粘粒選擇吸附與本身性質(zhì)相同或相似的離子而帶電?；蛳嗨频碾x子而帶電。舉例：舉例：次生二氧化硅（次生二氧化硅（SiO2）與水）與水2332222SiOHSiOHOHSiO電離2. 粘粒表面電荷的形成粘粒表面電荷的形成（2）表面分子電離）表面分子電離 游離氧化物游離氧化物 兩性化合物與水作用后生成離子發(fā)生基，離子發(fā)生基在兩性化合物與水作用后生成離子發(fā)生基，離子發(fā)生基在酸堿不同的條件下電離生成不同的離子，使粘?？蓭д?、酸堿不同的條件下電離生成不同的離子，使粘?？蓭д姟⒇?fù)電、不帶電。負(fù)電、不帶電。舉例：舉例：Al2O3在溶液在溶液PH值小于、大于、等于其等電值小于、大

11、于、等于其等電PH值時(shí)的值時(shí)的帶電情況。帶電情況。OHOHAlOHAlOHOAl23232)()(23電離HOHAlOOHAlOHOAl23232)()(23電離酸性：酸性：堿性：堿性：正電正電負(fù)電負(fù)電礦物的等電礦物的等電PH值值：使固體顆粒呈中性不帶電時(shí)介質(zhì)溶液使固體顆粒呈中性不帶電時(shí)介質(zhì)溶液的的PH值，不同礦物有各自的等電值，不同礦物有各自的等電PH值，用值，用PHie表示。表示。如：如： PHie=8.1 PHie=7.1 次生次生 PHie1 蒙脫石：蒙脫石：PHie2 高嶺石：高嶺石：PHie=5 伊利石：伊利石：PHie5 溶液的溶液的PH值與礦物等電值與礦物等電PH值之差越大，礦

12、物帶電越多。值之差越大，礦物帶電越多。 32OAl32OFe2SiO2. 粘粒表面電荷的形成粘粒表面電荷的形成注意理解：注意理解：等電等電PH值是礦物本身的一種屬性，但只有通過值是礦物本身的一種屬性，但只有通過介質(zhì)的介質(zhì)的pH值才能表現(xiàn)出來。值才能表現(xiàn)出來。粘土礦物的粘粒由硅氧四面體和鋁氧八面體組成，四粘土礦物的粘粒由硅氧四面體和鋁氧八面體組成，四面體中的面體中的 可被可被 、 置換，八面體中的置換，八面體中的 被被 、 置換，產(chǎn)生過剩負(fù)電荷，在晶層表面形置換，產(chǎn)生過剩負(fù)電荷，在晶層表面形成永久負(fù)電荷。成永久負(fù)電荷。同晶替代（同晶置換）同晶替代（同晶置換）4Si3Fe3Al3Al。2Fe2Ca

13、同晶置換產(chǎn)生負(fù)電荷的數(shù)量取決于晶格中同晶替代的多少，同晶置換產(chǎn)生負(fù)電荷的數(shù)量取決于晶格中同晶替代的多少，而不受介質(zhì)而不受介質(zhì)PH值的影響。值的影響。同晶替代是由粘土礦物構(gòu)成的粘粒通常帶負(fù)電荷的原因之一。同晶替代是由粘土礦物構(gòu)成的粘粒通常帶負(fù)電荷的原因之一。2. 粘粒表面電荷的形成粘粒表面電荷的形成3. 粘粒的雙電層特征粘粒的雙電層特征（1）決定電位離子層）決定電位離子層 粘粒通過粘粒通過選擇性吸附、表面分子電離、同晶置換選擇性吸附、表面分子電離、同晶置換使部分離子使部分離子牢固吸附在其表面而帶電，這部分離子稱決定電位離子；牢固吸附在其表面而帶電，這部分離子稱決定電位離子；帶電帶電粘粒與水作用、

14、與溶液作用粘粒與水作用、與溶液作用（2）反離子層：）反離子層：粘粒帶電后，吸引與本身符號相反的離子，粘粒帶電后，吸引與本身符號相反的離子，這種離子稱反離子。這種離子稱反離子。決定電位離子層決定電位離子層雙電層雙電層反離子層反離子層（同時(shí)受兩種力作用）（同時(shí)受兩種力作用） 因?yàn)檎惩恋V物顆粒表面一般帶負(fù)電荷，圍繞土粒形成因?yàn)檎惩恋V物顆粒表面一般帶負(fù)電荷，圍繞土粒形成負(fù)電場，土粒周圍水溶液中的陽離子（負(fù)電場，土粒周圍水溶液中的陽離子（Na+ ， Ca2+等）和等）和極性水分子在靜電引力和分子引力的共同作用下，被吸附極性水分子在靜電引力和分子引力的共同作用下，被吸附在土粒表面。在靠近土粒表面處，靜電引

15、力最強(qiáng)，這些陽在土粒表面。在靠近土粒表面處，靜電引力最強(qiáng)，這些陽離子和水分子被牢固地吸附在顆粒表面，形成離子和水分子被牢固地吸附在顆粒表面，形成“固定層固定層”，在固定層外圍，靜電引力比較小，陽離子和水分子的活動(dòng)在固定層外圍，靜電引力比較小，陽離子和水分子的活動(dòng)性比在固定層中大些，直至自由水溶液之間的部分稱為性比在固定層中大些，直至自由水溶液之間的部分稱為“擴(kuò)散層擴(kuò)散層”。 “固定層固定層” 和和“擴(kuò)散層擴(kuò)散層”共同組成了共同組成了反離子反離子層（吸附層）層（吸附層）,它構(gòu)成了土粒表面雙電層結(jié)構(gòu)的外層，而土它構(gòu)成了土粒表面雙電層結(jié)構(gòu)的外層，而土顆粒表面的結(jié)構(gòu)負(fù)電荷構(gòu)成雙電層結(jié)構(gòu)的內(nèi)層。顆粒表面

16、的結(jié)構(gòu)負(fù)電荷構(gòu)成雙電層結(jié)構(gòu)的內(nèi)層。3. 粘粒的雙電層特征粘粒的雙電層特征粘土礦物顆粒表面的雙電層結(jié)構(gòu)粘土礦物顆粒表面的雙電層結(jié)構(gòu)粘土礦物顆粒表面的雙電層結(jié)構(gòu)粘土礦物顆粒表面的雙電層結(jié)構(gòu)是由土顆粒表面的是由土顆粒表面的負(fù)電荷與吸附層中的陽離子所構(gòu)成的整體。負(fù)電荷與吸附層中的陽離子所構(gòu)成的整體。3. 粘粒的雙電層特征粘粒的雙電層特征 內(nèi)層內(nèi)層（土顆粒表面的負(fù)電荷）（土顆粒表面的負(fù)電荷）固定層固定層外層外層（反離子層）（反離子層）（吸附層）（吸附層）擴(kuò)散層擴(kuò)散層雙電層結(jié)構(gòu)雙電層結(jié)構(gòu)思考題：雙電層與結(jié)合水的關(guān)系？思考題：雙電層與結(jié)合水的關(guān)系？在反離子層中的離子實(shí)質(zhì)上是水化離子。粘粒周圍的水在反離子層中

17、的離子實(shí)質(zhì)上是水化離子。粘粒周圍的水化膜包含著起化膜包含著起主導(dǎo)作用主導(dǎo)作用的的離子離子和作為和作為主體主體的的水分子水分子。從。從起主導(dǎo)作用的離子著眼，稱這層為起主導(dǎo)作用的離子著眼，稱這層為反離子層反離子層；如果從作；如果從作為主體的水分子著眼，則稱為主體的水分子著眼，則稱結(jié)合水層結(jié)合水層。3. 粘粒的雙電層特征粘粒的雙電層特征3. 粘粒的雙電層特征粘粒的雙電層特征v 熱力電位熱力電位 礦物顆粒表面所帶負(fù)電荷具有的電位與介質(zhì)礦物顆粒表面所帶負(fù)電荷具有的電位與介質(zhì)電位之差。即粘粒表面及其周圍正負(fù)離子間總的電位差。電位之差。即粘粒表面及其周圍正負(fù)離子間總的電位差。v 電動(dòng)電位電動(dòng)電位固定層外緣所

18、剩余的電位。固定層外緣所剩余的電位。3. 粘粒的雙電層特征粘粒的雙電層特征電動(dòng)電位由擴(kuò)散層離子平電動(dòng)電位由擴(kuò)散層離子平衡，故擴(kuò)散層的厚度與電衡，故擴(kuò)散層的厚度與電動(dòng)電位的高低密切相關(guān)動(dòng)電位的高低密切相關(guān)（成正比）；電位增高則（成正比）；電位增高則擴(kuò)散層增厚，反之亦然。擴(kuò)散層增厚，反之亦然。動(dòng)電電位動(dòng)電電位=0，則擴(kuò)散層，則擴(kuò)散層消失。消失。膠團(tuán)：膠團(tuán)：膠體顆粒與外圍的雙電層統(tǒng)稱為膠團(tuán)。膠體顆粒與外圍的雙電層統(tǒng)稱為膠團(tuán)。3. 粘粒的雙電層特征粘粒的雙電層特征 礦物成分和分散程度的影響礦物成分和分散程度的影響不同礦物顆粒大小、形狀不同，顆粒小的片狀礦物比表面不同礦物顆粒大小、形狀不同，顆粒小的片狀

19、礦物比表面積大，與水作用后帶電多，熱力學(xué)電位高，導(dǎo)致電動(dòng)電位積大，與水作用后帶電多，熱力學(xué)電位高，導(dǎo)致電動(dòng)電位高，擴(kuò)散層厚；高，擴(kuò)散層厚；不同礦物晶格親水性不同，同晶置換作用程度不同，帶永不同礦物晶格親水性不同，同晶置換作用程度不同，帶永久電荷數(shù)量不同，同晶替代強(qiáng)的產(chǎn)生負(fù)電多，擴(kuò)散層厚。久電荷數(shù)量不同，同晶替代強(qiáng)的產(chǎn)生負(fù)電多，擴(kuò)散層厚。礦物成分決定顆粒帶電性質(zhì)，帶電多少。礦物成分決定顆粒帶電性質(zhì)，帶電多少。5. 影響粘粒擴(kuò)散層厚度的因素影響粘粒擴(kuò)散層厚度的因素 溶液的溶液的PH值值溶液溶液PH值決定粘粒雙電層的電位（電荷）性質(zhì)，從而影響值決定粘粒雙電層的電位（電荷）性質(zhì)，從而影響擴(kuò)散層厚度。擴(kuò)

20、散層厚度。例如：次生例如：次生 ，溶液，溶液PH值越大，表面分子帶電越多，電值越大，表面分子帶電越多，電動(dòng)電位越高，擴(kuò)散層越厚。動(dòng)電位越高，擴(kuò)散層越厚。游離氧化物、粘土礦物，游離氧化物、粘土礦物，PH值決定帶電性質(zhì)及數(shù)量：值決定帶電性質(zhì)及數(shù)量：2SiOPH礦物礦物PHie，堿性環(huán)境，生成酸性體，帶負(fù)電；，堿性環(huán)境，生成酸性體，帶負(fù)電；PH礦物礦物PHie，酸性環(huán)境，生成堿性體，帶正電；，酸性環(huán)境，生成堿性體，帶正電；PH與礦物與礦物PHie之差越大，帶電越多，擴(kuò)散層越厚。之差越大，帶電越多，擴(kuò)散層越厚。5. 影響粘粒擴(kuò)散層厚度的因素影響粘粒擴(kuò)散層厚度的因素 溶液的化學(xué)成分（離子成分）溶液的化學(xué)

21、成分（離子成分）u對選擇吸附帶電的礦物，對選擇吸附帶電的礦物，可被選擇吸附的離子越多可被選擇吸附的離子越多，帶電越多，帶電越多， 大，大， 大，擴(kuò)散層厚。大，擴(kuò)散層厚。u當(dāng)當(dāng) 一定時(shí)：一定時(shí)： 溶液中溶液中 的離子的離子由低價(jià)變成高價(jià)，擴(kuò)散層變薄；由低價(jià)變成高價(jià)，擴(kuò)散層變??；由高價(jià)變成低價(jià)，擴(kuò)散層變厚；由高價(jià)變成低價(jià)，擴(kuò)散層變厚；同價(jià)離子半徑小的水化程度高，擴(kuò)散層增厚；同價(jià)離子半徑小的水化程度高，擴(kuò)散層增厚；5. 影響粘粒擴(kuò)散層厚度的因素影響粘粒擴(kuò)散層厚度的因素 溶液濃度的影響（離子濃度）溶液濃度的影響（離子濃度） 溶液中反號離子濃度增大，對擴(kuò)散層中反離子起排斥溶液中反號離子濃度增大，對擴(kuò)散層

22、中反離子起排斥作用，使部分反離子進(jìn)入固定層，作用，使部分反離子進(jìn)入固定層， 變小，擴(kuò)散層變變小，擴(kuò)散層變薄。薄。5. 影響粘粒擴(kuò)散層厚度的因素影響粘粒擴(kuò)散層厚度的因素 雙電層形成以后，當(dāng)雙電層形成以后，當(dāng)介質(zhì)中的離子成分和濃度發(fā)生變化時(shí)介質(zhì)中的離子成分和濃度發(fā)生變化時(shí)，自由介質(zhì)和反離子層中陽離子的原有平衡狀態(tài)遭到破壞，必然自由介質(zhì)和反離子層中陽離子的原有平衡狀態(tài)遭到破壞，必然引起反離子層中陽離子成分相應(yīng)的改變。引起反離子層中陽離子成分相應(yīng)的改變。自由介質(zhì)中的一些陽離子進(jìn)入反離子層，反離子層中的一些陽自由介質(zhì)中的一些陽離子進(jìn)入反離子層，反離子層中的一些陽離子進(jìn)入自由介質(zhì)，以達(dá)到新的平衡。離子進(jìn)入

23、自由介質(zhì)，以達(dá)到新的平衡。自由介質(zhì)和反離子層中同性離子的相互交換，稱為自由介質(zhì)和反離子層中同性離子的相互交換，稱為離子交換離子交換。即土粒與水相互作用后表面吸附的離子可以與水溶液中的同號即土粒與水相互作用后表面吸附的離子可以與水溶液中的同號離子相互交換。離子相互交換。1. 土中的離子交換土中的離子交換離子交換的結(jié)果離子交換的結(jié)果 引起擴(kuò)散層厚度發(fā)生變化，改變土的性質(zhì)。引起擴(kuò)散層厚度發(fā)生變化，改變土的性質(zhì)。 用溶液中高價(jià)離子置換土粒表面低價(jià)離子，使擴(kuò)散層變薄。用溶液中高價(jià)離子置換土粒表面低價(jià)離子，使擴(kuò)散層變薄。交換容量交換容量 用來衡量土的離子交換能力大小的指標(biāo)，在一定條件下，用來衡量土的離子交

24、換能力大小的指標(biāo)，在一定條件下，一定量的干土中，所有土粒反離子層中具有交換能力的離子一定量的干土中，所有土粒反離子層中具有交換能力的離子總數(shù)，以每百克土粒中所含有的毫摩爾數(shù)表示。總數(shù)，以每百克土粒中所含有的毫摩爾數(shù)表示。實(shí)際工程中，往往以交換容量來說明土粒表面帶電的數(shù)量。實(shí)際工程中，往往以交換容量來說明土粒表面帶電的數(shù)量。1. 土中的離子交換土中的離子交換土的交換容量一般不大于土的交換容量一般不大于100meq/100g 高嶺石：高嶺石：315meq/100g 伊利石：伊利石：1040meq/100g 蒙脫石：蒙脫石：80150meq/100g 腐殖質(zhì)腐殖質(zhì): 200400meq/100g標(biāo)準(zhǔn)

25、交換容量標(biāo)準(zhǔn)交換容量工程上規(guī)定工程上規(guī)定PH=6.5，濃度為，濃度為0.05mol/dm3的的 溶液反復(fù)溶液反復(fù)作用于作用于1kg的干土，測得的交換容量。的干土，測得的交換容量。交換容量大說明土帶電多。交換容量大說明土帶電多。2BaCl1. 土中的離子交換土中的離子交換離子交換的研究意義：離子交換的研究意義：1. 用來判斷土的性質(zhì)用來判斷土的性質(zhì) 用用Na+ 離子交換容量與總交換容量的比例作為分散土的離子交換容量與總交換容量的比例作為分散土的判別指標(biāo)。判別指標(biāo)。2. 用離子交換的方法改良土質(zhì)（提高強(qiáng)度、防滲材料）用離子交換的方法改良土質(zhì)（提高強(qiáng)度、防滲材料）工程實(shí)踐中用三價(jià)及二價(jià)離子（工程實(shí)踐

26、中用三價(jià)及二價(jià)離子（Mg2+、Ca2+ 、 Fe3+ 、Al3+ ）處理粘土，使擴(kuò)散層中高價(jià)陽離子度增加，擴(kuò)散層變薄，從處理粘土，使擴(kuò)散層中高價(jià)陽離子度增加，擴(kuò)散層變薄，從而增加了土的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，減少了膨脹性。而增加了土的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，減少了膨脹性。1. 土中的離子交換土中的離子交換 土粒：礦物成分、粒度成分土粒：礦物成分、粒度成分 水溶液：水溶液：PH值，化學(xué)成分（離子成分），濃度值，化學(xué)成分（離子成分），濃度1.礦物成分和粒度成分礦物成分和粒度成分 顆粒小的片狀礦物比表面積大，顆粒小的片狀礦物比表面積大，越大，越大，越大，交換容越大，交換容量大；量大；2.水溶液水溶液 溶液溶液PH值與礦

27、物等電值與礦物等電PH值之差越大，值之差越大，越大，越大，越大，越大，擴(kuò)散層厚，交換容量大；高價(jià)離子交換能力強(qiáng)，低價(jià)離擴(kuò)散層厚，交換容量大；高價(jià)離子交換能力強(qiáng)，低價(jià)離子交換能力弱；同價(jià)離子，半徑大的交換能力強(qiáng)。子交換能力弱；同價(jià)離子，半徑大的交換能力強(qiáng)。2. 2. 影響離子交換容量的因素影響離子交換容量的因素相鄰粘粒在一定條件下形成集合體的作用稱相鄰粘粒在一定條件下形成集合體的作用稱聚沉作用或絮聚沉作用或絮凝作用凝作用。a. 粘粒具有較大的表面能，總有自動(dòng)聚結(jié)使分散性降低的粘粒具有較大的表面能，總有自動(dòng)聚結(jié)使分散性降低的趨勢；趨勢；b. 外界因素的影響，往往又使聚沉作用加速。這些因素，外界因素

28、的影響，往往又使聚沉作用加速。這些因素，如電解質(zhì)的作用、溫度、懸浮液的濃度、帶不同電性顆粒如電解質(zhì)的作用、溫度、懸浮液的濃度、帶不同電性顆粒的相互作用等，其中最重要的是電解質(zhì)的作用。粘粒形成的相互作用等，其中最重要的是電解質(zhì)的作用。粘粒形成集合體的作用有電解質(zhì)聚沉、相互聚沉、干燥聚沉及凍結(jié)集合體的作用有電解質(zhì)聚沉、相互聚沉、干燥聚沉及凍結(jié)聚沉幾種類型。聚沉幾種類型。1. 1. 聚沉作用聚沉作用u電解質(zhì)聚沉作用電解質(zhì)聚沉作用發(fā)生在同性電荷粘粒之間，通過增加電發(fā)生在同性電荷粘粒之間，通過增加電解質(zhì)濃度或改變其中反離子成分，可促使顆粘聚沉。解質(zhì)濃度或改變其中反離子成分，可促使顆粘聚沉。 理解：理解：

29、當(dāng)加入電解質(zhì)，濃度增大，擴(kuò)散層壓縮，電動(dòng)電位降低，兩當(dāng)加入電解質(zhì)，濃度增大，擴(kuò)散層壓縮，電動(dòng)電位降低，兩個(gè)顆粒距離接近，當(dāng)電動(dòng)電位降到零時(shí)，粘粒最易聚沉，可見，電個(gè)顆粒距離接近，當(dāng)電動(dòng)電位降到零時(shí)，粘粒最易聚沉，可見，電解質(zhì)濃度的增加，可使擴(kuò)散層厚度變薄，從而使粘粒聚沉。解質(zhì)濃度的增加，可使擴(kuò)散層厚度變薄，從而使粘粒聚沉。u懸液中帶電符號相反的兩種粘粒，可直接相互吸引而形懸液中帶電符號相反的兩種粘粒，可直接相互吸引而形成集合體，這種作用稱成集合體，這種作用稱“相互聚沉相互聚沉”。聚沉的程度與兩。聚沉的程度與兩者含量的比例有關(guān)，只有當(dāng)兩者的含量相等，相反電荷者含量的比例有關(guān)，只有當(dāng)兩者的含量相等

30、，相反電荷互相抵消，聚沉才最完全?；ハ嗟窒鄢敛抛钔耆?。 天然水中加入明礬天然水中加入明礬Al2(OH)3，使水澄清。，使水澄清。1. 1. 聚沉作用聚沉作用u土在干燥過程中，由于蒸發(fā)逐漸失去水分，孔隙溶液土在干燥過程中，由于蒸發(fā)逐漸失去水分，孔隙溶液的濃度迅速增加，促使土粒的擴(kuò)散層變薄，產(chǎn)生聚沉的濃度迅速增加，促使土粒的擴(kuò)散層變薄，產(chǎn)生聚沉現(xiàn)象，稱現(xiàn)象，稱“干燥聚沉干燥聚沉”。 干燥環(huán)境中含有干燥環(huán)境中含有Na+的鹽土或堿土，潮濕時(shí)，遇水分散，濕濘不堪，的鹽土或堿土，潮濕時(shí)，遇水分散，濕濘不堪，稱為稱為“假集合體假集合體”。 u在負(fù)溫的條件下，土孔隙中水溶液開始有一部分發(fā)生在負(fù)溫的條件下，

31、土孔隙中水溶液開始有一部分發(fā)生凍結(jié)，這樣就使末凍結(jié)的溶液中離子濃度迅速增高，凍結(jié)，這樣就使末凍結(jié)的溶液中離子濃度迅速增高，使土粒的擴(kuò)散層變薄，加上冰的壓力，促使土粒相互使土粒的擴(kuò)散層變薄，加上冰的壓力，促使土粒相互靠近，因而產(chǎn)生聚沉現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱靠近，因而產(chǎn)生聚沉現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱“凍結(jié)聚沉凍結(jié)聚沉”。1. 1. 聚沉作用聚沉作用聚沉作用的意義聚沉作用的意義p在隧洞施工中，經(jīng)常用到凍結(jié)聚沉原理，來暫時(shí)凝固在隧洞施工中，經(jīng)常用到凍結(jié)聚沉原理，來暫時(shí)凝固松散顆粒完成工作；松散顆粒完成工作；p對對“干燥聚沉干燥聚沉”的研究中，可以防范假集合體在工程的研究中，可以防范假集合體在工程中的應(yīng)用，避免事故的發(fā)生；中的應(yīng)用，避免事故的發(fā)生；p人們常常利用人們常常利用