粘土的水化膨脹作用

粘土的水化膨脹作用1、定義水化膨脹：粘土吸水后體積增大的性質(zhì)膨脹性是衡量粘土親水性的指標(biāo)，親水性越強(qiáng)，吸水量越大，水化膨脹越厲害2、粘土礦物的水份粘土礦物的水分按其存在的狀態(tài)可以分為結(jié)晶水、吸附水和自由水三種類型。①結(jié)晶水存在方式：這種水是粘土礦物晶體構(gòu)造的一部分運(yùn)動(dòng)方式：只有溫度高于300度以上時(shí)，結(jié)晶受到破壞，這部分水來(lái)釋放出來(lái)②吸附水/束縛水存在方式：由于分子間引力和靜電引力，具有極性的水分子可以吸附到帶電的粘土表面上在粘土顆粒周圍形成一層水化膜運(yùn)動(dòng)方式：這部分水可以隨粘土顆粒一起運(yùn)動(dòng)，所以也稱為束縛水③自由水存在方式：這部分水存在于粘土顆粒的孔穴或孔道中運(yùn)動(dòng)方式：不受粘土的束縛，可以自由的運(yùn)動(dòng)3、粘土水化膨脹的過(guò)程各種粘土都會(huì)吸水膨脹，只是不同的粘土礦物水化膨脹的程度不同而已粘土水化膨脹受三種力制約：表面水化力、滲透水化力和毛細(xì)管作用①表面水化（Surfacehydration）定義：由粘土晶體表面直接吸附水分子和通過(guò)所吸附的可交換性陽(yáng)離子間接吸附水分子而導(dǎo)致的水化機(jī)理：直接水化：粘土表面上的H+和OH-通過(guò)氫鍵吸附水分子間接水化：通過(guò)所吸附的可交換性陽(yáng)離子間接吸附水分子特點(diǎn)：這是短距離范圍內(nèi)的粘土與水的相互作用這個(gè)作用進(jìn)行到粘土層間有四個(gè)水分子層的厚度，其厚度約為10?（1nm）在粘土的層面上，此時(shí)作用的力有層間分子的范德華引力、層面帶負(fù)電和層間陽(yáng)離子之間的靜電引力、水分子與層面的吸附能量（水化能），其中以水化能最大水化膨脹力可達(dá)2000～4000大氣壓②滲透水化（OsmoticHydration）——擴(kuò)散雙電層理論（粘土膠體化學(xué)最重要的理論之一）當(dāng)粘土層面間的距離超過(guò)10?時(shí)，表面吸附能量已經(jīng)不是主要的了此后粘土的繼續(xù)膨脹是由滲透壓力和雙電層斥力所引起的特點(diǎn)：隨著水分子進(jìn)入粘土晶層間，粘土表面吸附的陽(yáng)離子便水化而擴(kuò)散到水中，形成擴(kuò)散雙電層由此，層間的雙電層斥力便逐漸起主導(dǎo)作用而引起粘土層間距進(jìn)一步擴(kuò)大粘土層間吸附有眾多的陽(yáng)離子，層間的離子濃度遠(yuǎn)大于溶液內(nèi)部的濃度由于濃度差的存在粘土層可看成是一個(gè)滲透膜，在滲透壓力作用下水分子便繼續(xù)進(jìn)入粘土層間，引起粘土的進(jìn)一步膨脹由滲透水化而引起的膨脹可使粘土層間距達(dá)到120?增加溶液的含鹽量，由于濃度差減小，粘土膨脹的層間距便縮小這也是用鹽水泥漿抑制孔壁膨脹的原理粘土水化膨脹達(dá)到平衡距離、剪切力作用的情況下，晶胞分離，粘土分散在水中，形成粘土懸浮液4、水化膨脹的評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)方法：吸水量法和膨脹量法①吸水量法吸水量：總吸水量，單位重量土吸附水的總量（重量或質(zhì)量）比親水量：?jiǎn)挝槐砻娣e吸水量(相當(dāng)于表面水化膜厚度)②膨脹量法膨脹量：?jiǎn)挝恢亓空惩恋呐蛎涹w積（體積不受限制），另外一種表示方法水化應(yīng)力（即體積保持不變時(shí)，泥頁(yè)巖水化所產(chǎn)生的應(yīng)力效應(yīng)）實(shí)例采用NP-02型智能型頁(yè)巖膨脹測(cè)試儀，以10％KCl為基本的參考標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量在不同LG植物膠加量時(shí)的頁(yè)巖的相對(duì)膨脹率LG植物膠對(duì)泥頁(yè)巖水化膨脹有較強(qiáng)的抑制作用，在基漿中加入2％的LG植物膠后，其相對(duì)膨脹率只有19.80％5、影響粘土水化的因素粘土礦物本身的特性交換性陽(yáng)離子的種類水溶液中電解質(zhì)的濃度①粘土礦物本身的特性粘土礦物因其晶格構(gòu)造不同，水化膨脹能力也有很大差別蒙脫石粘土礦物（2:1），晶胞兩面都是氧層，層間聯(lián)結(jié)是較弱的分子間力水分子易沿著硅氧層面進(jìn)入晶層間，使層間距離增大，引起粘土的體積膨脹伊利石粘土礦物（2:1），晶體結(jié)構(gòu)與蒙脫石礦物相同，但層間有水化能力小的K+存在，K+鑲嵌在粘土硅氧層的六角空穴中，把兩硅氧層鎖緊，晶格置換現(xiàn)象少水不易進(jìn)入層間，粘土不易水化膨脹高嶺石粘土礦物（1:1），層間易形成氫鍵，晶胞聯(lián)結(jié)緊密，幾乎無(wú)晶格置換現(xiàn)象，陽(yáng)離子交換容量低水分子不易進(jìn)入，膨脹性?、诮粨Q性陽(yáng)離子的種類粘土吸附的交換性陽(yáng)離子不同，形成的水化膜厚度也不相同，即粘土水化膨脹程度也有差別交換性陽(yáng)離子為Na+的鈉蒙脫石，水化時(shí)晶胞間距可達(dá)40?交換性陽(yáng)離子為Ca2+的鈣蒙脫石，水化時(shí)晶胞間距只有17?原因——黏土膨脹分散程度取決于兩種力的比例關(guān)系：力A：層間陽(yáng)離子水化產(chǎn)生的膨脹力和帶負(fù)電荷的晶層之間的斥力力B：黏土單元晶層—層間陽(yáng)離子—黏土單元晶層之間的靜電力A<B——黏土只發(fā)生晶格膨脹（如鈣土）；A>B——黏土發(fā)生滲透膨脹，形成擴(kuò)散雙電層（如鈉土）③水溶液中電解質(zhì)的濃度和有機(jī)處理劑含量水溶液中電解質(zhì)濃度增加，因離