Классификация форм влаги в глиняных массах и их свойства. (лек №7)

Вода обычно представляется нам вполне однородной средой, а молекулы воды – электрически нейтральной. Однако по современным представлениям отдельные слои водной оболочки, окружающей глинистый минерал, физически неоднородны, а молекулы воды имеют дипольное строение и, следовательно, концы молекулы электрически заряжены

Строение системы «глина-вода» для элементарного глинистого сырья можно представить следующим образом:

Глинистые частицы, находясь даже в воздушно-сухом состоянии, всегда имеют связанную с их поверхностью воду (гигроскопическая влага).

В глинах различают три вида воды: химически связанную и два вида физически связанной – прочно связанную и механически примешанную (рыхло связанную). Первая образует мономинеральную пленку. Этот процесс экзотермический. Химически связанная вода исключительно прочно связана с материалом и может быть удалена только при химическом взаимодействии или при особо интенсивной тепловой обработке (прокаливании). Слой такой воды мономолекулярен и этот процесс экзотермический.

Мономолекулярный слой воды – слой воды толщиной в 1 молекулу. Диаметр молекул - 3-10-5 см, является адсорбционно связанной.

Прочно связанная вода естественно переходит в рыхло-связанную, которая размещается между частицами глины более свободно, подвижно и выдавливается из глины при компрессии.

Рыхлосвязанной воды становится тем больше, чем ближе подходит состояние глины к «рабочему водосодержанию».

Рабочее водосодержание – такое состояние глины и воды, когда глинянная масса становится пластичной и приобретает способность формоваться, при этом глинянная масса не липнет к тыльной стороне руки.

Физико-химическая связь. Этой форме соответствуют различные связи влаги: а) адсорбционно-связанная вода (поглощенная); б) осмотически-удержанная вода (влага набухания); в) структурная влага.

К осмотически удержанной влаге и структурной влаге относится влага, находящаяся в замкнутых ячейках, как поглощающая осмотически сложно построенной мицеллой, так и иммобилизованная структурная влага, захваченная при формировании геля. Эта влага является свободной.

При формировании геля образуется скелет из замкнутых клеток, стенки которой состоят из нерастворимых фракции.

Поверхность зерна глинообразующего минерала имеет отрицательные заряды, которые создают вокруг него силовое поле. Под их воздействием дипольные молекулы воды своими положительными концами (Н+) ориентируются по направлению к отрицательному заряду зерна и плотно окружают его поверхность, создавая мономинеральный, а далее полиминеральный слои адсорбированной воды. Эти слои будучи сильно сжаты под действием силового поля образуют прочно связанную воду, обладающую особыми свойствами.

По мере удаления от поверхности зерна напряженность силового поля, а следовательно, и интенсивность притяжения молекул убывает.

Молекулы воды, относительно отдаленные от поверхности зерна, но все же находящиеся под воздействием силового, хотя и отрицательно слабого поля, имеют уже некоторую свободу перемещения. Они образуют диффузный слой, в котором вода является рыхло-связанной.

Таким образом, зерно глинистого минерала окружено концентрическими слоями воды, каждый из которых удерживается глинистой частицей с различной силой, убывающей от ее поверхности к периферии. Таким строением водной оболочки объясняются водные свойства глин – влагоемкость, набухание, размокаемость и тиксотропное упрочнение.

Количеством выделяемого тепла, называемого теплотой смачивания, возможно определить количество прочно связанной воды. Количество прочно связанной воды можно определить по максимальной гигроскопической влажности образца. Количество рыхло связанной воды вычисляют как разность между всей связанной водой и прочно связанной. Количество всей связанной воды принимается равным максимальной молекулярной влагоемкости.

Вода в глине удерживается не только силами молекулярного притяжения. В диффузный слой часть воды проникает путем осмотического всасывания, а в порах глинистой породы вода может удерживаться еще и капиллярными силами. При этом осмотические и капиллярные силы относительно невелики по сравнению с силами молекулярного притяжения. Поэтому осмотическая и капиллярная вода образуют группу свободной воды.

Осмос (толчок, давление) – проникновение, просачивание растворителя сквозь тонкую перегородку, непроницаемую для растворенных веществ. Осмос – одностороння диффузия растворителя через полупроницаемую перегородку (мембрану), отделяющую раствор от чистого растворителя.

С увеличением дисперсности, а следовательно, и удельной поверхности глины, ее влагоемкость возрастает.

Под капиллярной влагоемкостью понимают относительное равновесное количество воды, поглощенное глиной при ее непосредственном контакте с водой.

Абсорбционно связанная вода – жидкость, удерживаемая силовым полем на внешней и внутренней поверхности мицелл коллоидного тела.

Мицелла – коллоидная частица с сольватным слоем.

Сольват – взаимодействие молекул растворителя с молекулами растворенного тела, а иногда и со вторым слоем ионов, строение которых определяет заряд мицеллы.

Коллоидные материалы характеризуются весьма значительной дисперсностью частиц, условный радиус которых составляет 0,1-0,001 мк.

Чем тоньше частицы, тем больше удельная поверхность и тем они активнее.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: