Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Мінералогічний склад дисперсних грунтів

Мінералогічний склад є одним з найважливіших факторів, що визначають властивості порід.

Мінерали, з яких складаються пилувато-глинисті й піщані грунти, підрозділяють на первинні і вторинні.

До первинних мінералів відносять мінерали магматичних порід, що не зазнали в процесі вивітрювання істотних змін: кварц, польові шпати, слюди. Вони можуть складати велику частину маси уламкових зерен піщаних грунтів і визначати в основному їхні фізико-механічні властивості. У невеликій кількості в їхньому складі присутні темноколірні й рудні мінерали (піроксени, рогова обманка, олівін, магнетит та ін.).

Вторинні мінерали є продуктами вивітрювання магматичних гірських порід і основною складовою частиною пилувато-глинистих (зв'язних) грунтів. Характерною рисою цих мінералів є висока дисперсність, тобто малі розміри часток, що визначає високий потенціал поверхневої енергії глинистих грунтів і схильність до розвитку явищ, характерних для колоїдних систем.

Ця група представлена в основному глинистими мінералами, оксидами і гідроксидами заліза і алюмінію, а також новоутвореннями кремнезему.

Глинисті мінерали відносяться до силікатів, основним елементом структури яких є кремнекисневий тетраедр (тобто атом кремнію в оточенні чотирьох атомів кисню, що займають позиції у вершинах тетраедра, рис. 1.1). Цей елементарний осередок характеризується певними просторовими параметрами і негативним електричним зарядом, що компенсується катіонами кальцію, магнію, заліза, алюмінію та ін. Просторова комбінація цих катіонів з іонами кисню визначається як октаедр.

Завдяки близькості розмірів іонних радіусів і зарядів можливе взаємне заміщення іонів деяких елементів у тетраедрах і октаедрах. Місце кремнію в тетраедрі часто займає алюміній, який, однак, може займати й октаедричну позицію. Серед катіонів часто спостерігається ізоморфне заміщення в ряді іонів Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺. Виникаюча при ізоморфних заміщеннях незбалансованість зарядів обумовлює додаткову енергію мінеральних часток.

Структура силікатних мінералів створюється певною комбінацією тетраедрів, що можуть розглядатися як ізольовані, здвоєні, утворювати ланцюги, шари, каркасні структури.

Глинисті мінерали відносяться до листових силікатів, у яких октаедричні і тетраедричні шари з'єднуються між собою різним чином на зразок бутербродів або сендвичів, утворюючи пакети. Пакети з листових конструкцій утворюють лусочки глинистих мінералів.

За особливостями кристалічної будови глинисті мінерали підрозділяють на три основні групи:

- група каолініту,

- група монтморилоніту,

- група гидрослюд.

Мінерали каолінітової групи, куди входять також каолініт, дикіт, галуазіт, мають світлий колір і близький хімічний склад, який може бути виражений формулою Al₄[Si₄O₁₀] (OH)₈.

Основним елементом будови мінералів цієї групи є асиметричний двошаровий пакет (шар кремнекисневих тетраедрів і шар алюмогідроксильних октаедрів, рис. 1.1).

Суміжні пакети стикаються шарами різного складу, що обумовлює досить міцний зв'язок як між шарами, так і між пакетами. Відстань між пакетами внаслідок цього здатна змінюватися в невеликих межах. У результаті малого негативного заряду поверхні листів і малого міжлистового простору мінерали типу каолініту здатні утримувати лише невелику кількість обмінних катіонів і води. Вода, адсорбована в міжшаровому просторі, легко виділяється з цих мінералів при нагріванні.

Рис. 1.1 – Схема будови глинистих мінералів

Група монтморилоніту включає, крім головного мінералу, бейделіт, нонтроніт, сапоніт. Ідеалізовані формули головних представників групи наступні:

монтморилоніт Al₂[Si₄ O₁₀](OH)₂ ×n₂O,

бейделіт Al₂[Al Si₃ O₁₀](OH)₂ ×n₂O,

нонтроніт Fe₂[Si₄ O₁₀](OH)₂ ×n₂O,

сапоніт Mg₃[Si₄ O₁₀](OH)₂ ×n₂O.

Кількість води в складі мінералів мінлива і залежить навіть від вологості середовища.

Визначальним елементом структури мінералів цієї групи є тришаровий пакет, в якому між двома шарами кремнекисневих тетраедрів розташований октаедричний шар (Рис. 1.1). У тетраедричних шарах кремній часто заміщується алюмінієм; в октаедричних, в свою чергу, іони алюмінію заміщуються іонами Fe²⁺, Fe³⁺, Mg²⁺, Cr³⁺. Велика кількість ізоморфних заміщень обумовлює значний негативний заряд поверхні шарів. Зв'язок між пакетами значно слабкіший, ніж зв'язок між шарами в пакетах, що спричиняє специфічні властивості мінералів цієї групи:

- здатність до абсорбції великої кількості води між пакетами в структурі мінералу зі збільшенням його обсягу в 6–10 разів стосовно початкового;

- висока поглинальна та іонообмінна здатність стосовно катіонів магнію, натрію, кальцію і калію, які монтморилоніт адсорбує з розчинів (підземних вод);

- поглинання деяких органічних сполук, зокрема барвників.

Мінерали цієї групи білі, сірі, жовтувато-зелені. Бентонітові глини, до складу яких входить монтморилоніт, служать основним компонентом для виготовлення високоякісних бурових розчинів, які використовуються при проходці свердловин. Глини, до складу яких входять мінерали цієї групи, характеризуються дуже низькою водопропускною здатністю.

Група гідрослюд, головними представниками якої є ілліт і глауконіт, займає проміжне положення між власне слюдами і монтморилонітовими мінералами. Від слюд у хімічному відношенні відрізняється в основному меншим вмістом лугів і збільшенням кількості води, а від мінералів монтморилонітової групи – наявністю в міжшаровому просторі іонів калію, що забезпечують структурну стабільність мінералу й обмежують кількість води й обмінних катіонів, які можуть знаходитися в міжпакетному просторі.

Ілліт (K, H₂O) Al₂[(Al,Si) Si₃ O₁₀](OH)₂ - типовий продукт вивітрювання, головний мінерал багатьох глинистих відкладів.

Глауконіт (K,H₂O)(Fe,Mg,Al)₂[(Al,Si)Si₃O₁₀](OH)₂ – широко розповсюджений в осадових породах мінерал зеленого кольору, який утворюється в мілководних морських басейнах при незначних змінах окислювально-відновних умов.

Гідроксиди і оксиди вторинних мінералів представлені гематитом Fe₂O₃, гетитом HFe₂, лепідокрокітом FeOOH, гіббсітом Al(OH)₃, бьомітом Al(OH), опалом Si₂×n₂O, які можуть бути в кристалічній або аморфній формі. Ізоморфні заміщення для цих мінералів не характерні. Заряд високодисперсних часток цих мінералів у цілому залежить від величини рН середовища.

Водорозчинні солі часто присутні в осадових гірських породах у твердому вигляді, немовби цементуючи їх і підвищуючи їхню міцність за рахунок утворення нових зв'язків. Однак зв'язки, утворені легкорозчинними солями, під дією води можуть легко порушуватися, у той час як зміцнюючий вплив важкорозчинних солей зберігається.

До легкорозчинних відносять галіт NaCl, сильвін KCl, мірабіліт Na₂SO₄, сода Na₂CO₃; до середньорозчинних – гіпс CaSO₄×2H₂O, ангідрит CaSO₄; до важкорозчинних – кальцит CaCO₃, магнезит MgCO₃, доломіт CaCO₃×MgCO₃.

За ступенем засолення виділяють:

- незасолені грунти (водорозчинних солей менше 0,2 % від ваги сухої породи);

- слабозасолені, що містять від 0,2 до 0,5 % водорозчинних солей;

- засолені, що утримують більше 0,5 % водорозчинних солей.

2. ВИЗНАЧЕННЯ гранулометричНого СКЛАДУ
РОЗДІЛЬНО-ЗЕРНИСТИХ (НЕЗВ'ЯЗНИХ) ПОРІД І ГРУНТІВ

Пухкі осадові породи складаються з окремих складових часток різної величини, форми, речовинного складу. Розмір складових часток може змінюватися від декількох метрів до тисячних часток міліметра. При дослідженні таких грунтів після їхнього макроскопічного вивчення та опису виконують аналіз їх гранулометричного складу, який істотно впливає на фізико-механічні властивості грунтів.

Гранулометричний, зерновий чи механічний склад характеризує осадові породи у відношенні їхньої дисперсності – розмірів часток, що їх складають, тобто дає кількісну характеристику структури порід. Він виражає процентне співвідношення в грунтах груп часток – фракцій різних розмірів, взятих стосовно ваги абсолютно сухої породи. Розмір фракцій, що складають ті чи інші грунти, виражають, як правило, в міліметрах.

Гранулометричний склад є одним з важливих факторів, що визначають фізичні властивості грунту. Від нього залежать такі важливі властивості, як пластичність, пористість, опір зсуву, стисливість, усадка, набухання, водопроникність і т.д.

Визначення гранулометричного складу необхідно для вирішення ряду практичних питань, найважливішим з яких є:

- класифікація грунтів за гранулометричним складом;

- орієнтоване обчислення водопроникності пухких незв'язних грунтів за емпіричними залежностями;

- оцінка придатності грунтів для використання їх як насипи, для доріг, дамб, земляних гребель;

- оцінка можливих явищ суфозії в тілі фільтруючих гребель і їхніх основ, у стінках котлованів, у бортах виїмок і т.д. та розрахунок зворотних фільтрів;

- оцінка пухких незв'язних грунтів як будівельного матеріалу і головним чином як заповнювача при виготовленні бетону.

У даний час розроблені та використовуються різноманітні методи визначення гранулометричного складу грунтів, які можна об'єднати в такі групи:

- візуальні, що полягають у порівнянні на око чи за допомогою лупи досліджуваного об'єкта з еталонами, механічний склад яких відомий;

- польові, що полягають в оцінці гранулометричного складу грунту за числом набухання і механічним числом, що визначаються спеціальною лійкою і трубкою;

- ситові методи;

- гідравлічні способи, засновані на неоднаковій швидкості падіння у воді часток різної крупності. До них відносяться методи відмулювання в спокійній воді і методи поділу струмом води;

- безперервні способи аналізу – піпеточний, ареометричний.

Дві останні групи методів використовують для вивчення фракційного складу пилувато-глинистих порід.

Основний спосіб визначення гранулометричного складу піщаних і крупноуламкових грунтів – ситовий. Ситовий спосіб може мати самостійний характер, якщо при аналізі обмежуються виділенням фракцій більше 0,1 мм, чи бути складовою частиною комбінованого аналізу при виділенні в грунті пилуватих і глинистих фракцій.

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Класифікація дисперсних грунтів за зерновим складом	\|

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.