Монтмориллонитовые глины - Влияние состава и состояния глинистых грунтов на морозное пучение
На втором месте по распространенности находятся минералы группы монтмориллонита. Около 30% образцов содержали монтмориллонит в качестве преобладающего минерала среди частиц глинистой фракции. Особенно часто монтмориллонит встречается среди отложений палеогена, юры, перми и карбона. Содержание его снижается в породах четвертичного и неогенового возрастов. Можно предполагать, что это связано с залеганием пород этих систем преимущественно в зоне гипергенеза. Под влиянием современного процесса гипергенеза монтмориллонит в ряде климатических зон оказывается неустойчивым и разрушается.
Существует несколько моделей структуры монтмориллонитовых минералов, согласно которым монтмориллонит состоит из двух тетраэдрических сеток, между которыми располагается октаэдрическая сетка, т. е. имеет структуру типа 2:1. Все вершины тетраэдров обращены к центру структурного слоя и совместно с гидроксилами октаэдрической сетки образуют общий слой, в котором в вершинах, общих для тетраэдрических и октаэдрических сеток, располагаются атомы О, а в вершинах октаэдров, не связанных с тетраэдрами, - гидроксилы ОН.
Рис.2.2.1. Схема структуры монтмориллонита по Р. Гриму
1 - кислород; 2 - гидроксил; 3 - алюминий, железо, магний; 4 - кремний, иногда алюминий
Характерной особенностью структуры монтмориллонита является то, что кислородная поверхность одного слоя контактирует с аналогичной кислородной поверхностью соседнего слоя, вследствие чего связь между слоями слабая. Молекулы воды и других полярных жидкостей могут свободно проникать между структурными слоями монтмориллонита и раздвигать их в направлении оси с, снижая тем самым и без того крайне слабое молекулярное взаимодействие между ними. В зависимости от количества воды, находящейся в межслойном пространстве, базальное расстояние (001) в решетке монтмориллонита может изменяться от 9,6 А (когда между слоями нет никаких полярных молекул) до 140 А, а в некоторых случаях и больше - до полной диссоциации слоев.
Теоретическая формула структурной ячейки монтмориллонита имеет вид (OH)4Si8Al4O20*nH2O, что соответствует следующему химическому составу: SiO2 - 66,7%, Al2O3 - 28,3%, H2O - 5%. В действительности природные монтмориллониты всегда отличаются от теоретического состава вследствие изоморфных замещений алюминия в октаэдрической координации на магний, железо, цинк, литий с образованием ряда минералов группы монтмориллонита (нонтронит, сауконит, гекторит).
В зависимости от степени изоморфных замещений отношение молекулярных количеств кремнезема и глинозема в решетке монтмориллонитовых минералов может изменяться от 3:2 - при максимальном заполнении алюминием октаэдрических позиций и частичном замещении кремния на алюминий в тетраэдрах до 3:1 - в случае минимального изоморфного замещения кремния в тетраэдрической сетке и максимального замещения алюминия в октаэдрической сетке.
В результате изоморфных замещений решетка монтмориллонита всегда электрически неуравновешенна; замещение Al3+ на Fe2+ и Mg2+ в октаэдрической сетке и, возможно, частичное замещение Si4+ на Al3+ в тетраэдрах создает избыток отрицательных зарядов в решетке, плотность которых составляет примерно 0,66 элементарного заряда на одну структурную ячейку. Возникающий отрицательный заряд компенсируется гидратированными обменными катионами, адсорбирующимися между структурными слоями, которые вместе с молекулами воды составляют межслоевой комплекс монтмориллонита. Чаще всего это могут быть катионы Na+, Ca2+ Mg2+ и органические катионы. При этом отмечается изменение межплоскостного расстояния в зависимости от состава поглощенного комплекса катионов. Так, в нормальных условиях монтмориллонит с Na+ в качестве обменного катиона имеет межплоскостное расстояние в направлении оси с, равное 12,5 А. Межплоскостное расстояние у монтмориллонита с Ca2+ близко к 15,5 А.
Молекулярные взаимодействия между отдельными слоями в решетке монтмориллонита из-за наличия молекул воды и гидратированных катионов в межслоевом комплексе выражены крайне слабо. Присутствие положительных катионов в межслоевом пространстве, казалось бы, должно придавать связям между отрицательно заряженными структурными слоями монтмориллонита ионный характер, как это имеет место, например, в решетке слюд и гидрослюд. Однако ионная связь в монтмориллоните значительно ослаблена за счет того, что отрицательный потенциал, возникающий в центральной (октаэдрической) сетке монтмориллонита при изоморфных замещениях трехвалентного катиона на двухвалентный, в значительной степени экранируется наружными тетраэдрическими сетками. Далее, по мнению Е. Г. Куковского, действие этих сил еще ослаблено тем, что каждый из обменных катионов компенсирует дефицит в положительных зарядах только в одном слое (а не в обоих смежных слоях, как это имеет место в слюдах и гидрослюдах) и не является, таким образом, связующим "мостиком" соседних слоев.
Большое влияние на прочность связи слоев в структуре монтмориллонита оказывает гидратация катионов. В гидратированном состоянии катион-компенсатор имеет увеличенные размеры и не допускает сближения слоев до "контактного расстояния". Только при нагревании до 200-300°С, когда дегидратируются сами катионы, слои сближаются на такое расстояние, при котором действие молекулярных сил проявляется достаточно сильно. После этого структура монтмориллонита теряет способность к набуханию. Не исключено, что при дегидратации катионов происходит их перегруппировка и каждый из них становится общим для двух смежных слоев.
Поверхности внутренних слоев монтмориллонита из-за отсутствия прочных связей между слоями оказываются доступными для дисперсионной фазы и, таким образом, принимают активное участие в процессах сорбции, обмена и т. д. Следовательно, у монтмориллонита, в отличие от каолинита, активными поверхностями являются не только краевые участки и поверхностные базальные грани кристаллов, но и внутренние базальные плоскости, что обусловливает огромную величину суммарной активной поверхности монтмориллонита. Этим объясняются такие специфические свойства монтмориллонита, как его высокая гидрофильность, высокая адсорбционная способность и т. д. Многочисленными исследователями при этом отмечается преобладающая роль базальных поверхностей во всех физико-химических реакциях вследствие того, что их суммарная поверхность во много раз превосходит суммарную поверхность краевых участков кристаллов монтмориллонита.
Похожие статьи
-
Каолинитовые глины Каолинит является третьим глинистым минералом, имеющим широкое распространение среди осадочных образований. Его содержание...
-
Физическая сущность природы сил морозного пучения грунтов ни теоретически, ни экспериментально еще не раскрыта. О величине нормальных сил морозного...
-
В планах развития народного хозяйства страны большую роль играет освоение районов Крайнего Севера и Сибири. В связи с освоением месторождений нефти и...
-
ГАЗОВЫЕ ГИДРАТЫ, Состав и структура - Предупреждение образования гидратов природных газов
Состав и структура Гидраты природных газов представляют собой физико-химическое соединение воды с углеводородами. По внешнему виду это белая...
-
Состав мантии ниже границы 670 км - Планета Земля
Проведенные в последние два-три десятилетия исследования структурных переходов минералов с использованием рентгеновских камер высокого давления позволили...
-
Увеличение масштабов загрязнения атмосферы требуют быстрых и эффективных способов защиты ее от загрязнения, а также способов предупреждения вредного...
-
Состав верхней мантии - Планета Земля
Проблема состава, структуры и минеральных ассоциаций глубинных земных оболочек или геосфер, конечно, еще далека от окончательного решения, однако новые...
-
МИНЕРАЛОГИЯ (от минерал и греч. льгпт - логос, слово, учение / англ. Mineralogy; нем. Mineralogie; фр. Minйralogie; ит. Mineralogнe) - наука о минералах....
-
Уменьшение интервальной скорости приводит, к сжатию частотной характеристики пласта вдоль оси абсцисс. Вследствие этого изменятся преобладающая частота,...
-
Состав атмосферы Атмосфера - это газообразная воздушная оболочка, окутывающая Землю. Воздух представляет собой механическую смесь газов, с содержанием...
-
Понятие и состав географической оболочки Биосфера ноосфера техногенез Наиболее общим объектом изучения географической науки является географическая...
-
Строение атмосферы - Строение атмосферы, ее химический состав и физические свойства
Масса атмосферы составляет 5.3-1015 т. В слое до 5,5 км содержится 50%, до 25 км - 95% и до 30 км - 99% всей массы атмосферы. Тридцатикилометровый слой...
-
В случае контактового метаморфизма происходят изменения вмещающих горных пород, обусловленные тепловым и химическим воздействием на них интрузивных...
-
Характер обводнения грунтов поверхностными водами - Геологический разрез
При производстве общестроительных работ возникают проблемы, связанные с обводнением строительного объекта. Причинами обводнения является приток...
-
Радиометрические методы - Методы изучения элементного состава минерального вещества
Атомы химических элементов состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов оболочки. Ядро состоит из нуклонов, к которым...
-
Осадочные горные породы характеризуются не меньшей пестротой и разнообразием своего состава, чем магматические и метаморфические образования. В составе...
-
Некоторые особенности влияния петрофизических свойств на процесс биоокисления золотосодержащих сульфидов золотосульфидных месторождений Калбы...
-
Состав и особенности образующихся из магмы горных пород определяются сочетанием следующих факторов: исходным составом магмы, процессами ее эволюции и...
-
СОСТАВ И СТРУКТУРА ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ - Основы географии
1 . Литосфера - внешняя оболочка твердой части Земли, мощностью от нескольких до 200 км, включающая земную кору и верхнюю часть мантии. К собственно ГО...
-
Структуры экранирования - Складчатые структуры месторождений
Структуры экранирования широко распространены на месторождениях цветных и редких металлов гидротермального генезиса. Однако в тех случаях, когда они...
-
Строение гидратов, Газовые гидраты в природе - Гидраты природных газов
Рис.2 Кристаллические модификации газогидратов В структуре газогидратов молекулы воды образуют ажурный каркас (то есть решетку хозяина), в котором...
-
Состав и объем инженерно-геологических изысканий Строительная площадка № 6 размером 82*22 м. Поверхность площадки имеет абсолютные отметки -...
-
Состав растворенного в нефти газа исследовался в 19 пробах, отобранных из 12 скважин. Как видно из результатов анализа (таблица 2.3.3.) основными...
-
Состав и свойства нефти в поверхностных условиях Физико-химические свойства нефти месторождения Сазанкурак были исследованы по поверхностным и пластовым...
-
Общие сведения о грунтах Грунт - горные породы, почвы, техногенные образования, представляющие собой многокомпонентную и многообразную геологическую...
-
Разнообразие животного мира представляет огромную ценность, это - уникальный природный ресурс, который играет чрезвычайно важную роль в жизни и...
-
Геологическая среда В региональном тектоническом плане структура Сазанкурак приурочена к одноименному соляному куполу, который расположен в пределах...
-
Изучение фазового состава вмещающих пород сырья и ванадиевой минерализации углерод-кремнеземистой формации Северо-Западного Каратау Нижнекембрийские...
-
Задача расчета запруды сводится к нахождению ее высоты и длины крепления дна в нижнем бьефе. Расчет запруды состоит из следующих последовательных этапов:...
-
В состав системы входят: * созвездие ИСЗ (космический сегмент); * сеть наземных станций слежения и управления (сегмент управления); * собственно GPS -...
-
После проветривания забоя ствола с малой скоростью, опускается сменный мастер, взрывник и бригадир. При спуске производится тщательный осмотр ствола и...
-
Систематические наблюдения за состоянием озоносферы над Антарктикой начались в 50 - х годах ХХ века, после открытия во многих районах Антарктиды...
-
Качество ствола скважины. Влияние способа бурения на поперечные размеры скважины - Буровые установки
Задача получения качественного ствола скважины при инженерно-геологических исследованиях является составным элементом в общей проблеме обеспечения...
-
При бурении инженерно-геологических скважин применяется широкий комплекс грузоподъемного, насосного, энергетического и компрессорного оборудования....
-
Насыпи, располагаемые в поймах рек, на мостовых переходах через водотоки называются пойменными. При их проектировании необходимо учитывать ряд...
-
Башмак колонны устанавливается на первой трубе для предупреждения смятия торца нижней трубы ОК при спуске в скважину. Обратные клапаны предотвращают...
-
ТОО "Востокцветмет" является филиалом Корпорации "Казминералс". Он находится в 12 км от районного центра г. Шемонаиха и в 100км от областного центра г....
-
Понятия и основные показатели состава и структуры населения Статистика состава человеческого общества является важнейшим разделом статистики населения,...
-
Спектральный анализ - Методы изучения элементного состава минерального вещества
Спектральные методы являются наиболее распространенным видом исследования элементного состава вещества. Они широко используются для анализа как жидких,...
-
АННОТАЦИЯ - Зміна фільтраційних характеристик незв'язних грунтів під дією дренажу
Сидор В. Б. Изменение фильтрационных характеристик несвязных грунтов под действием дренажа. - Рукопись. На основе анализа современного состояния...
Монтмориллонитовые глины - Влияние состава и состояния глинистых грунтов на морозное пучение