Состав и строение глинистых грунтов, Каолинитовые глины - Влияние состава и состояния глинистых грунтов на морозное пучение

Каолинитовые глины

Каолинит является третьим глинистым минералом, имеющим широкое распространение среди осадочных образований. Его содержание сравнительно невелико в отложениях мезо-кайнозойского возраста (8% образцов), но резко возрастает в отложениях карбона и девона (35-40%). Следовательно, при инженерно-геологическом изучении глинистых грунтов наибольшее внимание необходимо уделять этим трем группам глинистых минералов. Это, однако, не значит, что в каждом конкретном случае в глинистой породе не могут преобладать и определять ее свойства другие глинистые минералы, такие, как палыгорскит, хлорит, вермикулит, смешанослойные и т. д. Например, в породах татарского яруса Среднего Поволжья и Нижнего Прикамья встречается монтмориллонит-палыгорскитовая ассоциация минералов. Но эти отдельные случаи не нарушают общей закономерности в распространении глинистых минералов.

Чистый каолинит имеет химический состав, соответствующий формуле H2Al2Si2O8 или структурной формуле Al4[Si4O10]* (ОН)8. Отношение SiO2/(Аl2O3+Fe2O3) равно 1,99 - 2,20. Разновидность каолинита, обогащенного SiO2, называется анокситом, А12Oз - фолеритом, Н2O - галлуазитом. Некоторые минералы каолинитовой группы (диккит, накрит) отличаются от каолинита только особенностями кристаллической структуры. Каолинит имеет структурный мотив 1:1, т. е. он характеризуется двухслойной и нелабильной (неподвижной) кристаллической структурой.

Кристалл каолинита состоит из одного или нескольких слоев, геликоидально закрученных вокруг одной или нескольких осей винтовых дислокаций (рис. 2.1.1, 2.1.2).

Такая конструкция значительно увеличивает прочность кристаллов каолинита, так как для того, что бы разделить кристалл паралельно плоскости спайности, необходимо разорвать не только межслоевые связи, но и сами слои каолинита.

строение пирамида роста кристалла каолинита (по с.с. чекину, 1984)

Рис. 2.1.1. Строение пирамида роста кристалла каолинита (по С. С. Чекину, 1984): h - высота ступени; ? - расстояние между ступенями, ? - угол пирамиды, V - направление роста ступени, R - направление роста грани.

гелликоидальное строение кристалла каолинита; сечение в плоскости bc. (по с.с. чекину, 1984)/

Рис. 2.1.2. Гелликоидальное строение кристалла каолинита; сечение в плоскости bc. (по С. С. Чекину, 1984)/

В элементарный пакет кристаллической структуры каолинита входят два слоя - тетраэдрический и октаэдрический (рис. 2.1.3). Связь между слоями у каолинита характеризуется высокой прочностью, обеспечивающейся взаимодействием кислородных и гидроксильных атомов смежных слоев (водородная связь). Благодаря этому, каолинит имеет жесткую кристаллическую решетку, такую, когда молекулы воды и обменные ионы не могут проникнуть в межслоевое пространство кристалла, благодаря чему внутренне набухание в нем отсутствует.

схема структуры каолинита по р. гриму

Рис.2.1.3. Схема структуры каолинита по Р. Гриму: 1 - кислород; 2 - гидроксил; 3 - алюминий; 4 - кремний

Самое существенное влияние на емкостные и сорбционные свойства каолинитов оказывает степень порядка в упаковке слоев, причем дефекты типа произвольных трансляций смежных слоев или субупаковокв значительной мере увеличивает физико-химическую активность каолинита. Новейшие исследования доказали и способность кристаллов каолинита разбухать при внедрении в его межслоевое пространство некоторых органических полярных жидкостей (ацетат калия, мочевина, гидразин, амиды низших кислот) и образования характерных органо-каолинитовых комплексов. Этот процесс, названный интеркаляцией, идет за счет усиления водородных связей и сопровождается увеличением межплоскостного пространства до 10-14 A.

Гидратация и обмен катионов отмечаются только на поверхности кристаллической структуры каолинита. По этой причине количество связанной воды и емкость обмена (3-15 мг-экв/100 г сухого вещества) невелики. В шлифах и на электронномикроскопических изображениях каолинит имеет пластинчатую форму; правильные шестиугольные характерны для каолинита, образовавшегося при кристаллизации алюмокремневых гелей; червеобразная форма характерна для каолинита, возникшего при выветривании полевых шпатов.

Похожие статьи




Состав и строение глинистых грунтов, Каолинитовые глины - Влияние состава и состояния глинистых грунтов на морозное пучение

Предыдущая | Следующая