粘土的水化膨胀作用和粘土胶体化学共47页

胶体化学（粘土——水系统）1. 明确胶体的概念及胶粒的粒径范围。

明确憎液溶胶的主要特征。

2. 明确胶体的光学性质（丁达尔效应）、动力性质（布朗运动、扩散、沉降）。

3. 熟悉溶胶的电学性质（电泳、电渗），理解胶粒带电的原因。

4. 明确扩散双电层理论，能根据胶体制备条件写出胶团的结构式。

5. 掌握憎液溶胶的稳定和聚沉的原因，了解电解质及其他因素对溶胶稳定性的影响。

6. 清楚聚沉值、聚沉能力、价数规则的含义，能判断电解质聚沉能力的大小。

7. 了解粘土胶体结构的带电原因，及影响其阴、阳离子交换能力大小的因素。

8. 明确影响粘土泥浆流动性、稳定性、触变性、可塑性的因素。

1．明确胶体分散系统的分类、性质及稳定因素，熟悉胶体的基本理论。

2．重点掌握粘土-水系统的胶体的特性，明确其带电原因、电学性质、胶团结构。

明确粘土-水系统的其胶体性质（流动性、稳定性、触变性、可塑性）。

胶体化学部分省略粘土——水系统1粘土的荷电性①粘土晶格内离子的同晶置换，硅氧四面体中Si4+被Al3+所转换，或铝氧八面体中三价的铝被二价镁、铁所置换。

蒙脱石：2：1型，二八面，层间水，高岭石：1：1型，二八体，无层间水高岭石中破键,少量同晶置换，③吸附在表面的腐殖质离解而产生。

①高岭石在酸性或中性及弱碱性条件下，带正电荷。

②高岭石在强碱性条件下，OH基中H解离，使得边面带负电荷。

2 粘土的离子吸附与交换粘土由于同晶置换，破键和吸附腐殖质的离解使得粘土带负电。

H+饱和是纯粘土；Na+饱和是Na粘土；自然界中大量存在是Ca2+。

离子被吸附的难易程度取决于离子的电价及水化半径，电价升高，易被吸附，同价阳离子+>K+>Na+>Li+水化半径越小，越被吸附。

其顺序H+>Al3+>Ba2+Sr2+>Ca2+>Mg2+NH4由于各种阳离子的被吸附能力不同，因而已被吸附在粘土颗粒上的阳离子，就可能被吸附能力更强的离子所置换。

粘土的循环膨胀行为摘要这篇文章探讨了循环润湿和干燥对粘土膨胀特性的影响。

为此，我们在伊尔比德(乔丹北部的一个城市)的不同地点获得了六个膨胀土壤样本。

每个周期后，膨胀势和膨胀压力都被测定。

此外，循环膨胀前后的样本土壤的微观结构也被测定。

实验数据表明，在重复润湿和干燥下，每个周期后土壤出现疲劳的症状，导致膨胀能力降低。

此外。

值得注意的是，第一个周期引起了膨胀势的降低，随着周期数量的增加，我们观察到额外的膨胀势的降低，最终达到平衡状态。

所用的六种类型的土壤的平衡循环数介于4和5之间。

在每个干湿循环下，扫描电子显微照片清楚地显示一个连续的颗粒重排。

由于结构沿层理的集成，导致了结构元素较低的定位。

最终造成相应吸水能力的降低，从而减少了膨胀。

引言土壤膨胀是一种常见的自然现象，它由土壤湿润引起，并导致体积的增加。

众所周知，膨胀粘土可能会引起相当大的危害，从而严重损害土木工程的结构。

通常，岩土工程实践中，膨胀潜力用一个润湿周期来评估。

但是，粘土在自然界中发现时，含水量通常处于变化中，同时也进行着循环的膨胀和收缩，这一现象对土壤性质有显著的影响。

(Allam and Sridharan 1981).粘土的循环膨胀和收缩和与此相关的基础运动可能会导致结构的开裂和疲劳。

循环膨胀是指一个土样起初湿润并允许膨胀，然后在室温下(或直接暴露在阳光下)，干燥至它的初始水分含量(或更少)，然后再湿润膨胀，再干燥等等。

一些研究人员已经解决了土壤的循环胀缩问题。

一些研究者得出的结论是，一方面，当粘土样本经过反复充分溶胀，然后允许其干燥至初始含水量时，每个周期后都显示疲劳，从而表现出更少的扩张。

在另一方面。

Popesco(1980). Osipov. (1987)和Day (1994)等人发现，膨胀势随润湿和干燥周期数目的增加而增大。

然而，所有先前报道的研究指出，膨胀在约3至5次循环后，可达到一个平衡状态。

图1描绘了不同的研究者得到的不同周期数下的膨胀势的变化。

粘土水化分散与泥浆体系稳定原理一、土的水化分散粘土的水化是指粘土颗粒吸附水分子，粘土颗粒表面形成水化膜，粘土晶格层面间的距离增大，产生膨胀以至分散的过程。

粘土水化的结果即形成泥浆。

粘土的水化效果对粘土的造浆性能和土质地层孔壁的稳定有重大影响。

（一）粘土水化的原因粘土颗粒与水或含电解质、有机处理剂的水溶液接触时，粘土便产生水化膨胀，引起粘土水化膨胀的原因有：1. 粘土表面直接吸附水分子粘土颗粒与水接触时，由于以下原因而直接吸附水分子：（1）粘土颗粒表面有表面能，依热力学原理粘土颗粒必然要吸附水分子和有机处理剂分子到自己的表面上来，以最大限度地降低其自由表面能；（2）粘土颗粒因晶格置换等而带负电荷，水是极性分子，在静电引力的作用下，水分子会定向地浓集在粘土颗粒表面；（3）粘土晶格中有氧及氢氧层，均可以与水分子形成氢键而吸附水分子。

2. 粘土吸附的阳离子的水化粘土表面的扩散双电层中，紧密地束缚着许多阳离子，由于这些阳离子的水化而使粘土颗粒四周带来厚的水化膜。

这是粘土颗粒通过吸附阳离子而间接地吸附水分子而水化。

（二）影响粘土水化的因素1. 粘土矿物本身的特性粘土矿物因其晶格构造不同，水化膨胀能力也有很大差别。

蒙脱石粘土矿物，其晶胞两面都是氧层，层间联结是较弱的分子间力，水分子易沿着硅氧层面进入晶层间，使层间距离增大，引起粘土的体积膨胀。

伊利石粘土矿物其晶体结构与蒙脱石矿物相同，但因层间有水化能力小的K+存在，K+镶嵌在粘土硅氧层的六角空穴中，把两硅氧层锁紧，故水不易进入层间，粘土不易水化膨胀。

高岭石粘土矿物，因层间易形成氢键，晶胞间联结紧密，水分子不易进入，故膨胀性小。

同时伊利石晶格置换现象少，高岭石几乎无晶格置换现象，阳离子交换容量低，也使粘土的水化膨胀差。

2. 交换性阳离子的种类粘土吸附的交换性阳离子不同，形成的水化膜厚度也不相同，即粘土水化膨胀程度也有差别。

例如交换性阳离子为Na+的钠蒙脱石，水化时晶胞间距可达40 A，而交换性阳离子为Ca2+的钙蒙脱石，水化时晶胞间距只有17 A。

混凝土中掺加膨胀粘土的原理与效果一、引言混凝土是一种常用的建筑材料，具有强度高、耐久性好、施工方便等优点。

然而，由于混凝土本身的缺陷，如易开裂、易渗水、易受环境影响等，使得其在某些特殊条件下的使用效果受到限制。

为了克服混凝土的缺陷，人们通过添加掺合料的方式来改善混凝土的性能。

其中，掺加膨胀粘土是一种有效的掺合料，能够显著提高混凝土的抗裂性能、耐久性和耐久性。

二、膨胀粘土的基本原理膨胀粘土是一种具有膨胀性能的粘土矿物，其主要成分是蒙脱石和伊利石等。

膨胀粘土的膨胀性能是由于其内部的水分分子在受到外界刺激时会膨胀，从而使得膨胀粘土的体积发生变化。

膨胀粘土的膨胀性能可以通过吸附、离子交换、空气层等多种机理来解释。

其中，离子交换是一种较为重要的机理，膨胀粘土的表面带有负电荷，当其吸附正离子时，会引起表面电荷的不平衡，从而吸附更多的正离子，最终导致膨胀粘土的膨胀。

三、掺加膨胀粘土对混凝土性能的影响1.提高混凝土的抗裂性能掺加膨胀粘土可以改善混凝土的内部结构，增加混凝土的内部骨架，从而提高混凝土的抗裂性能。

膨胀粘土本身具有膨胀性能，当膨胀粘土吸水膨胀时，可以填补混凝土内部的微小孔隙，从而减少混凝土内部的应力集中，提高混凝土的抗裂性能。

2.改善混凝土的耐久性掺加膨胀粘土可以改善混凝土的耐久性。

膨胀粘土具有良好的吸水性能，可以吸附混凝土中的水分，从而降低混凝土内部的含水量，减缓混凝土的龟裂和热胀冷缩。

此外，膨胀粘土具有较强的离子交换能力，可以吸附混凝土中的有害离子，如氯离子、硫酸盐离子等，从而减缓混凝土的腐蚀和损伤。

3.提高混凝土的耐久性掺加膨胀粘土可以提高混凝土的耐久性。

膨胀粘土本身具有较强的吸附能力，可以吸附混凝土中的有害物质，如氯离子、硫酸盐离子等，从而减缓混凝土的腐蚀和损伤。

此外，膨胀粘土还具有良好的吸水性能，可以吸附混凝土中的水分，从而降低混凝土内部的含水量，减缓混凝土的龟裂和热胀冷缩。

四、掺加膨胀粘土的影响因素1.掺加量掺加量是影响掺加膨胀粘土效果的重要因素。