Классификация форм связанной воды в каолинитовых глинах

Abstract

Актуальность. Вода является важнейшей компонентой грунтов, так как оказывает влияние на основные геологические процессы. Это объясняется особенностями ее состава и строения. Многие ученые занимались изучением вопроса содержания связанной воды в глинах. Однако экспериментов по данному вопросу недостаточно. Целью данной работы является изучение форм связанной воды в каолинитовых глинах, отжимаемых при высоких давлениях, а также выявление связи между потерями масс воды под давлением и термодинамическими параметрами. Объект исследования - каолинитовые глины. Метод. Для достижения цели были подготовлены образцы каолинитовой глины с различной степенью обжатия под давлением. Затем проводился термогравиметрический анализ, в ходе которого измерялись потери массы связанной воды при нагревании до 1000 °С. С помощью атомно-силового микроскопа изучалось влияние шероховатости на количество отжимаемой связной воды из образцов каолинитовой глины. Результаты опытных данных и анализ термограмм позволили выделить четыре пика потери массы воды, в соответствии с этим предложена классификация связанной воды в глине: рыхлосвязанная вода поверхности коллоидов; прочносвязанная вода поверхности коллоидов; вода поверхности минералов; вода кристаллической решетки. Воздействие высокого давления на массу удаляемой воды неоднозначно. Это связано с тем, что под давлением происходит образование дефектов, как следствие изменяется энергетический потенциал и сорбционная активность глинистых частиц. При этом выявлена тесная связь между показателем шероховатости и градиентом удаляемой связанной воды в интервале давлений от 0 до 200 МПа. При давлениях от 200 до 800 МПа связь не установлена.

Relevance. Water is the most important component of soils, as it influences the main geological processes. This is due to the peculiarities of its composition and structure. Many scientists have studied the issue of the content of bound water in clays. However, experiments on this issue are not enough. The purpose of this work is to study the forms of bound water in kaolinite clays squeezed out at high pressures, as well as to reveal the relationship between the loss of water masses under pressure and thermodynamic parameters. The object of the research is kaolinite clays. Method. To achieve this goal, samples were prepared with various degrees of compression under pressure, and then thermogravimetric and diffractometric analyzes were performed. The results of experimental data and analysis of thermograms made it possible to identify four peaks of water mass loss, in accordance with this, a classification of bound water in clay was proposed: loosely bound water on the surface of colloids; firmly bound water on the surface of colloids; mineral surface water; crystal lattice water. The impact of high pressure on the mass of removed water is ambiguous. This is due to the fact that the formation of defects occurs under pressure, as a result, the energy potential and sorption activity of clay particles change. At the same time, a close relationship was revealed between the roughness index and the gradient of the removed bound water in the pressure range from 0 to 200 MPa. Relationship is not established at pressures from 200 to 800 MPa.