Водные свойства глин презентация

Классификация форм влаги в глиняных массах и их свойства.

Глина в смеси с водой и добавками образовывает различные по физическому состоянию массы – от твердого тела до текучей жидкости

В зависимости от содержания воды могут быть:
- жесткие (сухие или полусухие), с содержанием воды затворения в количестве 4-12 % по массе;
- пластичные - 18-28 % по массе;
- литьевые (шликеры) – 30 % и более.

сухой глине (в % по массе) для получения пасты нормальной рабочей рабочей консистенции

Водозатворяемость Вз связана с молекулярной влагоемкостью Вм следующим соотношением: Вз = 1,7.Вм
Чаще глины в смеси с водой образуют вязкое пластичное тесто, способное принимать любую форму в сыром виде и сохранять ее после сушки и обжига

С уменьшением размеров глинистых частиц возрастает количество связанной воды в глинах, а также влияние адсорбционных процессов на свойства глинистых пород

Глинистые частицы, находясь даже в воздушно-сухом состоянии, всегда имеют связанную с поверхностью воду (гигроскопическая влага)

удерживать ее вопреки действию силы тяжести

Максимальная молекулярная влагоемкость соответствует содержанию в глине воды, связанной с глинистыми частицами молекулярными силами

С увеличением удельной поверхности (дисперсности) глины ее влагоемкость возрастает

Монтмориллонитовые глины обладают большей влагоемкостью, каолинитовые – наименьшей

из воздуха или при ее непосредственном контакте с водой, зависит от природы тонкодисперсной части глин

Различают два взаимосвязанных процесса, сопутствующих процессу набухания: капиллярное всасывание и собственно само набухание

Капиллярное всасывание – способность глинистых пород к впитыванию воды и размоканию

Процесс набухания во времени затухает

Рыхлые породы набухают быстрее, чем плотные

Запесоченность глин понижает степень их набухания

Монтмориллонитовые глины сильнее набухают (18-25%), чем каолинитовые (3-10%). Гидрослюдисто- монтмориллонитовые – 16-18%, лессовидные глины и суглинки, содержащие монтмориллонит – 9-24%

или набухаемостью – приростом объема поглощенной воды по отношению к первоначальной массе глины

Поскольку частица глинистого вещества представляет собой агрегат из слипшихся первичных зерен глинообразующих минералов, поляризованные молекулы воды вклеиваются между ними, и адсорбируясь на их поверхности раздвигают зерна, создавая вокруг них водную оболочку вследствие чего глина набухает

и элементарные частицы

Первая стадия распада глинистого агрегата происходит при его набухании, когда молекулы воды, втягиваясь в промежутки между зернами глины, расклинивают их

По мере увеличения толщины водной оболочки ослабляется связь между отдельными зернами глины, и они начинают свободно перемещаться в воде, находясь в ней во взвешенном состоянии, - происходит полное размокание глины.

Плотные глины размокают очень трудно

Для ускорения процесса размокания глины перемешивают, механически разрушая ее куски или подогревают воду

под воздействием тиксотропии

Тиксотропное упрочнение – свойство влажной глиняной массы самопроизвольно восстанавливать нарушенную структуру и прочность при постоянной влажности

Самоупрочнение глины происходит вследствие процесса переориентации частиц глины и молекул воды, что увеличивает силу их сцепления. При этом происходит процесс перехода части свободной воды в связанную

Причина тиксотропного упрочнения связана с развитием сольватных оболочек на глинистых частицах
Через сутки, двое тиксотропное упрочнение достигает предела

Если глинистую массу пробить или промять, ее прочность вернется к прежнему уровню, но затем снова начнет нарастать. Процесс этот повторим многократно

Тиксотропия глин важна для приготовления шликеров, пластичного теста и формовании изделий

При выдерживании или вылеживании глинистой массы разной степени влажности, но без потери ею влаги происходит нарастание механической прочности под влиянием тиксотропии

С механической стороны, тиксотропия проявляется также в увеличении упругой деформации глины

электрически нейтральной

Однако по современным представлениям отдельные слои водной оболочки, окружающей глинистый минерал, физически неоднородны, а молекулы воды имеют дипольное строение и, следовательно, концы молекулы электрически заряжены
Пленка воды имеет неодинаковую толщину в пределах поверхности частицы

Количество воды, связываемой с поверхностью частиц, зависит от величины, минералогического состава и обменных катионов

системы «глина-вода»

их поверхностью воду (гигроскопическая влага)

В глинах различают три вида воды: химически связанную и два вида физически связанной – прочно связанную и механически примешанную (рыхло связанную)
Первая образует мономинеральную пленку. Этот процесс экзотермический

Химически связанная вода исключительно прочно связана с материалом и может быть удалена только при химическом взаимодействии или при особо интенсивной тепловой обработке (прокаливании)
Слой такой воды мономолекулярен и этот процесс экзотермический
Мономолекулярный слой воды – слой воды толщиной в 1 молекулу. Диаметр молекул - 3-10-5 см, является адсорбционно связанной


Прочно связанная вода естественно переходит в рыхло-связанную, которая размещается между частицами глины более свободно, подвижно и выдавливается из глины при компрессии

«рабочему водосодержанию»

Рабочее водосодержание – такое состояние глины и воды, когда глинянная масса становится пластичной и приобретает способность формоваться, при этом глинянная масса не липнет к тыльной стороне руки

Физико-химическая связь. Этой форме соответствуют различные связи влаги:
а) адсорбционно-связанная вода (поглощенная)
б) осмотически-удержанная вода (влага набухания)
в) структурная влага

■ К осмотически удержанной влаге и структурной влаге относится влага, находящаяся в замкнутых ячейках, как поглощающая осмотически сложно построенной мицеллой, так и иммобилизованная структурная влага, захваченная при формировании геля. Эта влага является свободной

■ При формировании геля образуется скелет из замкнутых клеток, стенки которой состоят из нерастворимых фракции

силовое поле
Под их воздействием дипольные молекулы воды своими положительными концами (Н+) ориентируются по направлению к отрицательному заряду зерна и плотно окружают его поверхность, создавая мономинеральный, а далее полиминеральный слои адсорбированной воды
Эти слои будучи сильно сжаты под действием силового поля образуют прочно связанную воду, обладающую особыми свойствами

По мере удаления от поверхности зерна напряженность силового поля, а следовательно, и интенсивность притяжения молекул убывает

Молекулы воды, относительно отдаленные от поверхности зерна, но все же находящиеся под воздействием силового, хотя и отрицательно слабого поля, имеют уже некоторую свободу перемещения. Они образуют диффузный слой, в котором вода является рыхло-связанной

Таким образом, зерно глинистого минерала окружено концентрическими слоями воды, каждый из которых удерживается глинистой частицей с различной силой, убывающей от ее поверхности к периферии

Таким строением водной оболочки объясняются водные свойства глин – влагоемкость, набухание, размокаемость и тиксотропное упрочнение

воды

Количество прочно связанной воды можно определить по максимальной гигроскопической влажности образца

Количество рыхло связанной воды вычисляют как разность между всей связанной водой и прочно связанной

Количество всей связанной воды принимается равным максимальной молекулярной влагоемкости

часть воды проникает путем осмотического всасывания, а в порах глинистой породы вода может удерживаться еще и капиллярными силами. При этом осмотические и капиллярные силы относительно невелики по сравнению с силами молекулярного притяжения. Поэтому осмотическая и капиллярная вода образуют группу свободной воды
Осмос (толчок, давление) – проникновение, просачивание растворителя сквозь тонкую перегородку, непроницаемую для растворенных веществ
Осмос – одностороння диффузия растворителя через полупроницаемую перегородку (мембрану), отделяющую раствор от чистого растворителя
С увеличением дисперсности, а следовательно, и удельной поверхности глины, ее влагоемкость возрастает
Под капиллярной влагоемкостью понимают относительное равновесное количество воды, поглощенное глиной при ее непосредственном контакте с водой

внутренней поверхности мицелл коллоидного тела

Мицелла – коллоидная частица с сольватным слоем

Сольват – взаимодействие молекул растворителя с молекулами растворенного тела, а иногда и со вторым слоем ионов, строение которых определяет заряд мицеллы

Коллоидные материалы характеризуются весьма значительной дисперсностью частиц, условный радиус которых составляет 0,1-0,001 мк.
Чем тоньше частицы, тем больше удельная поверхность и тем они активнее