Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СИЛ АДГЕЗИИ НА ПОВЕРХНОСТИ ЧАСТИЦ КАОЛИНИТОВОЙ ГЛИНЫ, ПОДВЕРЖЕННОЙ СЖАТИЮ


https://doi.org/10.25296/1993-5056-2018-13-3-8-18

Полный текст:


Аннотация

Сила адгезии определяется прежде всего энергетической активностью изучаемого объекта. Результаты теоретических и экспериментальных исследований показали, что на энергетическую активность поверхности глинистых частиц оказывают влияние факторы, которые формируют и изменяют кристаллическую решетку минерала (строение кристаллической решетки минералов, изоморфные замещения, изменение структуры минералов и др.), и показатели, изменяющие первичный энергетический потенциал поверхности минерала (состав, свойства и содержание жидкостей, вступающих во взаимодействие с минералом). Несмотря на имеющиеся исследования, вопросы влияния высокого давления на изменения физико-химических свойств глин изучены недостаточно полно. Поэтому целью работы является изучение закономерностей изменения сил адгезии на поверхности частиц каолинитовой глины при ее сжатии до 800 МПа со сдвигом. Результаты экспериментальных исследований показали, что с увеличением сжатия (давления) глины до 125 МПа наблюдается рост сил адгезии на поверхности частиц. Выявлено и статистически подтверждено, что исследуемая совокупность разделяется на два класса: первый класс при давлениях до 125 МПа и второй класс при давлениях от 125 до 800 МПа. Изучение взаимосвязей между силой адгезии и мощностью рыхлосвязанной воды позволило установить, что между этими показателями наблюдаются статистические связи, о чем свидетельствуют значимые коэффициенты парной корреляции. Поэтому мощность связанной воды на поверхности глинистой частицы оказывает существенное влияние на формирование сил адгезии. Результаты экспериментальных исследований по оценке шероховатости поверхности частиц каолинитовой глины, подверженной сжатию, показали, что шероховатость поверхности глинистой частицы возрастает с увеличением давления до Р = 125 МПа (первый класс). При дальнейшем увеличении давления до Р = 800 МПа она (шероховатость) инвариантна и имеет значительную изменчивость. Таким образом, при давлении до 125 МПа, которое формирует шероховатость поверхности глинистой частицы до 80 нм, последняя (шероховатость) оказывает существенное влияние на формирование силы адгезии. При больших давлениях (Р > 125 Мпа) влияние шероховатости на силу адгезии оценить достаточно сложно.


Об авторах

В. В. Середин
Пермский государственный национальный исследовательский университет
Россия

Заведующий кафедрой инженерной геологии и охраны недр геологического факультета, доктор геолого-минералогических наук, профессор



М. В. Федоров
Пермский государственный национальный исследовательский университет
Россия

Магистрант кафедры инженерной геологии и охраны недр геологического факультета



И. В. Лунегов
Пермский государственный национальный исследовательский университет
Россия

Заведующий кафедрой радиоэлектроники и защиты информации физического факультет, кандидат физико-математических наук, доцент



Н. А. Медведева
Пермский государственный национальный исследовательский университет
Россия

Доцент кафедры физической химии химического факультета, кандидат химических наук



Список литературы

1. Болдырев, В.В., 2006. Механохимия и механическая активация твердых веществ. Успехи химии, Том 75, № 3, с. 203–216.

2. Галкин, В.И., Растегаев, А.В., Галкин, С.В., 2001. Вероятностно-статистическая оценка нефтегазоносности локальных структур.2. Уро РАН, Екатеринбург.

3. Григорьев, М.В., Молчунова, Л.М., Буякова, С.П., Кульков, С.Н., 2013. Влияние механической обработки на структуру и свойства порошка нестехиометрического карбида титана. Изв. Высших учебных заведений. Физика, Том 56, № 7/2, с. 206–210.

4. Дерягин, Б.В., Чураев, Н.В., Муллер, В.М., 1985. Поверхностные силы. Наука, М.

5. Кара-Сал, Б.К., Сапелкина, Т.В., 2012. Повышение сорбционных свойств глинистых пород Тувы в зависимости от методов активации. Актуальные проблемы современной науки, № 5, с. 158–162.

6. Кузнецова, Т.А., Чижик, Н.В., Ширяева, Т.И., 2013. Микрозонды для определения силы адгезии и удельной поверхностной энергии методом атомно-силовой микроскопии. Приборы и методы измерений, № 1 (6), с. 41–45.

7. Ничипоренко, С.П., Круглицкий, Н.Н., Панасевич, А.А., Хилько, В.В., 1974. Физико-химическая механика дисперсных минералов. Наукова думка, Киев.

8. Осипов, В.И., 2011. Нанопленки адсорбированной воды в глинах, механизм их образования и свойства. Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология, № 4, с. 291–305.

9. Пушкарева, Г.И., 2000. Влияние температурной обработки брусита на его сорбционные свойства. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, № 6, с. 90–93.

10. Сапронова, Ж.А., Лесовик, В.С., Гомес, М.Ж., Шайхиева, К.И., 2015. Сорбционные свойства УФ-активированных глин Ангольских месторождений. Вестник КазНИТУ, Том 18, № 1, с. 91–93.

11. Середин, В.В., Растегаев, А.В., Медведева, Н.А., Паршина, Т.Ю., 2017. Влияние давления на площадь активной поверхности частиц глинистых грунтов. Инженерная геология, № 3, с. 18–27. DOI: 10.25296/1993-5056-2017-3-18-27.

12. Середин, В.В., Растегаев, А.В., Медведева, Н.А., Паршина, Т.Ю., 2017. Влияние давления и гранулометрического состава на энергетическую активность глин. Инженерная геология, № 4, с. 62–71. DOI: 10.25296/1993-5056-2017-4-62-71.

13. Шлыков, В.Г., 2000. Использование структурных характеристик глинистых минералов для оценки физико-химических свойств дисперсных грунтов. Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология, № 1, с. 43–52.

14. Шлыков, В.Г., 2006. Рентгеновский анализ минерального состава дисперсных грунтов. ГЕОС, М.

15. Alkan, M., Demirbas, O., Dogan, M., 2005. Electrokinetic properties of kaolinite in mono- and multivalent electrolyte solutions. Microporous and Mesoporous Materials, Vol. 83, pp. 51–59.

16. Bolland, M.D.A., Posner, A.M., Quirk, J.P., 1976. Surface charge on kaolinites in aqueous suspension. Soil Research, Vol. 14, No. 2, pp. 197–216.

17. Brady, P.V., Cygan, R.T., Nagy, K.L., 1996. Molecular controls on kaolinite surface charge. Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 183, pp. 356–364.

18. Gupta, V., Miller, J.D., 2010. Surface force measurements at the basal planes of ordered kaolinite particles. Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 344, pp. 362–371.

19. Klaassen, A., Liu, F., D Van den Ende, Mugele, F., Siretanu, I., 2017. Impact of surface defects on the surface charge of gibbsite nanoparticles. Nanoscale, Vol. 9, No. 14, pp. 4721–4729. DOI: 10.1039/c6nr09491k.

20. Kumar, N., Zhao, C., Klaassen, A., Dirk van den Ende, Mugele, F., Siretanu, I., 2016. Characterization of the surface charge distribution on kaolinite particles using high resolution atomic force microscopy. Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol. 175, pp. 100–112. DOI: 10.1016/j.gca.2015.12.003.

21. Seredin, V.V., Rastegaev, A.V, Galkin, V.I., Panova, Е.G., Parshina, T.Y., 2017. Investigation of formation laws of clays composition under high pressures. International Journal of Engineering Research and Science (IJOER), Vol. 3, Issue 10, рр. 33–42. DOI: 10.25125/engineering-journal-IJOER-OCT-2017-3.

22. Tombacz, E., Szekeres, M., 2006. Surface charge heterogeneity of kaolinite in aqueous suspension in comparison with montmorillonite. Applied Clay Science, Vol. 34, рр. 105–124.

23. Zhu, X., Zhu, Z., Lei, X., Yan, C., 2016. Defects in structure as the sources of the surface charges of kaolinite. Applied Clay Science, Vol. 124–125, рр. 127–136.

24. Zhou, Z., Gunter, W.D., 1992. The nature of the surface charge of kaolinite. Clays and Clay Minerals, Vol. 40, рр. 365–368.

25. Yuan Guo, Xiong (Bill) Yu, 2017. Characterizing the surface charge of clay minerals with Atomic Force Microscope (AFM). AIMS Materials Science, Vol. 4, No. 3, pp. 582–593.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Середин В.В., Федоров М.В., Лунегов И.В., Медведева Н.А. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СИЛ АДГЕЗИИ НА ПОВЕРХНОСТИ ЧАСТИЦ КАОЛИНИТОВОЙ ГЛИНЫ, ПОДВЕРЖЕННОЙ СЖАТИЮ. Инженерная геология. 2018;13(3):8-18. https://doi.org/10.25296/1993-5056-2018-13-3-8-18

For citation: Seredin V.V., Fedorov M.V., Lunegov I.V., Medvedeva N.A. REGULARITIES OF ADHESION FORCES CHANGES ON THE SURFACE OF KAOLINITE CLAY PARTICLES SUBJECTED TO COMPRESSION. Engineering Geology World. 2018;13(3):8-18. (In Russ.) https://doi.org/10.25296/1993-5056-2018-13-3-8-18

Просмотров: 104

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1993-5056 (Print)
ISSN 2587-8247 (Online)