Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

ВЛИЯНИЕ СТРЕССОВОГО ДАВЛЕНИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ СВЯЗАННОЙ ВОДЫ В КАОЛИНОВОЙ ГЛИНЕ


https://doi.org/10.25296/1993-5056-2018-13-6-36-46

Полный текст:


Аннотация

Глины в ходе литогенеза изменяют состав, структуру и свойства, в том числе и физико-химические. В работах некоторых исследователей представлены результаты изучения изменения свойств связанной воды в глинах под действием повышающих температур и давлений. При уплотнении водонасыщенных глин в первую очередь удаляется «свободная» вода крупных пор, затем при нагрузках 1–3 МПа — осмотическая вода, а при давлении более 10 МПа начинается удаление «структурированных гидратных
слоев» адсорбционно-связанной воды. По литературным данным, ближайшие к твердой поверхности несколько слоев воды, соответствующие влажности глин близкой к «максимальной гигроскопической», не отжимаются нагрузками в десятки МПа, а «монослои» — в сотни МПа. Однако, несмотря на существующие публикации по данному вопросу, экспериментальной информации недостаточно. Настоящая работа посвящена влиянию стрессового давления на формирование связанной воды в каолиновой глине. В процессе экспериментальных исследований установлено, что стрессовое давление оказывает разнонаправленное воздействие на градиент удаляемой массы связанной воды в глинах. Это обусловлено тем, что при обработке каолиновой глины стрессовым давлением образуются на поверхности и «внутри» частиц (агрегатов, коллоидов и кристаллитов) дефекты. Такие несовершенства поверхности формируют энергетический потенциал частиц, который определяет сорбционную активность глин. В ходе сопоставления прямых и косвенных критериев выявлено, что наиболее значительное влияние на формирование энергетического
потенциала частиц оказывает давление в диапазоне Р = 0 ÷ 125 МПа. При увеличении нагрузки до Р = 800 МПа установить влияние стрессового давления на формирование энергетического потенциала достаточно сложно. Таким образом, при техногенном
воздействии на каолиновую глину изменяется ее энергетический потенциал и, как следствие, физико-химические свойства, в том числе и содержание связанной воды.


Об авторах

В. В. Середин
Пермский государственный национальный исследовательский университет.
Россия

Заведующий кафедрой инженерной геологии и охраны недр геологического факультета, д.г.-м.н., профессор.

ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990.



Н. А. Медведева
Пермский государственный национальный исследовательский университет.
Россия

Доцент кафедры физической химии химического факультета, к.х.н.

ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990.



А. В. Анюхина
Пермский государственный национальный исследовательский университет.
Россия

Магистрант кафедры инженерной геологии и охраны недр геологического факультета.

ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990.



А. В. Андрианов
Пермский государственный национальный исследовательский университет.
Россия

Аспирант кафедры инженерной геологии и охраны недр геологического
факультета.

ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990.



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. УрО РАН, Екатеринбург.

3. Гойло Э.А., Котов Н.В., Франк-Каменецкий В.А., 1966. Экспериментальное исследование влияния давления и температуры на кристаллические структуры каолинита, иллита и монтмориллонита. В сб. Физические методы исследования осадочных пород, Наука, Москва, с. 123–129.

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

5. Злочевская Р.И., Королев В.А., Кривошеева З.А., Сергеев Е.М., 1977. О природе изменения свойств связанной воды в глинах под действием повышающих температур и давлений. Вестник МГУ, Серия геология, № 3, с. 80–96.

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

7. Кривошеева З.А., Злочевская Р.И., Королев В.А., Сергеев Е.М., 1977. О природе изменения состава и свойств глинистых пород в процессе литогенеза. Вестник МГУ, Серия геология, № 4, с. 60–73.

8. 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.

9. Лучицкий И.В., Громин В.И., Ушаков Г.Д., 1967. Эксперименты по деформации горных пород в обстановке высоких давлений и температур. Наука, Сибирское отделение, Новосибирск.

10. Миронов В.Л., 2004. Основы сканирующей зондовой микроскопии. РАН Институт физики микроструктур. Нижний Новгород.

11. Осипов В.И., Соколов В.Н., 2013. Глины и их свойства. Состав, строение и формирование свойств. ГЕОС, Москва.

12. 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.

13. Середин В.В., Растегаев А.В., Галкин В.И., Паршина Т.Ю., Исаева Г.А., 2017. Влияние давления и гранулометрического состава на энергетическую активность глин. Инженерная геология, № 4. с. 62–71.

14. Середин В.В., Федоров М.В., Лунегов И.В., Медведева Н.А., 2018. Закономерности изменения сил адгезии на поверхности частиц каолинитовой глины, подверженной сжатию. Инженерная геология, № 3, с. 8–18.

15. Франк-Каменецкий В.А., Котов Н.В., Гойло Э.А., 1970. Изменение структуры глинистых минералов в различных термодинамических условиях. В сб. Рентгенография минерального сырья. Недра, Москва, № 7, с. 166–174.

16. Шлыков В.Г., 2006. Рентгеновский анализ минерального состава дисперсных грунтов. ГЕОС, Москва.

17. Galan E., Aparicio P., Gonzalez I., La Iglesia A., 2006. The effect of pressure on order/disorder in kaolinite under wet and dry conditions. Clays and Clay Minerals, Vol. 54, No. 2, pp. 230–239.

18. Çolak A., Wormeester H., Zandvliet H.J.W., Poelsema B., 2012. Surface adhesion and its dependence on surface roughness and humidity measured with a flat tip. Applied surface science, Vol. 258, No. 18, pp. 6938–6942.

19. Ehrenberg S.N., Aagaard P., Wilson M.J., Fraser A.R. and Duthie D.M.L., 1993. Depth-dependent transformation of kaolinite to dickite in sandstones of the Norwegian continental shelf. Clay Minerals, Vol. 28, pp. 325–352.

20. Kossovskaya A.G., Shutov V.D., 1963. Facies of regional epi- and metagenesis. International Geology Review, Vol. 7, No. 7, pp. 1157–1167.

21. La Iglesia A., 1993. Pressure induced disorder in kaolinite. Clay Minerals, Vol. 28, pp. 311–319.

22. Leite F.L., Ziemath E.C., Oliveira Junior O.N., Herrmann P.S.P., 2005. Adhesion forces for mica and silicon oxide surfaces studied by atomic force spectroscopy (AFS). Microscopy and Microanalysis, Vol. 11, (Suppl. 3), pp. 130–133.

23. Peng Z., 2015. Effects of surface roughness and film thickness on the adhesion of a bio-inspired nanofilm. Bio-inspired studies on adhesion of a thin film on a rigid substrate, pp. 55–70.

24. Persson B.N.J., Tosatti E., Chem J., 2001. The effect of surface roughness on the adhesion of elastic solids. Journal of Chemical Physics, Vol. 115, Issue 12, pp. 5597–5610.

25. Range K.J., Range A., Weiss A., 1969. Fire-clay type kaolinite or fire-clay mineral. Experimental classification of kaolinite-halloysite minerals. Proc. Int. Clay Conf. Tokyo, 1969, pp. 3–13.

26. Ruiz Cruz M.D., Andreo B., 1996. Genesis and transformation of dickite in Permo-Triassic sediments (Betic Cordilleras). Clay Minerals, Vol. 31, Issue 2, Spain, pp. 133–152.

27. Stefani V.F., Conceição R.V., Balzaretti N.M., Carniel L.C., 2014. Stability of lanthanum-saturated montmorillonite under high pressure and high temperature conditions. Applied Clay Science, Vol. 102, pp. 51–59.

28. Sun D., Zhang L., Zhang B., Li J., 2015. Evaluation and prediction of the swelling pressures of gmz bentonites saturated with saline solution. Applied Clay Science, Vol. 105–106, pp. 207–216.

29. Fritzsche J., Peuker U.A., 2015. Wetting and adhesive forces on rough surfaces -- An experimental and theoretical study. Procedia Engineering Vol. 102, pp. 45–53.

30. 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.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Середин В.В., Медведева Н.А., Анюхина А.В., Андрианов А.В. ВЛИЯНИЕ СТРЕССОВОГО ДАВЛЕНИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ СВЯЗАННОЙ ВОДЫ В КАОЛИНОВОЙ ГЛИНЕ. Инженерная геология. 2018;13(6):36-46. https://doi.org/10.25296/1993-5056-2018-13-6-36-46

For citation: Seredin V.V., Medvedeva N.A., Anukhina A.V., Andrianov A.V. THE EFFECT OF STRESS PRESSURE ON THE FORMATION OF BOUND WATER IN KAOLIN CLAY. Engineering Geology World. 2018;13(6):36-46. (In Russ.) https://doi.org/10.25296/1993-5056-2018-13-6-36-46

Просмотров: 108

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)