Влияние электролитов.

Одним из свойств грунтовых коллоидов является способность их коагулировать, т. е. слипаться в хлопья при наличии в воде электролитов.

Электролитная коагуляция происходит под влиянием увеличения в растворе количества солей (электролитов), что также может быть в грунтах при испарении влаги, при замораживании и пр., снижая ξ-потенциал до некоторой критической величины.

Коагулируют ионы, обеспечивающие дегидратацию, зарядом, противоположным заряду коллоидных частиц, например, в глинистых коллоидах – катионы. Ионы же, заряженные одноимённо, являются пептизаторами, увеличивающими дисперсность системы частиц.

Для возникновения процесса коагуляции необходима некоторая минимальная концентрация электролита (для различных условий разная), называемая порогом коагуляции.

Существенную роль в формировании связности глинистых пород могут играть и коллоидные плёнки кремнекислоты, образующиеся на поверхности силикатных минералов (кварца, полевых шпатов, стёкол и пр.), особенно находящихся в высокодисперсном состоянии.

Экспериментальные исследования по физикохимии грунтов подтверждают наличие цементационного сцепления между коллоидными частицами, обусловленного плёнками тел кремневой кислоты, образовавшегося в результате гидролиза поверхностного слоя грунтовых частиц. Эти плёнки имеют важное значение, обуславливая начальную прочность скоагулированных частиц, нарушение которой (возникновение трещин в плёнках геля кремневой кислоты) делает возможным вторичное проявление адсорбционного эффекта Ребиндера, сопровождающегося расклинивающим действием тонких плёнок воды.

Рассмотренные явления играют существенную роль в формировании структуры и текстуры природных грунтов.

Структура, текстура и связность грунтов.

Основные понятия.

Под структурой грунтов подразумевают обусловленное характером внутренних связей закономерное расположение различных по крупности и форме минеральных частиц или отдельных агрегатов частиц, на которые грунты могут распадаться.

Структура природных грунтов является важнейшим фактором, определяющим свойства грунтов, как оснований и среды для возведения сооружений, так как она, в основном, определяет сопротивляемость и деформируемость грунтов под действием внешних сил.

При формировании структуры грунтов важное значение имеют электромолекулярные силы взаимодействия между минеральными частицами (часто зависит от химического состава частиц, их удельной поверхности и т. п.) и силы взаимодействия между частицами и водой, а также соотношение их с весом частиц. Свойства среды, в которой осаждаются частицы (пусть это воздух или вода, её засоленность), существенно влияют на структуру образующихся минеральных осадков.

При осаждении минеральных частиц в воде к ним присоединяется значительное количество молекул вод. Для минеральных частиц коллоидных размеров с большой активностью часто объём адсорбированной воды будет во много раз больше объёма минеральной частицы, что обуславливает чрезвычайную рыхлость некоторых глинистых осадков, когда из всего объёма грунта до 90% составляют поры, заполненные водой, и лишь около 10% - минеральные частицы.

Существенное значение при этом имеют как размеры, так и форма и состав минеральных осадков коллоидных размеров.

В формировании микроструктуры глинистых осадков большое значение имеет осмотический эффект, который обуславливает рыхлость осадков, так как при сближении гидратных оболочек на расстояние, меньшее, чем двойная толщина диффузного слоя, возникают силы отталкивания, уравновешивающие внешнее давление. Причём, чем больше будет сближение, тем силы отталкивания будут больше. Когда же сближение достигнет нескольких молекулярных слоёв, начинают преобладать силы непосредственного молекулярного взаимодействия между частицами, что способствует возникновению новых более значительных связей. Кроме того, частицы, осевшие под углом друг к другу, при незначительном расстоянии между ними под расклинивающим действием осмотических сил стремятся быть параллельными между собой, для чего при вязком сопротивлении требуется известный промежуток времени.

В формировании структуры глинистых коллоидов существенное значение имеет эффект седиментации, т. е. выпадение частиц в виде агрегатов со скоростью, зависящей от концентрации в воде электролитов.