Минералогический состав скелета грунта.

Весьма существенным фактором в оценке свойств твердых грун­товых частиц является их минералогический состав.

Так, один минералы (кварц, полевой шпат) менее активно взаимодействуют с водой, окружающей минеральные частицы, другие (монтморил­лонит) значительно сильнее, причем и характер взаимодействия их будет иным. Чем мельче частицы грунта, тем больше их удель­ная поверхность (на 1 см³ или на 1 г) и больше возникает цент­ров взаимодействия как с окружающей твердые частицы водой, так и в контактах самих твердых частиц. Например, частицы глинистого минерала каолина имеют удельную поверхность 10 м²/г, а монтмориллонита —800 м²/г, т.е. огромную поверхность, измеряемую сотнями квадратных метров в 1 г грунта, что несом­ненно сказывается и на свойствах природных грунтов, содержа­щих частицы монтмориллонита. Наличие в грунте частиц слюды (очень скользких, и массе ничтожно сопротивляющихся сдвигу) также существенно сказывается на физических свойствах такого вида грунтов, что и необходимо учитывать.

Минеральный состав является основной характеристикой твёрдых частиц Основные минералы в грунтах – полевые шпаты, характеризующиеся сравнительной прочностью (6), практически не растворимы в воде, входят в состав таких магматических пород как граниты, гнейсы. При выветривании пылевых шпатов образуются гидрослюды.

Слюда характерна для магматических пород, твёрдость 2-3, подвержены выветриванию.

Кальцит – твердость-3, входит в состав мрамора, известняка и других пород. Водорастворим, неустойчив к выветриванию.

Кварц – наиболее прочный из минералов, твердость-7, очень устойчив физически и химически.

Лимонит (бурый железняк) устойчив к выветриванию, твердость - 1-5.

Гипс характеризуется заметной растворимостью, неустойчив к выветриванию, твёрдость-2, слагает одноименные породы.

Глинистые минералы: — вторичные водные силикаты, алюмосиликаты и ферросиликаты, слагающие основную массу глин, аргиллитов и тонких (< 0,005 мм) фракций некоторых других осадочных пород. Наиболее распространённые представители - каолинит, монтмориллонит, бейделлит, галлуазит, иллит.

Глинистые минералы являются продуктом выветривания преимущественно алюмосиликатов и силикатов магматических и метаморфических горных пород на дневной поверхности. В процессе выветривания глинистые материалы испытывают стадийные преобразования структуры и химического состава в зависимости от изменения физико-химических условий среды выветривания и седиментации. Размеры частиц глинистых материалов в глинах большей частью не превышают 0,01 мм. По кристаллической структуре глинистые материалы относятся к слоистым или псевдослоистым силикатам.

Высокая удельная поверхность, изоморфные земещения, обилие сколов кристаллической решётки и нескомпенсированных зарядов придаёт глинистым минералам катионнообменную способность. Также они способны химически связывать воду.

В состав минералов входят слои, состоящие из кремнекислородных тетраэдров и алюмогидроксильных октаэдров, эти слои объединяются в элементарные пакеты, совокупность которых формирует частицу минерала. По набору слоёв в пакете различают несколько групп глинистых минералов:

· Группа каолинита (каолинит, галлуазит) c пакетом, состоящим из одного слоя октаэдров и одного слоя тетраэдров. Пакеты прочно связаны между собой и плотно прилегают друг к другу, в результате чего молекулы воды и катионы металлов не могут входить в межпакетное пространство и минерал не набухает в воде, а также обладает низкой ёмкостью катионного обмена (ЕКО).

· Группа монтмориллонита или группа смектитов (монтмориллонит, нонтронит, бейделлит и др.) с трёхслойным пакетом вида тетраэдр-октаэдр-тетраэдр. Связь между пакетами слаба, туда проникает вода, из-за чего минерал сильно набухает. Отличается высокой ЕКО (до 80-120 мг-экв на 100 г.).

· Группа гидрослюд (гидробиотит, гидромусковит (= иллит), вермикулит, браммалит) также с трёхслойным пакетом, но сильной связью между ними. Практически не поглощают воду и не набухают в ней. Отличаются высоким содержанием калия, поскольку его ионный радиус позволяет ему входить в пустоты структуры минерала.

· Группа хлорита с четырёхслойной набухающей структурой.

· Группа смешаннослойных минералов с чередованием пакетов различных типов. Носят названия вида иллит-монтмориллонит, вермикулит-хлорит и т.п., свойства сильно варьируют.

Состав органической части грунтов представлен торфом и гумусом. Торф представляет собой грубую полуразложившуюся массу растительных остатков, в которых можно различить исходный материал.