Система вода-глина
Здесь рассматривается только вода, которая может удерживаться глинами при относительно низких температурах и которая удаляется при нагревании до температуры 100—150° С. Воду, которая выделяется при таких температурах глинистыми минералами, можно подразделить на три категории: 1) воду в порах, на поверхности и вокруг краев отдельных частиц минералов, слагающих глинистые материалы; 2) межслоевую воду вермикулита, монтмориллонита и гидратированного галлуазита, которая располагается между элементарными силикатными слоями этих минералов, вызывая их набухание или расширение, и 3) воду сепиолит-аттапульгитовых минералов, которая находится внутри полостей между удлиненными элементарными структурными единицами. Для удаления воды первого типа требуются очень небольшие затраты энергии (достаточно сушки при температурах немного выше комнатной). Для полного удаления воды второго и третьего типа требуется определенная затрата энергии. При высушивании гидратированного галлуазита при комнатной температуре удаляется большая часть межслоевой воды, но для полного ее удаления необходимы более высокие температуры. Для полного удаления межслоевой воды вермикулитовых и монтмориллонитовых минералов необходимы температуры около 100°С. При увеличении температуры скорость удаления межслоевой воды возрастает. Реакция обезвоживания у галлуазита необратима, и обычно не удается вновь получить гидратированный минерал. Вермикулиты и монтмориллониты регидратируются с трудом в том случае, если они были полностью дегидратированы, и легко в том случае, когда между их элементарными слоями сохранились хотя бы следы воды. Вода, находящаяся в каналах сепиолит-аттапульгитовых минералов, выделяется при тех же температурах, что и межслоевая вода слоистых глинистых минералов. Вода легко входит в каналы снова только в том случае, если она была удалена при высушивании при низких температурах. Энергия, необходимая для дегидратации, и точные значения температур, при которых происходит эта дегидратация при дифференциальном термическом анализе, для различных групп глинистых минералов показаны на фиг. 3-12—3-16.
Лангмюир, Гольдшмидт и многие другие авторы собрали данные, показывающие, что вода, находящаяся непосредственно на поверхности глинистых минералов, по физическим свойствам отличается от обычной воды. Особенность этой необычной воды, отличающая ее от обычной воды, связана с относительно близким расположением ее от поверхностей глинистых частиц, порядка 3—10 молекулярных слоев воды, т. е. 8—28 А. Однако в некоторых случаях толщина этой пленки может быть больше и варьировать даже у одного глинистого минерала. Кроме того, переход от необычной воды к обычной может быть резким или постепенным в зависимости от природы глинистого минерала и характера ионов, адсорбированных на поверхности глинистых минералов.
Возможная толщина пленки необычной, или «нежидкой», воды относительно небольшая на неправильных поверхностях, вокруг края частиц глинистых минералов, и может быть относительно большой на плоских поверхностях глинистых минералов. Следовательно, вода в порах будет преимущественно жидкой, но с тонкой пленкой нежидкой воды на поверхности пор и в местах соприкосновения частиц глинистых минералов.
Об истинной природе этой нежидкой воды не существует общей точки зрения. Обычно принимается, что в воде, адсорбированной на поверхности глинистых минералов, существует некоторая упорядоченность. Хендрикс и Джефферсон предположили, что вода имеет конфигурацию, показанную на фиг. 2-12 и 2-13. Она возникает в результате ориентировки молекул воды структурными связями с кислородом или гидроксилом в базальной поверхности слоев элементарных ячеек глинистых минералов. Водный слой состоит из водных молекул, объединенных в гексагональные группы, образующие бесконечную гексагональную сетку. Частично такое расположение молекул воды обусловлено тетраэдрическим, распределением заряда около водной молекулы, причем два угла тетраэдра заняты атомами водорода, а два других — избыточными электронами. Каждая сторона этого гексагона должна соответствовать водородной связи, причем водород одной водной молекулы направлен прямо к отрицательному заряду соседней молекулы. Одна четвертая часть атомов водорода или водородные атомы половины водных молекул не участвуют в связях в пределах этой сетки водных молекул. Эта сетка связана с поверхностью глинистых минералов притяжением между водородными атомами, не участвующими в связях в пределах сетки водных молекул, и поверхностью кислородного слоя элементарных слоев глинистых минералов. В тех случаях, когда поверхность глинистых минералов содержит гидроксильные группы, часть этих гидроксилов свободна и может связываться водородными и кислородными атомами водного слоя. Эта сетка водных молекул имеет точно такие же параметры а и b, как и силикатные слоистые минералы, а если отделить атомы кислорода молекул воды, то в плане ее размеры, составляют около 3 А. Атомы кислорода располагаются, по-видимому, в одной плоскости, и при такой конфигурации осуществляется относительно свободная упаковка водных молекул; в этом случае на элементарную ячейку глинистых минералов приходятся четыре молекулы воды толщиной в один молекулярный слой вместо шести молекул, которые могли бы расположиться на той же площади при плотной упаковке. Стабильность такого слоя водных молекул является результатом геометрических взаимоотношений с атомами кислорода или гидроксильными группами силикатного каркаса.
В этой структуре, предложенной Хендриксом и Джефферсоном, плотность адсорбированной воды составляет менее единицы. В литературе приводились значения плотности этой воды больше и меньше единицы; точные измерения плотности, которые будут сделаны в дальнейшем, дадут возможность проверить правильность этой предполагаемой структуры адсорбированной воды.
Ионы, адсорбированные на поверхности глинистых минералов, могут влиять на адсорбированную воду несколькими путями: 1) эти ионы могут служить связью, удерживающей частицы глинистых минералов вместе или ограничивающей дистанцию, до которой они могут быть разделены; 2) эти адсорбированные ионы могут гидратироваться, т. е. приобретать оболочку водных молекул, которые могут взаимодействовать с соседними адсорбированными молекулами воды или влиять на их конфигурацию; 3). размер и геометрия этого адсорбированного иона будут оказывать влияние на способ, которым этот ион будет приспосабливаться к конфигурации адсорбированных водных молекул, и таким образом влиять на природу конфигурации адсорбированных водных молекул и степень, до которой эта конфигурация будет развиваться.
Дополнительные данные в отношении конфигурации водных молекул в адсорбированных слоях приводятся Гримом.
Источник
Строение системы «глина- вода».
Взаимодействие воды с сухой глиной начинается со смачивания ее поверхности. Процесс смачивания поверхности частиц протекает с выделением тепла и сопровождается уменьшением суммарного объема системы глина—вода, т. е. контракцией. Глина, замешанная с определенным количеством воды, образует глиняное тесто, обладающее связностью и пластичностью. При смачивании сухой глины ощущается характерный запах увлажняемой земли и выделение тепла. Молекулы воды (диполи) втягиваются между чешуйчатыми частицами каолинита и расклинивают их вызывая набухание глины. Поверхность глинистого зерна имеет отрицательный заряд, создающий вокруг частицы силовое поле, под воздействием которого дипольные молекулы воды притягиваются своими положительно заряженными концами к отрицательно заряженному зерну
Вода в адсорбционных слоях образует прочно связанную воду (адсорбционный слой), которая обладает особыми свойствами вследствие того, что находится в сжатом состоянии (давление достигает 300 МПа) под воздействием силового поля.
По мере удаления от поверхности глинистого зерна напряженность силового поля частицы уменьшается, интенсивность притяжения молекул воды частицей убывает. Молекулы воды, находящиеся под воздействием относительно слабого силового поля имеют некоторую свободу перемещения. Они уже не так прочно связаны с частицей и образуют диффузионный слой, в котором вода находится в рыхло связанном состоянии. Вода, находящаяся в промежутках между отдельными гидратированными частицами глины, называется свободной (или механически примешанной) водой. Именно такая вода разжижает глинистую суспензию. Перевод части воды из рыхло связанной воды (т.е. из диффузионного слоя глинистой частицы) в свободную воду позволяет улучшить формуемость пластических масс и текучесть глинистых суспензий без увеличения их влажности.
22. Набухание глин. Зависимость его от состава глин.
Под набухаемостью понимают способность глинистых пород увеличивать объем в процессе взаимодействия с водой или водными растворами. Процесс набухания сопровождается увеличением влажности, объема породы и возникновением давления набухания.
Набухаемость глинистых пород является их важным свойством.
Объясняя природу набухания глин, следует отметить, что этот процесс проходит в две стадии: первая стадия — адсорбционное или внутрикристаллическое набухание, вторая — макроскопическое или «осмотическое» набухание. На первой стадии глинистая порода впитывает влагу за счет адсорбции молекул воды поверхностью глинистых частиц и межслоевыми промежутками кристаллической решетки глинистых минералов. Эта стадия практически не влияет на изменение объема породы. На второй стадии набухания поглощение влаги осуществляется с помощью осмотического давления. Оно возникает вблизи поверхности глинистых частиц за счет избыточной концентрации многочисленных обменных катионов отдиссоциированных (отошедших) с поверхности глинистых частиц в раствор. Основное увеличение объема набухающей глины происходит именно на этой макроскопической стадии.
По величине давления набухания глинистые породы подразделяются на ненабухающие; слабонабухающие; средненабухающие (Pн = 0,1-0,25 МПа) и сильнонабухающие. Величина и характер набухания глинистых пород определяются многими факторами, основными из которых являются рассмотренные выше минеральный состав, дисперсность и структура. Наибольшим набуханием обладают глинистые породы, в составе которых имеются глинистые минералы с подвижной кристаллической структурой (например, монтмориллонит), наименьшим — минералы с более жесткой кристаллической структурой (каолинит).
Глинистые породы, обладающие преимущественной ориентацией структурных элементов, характеризуются ярко выраженной анизотропией набухания. Наибольшее набухание отмечается в направлении, перпендикулярном ориентации частиц. В ходе процесса набухания происходит существенная перестройка исходной микроструктуры глинистой породы.
Источник
О водоносных слоях
Существует несколько видов источников воды питающих колодцы. К основным относятся грунтовые воды. Про эти водоносные горизонты пойдёт речь.
Грунтовые воды, отличаются по химическому составу, ёмкости, скорости наполнения, надёжности и даже долговечности.
1. Верховодка — водоносный горизонт, скапливающийся близко к поверхности в пустотах почвы с водоупорным слоем в результате осадков или испарений. Летом иссыхает, а зимой замерзает. Верховодки часто загрязнены, отличаются повышенным содержанием железа или марганца. Такой источник мало кому подойдёт. Двигаемся дальше…
2. Капилярка – те же грунтовые воды, прошедшие через водоупорный слой. Качество воды немного лучше, так как пройдено намного больше почвенных слоёв, что даёт дополнительную фильтрацию. Понять, что это за «капилярка» можно во время строительства колодца. Вы увидите, если постараетесь, падающие со стен капли воды и сочащиеся ручейки.
Неплохой вариант для тех, кто экономит на всём, в том числе на воде. Дело в том, что жидкость, таким способом набирается долго. Если почва хорошо проводит влагу, то быстрее, ну а если сплошная глина, то здесь поможет терпение. По наблюдениям, на глине вода набирается по 20-30 сантиметров в сутки — это 150-200 литров. Даже для самого маленького хозяйства это вообще ничего. Ну а если приключилась засуха, то с таким колодцем останется только вызвать шамана с бубнами. Немного лучше, но всё равно не то. Читать не устали?) Тогда интересное впереди!
3. Вода на песке (плывуне) – то о чём вы мечтали! О бесконечном источнике чистой, мягкой, полезной воды! Но тут есть несколько маленьких неприятностей, которые не позволят в полной мере разгуляться душе дачника или фермера. Спокойно! Сейчас всё разъясню.
Вот копатели дошли до песка, вы видите, как из него пробивается на свет божий махонький такой (тут вынужден оговориться — бывает и очень мощный), но полный сил и уверенности родничок. Вы на волне безудержного счастья, томясь в предвкушении большей награды, кричите на рабочих — «Капайте дальше!». Но природа непреклонна. Рабочие бы с радостью заработать чуть больше, а пожить ещё хочется.
Да!, дальнейшие работы опасны, так как песок ненадёжная структура и подмываемый стремительно несущимися потоками, может унести с собой и рабочего вместе с кольцами в те края, куда не ступала нога человека. Но даже если вы наняли супермена и ему работа по плечу, то тут спешу вас постараться взглянуть на вещи рационально. Если вкопать дополнительные кольца, то рискуете перебить жилу и родничок зажурчит вам последний раз на прощанье.
Когда мы немного успокоимся и будем готовы продолжить беседу, я вам поведаю о том, что не так уж мало плюсов у такого источника. Несмотря на то, что заполняться водой, скорее всего, будет не больше одного или двух колец скорость наполнения будет колоссальной, что соответственно даёт не количественное, а качественное преимущество. Но в этом моменте спрятался ещё один коварный подвох.
В колодцах на плывуне часто намывает песок, который препятствует подъёму воды. Происходит это по разным причинам. Чтобы не уходить о т темы опишу одну самую распространённую. Многие не знают и даже не догадываются, что в колодце на плывуне будет намывать песок потоками проходящей воды. Я говорю сейчас, как про тех, кто заказал строительство колодца, так и про тех, кто его построил.
Чтобы плывун не мешал вам своей назойливостью, ему надо указать на его место. Делается это разными способами. Я кратко опишу, как делаем это мы и до нас многие поколения потомственных мастеров обслуживания колодезных сооружений. Смастерённый специальным способом осиновый щит (из дерева осины) кладётся поверх плывуна, тем самым блокирует его дальнейшие поползновения. Но плывун очень настырный товарищ и будет пытаться подвинуть или перевернуть щит. Но этот случай мы предусмотрели и загрузили поверх щита тяжёлые для плывуна камни или распорки. Теперь он не сможет скрыть от вас драгоценную воду.
А вы знали, что плывун это хранитель подземных вод?
Где плывун там вода чистая, живая, полезная. Как человек добирается до такой воды, то плывун тут как тут пытается спрятать под собой живой источник. Вот такую мифологию я сочиняю на ходу
Ну а теперь пришёл черёд рассказать про то, к чему собственно я и вёл это повествование. Про самый Желанный! Вечный! Животворящий! Тот самый источник ценнейшей воды, который трудно найти, но можно. Он появляется внезапно, когда его уже не ждёшь. Можно пройти и тридцать и сорок колец разнообразного грунта, прежде чем он от одного последнего удара лопатой стремительно побежит вверх, щекоча пятки испуганному копателю.
Практически неисчерпаемый он с лихвой окупит затраченные средства и терпение. Да, бывают досадные случаи, когда этот источник найти не удаётся. Причин тут может быть множество. От неправильного выбора места для строительства колодца до нехватки средств у заказчика. Здесь как в лотерею, если руководствоваться исключительно соседским опытом и мастерством копателей. Шанс найти тот источник возрастает, если вы сами основательно подготовитесь и соберёте как можно больше полезной информации.
Я же от себя рекомендую, прежде чем начать строительство колодца, на предварительно выбранном месте провести геологоразведку. Удовольствие не из дешёвых, но если средства позволяют, то вы существенно сэкономите себе и копателям нервы и время и возможно впустую потраченные деньги, если источника там не окажется.
Договариваться надо на строительство колодца до напорной воды или песчаника (в этом случае глубже копать нельзя). Естественно с указанием максимального количества колец. В противном случае, если вы договоритесь на допустим 15 колец, то копатели, выполнив этот объём и не наткнувшись на необходимый источник вправе закончить работы и потребовать оплаты. А ежели шахта в таком виде простоит сутки и более, то есть вероятность того , что грунт сцепит кольца и дальнейшие работы кольцами этого же диаметра практически будут не возможны. Останется вариант углублять ремонтными меньшего диаметра, а ими особо не накопаешь ввиду того, что пространство постоянно сужается и копателю внизу просто негде развернуться. Тут есть риск, что ремонтными кольцами до источника можно и не дойти. Поэтому планируйте и рассчитывайте заранее и максимально детализировано.
Ну и конечно же мы с радостью предложим наши услуги по углублению, строительству, чистке колодцев. А также сантехнические работы по загородному дому.
Не обещаю, что у нас дёшево, зато качественно и с душой! Обращайтесь!
Иван Покровский
Автор статьи и колодезный мастер нашей компании.
Возможно, материал будет полезен вашим знакомым. Поделитесь статьей в социальных сетях.
Источник
