Черная глина свойства и применение


Черная глина. Свойства и применение

Чудодейственные свойства чёрной глины были замечены ещё в древнем Египте. Именно там найдены первые способы её применения. На сегодняшний день черная глина прекрасно зарекомендовала себя и успешно применяется как в косметологии, так и в народной медицине. Универсальность чёрной глины позволяет успешно ухаживать за лицом, волосами и телом.

Также она способна избавить вас от лишних килограммов. Чёрная глина состоит из богатого набора микроэлементов, которые не только помогают скорейшему сжиганию подкожного жира, но также приводят обмен веществ в нормальное состояние.

На вид черная глина представляет собой порошок тёмно-серого или чёрного цвета. На ощупь он немного жирной консистенции.

Свойства глины

Целебные свойства чёрной глины напрямую зависят от её состава. Из-за железа кожа насыщается кислородом. Ещё в её составе присутствуют такие полезные вещества, как кальций, стронций, магний, кремний.

Чёрная глина прекрасно питает кожный покров. Именно поэтому её рекомендуют для обезвоженной кожи. Помимо этого глина удаляет омертвевшие клеточки кожи, загрязнения и лишний жир, регенерация кожи повышается.

Она способствует улучшению цвета, а также тона кожи, подобно магниту вытягивает токсины из неё, сужает поры.

Показания к применению

Чёрная глина прекрасно подходит для расслабления мышц, улучшения циркуляции крови. С её помощью происходит лечение и профилактика неврозов и стрессов, ревматизма. Если вы хотите объявить борьбу прыщам и чёрным точкам, то в таком случае вам также поможет чёрная глина.

Она прекрасно спасёт вас при появлении проблем с излишним выпадением волос, избавит от перхоти. Помимо всего этого, этот чудодейственный препарат рекомендуют использовать для лечения гематом, а также стоит упомянуть, что глина помогает в борьбе с лишним весом.

Черная глина для лица

В борьбе с ранним старением чёрная глина просто незаменима. Она регенерирует клетки кожи и нормализует обменные процессы в каждой клеточке. Действие глины направлено на решение большого числа проблем с кожей и профилактики их появления.

Уже после первых процедур результат будет приятно радовать вас. Применяется чёрная глина для лица в виде масок. Для любой проблемы существует свой рецепт. Все они просты в исполнении.

Обычно маски из черной глины для лица делаются так: глину смешивают с водой в равных пропорциях. Полученную смесь наносят на лицо и ожидают необходимое количество времени, часто это 15-20 минут. После чего этот состав смывается водой.

Черная глина для тела

Для тела чёрная глина также широко применяется. В основном её используют для обертывания, с целью похудения и снятия стресса. Можно добавить в глину различные компоненты, которые усиливают эффект жиросжигания и делают процедуру ещё более приятной.

Например, корица или несколько капель эфирного масла подойдут для этой цели. После этой процедуры вы не только сожжёте лишнее, но и получите расслабляющий эффект.

Черная глина для волос

Если же у вас проблемы с волосами: выпадают, беспокоит перхоть, слишком жирные, то чёрная глина поможет вам и здесь. Делаются определённые маски в составе которых присутствует этот ингредиент. Например, в глину с водой можно добавить яичный желток.

Применение глины очень простое, а эффект при регулярном использовании дает хороший эффект.

Противопоказания

Важно отметить, что у чёрной глины есть противопоказания, из-за которых вы можете не только не добиться положительного результата, но и усугубить существующие проблемы. Поэтому стоит заранее ознакомиться с ними.

Перед применением стоит проконсультироваться с врачом, чтобы предотвратить все возможные нежелательные последствия именно для вас. Далее приведён небольшой список возможных противопоказаний:

  1. Сосудистая патология (купероз).
  2. Высокая температура.
  3. Грибковые заболевания кожи.
  4. Воспалительные процессы в организме.
  5. Наличие ссадин, открытых повреждений.
  6. Беременность.

Читайте также:

Глинистый минерал | рок | Britannica

Общие положения

Термин глина обычно применяется к (1) природному материалу с пластическими свойствами, (2) частицам очень мелкого размера, обычно таким, которые определены как частицы размером менее двух микрометров (7,9 × 10 -5 дюймов), и (3) очень мелкие минеральные фрагменты или частицы, состоящие в основном из водно-слоистых силикатов алюминия, хотя иногда они содержат магний и железо. Хотя в более широком смысле глинистые минералы могут включать в себя практически любой минерал с указанным выше размером частиц, приведенное здесь определение ограничено для представления силикатов с водным слоем и некоторых родственных упорядоченных алюмосиликатов ближнего радиуса, оба из которых встречаются либо исключительно, либо часто в очень мелких размерах.

Развитие методов рентгеновской дифракции в 1920-х годах и последующее усовершенствование микроскопических и термических процедур позволило исследователям установить, что глины состоят из нескольких групп кристаллических минералов. Введение электронно-микроскопических методов оказалось очень полезным при определении характерной формы и размера глинистых минералов. Более современные аналитические методы, такие как инфракрасная спектроскопия, нейтронографический анализ, мессбауэровская спектроскопия и ядерно-магнитно-резонансная спектроскопия, помогли расширить научные знания в области кристаллохимии этих минералов.

Глинистые минералы состоят в основном из кремнезема, глинозема или оксида магния или обоих, и воды, но железо в различной степени замещает алюминий и магний, и часто присутствуют значительные количества калия, натрия и кальция. Некоторые глинистые минералы могут быть выражены с использованием идеальных химических формул: 2SiO 2 · Al 2 O 3 · 2H 2 O (каолинит), 4SiO 2 · Al 2 O 3 · H 2 O (пирофиллит), 4SiO 2 · 3MgO · H 2 O (тальк) и 3SiO 2 · Al 2 O 3 · 5FeO · 4H 2 O (хамозит ).Соотношение SiO 2 в формуле является ключевым фактором, определяющим типы глинистых минералов. Эти минералы можно классифицировать на основе вариаций химического состава и строения атома на девять групп: (1) каолин-серпентин (каолинит, галлуазит, ящерит, хризотил), (2) пирофиллит-тальк, (3) слюда (иллит, глауконит, селадонит), (4) вермикулит, (5) смектит (монтмориллонит, нонтронит, сапонит), (6) хлорит (судоит, клинохлор, хамозит), (7) сепиолит-палигорскит, (8) глинистые минералы (например,например, ректорит, корренсит, тосудит) и (9) аллофан-имоголит. Информационные и структурные схемы для этих групп приведены ниже.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Каолинит получен из общеупотребительного названия каолин , который является искажением китайского гаолинга (пиньинь; романизация Уэйд-Джайлс Као-лин), что означает «высокий хребет», название холма недалеко от Цзиндэчжэнь, где произошло Минерал известен еще во 2 веке до нашей эры.Монтмориллонит и нонтронит названы в честь населенных пунктов Montmorillon и Nontron, соответственно, во Франции, где эти минералы были впервые зарегистрированы. Селадонит из французского , селадон (что означает серовато-желто-зеленый) в связи с его цветом. Поскольку сепиолит является легким и пористым материалом, его название основано на греческом слове «каракатица», кости которого похожи по своей природе. Название сапонит происходит от латинского сапон (имеется в виду мыло) из-за его внешнего вида и моющей способности.Вермикулит от латинского vermiculari («разводить червей») из-за его физической характеристики отшелушивания при нагревании, которое заставляет минерал демонстрировать впечатляющее изменение объема от мелких зерен до длинных червеобразных нитей. Baileychlore, brindleyite, corrensite, sudoite и tosudite являются примерами глинистых минералов, которые были названы в честь выдающихся глинистых минералогов - Стерджес В. Бейли, Джордж В. Бриндли, Карл В. Корренс и Тошио Судо соответственно.

Ральф Э.зловещий Хидэоми Кодама

Структура

Общие характеристики

Структура глинистых минералов была в значительной степени определена методами рентгеновской дифракции. Существенные особенности силикатов с водным слоем были обнаружены различными учеными, включая Шарля Могена, Линуса С. Полинга, В.В. Джексон, Дж. Уэст и Джон В. Грюнер в конце 1920-х - середине 1930-х годов. Эти признаки представляют собой непрерывные двумерные тетраэдрические листы состава Si 2 O 5 , с тетраэдрами SiO 4 (рис. 1), связанными разделением трех углов каждого тетраэдра с образованием гексагональной сетки (рис. 2А) ,Часто атомы кремния в тетраэдрах частично замещаются алюминием и, в меньшей степени, трехвалентным железом. Апикальный кислород в четвертом углу тетраэдров, который обычно направлен перпендикулярно к листу, образует часть смежного октаэдрического листа, в котором октаэдры связаны общими краями (рис. 3). Плоскость соединения между тетраэдрическими и октаэдрическими листами состоит из общих апикальных атомов кислорода тетраэдров и неразделенных гидроксилов, которые лежат в центре каждого гексагонального кольца тетраэдров и на том же уровне, что и общие апикальные атомы кислорода (рис. 4).Общими катионами, которые координируют октаэдрические листы, являются Al, Mg, Fe 3+ и Fe 2+ ; иногда Li, V, Cr, Mn, Ni, Cu и Zn замещают в значительных количествах. Если в октаэдрических листах находятся двухвалентные катионы ( M 2+ ), состав составляет M 2+ / 3 (OH) 2 O 4 и все октаэдры заняты. Если имеются трехвалентные катионы ( M 3+ ), состав составляет M 3+ / 2 (OH) 2 O 4 и две трети октаэдров заняты, с отсутствие третьего октаэдра.Первый тип октаэдрического листа называется триоктаэдрическим, а второй диоктаэдральным. Если все анионные группы являются гидроксильными ионами в композициях октаэдрических листов, результирующие листы могут быть выражены как M 2+ (OH) 2 и M 3+ (OH) 3 , соответственно. Такие листы, называемые листами гидроксида, встречаются отдельно, чередуясь с силикатными слоями в некоторых глинистых минералах. Брусит, Mg (OH) 2, и гиббсит, Al (OH) 3991414, являются типичными примерами минералов, имеющих сходную структуру.Существует два основных типа структурных «основ» глинистых минералов, называемых силикатными слоями. Единичный силикатный слой, сформированный путем выравнивания одного октаэдрического листа с одним тетраэдрическим листом, называется силикатным слоем 1: 1, и открытая поверхность октаэдрического листа состоит из гидроксилов. В другом типе единичный силикатный слой состоит из одного октаэдрического листа, расположенного между двумя тетраэдрическими листами, которые ориентированы в противоположных направлениях, и называется силикатным слоем 2: 1 (рис. 5). Эти конструктивные особенности, однако, ограничены идеализированными геометрическими схемами.

Реальные структуры глинистых минералов содержат существенные кристаллические деформации и искажения, которые производят неровности, такие как деформированные октаэдры и тетраэдры, а не многогранники с равносторонними гранями треугольника, дитриональная симметрия, измененная из симметрии идеальной гексагональной поверхности, и складчатые поверхности вместо плоских плоскостей, составленных по базальным атомам кислорода тетраэдрического листа. Одной из основных причин таких искажений является несоответствие размеров между тетраэдрическими и октаэдрическими листами.Если тетраэдрический лист содержит только кремний в катионном сайте и имеет идеальную гексагональную симметрию, то более длинный размер единицы в базисной плоскости составляет 9,15 Å, что лежит между соответствующими размерами 8,6 Å гиббсита и 9,4 Å брусита. Чтобы вписать тетраэдрический лист в размер октаэдрического листа, чередующиеся тетраэдры SiO 4 вращаются (до теоретического максимума 30 °) в противоположных направлениях, чтобы исказить идеальную гексагональную решетку в дважды треугольную (дитригональную) решетку (рис. 2B). ).Благодаря такому механизму искажения тетраэдрические и октаэдрические листы широкого спектра составов, возникающих в результате ионных замещений, могут связываться друг с другом и сохранять силикатные слои. Среди ионных замен те, которые между ионами отчетливо разных размеров, наиболее существенно влияют на геометрические конфигурации силикатных слоев.

Другая важная особенность слоистых силикатов, благодаря их сходству в структурах листов и гексагональной или почти шестиугольной симметрии, состоит в том, что структуры позволяют различными способами складывать атомные плоскости, листы и слои, что может быть объяснено такими кристаллографическими операциями, как перемещение или сдвиг и вращение, тем самым отличая их от полиморфов (например,г., алмаз-графит и кальцит-арагонит). Первый включает в себя одномерные вариации, но последний, как правило, трехмерные. Разнообразие структур, являющихся результатом различных последовательностей укладки фиксированного химического состава, называют политипами. Если такое разнообразие вызвано незначительными, но последовательными ионными заменами, их называют политипоидами.

.

Важность глины в геотехнике

1. Введение

Геотехника - это широкая дисциплина, состоящая из механики грунтов и фундаментостроения. Геотехническое проектирование также называют геотехническим проектированием или геомеханикой. Геотехнический инжиниринг рассматривает применение инженерной механики к проблемам грунтов и горных пород. Свойства, поведение и характеристики почв рассматриваются инженерной механикой. Впоследствии полученные данные обрабатываются и интерпретируются [1].Инженеры-геотехники учитывают оползни и землетрясения при планировании и проектировании конструкций зданий, дорог, насыпей и свалок. Инженеры-геотехники также изучают миллиарды лет геологической истории через почвы. Поэтому исследования неоднородной природы почв требуют решения сложных задач. Все типы инженерных сооружений, такие как жилые здания, служебные здания, мосты, плотины, дороги и аэропорты, расположены на земле или в земле. Как сказал Ричард в 1995 году, «его поддерживают почти все строительные площадки или камни.Не поддерживаются либо мухи, либо плавающие, либо падающие »[2]. Даже когда они хорошо спроектированы, безопасность инженерного сооружения не может быть обеспечена при недостаточной несущей способности, высоком потенциале разбухания / сжатия и оседании (сжатии) почвы. По этой причине геотехнические применения в почвах стали обязательными. Многие исследования были проведены в 1910-х годах из-за большого количества оползней и доков в Швеции. Рекомендации, полученные в результате этих исследований, в настоящее время применяются в качестве метода анализа оползней, известного как метод шведских ломтиков.С увеличением числа разрушений стен Скемптон представил расчеты в 1979 году [2]. Сегодня новейшие технологии, используемые в геотехнических почвах, проблематичны для транспортной мощи с ростом индустриализации и различных видов строительства.

Глядя на историю геотехники, Турция является важным местом. Карл фон Терзаги, основатель геотехнической инженерии или отец механиков грунтов, исследовал глину Галич в Турции и заложил основы геотехнической науки.В своих исследованиях богатой глиной земли, которой сегодня много, Терзаги удалось получить образцы глины с побережья Черного моря (Килиос) с помощью двух отважных студентов, которые пережили много трудностей, включая бандитов, и находясь в 20 км от Ближайшая автомагистраль. Глины в исследовании Терцаги в 1925 году пронумерованы II и IV в книге, которая называется «Механик Эрдбау». Эта книга принята как основополагающий документ современной механики грунтов. Математическая формулировка консолидации глины под постоянным давлением во времени была исследована в этой книге, и было обнаружено, что может быть аналогия между теплопроводностью и затуханием дополнительного давления воды в пустоте.Таким образом, «проблема консолидации глины» была решена во всех ее аспектах. В 1925 году результаты исследований Терцаги в Турции были опубликованы в книге издательства Franz Deutick в Вене «Основы механики почвы». Эта книга признана Всемирным обществом инженеров-строителей как основополагающий документ для современной наземной инженерии [3].

Первое здание, которое приходит на ум в связи с проблемами почвы, - это Пизанская башня. Его строительство началось в 1173 году и заняло примерно 200 лет с перерывами.Башня начала наклоняться во время строительства, и наклон продолжался после завершения строительства. В 1982 году высота холма составляла 58,4 м, а отклонение от вертикали на 5,6 м (рис. 1). Эта почвенная проблема объясняется заселением глинистой почвой до 11 м от поверхности [2]. Почва, представляющая интерес для геотехнического машиностроения, образуется в результате деградации горных пород. Этот процесс состоит из физического и химического выветривания. Глина в основном состоит из химически измененных и различных материалов коренной породы.Изменение содержания и структуры в результате физических, химических и биологических процессов, происходящих в породах, называется выветриванием. Физическое выветривание - это механическое разрушение горных пород в результате теплообмена и воздействия ледников, волн и ветра. Биологическое выветривание является результатом деятельности растений и животных в скале. Химическое выветривание вызвано эффектами окисления, восстановления, гидролиза, карбонизации и органических кислот в породах. В результате выветривания образуются все виды почв.При физическом выветривании образуются блоки из породы, гравия, песка и ила, а глинистые минералы - в результате химического выветривания [4]. В геотехнических инженерных практиках глина обычно рассматривается как проблемная почва. Когда эти почвы видны во время строительства дорожных дамб, стен навозной жижи, аэропортов и мусорных свалок, решение этих проблем становится еще более важным. Глины обычно имеют низкую прочность, высокую сжимаемость и большие объемные изменения. Из-за высокой пластичности, проницаемости, несущей способности и расчетных характеристик глины это материал, который был изучен и все еще изучается в геотехнической инженерии.В этом исследовании обсуждаются характеристики глины и отмечается ее важность в геотехнических инженерных практиках. Эта глава состоит из пяти основных разделов. В первом разделе представлена ​​важность глины в геотехнике. В разделе 2 определяется глина и обсуждаются ее свойства. Раздел 3 представляет использование глины в инженерно-геологических практиках. В разделе 4, предыдущие, соответствующие исследования суммированы. Наконец, в Разделе 5 тема глины суммируется и приводятся выводы из этой главы.

Рисунок 1.

Пизанская башня [2].

2. Определение и свойства глины

2.1. Определение глины

Глинистые минералы называются вторичными силикатами, потому что они образуются в результате выветривания первичных породообразующих минералов. Глинистые минералы встречаются с небольшими размерами частиц (<0,002 мм) и очень мелкозернистыми и имеют форму хлопьев; они отделены от песка, гравия и ила из-за отрицательной электрической нагрузки на края кристалла и положительной электрической нагрузки на поверхность.Глинистые минералы состоят из двух основных структур. Во-первых, кислород кремнезема образуется посредством связи ионов кремния с атомами кислорода со всех четырех сторон (тетраэдр). Во-вторых, формируется восьмиугольник с ионами алюминия и магния, координированный с восьми сторон кислородом и гидроксильными ионами (октаэдр). Все глинистые минералы сформированы из октаэдрических и тетраэдрических листов с определенными типами катионов, которые находятся в различных формах и связаны друг с другом в определенной системе. Изменения в структуре октаэдрических и тетраэдрических листов приводят к образованию различных глинистых минералов [4].Более распространенные глинистые минеральные группы включают каолинит, иллит и смектит (монтмориллонит). Каолинит состоит из пластин кремнезема и глинозема, и эти пластины очень прочно связаны, потому что каолиновая глина очень стабильна (рис. 2а). У Illite есть слои, сделанные из двух кремнеземных пластин и одной глиноземной пластины (рис. 2б) Однако иллит содержит ионы калия между каждым слоем; эта характеристика делает структуру глины сильнее, чем смектит. Смектит имеет слои, сделанные из двух кремнеземных пластин и одной глиноземной пластины.Поскольку между слоями существует очень слабая связь, большое количество воды может легко проникнуть в структуру (рис. 2в). Это событие вызывает набухание такой глины [5].

Рисунок 2.

Отображение структуры распространенных глинистых минералов.

2.2. Свойства глины

Некоторые свойства глины влияют на структуру почвы, которая определяет ее свойства, такие как прочность, гидравлическая проводимость, оседание и разбухание. Эти особенности включают изоморфное замещение и способность анионов и катионообменников на поверхности.Это событие называется изоморфным замещением, если октаэдрические или тетраэдрические позиции заменены другим атомом, обычно находящимся в другом месте. Удельная площадь поверхности - это свойство твердых тел, которое определяется как общая площадь поверхности материала на единицу массы. При отделении гидроксильных ионов от глиняной поверхности, что приводит к дефициту кристаллов в кристаллической головке, анионы впоследствии присоединяются к поверхности, а содержание органических молекул вызывает дисбаланс электрической нагрузки. Этот дисбаланс приводит к чрезвычайному сродству глины к воде и катионам в окружающей среде (Рисунок 3).Вода - это дипольная молекула, то есть она имеет один положительный и один отрицательный заряд. Поверхность глиняного кристалла электростатически удерживается на молекуле воды. Кроме того, вода удерживается в кристалле глины посредством водородных связей. Кроме того, отрицательно заряженные глиняные поверхности притягивают катионы в воде. Изменения катиона / аниона в глинистых минералах различны между глинистыми минералами. Следовательно, ожидается, что глина, которая притягивает больше молекул воды к поверхности, будет иметь большую пластичность, большее набухание / усадку и большее изменение объема в зависимости от нагрузки на нее.Таким образом, вода влияет на глинистые минералы. Например, содержание воды изменяет пределы консистенции, и это влияет на пластичность грунта. В конечном итоге изменение пластичности глины напрямую влияет на механическое поведение почвы. Исследования обычно принимают глины как полностью насыщенные в геотехнике. Поэтому на поведение глин влияют индивидуальные расположения глинистых частиц и содержание поровой воды. Поверхности глин заряжены отрицательно, и поэтому они имеют тенденцию адсорбировать положительно заряженные катионы в поровой воде.Таким образом, катионы на поверхности глинистой частицы, попадающей в воду, распространяются в жидкости. Это растекание называется двойным слоем. Вкратце, катионы распределены вокруг отрицательно заряженной поверхности глинистых частиц, с наибольшей плотностью вблизи поверхности и уменьшенной плотностью с увеличением расстояния от поверхности. Катионы образуют положительно заряженный слой, а двойной слой создается с отрицательно заряженной поверхностью частиц глины. Двойной слой влияет на расположение частиц глины, и, следовательно, физико-механические свойства почвы также влияют [6].Взаимодействие этих сил в значительной степени контролирует инженерное поведение почв. В то же время это взаимодействие приводит к образованию различных составов и поселений в почвенных плоскостях, которые определяются как структуры в глинистых почвах [4]. Температура окружающей среды, осадки, уровень грунтовых вод, а также pH и соленость играют важную роль в свойствах глины, а также в превращении породы в глину. Глина, полученная из одной и той же породы, может быть разной в разных условиях окружающей среды.

Рисунок 3.

Дисплей частиц глины и поверхностного заряда.

2.3. Структура глины и физико-химические свойства

Вокруг глины, которая сталкивается с жидкостью, существуют изменяющиеся на расстоянии двухтактные кривые. Если есть сила, поднимающая два глинистых минерала, частицы слипаются. Это называется флокуляцией. Если чистая сила тяга, частицы отделены друг от друга; это называется дисперсией. Ориентация частиц почвы варьируется между флокулированными и рассеянными (рис. 4).Силы между частицами важны для глины, потому что поведение глины зависит от геологической истории и структуры. Это различие в ориентации мелкозернистых почв влияет на инженерное поведение почвы. Геологический процесс в формировании почв в природе составляет расположение почв. По этой причине инженерно-геологические исследования интересуют физическое и механическое поведение почвосодержащих конструкций, а также прочность между структурой, текстурой и характеристиками почв.Существует много исследований влияния ориентации почвы на свойства почвы, такие как прочность, гидравлическая проводимость и разбухание-усадка относительно каждой частицы [7–12]. Ingles [7] исследовал почвенную ткань во время уплотнения. Из-за увеличения степени ориентации частиц общий объем пустот был уменьшен.

Рисунок 4.

Ориентация глинистых частиц.

Флокуляция увеличивается в зависимости от концентрации электролита, ионной валентности, температуры, уменьшающейся диэлектрической проницаемости, диаметра гидратированных ионов, значения pH и поверхностно-поглощенных ионов.Инженерные свойства почвы зависят от размера, формы, большой площади поверхности и отрицательного поверхностного заряда частиц глины. В 1925 году Терзаги предложил концепцию расположения глины. Он сказал, что глиняные минералы прилипают друг к другу в местах соприкосновения с силами, достаточно сильными, чтобы создать сотовую структуру. В 1932 году Касагранде показал, что эта сотовая форма представляет собой особую структуру в глинистосодержащих почвах, и эта структура может изменяться в зависимости от многих характеристик окружающей среды [4].Рисунок 5 показывает дальнейшее сжатие с прогрессом осаждения почвы. Позже другие исследователи также предложили модели тканей [13–17].

Рисунок 5.

Модель ткани Касагранде (1932 г.) [4].

Коллинз и Макгоун [17] определили расположение элементарных частиц, совокупности частиц и поровые пространства в модели ткани. Исследователи представили расположение элементарных частиц, одиночную глину, ил или песок, что показано на рис. 6а и б; групповой эффект глиняных пластин показан на рисунке 6c, а взаимодействие между илом и песком показано на рисунке 6d.Сборки частиц содержат одно или несколько расположений элементарных частиц или небольших кластеров частиц. Поровые пространства определяются с расстоянием между расположением элементарных частиц и сборками частиц. Беннет и Халберт [18] предположили, что структура почв в основном определяется физическим расположением частиц, которое достигается во время осаждения осадка физико-химическими условиями среды осадконакопления. Почвенные ткани описывают скопления, скопления образуются из других скоплений, а пространство между скоплениями и структура почв описывают ткань, содержание минералов и силы дезактивации.Кроме того, ткани почв иногда можно визуализировать под микроскопом. Структура почв может быть более тщательно исследована с помощью рентгеновского дифрактометра (XRD) и сканирующего электронного микроскопа (SEM).

Рисунок 6.

Расположение частиц глины [11]. а) расположение элементарных частиц глины; (б) расположение элементарных частиц песка и ила; (в) глиняные комплексы; (d) глинисто-песчаная композиция с глинистым покрытием; (е) не полностью определенная договоренность.

3. Роль глины в геотехнике

В исследованиях поведения почвы, в которых не учитываются физико-химические и микроструктурные свойства глинистых почв, может отсутствовать важная информация о физических и механических свойствах почвы.Это связано с тем, что большинство физико-механических свойств можно объяснить физико-химическими и микроструктурными свойствами почвы. В общем, глина является нежелательным материалом, потому что она создает значительные инженерные проблемы. В отличие от других минералов того же размера, глина образует грязь при смешивании с водой. Глина обладает пластичностью и может быть превращена в тесто, а после приготовления она превращается в твердое вещество с большим приростом прочности. Глина обычно показывает увеличение объема во влажном состоянии, а когда она высыхает, ее объем уменьшается, что создает много трещин.

3.1. Физическое и механическое поведение глины

В геотехнической инженерии важно идентифицировать тип глины, так как этот тип напрямую влияет на важные свойства глины, такие как пределы Аттерберга, гидравлическая проводимость, разбухание-усадка, оседание (сжатие) и сдвиг сопротивление. Пределы Аттерберга, известные как пределы согласованности, определяют взаимосвязь между частицами грунта и водой и состоянием почвы относительно меняющегося содержания воды. С увеличением содержания влаги глина переходит из твердого состояния в полутвердое, пластическое и жидкое состояние, что показано на рисунке 7.На рисунке 7 смесь глины и воды показывает общее уменьшение объема, которое эквивалентно объему воды, потерянной за пределами жидкости и пластика, по мере того, как глина переходит из жидкости в сушку, и если уменьшение содержания воды продолжается, нет наблюдается уменьшение объема. Это предельное значение называется пределом усадки. Следовательно, предел усадки - это содержание влаги, при котором объем почвы не будет уменьшаться дальше, если содержание влаги уменьшается. Пластичный предел - это содержание влаги, при котором почва изменяется от полутвердого до пластичного (гибкого) состояния.Предел жидкости - это влажность, при которой почва переходит из пластического в вязкое жидкое состояние [19]. В геотехническом машиностроении обычно используются пределы жидкости и пластика. Эти ограничения используются для классификации мелкозернистой почвы в соответствии с Единой системой классификации почв, системой AASHTO или TS1500 (Турция).

Рисунок 7.

Соотношение содержания воды в объеме почв.

3.1.1. Гидравлические свойства глины по проводимости

Вода является проблемой в инженерно-геологических разработках, таких как вода в пустотах в грунтовой массе, в порах или в давлении или напряжении, которое вода создает в порах.Глина играет важную роль в возникновении проблем с водой, особенно на мелких почвах, и эти проблемы включают проницаемость, сопротивление сдвигу, проблемы схватывания и разбухания. Кроме того, капиллярность, замораживание и инфильтрация могут быть дополнительными проблемами. Конструкции, построенные на основе глины и устойчивости склона, особенно проблематичны при воздействии воды. Дамбы и дамбы также вызывают разрушение конструкций без протечек и трубопроводов [4]. Следовательно, необходимо оценить количество подземного просачивания в различных гидравлических условиях, чтобы исследовать проблемы, связанные с откачкой воды для подземного строительства и для анализа устойчивости земляных дамб и удерживающих землю конструкций, на которые действуют силы просачивания [19].

Коэффициент гидравлической проводимости, обычно используемый в геотехническом машиностроении, также используется для проницаемости. Гидравлическая проводимость - это свойство, которое выражает то, как вода течет в почве. Почвы проницаемы благодаря наличию взаимосвязанных пустот, через которые вода может течь из точек высокой энергии в точки низкой энергии [4]. Вязкость жидкости, распределение пор по размерам, гранулометрический состав, соотношение пустот, шероховатость частиц и степень насыщения почвы влияют на гидравлическую проводимость почв.Глинистая почва содержит электрические ионы, поэтому гидравлическая проводимость глин влияет на концентрацию ионов и толщину слоев воды, удерживаемых глинистыми частицами. В таблице 1 приведены типичные значения для почв. Значение гидравлической проводимости почв определяет испытание на постоянный напор (для грубых почв) и испытание на падение при падении (для мелкозернистых почв) [19].

Тип почвы к (см / с)
Чистый гравий 100–1.0
Грубый песок 1.0–0.01
Мелкий песок 0.01–0.001
Глина глинистая 0.001–0.00001
Глина <0.000001

Таблица 1

Гидропроводность почв [19].

3.1.2. Поведение набухания-усадки глины

Влияние набухания-усадки на мелкозернистых почвах часто рассматривается как проблема в инженерно-геологических приложениях.Усадка в глинистых почвах эффективна для снижения прочности склона и несущей способности фундамента. Усадка обычно видна из-за испарения в сухом климате, сокращения грунтовых вод и внезапных засушливых периодов. Набухание видно из-за поднимающейся воды. Эти изменения объема вредны для тяжелых строительных и дорожных покрытий. Набухание происходит, когда давление накачивания превышает давление от покрытия или конструкции. Материальный ущерб от набухания-усадки почв более вероятен в Соединенных Штатах из-за повышенного давления воды, наводнений, тайфунов и землетрясений [4].

Джонс и Хольц [20] подсчитали, что из-за усыхающих и набухающих почв ежегодно наносится ущерб примерно 2,3 млрд. Долл. США небольшим зданиям и дорожным покрытиям в Соединенных Штатах. Эта сумма ущерба вдвое превышает сумму ущерба от наводнений, землетрясений и ураганов. Крон и Слоссон [21] подсчитали, что разбухающие почвы наносят около 7 миллиардов долларов в год. Согласно Холтсу и Харту [22], 60% из 250 000 вновь построенных домов подвергаются незначительному обширному повреждению почвы и 10% наносят значительный обширный ущерб почве каждый год в Соединенных Штатах.Кодуто [2] отметил, что из-за обширных почв за 6-летний период ущерб зданию составил 490 000 долларов. Ориентировочная годовая стоимость из-за значительных структурных повреждений, таких как трещины на подъездных дорогах, тротуарах и подвальных этажах, вздутия дорог и дорожных сооружений, осуждение зданий; а ущерб, нанесенный трубопроводам и другим коммунальным предприятиям в Колорадо, составляет 16 миллиардов долларов, согласно AMEC [23].

Давление набухания зависит от типа глинистого минерала, структуры почвы и ткани, емкости катионного обмена, pH, цементации и органических веществ.Любая связная почва может включать глинистые минералы, но монтмориллонитовые или бентонитовые глинистые минералы более активны в отношении набухания-усадки. Набухание рассчитывается путем экспериментов по набуханию с химическим и минералогическим анализом, индексами почвы и некоторыми эмпирическими формулами из классификации почв. Предел усадки определяется из лабораторного теста или приблизительного расчета, рекомендованного Casagrande. Свойства глины улучшаются с помощью химических добавок, таких как цемент, известь, известковая летучая зола, цементная летучая зола, хлорид кальция и так далее.[24].

Сооружения передают нагрузки в недра через свои фундаменты. Налагаемое напряжение от конструкции сжимает недра. Это сжатие массы почвы приводит к уменьшению объема массы, что приводит к оседанию конструкции, и это должно поддерживаться в допустимых пределах. Поэтому расчет (сжатие) следует оценивать до начала строительства. Поселение определяется как сжатие слоя почвы из-за строительства фундаментов или других нагрузок.Сжатие проявляется в деформации, перемещении частиц почвы и вытеснении воды или воздуха из пустых пространств. Как правило, осадки почвы под нагрузкой делятся на три категории: немедленное или упругое оседание, которое вызвано упругой деформацией сухих или влажных и насыщенных почв без изменения содержания влаги; урегулирование первичной консолидации, которое является результатом изменения объема в насыщенных связных почвах из-за вытеснения воды, занимающей пустые пространства; и вторичная консолидация урегулирования - изменение объема под постоянным эффективным напряжением из-за пластической корректировки почвенных тканей [19].Уплотнение консолидации видно, когда сооружение построено на насыщенной глине или уровень воды постоянно понижен. Одновременно происходит уплотнение уплотнения под его собственным весом или весом почв, которые существуют над глиной. Укрепление осадка глины занимает много времени, и причиной этого является низкая гидравлическая проводимость и медленный отвод глины. Заселение почвы определяется одномерным уплотнением (одометр) и гидравлическим уплотнением (Rowe).В экспериментах регистрируются вертикальные нагрузки и соотношения пустот. После этого соотношение между давлением и объемом пустот определяется по измеренным данным. Эти данные также полезны при определении коэффициента консолидации. Коэффициент консолидации определяется методом корня времени и методом log-t. На рисунке 8 показана взаимосвязь между соотношением пустот и напряжением для типичного теста одометра для консолидации.

Рисунок 8.

График типичного теста для теста на уплотнение с помощью одометра.

3.1.3. Характеристики прочности на сдвиг глины

Прочность на сдвиг грунтов является одним из важнейших аспектов геотехнической инженерии. Прочность почвы обеспечивает безопасность геотехнических сооружений. На несущую способность, устойчивость склона и несущую стенку оснований влияет прочность на сдвиг грунтов. Разрушение почв происходит в виде сдвига. Если напряжения в почве превышают прочность на сдвиг, происходит разрушение. Разрушение почвы при сдвиге зависит от взаимодействия между частицами почвы.Эти взаимодействия делятся на силу трения и прочность сцепления [2]. Когда глинистые почвы подвергаются сдвигу, изменение объема в дренажном сдвиге зависит от давления окружающей среды, а также от истории нагрузки почвы. Кроме того, нагрузка на глинистые почвы не позволяет воде выходить из пор, и, таким образом, это создает избыточное давление воды. Если нагрузка не вызывает сбой, избыточное давление воды уменьшается, происходит уплотнение и наблюдается изменение объема.Длительный процесс такого изменения объема в глинах обусловлен очень низкой гидравлической проводимостью. Определение прочности глины на сдвиг проводится путем прямого теста на сдвиг, теста на трехосное сжатие, теста на лопасти и стандартных испытаний на проникновение [4]. На рисунке 9 представлена ​​взаимосвязь между напряжением сдвига и нормальным напряжением для типичного теста на прочность на сдвиг и испытания на трехосное сжатие. После того, как огибающая разрушения нарисована, получаются когезия (с) и угол внутреннего трения (f).

Рисунок 9.

График типичного теста на прочность на сдвиг при испытании на трехосное сжатие.

3.2. Физико-химическое и микроструктурное поведение глины

Для определения физико-химических и микроструктурных свойств глинистых почв обычно используются рентгеновский дифрактометр (XRD) и сканирующий электронный микроскоп (SEM). Кроме того, для определения физико-химических свойств и структуры почв, pH-теста, электропроводности, катионообменной емкости, гелиевого пикнометра, ртутной интрузионной порометрии (MIP), анализа площади поверхности (SSA), Brunauer-Emmett-Teller ( BET), или аналогично, проводят дзета-потенциал и дисперсионный рентгеновский флуоресцентный тест и дифференциальный термический анализ (DTA).Значение pH указывает на степень присутствия ионов H + или OH-. Изменение рН влияет на почвенно-водные отношения. Низкий pH указывает на флоккуляцию, а высокий pH указывает на дисперсию. Электропроводность глины определяется ее ионным числом и типом. Емкость катионного обмена является мерой емкости изоморфного смещения. Изоморфное смещение - это когда другие ионы, равные или отличные от валентности ионов, остаются. Это изменение возникает из-за несбалансированного электрического заряда для каждого изменения.Чтобы предотвратить этот дисбаланс, катионы в окружающей среде входят в края глин и между блоками.

Рентгеновский дифрактометр (XRD) анализирует: минералогический состав почв является критическим из-за его значительного влияния на поведение почвы; На почвы влияют в первую очередь, особенно физические, химические и механические свойства глины и минерального состава. В геотехнике важно найти тип минералов, присутствующих в глине, а также их пропорции, чтобы понять механическое поведение.Рентгенограмма для типичной глины показана на рисунке 10. Рентгенограммы глины показывают минералогический состав монтмориллонита, анортита, кварца, кальцита и кремнезема.

Рисунок 10.

Кривая XRD для типичной глины.

Анализ ртутной порозиметрии (MIP): В геотехническом машиностроении распределение пор по размерам для глины существенно влияет на геотехническое поведение почвы. Распределение размеров пор для типичной глины из испытаний MIP показано на рисунке 11.На этом рисунке показана взаимосвязь между постепенным проникновением и диаметром пор.

Рисунок 11.

Распределение пор по размерам для типичной глины из испытаний MIP.

Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ): Микроструктура почв, особенно глин, наблюдается с использованием универсальной аналитической СЭМ с полевой эмиссией сверхвысокого разрешения. SEM обеспечивает высокий уровень увеличения. Образцы почвы, которые увеличены до 1000000 раз, позволяют оценить различия в поверхности путем визуализации структур поверхности.Изменения в микроструктурном развитии почв играют существенную роль в поведении почв. В частности, эти параметры могут привести к лучшему пониманию инженерных свойств уплотненных почв. СЭМ-изображения типичных глин представлены на рисунке 12. Таким образом, в образцах почвы наблюдаются флокулированные и дисперсные структуры.

Рисунок 12.

СЭМ-изображения типичной глины для различного увеличения (а. 1000 ×, б. 10 000 ×, с. 35 000 ×).

Анализ площади поверхности (SSA): На удельную площадь поверхности влияет распределение частиц по размерам, а также типы и количества различных глинистых минералов.На удельную поверхность влияют физико-химические свойства почв.

4. Предыдущие соответствующие исследования

Глинистые почвы важны при строительстве зданий, плотин, дорог, аэропортов, тротуаров и автомагистралей [25–34]. Почвенные проблемы, возникающие в геотехнике, должны быть решены. Благодаря своему двойному слою глина может впитывать воду в 10–500 раз больше собственного веса. Кроме того, считается, что это проблематичная почва, которая может образовывать осадки под нагрузкой, с набуханием или сжатием, когда она получает воду.Карми и соавт. [26] исследовали два тематических исследования плотин насыпи в Иране. Исследователи указали, что для больших плотин угол внутреннего трения играет более важную роль в анализе устойчивости, чем параметр когезии. Шабалар [28] исследовал различные мелкие содержания и их влияние на трехосное поведение крупного песка. Следовательно, высокая сжимаемость и другие глиноподобные свойства смесей объясняются характеристиками частиц (размером и формой). Shanyoug et al. [31] исследовали влияние мелкого содержимого на механическое поведение полностью разложившегося гранита во время динамического уплотнения цементации.Следовательно, исследователи указали, что эффективность уплотнения увеличивается с увеличением содержания мелких частиц.

Naik et al. [32] исследовали поселение институционального здания, расположенного в Южном Гоа, Индия. В этом здании появились трещины, когда конструкция достигла уровня балки. Некоторые фундаменты были расположены в неуплотненном заполненном грунте в соответствии со стандартным тестом на проникновение, и, таким образом, в фундаментах наблюдалось дифференциальное оседание. Dafalla [34] исследовал когезию и угол внутреннего трения для гранулированных почв, используя тест прямого сдвига для различного содержания глины и различного содержания влаги.Следовательно, исследователи наблюдали крутое падение как когезии, так и угла внутреннего трения во влажной глинисто-песчаной смеси, когда содержание глины было высоким. Кроме того, многие исследователи изучали геотехническое инженерное поведение глин и их микроструктуру [35–39]. Раджасекаран и соавт. [35] исследовали влияние извести и гидроксида натрия на микроканалы в двух морских глинах с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Эти исследователи предположили, что добавление извести и гидроксида натрия создало оптимальную пуццолановую реакцию.

Horpibulsuk et al. [36] исследовали развитие прочности и микроструктурные изменения стабилизированной илистой глины. SEM, анализ проникновения ртути и термогравитации для качественного и количественного анализа микроструктуры образца были проведены в этом исследовании. Исследователи предположили, что объем крупных пор увеличился из-за присутствия более крупных частиц за короткий период, тогда как объем мелких пор уменьшился из-за затвердевания гидратированного цемента.Некоторые исследования показали, что пределы Аттерберга и гранулометрический состав являются показателями минералогии почвы и определения многих свойств мелкозернистой почвы [37–38]. Одновременно пределы Аттерберга влияют на гранулометрический состав и минеральный состав. Например, увеличение площади поверхности наблюдается с увеличением пределов жидкости [37, 40–43]. Grabowska-Olszewska [44] исследовали связь между коллоидной активностью и удельной поверхностью модельных почв из смесей каолинита и бентонита.Исследователи отметили, что, когда доля глины увеличивается, общая площадь поверхности также увеличивается. Rahardjo et al. [45] исследовали индекс свойств и тесты инженерных свойств на остаточных почвах из двух основных геологических формаций в Сингапуре. Эти исследователи предположили, что на изменения индекса и технических свойств остаточных почв на разных глубинах в значительной степени влияли распределения размеров пор, которые варьируются в зависимости от степени выветривания.

Dananaj et al.[46] исследовали микроструктурное образование и геотехнические свойства Ca-бентонита и Na-бентонита с помощью XRD, химического анализа и сканирующей электронной микроскопии (SEM). Исследователи предположили, что различия в качестве бентонита и количестве смектита влияют на проницаемость. Димитрова и Янфул [47] изучили факторы, влияющие на прочность на сдвиг хвостохранилищ. Эти исследователи предположили, что добавление глины в хвостохранилище приведет к снижению силы трения, но величина этого уменьшения была больше, когда глина была бентонитом, и ниже, когда она была каолинитом.Для стабилизации глин обычно требуется песок, известь, цемент и зола в качестве добавок. Стабилизация почвы с использованием добавок является старейшим и наиболее распространенным методом улучшения почвы. Известные приложения датируются еще древнегреческим, египетским и римским временами [48]. В глинистых почвах песок предпочтительнее из-за простоты его применения и экономичности. Некоторые исследователи наблюдали глины со стабилизацией песка, чтобы исследовать механические и микроструктурные изменения почв [49–56].Другие исследователи использовали химические добавки (известь, цемент, зольную пыль и битум) для стабилизации глинистых почв [57–62]. Химическая стабилизация может быть наиболее экономичным и практичным методом стабилизации почвы, а также для проблемных почв в существующих структурах.

Аль-Мухтар и соавт. В работе [61] исследовано влияние стабилизаторов извести на геотехнические свойства высокопластичной глины с использованием микроскопических данных. Эти исследователи предположили, что обработка обширного поведения почвы в геотехнических свойствах была прежде всего из-за пуццолановой реакции.Аль-Мухтар и соавт. [62] исследовали потребление извести при 10% улучшении извести, каолинита, иллита, смектита-каолинита, смектита-иллита и смектита, используя рентгеноструктурные и термогравиметрические тесты. Эти исследователи предположили, что количество извести, потребляемой во время кратковременной реакции, варьируется от нуля для каолинита до максимума с натрий-смектитом. Khemissa и Mahamedi [63] исследовали улучшение со смесью различных соотношений цемента и извести на экспансивной чрезмерно консолидированной глине. Эти исследователи наблюдали увеличение прочности и долговечности почвы из-за реакции между почвой и добавочными материалами.При химической стабилизации происходят катионный обмен, флокуляция и агломерация, реакции карбонизации и пуццолановые реакции. Обрабатываемость почвы влияет на механизмы катионного обмена, флокуляции и агломерации, и, кроме того, несущая способность влияет на реакции карбонизации и пуццолановые реакции [64].

Кроме того, во многих случаях желательна глина из-за ее свойств, которые могут быть использованы для разработки инженерного геотехника. Глина обеспечивает непроницаемость в заливных плотинах, а отработанная глина на свалках обеспечивает эффективную поддержку в виде гелеобразной суспензии для необработанных почв при выемке грунта для удержания воды в пруду.Глина также становится связующим материалом, когда она присоединяется к определенному соотношению к крупнозернистым почвам.

5. Выводы

Геотехническое машиностроение является одной из важнейших частей любого вида строительства. Независимо от того, насколько хорошо спроектирована надстройка, нет смысла начинать строительство, если не учитываются грунтовые материалы. Как сказал Карл Терзаги в 1939 году, : «… В инженерной практике трудности с почвами возникают почти исключительно из-за самих почв, а из-за воды, содержащейся в их пустотах.На планете без воды не было бы необходимости в механике почвы. ”Недостаточно видеть только почву с поверхности, также необходимо определить, меняются ли классы почвы и грунтовые воды. Глина оказывает большое влияние на инженерное поведение почв. Глинистые почвы встречаются в природе. Осаждение, выветривание и стрессы во время геологических процессов гарантируют, что естественная структура отличается. В инженерно-геологических разработках, помимо определения осадочных, набухающих и прочностных свойств, минеральные свойства почвы, структура частиц и прочность должны быть известны при обнаружении глины.В этой главе были рассмотрены свойства глины, роль глины в геотехнической инженерии и геотехнических исследованиях глины. В этой главе были определены важность и преимущества определения свойств глины до строительства здания. Следовательно, показано, что глина обладает различными свойствами, и понятно, что некоторые почвы ведут себя по-разному. Эта глава содержит материал, взятый из разных источников, а также обзор литературы, и предоставит доступную информацию для инженеров-строителей и инженеров-геотехников относительно глины.

Silicon - Элемент информация, свойства и использует

Стенограмма:

Химия в ее элементе: кремний

(Promo)

Вы слушаете химию в ее элементе, представленном вам Chemistry World , журналом Королевского химического общества.

(окончание промо)

Меера Сентилингем

В качестве элемента этой недели мы входим в мир научной фантастики, чтобы исследовать жизнь в космическом пространстве.Вот Андреа Селла.

Андреа Селла

Когда мне было около 12 лет, мы с друзьями прошли этап чтения научной фантастики. Это были фантастические миры Исаака Азимова, Ларри Нивена и Роберта Хайнлайна, в которых участвовали невозможные приключения на таинственных планетах - успехи космической программы «Аполлон» в то время только помогли нам приостановить наше неверие. Одной из тем, которые я помню из этих историй, была идея о том, что инопланетные формы жизни, часто основанные на элементе кремния, изобиловали в других местах вселенной.Почему кремний? Ну, часто говорят, что элементы, расположенные близко друг к другу в периодической таблице, имеют схожие свойства, и поэтому, соблазнив вековую красную сельдь, что «углерод является элементом жизни», авторы выбрали элемент под ним, кремний.

Мне напомнили об этих чтениях пару недель назад, когда я пошел посмотреть выставку работ нескольких моих друзей. Названный «Каменная дыра», он состоял из потрясающих панорамных фотографий, сделанных с очень высоким разрешением в морских пещерах Корнуолла.Когда мы бродили по галерее, мне в голову пришла мысль. "Можно ли представить мир без кремния?" Неудивительно, что на каждой фотографии доминировали породы на основе кремния, и это было мощным напоминанием о том факте, что кремний является вторым наиболее распространенным элементом в земной коре, побежденным на первом месте кислородом, элементом, с которым он неизменно запутывался. ,

Силикатные породы - те, в которых кремний окружен тетраэдрически четырьмя атомами кислорода - существуют в Astoni

.

Смотрите также