膨胀土物质成分与结构

8.2.2　膨胀土物质成分与结构

1）矿物成分

矿物成分是组成膨胀土的主要物质基础。膨胀土的矿物成分包括碎屑成分与黏土矿物两类。碎屑成分主要有石英、长石、云母，其次为方解石、硬石膏；黏土矿物主要有蒙脱石、伊利石，其次为高岭石、多水高岭石、蛭石、绿泥石等。我国的膨胀土多以伊利石及伊利石—蒙脱石的混层矿物为主。

对于膨胀土而言，只要土中蒙脱石的含量超过5%时，就会对土的工程性质产生影响；若大于10%，土的膨胀潜势即有明显表现；若大于30%，则土的胀缩性及强度特性基本上全由蒙脱石控制。我国主要地区膨胀土中蒙脱石矿物有效含量，一般都大于10%，大多在18%～44%间。

2）化学成分

膨胀土的化学成分，主要有SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃；其次为MgO、CaO、K₂O和Na₂O，而TiO₂、MnO和P₂O₅等含量则甚少。其中SiO₂占化学总成分的50%以上，Al₂O₃一般在15%～25%，Fe₂O₃一般在4%～10%，而SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃三者之含量大多占化学总成分的73%～86%，占绝对优势。这与我国膨胀土大多以伊利石为主，一部分以蒙脱石为主的特点基本一致。

3）粒度成分

膨胀土的矿物成分、化学成分特点决定了膨胀土的粒度成分以黏粒为主，其次是粉粒。实验表明，我国膨胀土中小于0.005mm的黏粒含量，平均含量一般在50%以上，最低在30%以上；其次是0.05～0.005mm的粉粒含量，一般也在25%～50%之间。

4）交换阳离子与水溶盐

我国各种成因类型的膨胀土，其交换阳离子成分几乎都包括K＋、Ca2＋、Mg2＋等碱金属和碱土金属。大多以Ca^2＋为主，交换量大多为12.71～39.18毫克当量／100g土（每毫克当量Ca^2＋为0.020 04g，相当于1／2毫摩尔Ca^2＋质量），一般均占交换性盐总量的58%～81%。

此外，膨胀土中还有一定量的水溶性盐分，主要包括易溶性氯化物中的NaCl，硫酸盐中的Na₂SO₄和MgSO₄，重碳酸盐中的NaHCO₃和Ca（HCO₃）₂等。

5）结构特征

在膨胀土中普遍存在着蒙脱石、伊利石、高岭石等黏土矿物成分，这些矿物的颗粒大多为鳞片状或扁平状，彼此相互集聚形成叠聚体，构成膨胀土中活动性的基本结构单元。强膨胀土往往具有半定向排列特性的系统结构。