黏粒的团聚作用

6.1.3　黏粒的团聚作用

土颗粒胶体的分散和相互凝聚决定于胶体颗粒之间的排斥作用能和吸引作用能的净能量，吸引作用能决定于范德华力，而排斥作用能则主要与胶体颗粒的表面电荷和表面电位有关。相距无限远的胶体颗粒互相趋近到给定间距时所做的功，即为在给定距离时的排斥能或排斥电势。排斥电势随胶体颗粒间距的增大呈指数下降。电场下的土胶体悬液，其胶粒间向电极一方移动，带反号电荷的离子向电极另一方向移动，固液界面的电位被称为动电电位。土颗粒胶体的离子交换作用与其动电性质有一定的关系。动电电位较高的胶体颗粒所吸附的离子，比动电电位较低的胶体颗粒所吸附的离子容易被置换出来。电位高时，胶体颗粒分散，动电电位降低到某种程度后，颗粒间开始絮凝，动电电位降低到某一数值后，絮凝加快，非专性絮凝仅决定于动电电位的大小，而与电解质无关。

土中胶体的聚结可降低土的比表面积及其表面自由能，从而降低土的吸湿能力，以此提高土的水稳性，许多加固土的方法常常是利用这种现象来达到其目的的。现实情况下，绝大部分黏粒都是相互团聚成粒径不同的团粒，微团粒是由黏粒直接凝聚而成，粗团粒则主要是由腐殖质或石灰物质、游离铁等作用而成。双电层悬液中离子价数和浓度的提高都将减小双电层的厚度，有利于黏粒的絮聚。常见的阳离子被吸附的难易程度，也就是彼此代换的难易顺序为: Al³⁺＞Ca²⁺＞Mg²⁺＞＞K⁺＞H⁺＞Na⁺＞Li⁺。因此，考虑在土中增加某些代换性的阳离子，使土粒发生团聚，以增强土的整体性和强度。土中多数吸附性阳离子以离子键与土胶体相连接;土中有机物质与矿物质胶体胶结成大团聚体则是在一定程度上通过极性键联结的;在土的有机质中吸附性氢离子则是以离子键或共价键联结的。

舒尔采与哈代的试验表明:①反离子的电价越高，其聚结能力越大;②几乎所有的电介质在浓度足够高时都可使溶胶聚结;③使溶胶聚结的电介质最小浓度值称为聚结值C。聚结值是电介质对溶胶聚结能力的量度，即聚结值越小，则电介质的聚结能力越大。起聚结作用的是反离子，而且反离子的电价越高，则C值越小。对于电价相同的离子，其水化程度越高，C值也越大。舒尔采－哈代法则为:C⁺∶C⁺⁺∶C⁺⁺⁺=(25～100)∶(0.5～2)∶(0.01～0.1)。

由此可见，有机离子显示出非常大的聚结能力。往土中掺加含有高电价离子的电介质是降低临界电位、引起胶体聚结的一种有效途径。将电介质加入到溶胶中，使胶粒的电动电位降到0.02～0.03 V时即可发生聚结，通常将这个电位称之为临界电位。

土团粒形成后可在某种作用下破坏，破坏团粒的因素可分为力学作用和水的作用。力学作用指人为的破坏、机械的碾压与振动、雨水的冲刷、生物活动的破坏，等等。水的作用主要在于土粒吸水后膨胀，加大土粒间的距离，直接降低相互吸引的范德华力，同时水分子是极性较强的分子，其极性如偶极子的性质，可使黏团和团粒中的代换性阳离子和胶粒表面离子重新水合，增厚胶粒双电层，以致减弱黏粒间的相互吸引的各种力。黏粒是亲水胶体，易于为水所分散，但在黏团或团粒表面包裹一层非亲水胶体的薄膜或凝胶，如蜡、树脂、脂肪、高分子胶等，可使土提高抗水防浸性能，增强团粒的稳定性。

黏土矿物主要由蒙脱石、伊利石、高岭石组成。对盐渍土而言，只是额外增加了氯化物。因此盐渍土的固化一方面要掺加石灰、水泥等胶结物质，使土团聚;另一方面也要掺加高分子材料SH固土剂，阻止固化盐渍土中的黏土矿物进一步水化，保持固化盐渍土的水稳性和耐久性。