黏土水化的原因及影响黏土水化的因素

4.2.3　土的水化分散

黏土的水化是指黏土颗粒吸附水分子,黏土颗粒表面形成水化膜,黏土晶格层面间的距离增大,产生膨胀以致分散的过程。黏土水化的结果即形成泥浆。黏土的水化效果对黏土的造浆性能和土质地层孔壁的稳定有重大影响。

1)黏土水化的原因

黏土颗粒与水或含电解质、有机处理剂的水溶液接触时,黏土便产生水化膨胀,引起黏土水化膨胀的原因有:

（1)黏土表面直接吸附水分子

黏土颗粒与水接触时会直接吸附水分子,主要原因有:黏土颗粒表面有表面能,依热力学原理,黏土颗粒必然要吸附水分子和有机处理剂分子到自己的表面上来,以最大限度地降低其自由表面能;黏土颗粒因晶格置换等而带负电荷,水是极性分子,在静电引力的作用下,水分子会定向地浓集在黏土颗粒表面;黏土晶格中有氧及氢氧层,均可以与水分子形成氢键而吸附水分子。

（2)黏土吸附的阳离子的水化

黏土表面的扩散双电层中,紧密地束缚着许多阳离子,由于这些阳离子的水化而使黏土颗粒四周带来厚的水化膜。这是黏土颗粒通过吸附阳离子而间接地吸附水分子而水化。

2)影响黏土水化的因素

（1)黏土矿物本身的特性

黏土矿物因其晶格构造不同,水化膨胀能力有很大差别。蒙脱石黏土矿物,其晶胞两面都是氧层,层间连接是较弱的分子间力,水分子易沿着硅氧层面进入晶层间,使层间距离增大,引起黏土的体积膨胀。伊利石黏土矿物其晶体结构与蒙脱石矿物相同,但因层间有水化能力小的K+存在,K+镶嵌在黏土硅氧层的六角空穴中,将两硅氧层锁紧,水分子不易进入层间,使其不易水化膨胀。高岭石黏土矿物,因层间易形成氢键,晶胞间连接紧密,水分子不易进入,高岭石几乎无晶格置换现象,阳离子交换容量低,水化膨胀最差。

（2)交换性阳离子的种类

黏土吸附的交换性阳离子不同,形成的水化膜厚度也不相同,使得黏土水化膨胀程度也有差别。例如交换性阳离子为Na+的钠蒙脱石,水化时晶胞间距可达40Å,而交换性阳离子为