Коллоидальная активность глин

Коллоидальная активность глин представляет собой отношение числа пластичности к процентному содержанию фракции <2 мк от веса высушенного образца. Таким образом, она характеризует отношение числа пластичности к содержанию глинистой фракции в глинистых породах.

В табл. 5-1 приведены активности многих глинистых минералов, насыщенных различными катионами. Активность монтмориллонитов колеблется в пределах 0,5—7; аттапульгитов — 0,57— 1,23; иллитов — 0,23—0,58; каолинитов — 0,01—0,41 и галлуазитов — 0,02—0,16. Активность хлоритовых глин, по-видимому, сходна с активностью каолинита или иллита, а активность аллофанов может быть как высокой, так и низкой. Аллофан из Новой Зеландии имеет активность более 3, а образцы аллофана из Японии — 0—2.

Скемптон (Skempton, 1953) приводит следующие величины коллоидальной активности различных глинистых минералов: натриевый монтмориллонит — 7,2; кальциевый монтмориллонит — 1,5; иллит — 0,9; каолинит — 0,33—0,45. Эти величины обычно больше приведенных Уайтом, поскольку Скемптон изучал природные глины, содержащие некоторое количество частиц крупнее 2 мк. Вероятно, частицы крупнее 2 мк также влияют на активность глин, хотя суммарно активность определяется относительно фракции менее 2 мк. Поэтому показатели активности природных глин и глинистых грунтов обычно выше тех, которые имели бы место в случае совершенно чистых глин с размером частиц <2 мк. Это особенно справедливо для глин, не содержащих монтмориллонита, в которых количество фракции меньше 2 мк очень невелико.

Как показали недавно Грим, Брэдли и Варгас, активность каолинитовой почвы, содержащей только 2% фракции менее 2 мк, равнялась 10 (фиг. 5-31). Показатель пластичности, в том виде как он был определен, означает, что при данном минеральном составе глинистой фракции число пластичности возрастает прямо пропорционально увеличению содержания глинистой фракции в образце. Такая закономерность, вероятно, совсем не характерна для глин с небольшим содержанием глинистой фракции. Иначе говоря, при высоком содержании неглинистых минералов нивелирующее влияние этих неглинистых минералов на пластичность пород уменьшается по мере того, как увеличивается их содержание.

В 1953 г. Скемптон предложил классифицировать глинистые породы по величине коллоидальной активности на три класса (активные, нормальные и неактивные), а несколько позднее среди этих классов он выделил пять групп пород:

Группа 1. Неактивные (активность меньше 0,5).

Группа 2. Неактивные (активность 0,5—0,75).

Группа 3. Нормальные (активность 0,75—1,25).

Группа 4. Активные (активность 1,25—2).

Группа 5. Активные (активность больше 2).

Обращаясь к данным, приведенным в табл. 5-1, можно видеть, что зависимость между составом глинистых минералов и классификацией Скемптона выражена лишь в самом общем виде. Этого и следовало ожидать, поскольку активность глинистых пород зависит еще от таких факторов, как размер частиц, наличие растворимых солей, органического вещества и ряда других. Каолиниты, галлуазиты, иллиты, хлориты и некоторые аллофаны попадают в класс неактивных материалов, обычно в первую группу. Некоторые немногие аттапульгиты и монтмориллониты входят во вторую группу. В третью группу попадают аттапульгиты, некоторые монтмориллониты, иллиты и хлорит-монтмориллонитовые смешаннослойные минералы. Монтмориллониты, содержащие различные обменные катионы, кроме натрия, можно отнести к четвертой группе, тогда как натриевые монтмориллониты попадают в пятую группу.

Можно полагать, что большей частью активные глины обычно имеют довольно высокую влагоемкосгь, сильно уплотняются под действием нагрузки, имеют высокую обменную емкость, вследствие чего их свойства в значительной степени зависят от состава обменных катионов. Кроме того, такие глины обычно характеризуются резко выраженной тиксотропностью, низкой проницаемостью, низким сопротивлением сдвигу, причем их прочность обусловлена главным образом силами сцепления частиц. Глины с очень низкой активностью обычно почти не обладают связностью, и их прочность обусловлена главным образом внутренним трением. Поэтому очень активные глинистые грунты связаны с множеством проблем инженерно-геологического характера. Это отнюдь не означает того, что неактивные глинистые породы не вызывают трудностей инженерно-геологического характера, что и будет показано в дальнейшем.