粘土水化测定方法
水泥的水化反应
水泥的水化反应
水泥的水化反应是最重要的水泥反应之一，它是建筑物建造过程中不可或缺的重要因素。
水泥是将石灰和粘土粉磨加热产生的铝硅酸盐物质，水泥吸收水后会发生一系列反应，使其形成水泥胶。
水泥水化反应包含几个不同的步骤，其中包括：首先，由石灰及粘土研制而成的水泥成分吸取水分中的液体，形成一种叫做熔融成分的悬浮液。
然后，水会破坏水泥中的某些成分，于是就会凝结，并且水泥胶的凝结反应就会开始发生。
随着水的部分吸收，水泥中的熔融成分会开始充满空间，形成水泥胶状物质，这就是所谓的干燥过程。
最后，随着更多的水被吸收，水泥胶会迅速胶结起来，其细微的部分会紧密把握在一起，产生一种可以压缩和裂缝的大块体积物质。
此外，水泥胶也可以与其他材料混合，如砂和碎石，形成一种类似混凝土的硬物质，用于建造房屋，会议厅和其他建筑物。
总之，水泥水化反应是一个复杂及多步骤的过程，有许多细微的不同，但它们都保证了水泥的特征，除了把水泥成型，它们的功效也是创造出坚硬，可持久的建筑物的基础。
粘土岩水化膨胀因素试验研究
粘土岩水化膨胀因素试验研究摘要：在石油天然气钻井、基础工程钻掘及其他遇到泥岩、页岩、粘土等地层钻进时，常常会造成井壁失稳、井眼缩径、坍塌和储层损害等，通常我们把这些现象和膨胀联系起来，而在含粘土矿物较高的软弱岩层中，受到不同程度破坏的现象更为突出。
粘土水化膨胀的评价方法主要是吸水量法和膨胀量法，本文以膨胀量法为主，在模擬地层温度和压力的环境下，对粘土岩水化膨胀的因素进行了试验。
试验表明，在一定条件下，升高温度，增大粘土岩的水化膨胀速度，最终的膨胀量却是相同的；随着压力的增大，膨胀量会趋于变小。
关键词：粘土岩；水化膨胀；温度；压力1 室内试验研究1.1主要设备和材料自由膨胀率试验仪、岩石粉碎仪、电子天平和温度计，其中试验仪需要满足零到一百八十摄氏度的控温范围标准，并且控温灵敏度是正负一摄氏度。
电热烘箱的控温范围要求在零到三百摄氏度之间，电子天平的精度是0.0000。
原材料选用的是粘土岩及地层水。
1.2实验步骤在进行实验的过程中，需要按照相关标准操作，首先就要将粘土岩打磨到100目以内，或采用尺寸为0.15mm标准的孔筛进行筛料，再将打磨烘干好的粘土岩粉末置于天平上，称取8g的粉末作为实验用料，并采用压力机进行五分钟的0.01pa加压，最后再将它放到膨胀试验仪中，加入地层水，并测定4h 的线性膨胀率。
2 水化膨胀影响因素实验2.1与温度关系的实验在进行温度对水化膨胀影响实验的过程中，需要在常压的环境下设定不同的温度条件，并随着时间变化进行观察，最终得出试验数据和结论。
在实验中将温度设置为从20到100摄氏度依次递增的范围内，并模拟出地层水的环境，将实验材料放置其中随着时间推移观察变化，从图示可以看出，温度条件下粘土岩水化分散膨胀率的变化是极其显著的，尤其是在实验初始阶段的1h之内，随着时间的增加而变化的，温度愈高膨胀率越明显，在整个实验的过程中是一直呈现上升状态的，其中位于2h的实验阶段趋于平衡，之后随着实验时间的延长，变化的速度逐渐减慢并趋于相同。
泥浆材料检测与应用：粘土的水化作用
➢扩散层
带电粘土颗粒周围分布着电荷数相等、溶剂化的反离子, 受粘土表面负电荷的吸引靠近粘土颗粒表面。由于反离子的 热运动，又有扩散到液相内的能力。固体表面上紧密地连接 着的部分反离子，就构成了吸附层,其余反离子带着其溶剂 化壳，扩散地分布到液相中，形成了扩散层。
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项目二 粘土胶体化学基础
任务三：
粘土颗粒遇水的作用
二、粘土的水化作用
ห้องสมุดไป่ตู้土的水化作用
知识点 01 粘土水化膨胀作用的机理 知识点 02 影响粘土水化的因素
项目二 粘土胶体化学基础
任务 03 粘土颗粒遇水的作用
知识点 1 粘土水化膨胀作用的机理
二、黏土的水化分散性
黏土的水化作用是指黏土颗粒吸附水 分子形成水化膜，使晶格层面间的距离增 大发生膨胀的作用。
粘土水化膨胀受表面水化力、渗透水化力和毛细管作用制约。
项目二 粘土胶体化学基础
任务 03 粘土颗粒遇水的作用
知识点 2 影响粘土水化的因素
粘土的阳离子交换容量及吸附的阳离子种类对粘土的胶 体活性影响很大。
蒙皂石的阳离子交换容量大，膨胀性也大，在低浓度下 就能形成稠的悬浮体，特别是钠蒙皂石，水化膨胀性更厉害； 而高岭石的阳离子交换容量很低，惰性比较强
（1）黏土水化膨胀作用的机理 黏土矿物的水分按其存在的状态可以分为结晶水、
吸附水和自由水。
➢结晶水——黏土矿物构造的一部分，高于300℃结晶被破坏 才能释放出来；
➢吸附水——具有极性的水分子被吸附到带电黏土颗粒表面， 在黏土周围形成水化膜，这部分水随黏土颗粒一起运动，也 称为束缚水；
➢自由水——存在于黏土颗粒孔道中，不受黏土束缚，可以 自由运动。
泥浆工艺原理复习资料
《泥浆工艺原理》复习资料第一章——钻井液概论1.钻井液：指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。
钻井液功用：（1）携带和悬浮岩屑（2）稳定井壁和平衡地层压力（3）冷却和润滑钻头、钻具（4）传递水动力。
2.密度（1）低密度活性固相（粘土）：2.2g cm-3 2.3g cm-3（2）低密度惰性固相（钻屑）：2.5 g cm-3 2.7 g cm-3(平均：=2.6g cm-3)（3）钻井液密度低密度：g cm-3中高密度：1.8 g cm-3 2.5g cm-3高密度：2.5g cm-3 3.0 g cm-3超高密度： 3.0 g cm-3（4）加重材料API重晶石：=4.2 g cm-3石灰石粉：2.7g cm-3 2.9 g cm-3铁矿粉：4.9 g cm-3 5.3 g cm-3钛铁矿粉：4.5 g cm-3 5.1 g cm-3方铅矿：7.4 g cm-37.7 g cm-3（5）无机处理剂纯碱：2.5 g cm-3烧碱:2.0—2.2 g cm-33.钻井液密度作用（1）稳定井壁，防井塌。
（2）实现近平衡钻井技术，减少压持效应，提高机械钻速。
（3）平衡地层压力，防止井喷、井漏和钻井液受地层流体污染。
（4）钻开油气层，合理选择钻井液密度，减少钻井液对产层的伤害。
4.实际应用中，大多数钻井液pH控制在8—11之间，维持一个较弱的碱性环境。
酚酞变色点：pH=8.3左右；甲基橙变色点：pH=4.3左右。
常温下：10%Na2CO3(aq) pH=11.1；Ca(OH)2(饱和aq) pH=12.1 ；10%NaOH(aq) pH=12.9；5. 钻井液组成①分散介质+分散相+化学处理剂②连续相+不连续相③液相+固相+化学处理剂6.钻井液含砂量：钻井液中不能通过200目筛的砂粒体积占钻井液体积的百分数。
一般砂含.【即粒径74的砂粒占钻井液总体积的百分数】第二章——粘土矿物和粘土胶体化学基础1.相：物质物理化学性质完全相同的均匀部分。
泥浆性能及其测试方法
泥浆性能及其测试方法泥浆的性能是泥浆的组成以及其各组分间相互物理化学作用的宏观反映.泥浆的主要性能有泥浆的比重和固相含量、泥浆的流变特性（粘度和切力）、泥浆的滤失性能（泥浆的失水量和泥饼厚度）、以及泥浆的含砂量、润滑性、胶体率和 pH 值等。
一、比重、固相含量与含砂量泥浆的比重是指泥浆的重量与同体积水的重量之比。
泥浆比重的大小主要取决于泥浆中固相的重量(造浆粘土重量和钻屑重量)。
泥浆的含砂量指泥浆中砂粒占的重量或体积百分数。
1. 地层压力的控制钻井中防止漏失，涌水和维持孔壁的稳定，重要的一点是要维持钻孔—地层间的物理力平衡。
而孔内静液柱压力的大小决定于孔内液柱的单位重量或比重以及垂直深度，即：（ 4-6 ）式中P s——静液柱压力， N ；γ——单位体积的重量或比重， Kg/m 3 ；H——液柱垂直高度， m 。
若把每单位高度（或深度）增加的压力值叫压力梯度。
用G s表示静液压力梯度，则：（ 4-7 ）因此静液柱压力梯度Gs决定于泥浆的比重，可以调节泥浆的比重使Gs与地层压力梯度Gp相适应以求得钻孔—地层间的物理力的平衡。
2. 对钻速的影响近年来进行的泥浆比重、固相含量对钻速影响的研究得出如下的结论：（1）随着泥浆比重的增加，钻速下降，特别是泥浆比重大于1.06~1.08时，钻速下降尤为明显。
（2）泥浆的比重相同，固相含量愈高则钻速愈低。
由此泥浆比重相同时，加重泥浆的钻速要比普通泥浆高，因为加重泥浆的固相含量低。
（3）泥浆的比重和固相含量相同，但固相的分散度不同，则固相颗粒分散得愈细的泥浆钻速愈低。
由此，不分散体系的泥浆其钻速要比分散体系的泥浆高，如图4-9所示。
甚至有些研究者得出小于1μm 的颗粒对钻速的影响比大于1μm颗粒的影响大12倍。
因此，为提高钻进效率，不仅应降低泥浆的比重和固相含量，而且应降低固相的分散度，即应采用不分散低固相泥浆。
3. 含砂量的影响泥浆中的无用固相（主要为岩屑）含量会给钻进造成很大的危害。
测定土含水量的方法
测定土含水量的方法测定土壤含水量的方法一、引言土壤含水量是指在土壤中所含的水分的量，是土壤变干或变湿的重要指标之一。
正确地测定土壤含水量可以帮助农民合理管理灌溉、施肥等农业生产活动，提高农作物的产量和质量。
本文将介绍几种常用的测定土壤含水量的方法。
二、重量法重量法是一种传统的测定土壤含水量的方法。
具体步骤如下：1. 准备一个干燥的土壤样品，并记录其质量。
2. 将土壤样品放入一个加热箱中加热，加热温度通常设定为105℃。
3. 加热一段时间后，取出土壤样品并立即将其放入一个密封容器中，以防止水分再次蒸发。
4. 将密封容器放入一个恒温器中，将温度调节为室温。
5. 定时取出密封容器并记录其质量，直到两次质量测量值相同为止。
6. 通过计算质量损失百分比，即可得到土壤样品中的含水量。
三、容积法容积法是另一种常用的测定土壤含水量的方法。
具体步骤如下：1. 准备一个干燥的土壤样品，并记录其体积。
2. 将土壤样品放入一个密封容器中，将容器装满。
在容器上方留出一定的空间以防止溢出。
3. 在容器中加入一定量的水，并充分混合土壤和水。
4. 等待一段时间，让土壤充分吸水。
5. 将容器放在一个有滤网的漏斗上，并打开底部的阀门，让多余的水分通过滤网流出。
6. 定期检查滤液是否不再有水流出，即可得到土壤样品中的含水量。
四、电阻法电阻法是一种基于土壤导电率与含水量相关的测定方法。
具体步骤如下：1. 准备一个干燥的土壤样品，并记录其质量。
2. 将土壤样品放入一个导电池中，并连接到一个电阻计上。
3. 测量土壤样品的电阻值，并记录下来。
4. 将一定量的水加入土壤样品中，并充分混合土壤和水。
5. 重复步骤3，再次测量土壤样品的电阻值，并记录下来。
6. 通过比较两次电阻值的差异，即可得到土壤样品中的含水量。
五、红外线法红外线法是一种利用红外线辐射与土壤中水分的关系测定土壤含水量的方法。
具体步骤如下：1. 准备一个干燥的土壤样品，并记录其体积。
粘土矿物鉴定与XRD判读
实验二 粘土矿物制片与x射线衍射图谱的判读一、实验目的土壤粘土矿物是土壤中带电荷粒子之间进行相互作用的主体。
其类型、数量及相互作用和化学表现影响矿质土壤的物理、化学性质。
本实验目的是学习掌握层状粘土矿物定向薄片的制片和x射线衍射分析测试技术及图谱的判读。
二、实验原理x射线衍射鉴定是基于一定波长的x射线在晶质矿物中的衍射，服从布拉格(Brag)定律，即2d = nλsin2θ，式中d 为矿物的层间距，n为整数，λ为波长，θ为入射角。
可根据不同结构矿物的不同衍射特点及其经化学处理后的变化，判读晶质矿物的类型。
三、试剂、仪器和器皿1．试剂：(1)1mol·L-1KCl溶液；(2)0.5mol·L-1MgC12溶液；(3)5％甘油溶液(体积比)；(4)2mol·L-1HCl溶液；(5)0.3mol·L-1柠檬酸钠溶液；(6)柠檬酸钠一重碳酸钠混合液：0．3mol·L-1柠檬酸钠与1mol·L-1重碳酸钠按20：2.5混合配制；2．仪器和器皿：(1)x射线衍射仪；(2)马福炉，水浴锅，离心机；(3)干燥器，5ml指形管，小玻片(3X4cm2)，一端带玻球的小玻棒。
四、实验步骤(一)粘粒定向薄片的制备方法1．镁饱和甘油定向片。
称50mg原胶于5ml指形管中，加柠檬酸钠一重碳酸钠混合液3ml和0.1g固体连二亚硫酸钠，在80℃水浴锅中加热15min(经常搅动)。
冷却，离心，弃去清液，以脱去样品中的游离铁(在其它处理方法中均需先进行此步骤)。
然后加0.5mol·L-1MgCl2溶液3ml，搅拌，洗净玻棒后离心，重复饱和二次，再加5％甘油溶液饱和一次。
离心，弃去清液后加lml蒸馏水搅匀，最后顺玻棒将悬液均匀地倾倒在放平的小玻片上，室温下风干后放入装有饱和Ca(N03)2溶液的干燥器，平衡一天，供衍射分析用。
2．钾饱和定向片。
按上法称样，脱铁后加lmol·L-1KCl溶液饱和处理三次。
粘土矿物的水化机理
04 粘土矿物水化与环境变化
CHAPTER
粘土矿物水化对气候变化的影响
总结词
粘土矿物水化对气候变化具有重要影响，主要表现在对地表反照率和蒸散发的影 响。
详细描述
粘土矿物水化后，地表反照率降低，吸收更多的太阳辐射，导致地表温度升高， 进而影响气候变化。同时，粘土矿物水化也增加了地表蒸散发，对气候变化产生 一定影响。
详细描述
粘土矿物是土壤中重要的无机胶体，其水化程度直接影响着 土壤对重金属和农药残留的吸附与解吸能力。粘土矿物水化 程度越高，对重金属和农药残留的吸附能力越强，有助于降 低土壤污染风险。
05 未来研究方向与展望
CHAPTER
深入研究粘土矿物水化机理
深入研究粘土矿物水化过程中的微观结构和化学反应机制，揭示水化机理的内在规 律。
粘土矿物水化对地下水的影响
总结词
粘土矿物水化对地下水的水质和水量 具有重要影响。
详细描述
粘土矿物水化后，土壤的渗透性降低， 导致地下水流速减缓，地下水更新周 期延长。同时，粘土矿物水化过程中 可能释放出一些污染物，对地下水水 质产生一定影响。
粘土矿物水化对土壤污染的影响
总结词
粘土矿物水化对土壤污染具有重要影响，主要表现在对土壤 重金属和农药残留的吸附与解吸作用。
粘土矿物的水化机理
目录
CONTENTS
• 粘土矿物概述 • 粘土矿物水化过程 • 粘土矿物水化与土壤改良 • 粘土矿物水化与环境变化 • 未来研究方向与展望
01 粘土矿物概述
CHAPTER
定义与分类
定义
粘土矿物是一种含铝、镁等元素 的高岭石族粘土状硅酸盐矿物， 具有层状结构。
粘土矿物的水化机理
粘土矿物的水化机理摘要粘土矿物作为一种重要的地球材料，具有广泛的应用价值。
其水化机理是研究粘土矿物水化过程中非常重要的一环，对于理解粘土矿物的性质和行为具有重要意义。
本文将深入探讨粘土矿物的水化机理，并通过Markdown文本格式详细介绍。
粘土矿物的概述粘土矿物是一类由层状结构组成的细颗粒矿物，主要由硅酸盐矿物组成。
其结构由两个硅酸盐层夹杂着一个或多个层状阳离子（通常是氢离子、镁离子或铝离子）而构成。
粘土矿物具有较大的比表面积和较强的吸附性能，因此在土壤科学、地质学和材料科学等领域具有广泛的应用。
粘土矿物的水化过程粘土矿物的水化是指粘土矿物与水或水溶液接触后发生的结构和性质的变化过程。
水化过程中，水分子会进入粘土矿物的层间隙，与层状阳离子发生相互作用，并引发粘土矿物结构的变化。
粘土矿物的水化过程可分为两个阶段：吸附水和结合水。
吸附水吸附水是指从粘土矿物表面吸附到层状阳离子表面的水分子。
这些水分子与粘土矿物表面形成氢键，并且与层状阳离子之间的距离较远。
吸附水的存在使得粘土矿物具有一定的吸附性能，可以吸附和释放溶液中的离子和分子。
结合水结合水是指从吸附水中挤压出来的水分子，它们与粘土矿物中的层状阳离子形成氢键，并且与层状阳离子之间的距离较近。
结合水的存在导致粘土矿物的层间距离增加，从而使得粘土矿物的体积膨胀。
结合水的含量和性质决定了粘土矿物的性质和行为。
水化反应水化是通过粘土矿物的吸附水和结合水与其他溶液中的离子和分子发生反应而进行的。
这些反应可以引发粘土矿物结构的变化，如层间阳离子的置换、粘土矿物层间的离子交换等。
水化反应还可以导致粘土矿物中部分晶体结构的解理和变形。
粘土矿物的水化机理粘土矿物的水化机理主要包括两个方面：吸附机理和结合机理。
吸附机理粘土矿物的吸附机理涉及到水分子与粘土矿物表面相互作用的过程。
水分子与粘土矿物表面的氢键作用一般分为两类，即吸附到氧上的吸附水和吸附到铝或镁上的吸附水。
吸附到氧上的吸附水与层状阳离子之间的相互作用较弱，容易释放。
2017-3-粘土或坯料可塑性的测定
粘土或坯料可塑性的测定-可塑性指标法一．目的和意义目的：1.了解粘土或坯料的可塑性指标对生产的指导意义。
2.了解影响粘土可塑性指标的因素。
3.掌握粘土或坯料可塑性指标的测定原理及测定方法。
意义：可塑性指标是利用一定大小的泥料，测定其在受力情况下所产生的应变，以对粘土或坯料的可塑性进行初步评价，对陶瓷的成型和干燥性能进行分析。
二．基本原理可塑性是指具有一定细度和分散度的粘土或配合料，加适量水调和均匀，成为含水率一定的塑性泥料，在外力作用下能获得任意形状而不产生裂缝或破坏，并在外力作用停止后仍能保持该形状的能力。
1.试样-圆球: 圆球Φ30 mm可塑性指标以一定大小的泥球在受力情况下所产生的应变与应力的乘积来表示：S = ( D - h )· PS —可塑性指标(厘米·公斤)；D —泥球在试验前的直径（厘米）；h —泥球受压后产生裂缝时的高度 (厘米)；p —泥球出现裂纹时的负荷 (公斤)。
可塑性与调和水量，亦即与颗粒周围形成的水化膜厚度有一定的关系。
一定厚度的水化膜会使颗粒相互联系，形成连续结构，加大附着力；水膜又能降低颗料间的内摩擦力，使质点能相互沿着表面滑动而易于塑造成各种形状，从而增加了可塑性。
但加入水量过多又会产生流动，失去塑性；加入水量过少，则连续水膜破裂，内摩擦力增加，塑性变坏，甚至在不大的压力下就呈松散状态。
高可塑性粘土的可塑性指标大于 3.6 ；中可塑性粘土可塑性指标为 2.5 -3.6 ；低可塑性粘土的可塑性指标低于 2.4 。
2.试样-圆柱体：圆柱体Φ28×38 mm（1）可塑性指标的计算：R=A ·F 10/F 50式中A 为常数，对于Φ28×38 mm 的试样，此值为1.80（压缩50%和10%截面积比），F10、F50分别为试样压缩10％和50％时所承受的压力。
（2）每个样品测量2次，取平均值。
三．实验器材KS-B 微电脑可塑性测定仪，粗天平，量筒，卡尺，调泥皿，调泥刀。
粘土的水化膨胀作用
特点：
这是短距离范围内的粘土与水的相互作用
这个作用进行到粘土层间有四个水分子层的厚度，其厚度约为10Ǻ（1nm）
在粘土的层面上，此时作用的力有层间分子的范德华引力、层面带负电和层间阳离子之间的静电引力、水分子与层面的吸附能量（水化能），其中以水化能最大
水化膨胀力可达2000～4000大气压
②渗透水化（Osmotic Hydration）——扩散双电层理论（粘土胶体化学最重要的理论之一）
力B：黏土单元晶层—层间阳离子—黏土单元晶层之间的静电力
A<B——黏土只发生晶格膨胀（如钙土）；A>B——黏土发生渗透膨胀，形成扩散双电层（如钠土）
③水溶液中电解质的浓度和有机处理剂含量
水溶液中电解质浓度增加，因离子水化与粘土水化争夺水分子，使粘土直连吸附水分子的能力降低
其次阳离子数目增多，挤压扩散层，使粘土的水化膜减薄。总起来是使粘土的水化膨胀作用减弱
粘土的水化膨胀作用
1、定义
水化膨胀：粘土吸水后体积增大的性质
膨胀性是衡量粘土亲水性的指标，亲水性越强，吸水量越大，水化膨胀越厉害
2、粘土矿物的水份
粘土矿物的水分按其存在的状态可以分为结晶水、吸附水和自由水三种类型。
①结晶水
存在方式：这种水是粘土矿物晶体构造的一部分
运动方式：只有温度高于300度以上时，结晶受到破坏，这部分水来释放出来
水分子易沿着硅氧层面进入晶层间，使层间距离增大，引起粘土的体积膨胀
伊利石粘土矿物（2:1），晶体结构与蒙脱石矿物相同，但层间有水化能力小的K+存在，K+镶嵌在粘土硅氧层的六角空穴中，把两硅氧层锁紧，晶格置换现象少
水不易进入层间，粘土不易水化膨胀
土壤含水量测定方法小结
土壤含水量测定方法小结
1.散射法
散射法是一种快速测定土壤含水量的方法。
这种方法利用微波或可见光在土壤中发生散射的原理来测定土壤含水量。
散射法可以通过无线射频或红外线相机来实现，这种方法测定的速度快、操作简便，但准确性相对较低。
2.干燥重法
干燥重法是一种常用的土壤含水量测定方法。
该方法先将土壤样品取出后，在称重器中测定其重量，然后将土壤样品放入干燥箱中进行烘干，再称重，得到土壤干燥后的重量。
通过比较干燥前后的重量差异，即可计算出土壤的含水量。
3.容重法
容重法是一种通过测量土壤的容重和体积来计算土壤含水量的方法。
容重是指土壤的干燥质量和土壤体积的比值，可以通过取样后进行称重和体积测量来计算得出。
然后，通过测定土壤的干燥重量和湿重量，可以计算出土壤的容重和含水量。
4.滴定法
滴定法是一种根据土壤中的水分对滴定剂的反应来测定土壤含水量的方法。
这种方法需要取一定质量的土壤样品，加入滴定剂进行滴定，根据滴定结束时滴定剂的消耗量来计算土壤中的水分含量。
滴定法适用范围较窄，但准确性较高，可用于测定土壤中的可供植物利用的水分。
5.电导法
电导法是一种根据土壤中水分含量和电导率之间的关系来测定土壤水
分含量的方法。
该方法通过在土壤中施加电流，然后测量土壤对电流的阻抗，从而根据电阻和电导的关系计算出土壤中的水分含量。
以上是关于土壤含水量测定方法的小结。
每种方法都有其适用范围和
优缺点，在实际应用中需要根据具体情况选择合适的方法进行测定。
同时，对于准确性要求较高的需求，可以采取多种方法结合的方式进行测定。
5.4-黏土—水系统胶体化学汇总
B、粘土负电荷还可以由吸附在粘土表面的 腐植质离解而产生
黏土表面常吸附一些腐殖质，腐殖质 的羧基产生离解，解离出H+而产生负电荷。 羧基上的H+解离出来以后，羧基就变成带 负电的离子团。
随pH值改变，碱性环境有利于H＋离 解产生更多负电荷
2、两性电荷
粘土颗粒在一定条件下也可以带正电 荷。棱边为层状结构的断裂处，棱边上存 在的活性破键(悬键)在不同的介质中接受 或释放质子(H＋)而带电荷
4 d/D
其中ζ为动电电位，σ为表面电荷 密度，d为双电层厚度，D为介质介电常 数
四、黏土—水系统的胶体性质
流变学是研究外力作用下物体流 动及变形的科学
本节仅介绍流变学中最基本的知 识－－流体流型
（一）理想流体：
当在物体上施加剪切应力τ时，物体开 始流动，流体产生的剪切速度梯度（D＝ dv/dx）与剪切应力成正比：
Na＋ Na＋
Na＋
1.7nm
0.88nm
4nm
Na＋ Na＋
Na蒙脱石：晶格膨胀、晶层分离
❖因此，为了提高粘土（如膨 润土）的水化性能，一般需 将其水化，使钙膨润土变为 钠膨润土
（二）粘土胶体的电动电位
固体与液体接触，除了润湿、铺展和 吸附外，还可呈现出带电现象，使固液 界面出现特殊的双电层结构。
5.4-黏土—水系统胶体化学汇总
一、黏土的荷电性
＋
水 沙层
一段时间后，
正极管：粘土微粒透过 细沙层逐渐上升，水变 浑浊，水层逐渐下降；
负极管：水不浑浊，但 水面逐渐上升。
实验结果：粘土颗粒带 电，在外电场作用下向 正极移动。
土粒 湿粘土
水
――1809年卢斯(Luse)发现
粘土的结构与性能的研究实验报告
一．实验名称：
粘土的结构与性能研究
二．实验目的：
1、巩固层状硅酸盐矿物的晶体结构知识； 2、观察并熟悉粘土胶粒的电泳现象，即用宏观电泳仪测定粘土胶体的电泳速度并计算其 Zeta 电位，进行电解质对 Zeta 电位影响的实验； 3、掌握测定粘土阳离子交换容量的方法； 4、通过实验增强材料结构与性能之间关系的理解。
四．实验原理：
一般将高岭石、 蒙脱石、 伊利石、 蛭石等归结为粘土类矿物， 为层状结构的硅酸盐矿物。 其矿物粒度极细， 一般在 0.1~10 m 范围内， 具有较高的比表面积， 如高岭石约为 20 m2/g，
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蒙脱石约为 100 m2/g， 因而表现出一系列的表面化学性质， 如荷电性、 离子的吸附与交换、 电动电位以及诸如流变、触变、可塑等粘土－水系统的胶体性质。 （一）粘土的结构 粘土为典型的层状结构， 它是硅氧四面体在二维平面内通过三个共用氧连接而延伸成一 个硅氧四面体层，硅氧层中（图 1），处于同一平面的三个氧离子都被硅离子共用而形成一 个无限延伸的六节环层，这三个氧为桥氧。另一个顶 角向上的氧（自由氧），与硅氧层以 3+ 2+ 2+ 3+ 外的阳离子如 Al 、 Mg 、Fe 、Fe 等相连，形成 Al-O、Mg-O 等八面体。自由氧在空间 排列形成六边形网络，因此 Al-O、Mg-O 八面体也连成六边形网络。八面体之间以共棱方式 22相 连，当八面体中的 O 只被两个阳离子共用时，形成二 八面体，当八面体中的 O 被三个 阳离子共用时，则形成三八面体。但不论是二八面体还是三八面体，在形 成六边形网络时 24+ 2+ 总有一些 O 离子不能被 Si 离子所共 用，O 离子多余的一价由 H 离子来平衡，这就是在层 状硅酸盐晶体的化学组成中为什么都有(OH) 离子存在的原因。由此可知，层状硅酸盐晶体 结构中的基本 图 1 硅氧四面体层结构 单元是硅氧四面体层和含有氢氧的铝氧和镁氧八面 体层。 硅氧四面体层和铝氧或镁氧八面体层的连接方式有两种，一种是 1:1 型层状结构，即 由一层四面体层和一层八面体层相连，另一种是 2:1 型层状结构，即由两层四面体层夹一 层八 面体层，（图 2）。层与层之间以微弱的分子键或 OH 离子产生的氢键来联系，所以 层之间可以有水分子存在，某些阳离子也可以以水化阳离子的形式进入层间。
粘土或坯料的可塑性测定.ppt
三、仪器设备
华式平衡锥（包括流变性限度仪全套附 件）；可塑性测定仪及印制泥球试样的双 和模；天平，感量0.01克；调泥皿、调泥 刀、保湿器、小瓷皿、干燥器、烘箱 （105～110℃，恒温）；毛玻璃板等。
图1-1 华氏平衡锥装图 (流限仪) 1-圆锥仪(呈30º尖) 2-螺丝 3- 半圆形钢丝 4- 金属圆柱 5-土样杯 6-玻璃板 7-木质 台
一、 目的和意义
1. 了解粘土或坯料的可塑性指标和可塑性 指数对生产的指导意义。 2. 熟悉影响粘土可塑性指标和可塑性指数 的因素。 3. 掌握粘土或坯料的可塑性指标和可塑性 指数的测定原理及测定方法。
二、实验原理
原理：粘土可塑性与调和水在颗粒周围形成 的水膜厚度有一定的关系。一定厚度的水化膜会 使颗粒相互联系，形成连续结构，加大附着力。 水膜还能降低颗粒间的内摩擦力，使质点能沿着 表面相互滑动，从而产生可塑性而易于塑造各种 形状。 但加入水量过多则会产生流动而失去可塑性。 而加入水量过少则连续水膜破裂，内摩擦增加， 质点难于滑动，甚至不能滑动而失去可塑性。 由此可见，液体和粘土矿物结构是粘土具有 可塑性的必要条件，而适量的液体（水）则是另 一个重要条件和充足条件。
塑限的测定方法
①称100克通过0.5和均匀，陈腐 24 小时备用，或直接取用经真空练泥机的坯泥和塑 性指标法测定剩余的软泥，取小块泥料在毛玻璃 板上，用手掌轻轻地滚搓成直径 3mm的泥条，若泥 条没有断裂现象，可用手将泥条搓成一团反复揉 捏，以减少含水量，然后再按上法滚搓，直至泥 条搓成直径为3mm左右而自然断裂成长度为10mm左 右时则表示达到塑限水分。 ②迅速将5～10克搓断泥条装入预先称量恒重的称量 瓶中，称重后放入烘箱内于 105 ～ 110 ℃下烘干至 恒重，冷却至室温后再称重（准确至0.01克）。 ③为了检查滚搓至直径 3mm断裂成长度为 10mm左右 的泥条是否达到塑性限度，可将断裂的泥条进行 捏练，此时应不能再捏成泥团，而是呈松散状。
粘土水化分散与泥浆体系稳定原理
粘土水化分散与泥浆体系稳定原理一、土的水化分散粘土的水化是指粘土颗粒吸附水分子，粘土颗粒表面形成水化膜，粘土晶格层面间的距离增大，产生膨胀以至分散的过程。
粘土水化的结果即形成泥浆。
粘土的水化效果对粘土的造浆性能和土质地层孔壁的稳定有重大影响。
（一）粘土水化的原因粘土颗粒与水或含电解质、有机处理剂的水溶液接触时，粘土便产生水化膨胀，引起粘土水化膨胀的原因有：1. 粘土表面直接吸附水分子粘土颗粒与水接触时，由于以下原因而直接吸附水分子：（1）粘土颗粒表面有表面能，依热力学原理粘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；（2）粘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粘土颗粒表面；（3）粘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. 粘土吸附的阳离子的水化粘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粘土颗粒四周带来厚的水化膜。
这是粘土颗粒通过吸附阳离子而间接地吸附水分子而水化。
（二）影响粘土水化的因素1. 粘土矿物本身的特性粘土矿物因其晶格构造不同，水化膨胀能力也有很大差别。
蒙脱石粘土矿物，其晶胞两面都是氧层，层间联结是较弱的分子间力，水分子易沿着硅氧层面进入晶层间，使层间距离增大，引起粘土的体积膨胀。
伊利石粘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+镶嵌在粘土硅氧层的六角空穴中，把两硅氧层锁紧，故水不易进入层间，粘土不易水化膨胀。
高岭石粘土矿物，因层间易形成氢键，晶胞间联结紧密，水分子不易进入，故膨胀性小。
同时伊利石晶格置换现象少，高岭石几乎无晶格置换现象，阳离子交换容量低，也使粘土的水化膨胀差。
2. 交换性阳离子的种类粘土吸附的交换性阳离子不同，形成的水化膜厚度也不相同，即粘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40 A，而交换性阳离子为Ca2+的钙蒙脱石，水化时晶胞间距只有17 A。
膨润土的检测方法【精华合集】1
目录膨润土试验方法 (1)膨润土常用指标的测定方法（一） (21)膨润土常用指标的检测方法 (30)（一）主要试剂和材料 (30)（二）操作步骤 (31)（三）讨论 (32)膨润土试验方法1 主题内容与适用范围本标准规定了膨润土水分、吸蓝量、粒度、膨胀容、吸水率、湿态抗压强度、热湿拉强度、悬浮体性能、滤失量、交换性金属阳离子的测定方法。
本标准适用于机械铸造、铁矿球团和钻井泥浆用膨润土的测定。
2 测定方法2.1 水分测定方法2.1.1 方法提要已知质量的试样在一定温度下干燥后，失去游离水分的质量与原质量之比。
2.1.2 主要仪器a. 烘箱：温度控制在105～110℃；b. 天平：感量为0.01g。
2.1.3 试验步骤称取约10g试样，置于已恒重的称量瓶中，准确至0.01g。
放入105～110℃的烘箱中干燥约3h，然后移至干燥器中冷却至室温称量。
再放入烘箱中干燥30min，用同样方法冷却、称量，如此反复操作直至两次称量相差不大于0.03g即为恒重。
2.1.4 结果计算水分按(1)式计算m0-m1W0=---------×100 (1)m0式中：W0——水分的百分含量，%；m0——干燥前试样质量，g；m1——干燥后试样质量，g。
2.1.5 允许差同一试样应进行平行测定，两次测定结果之差不应超过0.5%，否则应重新测定以不超差的两次测定结果的算术平均值做为最终测定结果，取小数后1位。
2.2 吸蓝量测定方法2.2.1 方法提要用次甲基蓝的水溶液滴定膨润土的水溶液，发生阳离子交换反应，当饱和时，溶液中存在的多余的次甲基蓝在中性定量滤纸上会出现浅绿色晕环。
2.2.2 主要试剂和材料a. 次甲基蓝标准溶液［c(0.005 0C16H18N3SCl)］：将次甲基蓝在93±3℃温度下烘4h，冷却至室温后称取1.599 5g于烧杯中，加水使其完全溶解(可微热)。
移入1L 棕色容量瓶中，稀释至刻度摇匀；b. 焦磷酸钠溶液(1%)：称取10g焦磷酸钠于烧杯中，加水使其完全溶解，移入1L容量瓶中，稀释至刻度摇匀；c. 中速定量滤纸；d. 天平：感量为0.000 1g。
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粘土水化测定方法摘要：由于粘土矿物具有水合活化中心而吸附结合水，结合水是控制形成粘性土稠度、塑性、分散膨胀、收缩等物理化学性质及强度、变形等力学性质的重要因素之一，强烈地牵制着涉及粘土矿物行业的发展。
定量测定粘土表面结合水和弄清粘土水合机制，是合理有效地预测粘土矿物与水结合后所出现的物理一化学过程、控制和利用水合粘土特殊物理化学性质、力学性质的基础理论研究。
它涉及粘土矿物学、水化学、表面化学、土质学、土力学、土壤学等诸多方面，属于多学科交叉的基础理论研究。
在测定粘土吸水时，大多都不是从物理机理上进行分析和解决，而是采用标定法来解决，且大量的田间标定又很困难，标定结果出现误差。
通过对吸附水的测定确定粘土的水化程度以及区分粘土水化的类型。
关键词：粘土；结合水；水化；活化；测定方法1.前言水在粘土中的存在形式主要包括强结合水、弱结合水、毛细管水及重力水四种。
(1)强结合水：又称吸湿水。
吸湿水利用分子的吸附力吸附在岩土颗粒的周围并且形成一层极薄的水膜, 这层水膜是紧附于颗粒表面结合最牢固的一层水, 在强压下,其密度接近普通水的两倍,具有极大粘滞性和弹性,可完全不受重力作用,抗剪切, 抗传递静水压力, 最高吸附力可达10MPa。
(2)弱结合水：弱结合水的吸附力则相对较小,它处于吸着水之外,厚度则大于吸着水,又称弱薄膜水。
弱薄膜水在外界的压力下可变形,但同样不受重力的影响,在颗粒水膜之间可作较为缓慢的移动,具有一定的张力及弹性, 同样也不能传递净水压力。
（3）毛细管水：是指在通过毛细管作用保持在岩土毛细管空隙中地下水, 这种地下水的存在方式在岩土中很常见, 对岩土的水理性质影响也是非常大的, 毛细管水存在的不同形式具体又细分为：孤立毛细管水、悬挂毛细管水、真正毛细管水。
同样, 不同毛细管水存在形式的不同对岩土的水理性质的影响程度也不同。
(4)重力水：就是指在重力作用的影响下, 在岩土的孔隙、裂缝中自由流动的水,也就是人们常说的狭义“地下水”。
与结合水有着相反的差异, 重力水不具有任何弹性及粘滞性,且不受任何分子力的影响,不能抗剪切, 也不具有抗传递静水压力的特性。
由于一些天然及认为因素的影响,重力水在岩土中的活动相当活跃, 这就对岩土的水理性质（软化性、崩解性、透水性、胀缩性、给水性）产生非常大的影响。
对土壤含水量的测定可以反映作物对水的需要情况，对农业生产有很重要的指导意义。
对土壤水分测定的方法研究有着非常重要的作用。
目前，土壤水分测定方法多种多样：烘干法、中子仪法、γ射线透射法、电磁波法、电阻法、电容法、光电法、土壤水分传感器法等等。
其中烘干法、中子仪法、γ射线透射法、电磁波法、土壤水分传感器法已被广泛应用，而电阻法、电容法、光电法目前还未见大量地使用。
下面简单介绍一下这几种方法。
烘干法：取土样放入烘箱，烘至恒重。
此时土壤水分中的自由态水以水蒸气形式全部散失掉。
再称重量，从而获得土壤水分含量。
中子仪法：将中子源埋入待测土壤中，中子源不断发射快中子，快中子进入土壤介质与各种原子离子相碰撞，快中子损失能量，从而使其慢化。
当快中子与氢原子碰撞时，损失能量最大，更易于慢化，慢中子云密度与氢元素含量呈正比。
土壤中水分含量越高，氢就越多，使得慢中子云密度就越大，从而可以由慢中子云密度得到相应的土壤水分含量。
γ射线透射法：γ射线透射法利用放射源137Cs放射出γ线，用探头接收γ射线透过土体后的能量，与土壤水分含量换算得到。
γ射线法与中子仪法有许多相似的优点，如快速、准确，不破坏土壤结构，能连续定点监测，且γ射线比中子仪的垂直分辨率更高。
电磁波法：利用电磁波在土壤介质中传播时，其传导常数如速度的衰减取决于土壤的性质，特别是土壤中含水量和电导率。
用一对平行棒或金属线作为导体，土壤作为电介质，一对棒起波导管的作用，电磁波信号在土壤中以平面波传导，经传输线一端返到TDR接收器，分析传导速度和振幅变化，根据速度与介电常数的关系、介电常数与体积含水量之间的函数关系而得出土壤含水量。
土壤水分传感器法：分为两大类：一是直接显示方式，一是二次传感方式。
二次传感显示型，是将直接显示型传感器中的压力读数换算成水分含量。
将U型管水银指示部分换成以压阻传感器为二次传感的数字化土壤水分测量装置，即可实现数字化，直接显示传感器土壤吸力值的大小；还可运用于土壤水势的遥测。
2.水化水类型测定方法粘土水化的类型主要有表面水化和渗透水化两种，表面水化是指粘土表面水分子吸收作用引起的，其主要驱动力为表面水化能；渗透水化是指某些粘土在完成了表面水化和离子水化周围形成水化壳。
它们的测定的方法如下：2.1 表面水化水测定方法（1）测定原理：前苏联学者A．H库里契茨基测定了用不同阳离子饱和的多种粘土矿物的吸附等温线，还根据在不同相对湿度下粘土矿物的吸水量和比表面积计算了吸附水层假定厚度，并对样品进行了X射线衍射分析。
分析了大量实验结果后认为，粘土矿物的吸附水在相对湿度(P／P0)约为0．88 时有质的变化，井将这一相对湿度作为区分表面水化水和渗透水化水的特征湿度。
以下表面水化水的测定就是以此为基础的。
(2)测定方法：采用水汽吸附法测定表面水化水的量，实验步骤如下①配制K2CrO4。
饱和溶液，盛于干燥器中②将称量瓶洗净编号，在105℃下烘干直至恒重(W1)。
③在称量瓶中装入2—3g岩样(在200℃下烘干至恒重)，称量岩祥和瓶重(W2)，准确至O.001g。
④将装有样品的称量瓶置于盛有K2CrO4饱和溶液的干燥器中，打开瓶盖，在20℃下让样品吸水，吸水达平衡(一般需7d)后称重(W3)⑤倒出样品，将洗净的称量瓶放回干燥器中，恒重3 d后称重(W4)。
⑥岩样吸附的表面水化水按下式计算：2.2 渗透水化水测定方法(1)测定原理：泥页岩的膨胀不仅表现为泥页岩样品宏观体积的增加，而且还应包含向样品粒间孔隙空间的膨胀，因此膨胀水量应包含使样品宏观体积增大的水量和向粒间孔眩膨胀的水量，样品孔欧中的水有一部分没有参与膨胀，即 V tin=V0+V1+V2；式中V tin为样品嘭胀终了体积V0为样品中颗粒体积(不包含孔隙体积)，V0 =样品质量／颗粒密度；V1为膨胀液体的量(即膨胀水量)；V2为膨胀终了时充满样品孔欧但未参与膨胀的水量。
大量实验结果表明,相同质量的同一样品在不同压实度(即孔眩体积不同)下具有不同初始体积和膨胀终了体积，两者呈线性关系。
即V tin=a+bV ini 。
那么，理论上不含孔隙时样品的膨胀终了体积(V tin 0)为V tm 0=a+bV0样品膨胀前的孔隙体积(P)为P=V ini -V0样品吸水膨胀后的孔隙体积(Q)为Q=V tin—V tin o总膨胀水量包含体积增量和孔眩体积减少量，即V1=(V tin-V ini)+(P—Q)=V tm 0-V0=a +（b-1）V0即通过对V ini、V tin线性回归求出a、b，可由最后一式求出总膨胀水量，总膨胀水量减去表面水化水量，就得到渗透水化水量。
（2）测定方法：基于能准确测定样品初始高度和膨胀终了高度，并能使样品较快地达到膨胀平衡，设计了SHM泥页岩水化膨胀测试仪。
称相同质量过孔径为0.154 mm筛的泥页岩样品，在不同压实力下压制成型，分别测定样品初始高度和膨胀终了高度，对样品初始体积和膨胀终了体积进行线性回归，由最后一式计算膨胀水量。
3.吸附水含量测定粘土矿物能与水结合已为人所共知，其结合水是粘土矿物颗粒与水或水溶液相互作用的产物，具有特殊结构和复杂的物理化学特性。
结合水对土中常所出现的物理一化学过程也具有强烈的影响关系。
粘土矿物因吸附结合水会表现出某些特殊的物理化学性质而被广泛应用于许多领域。
土中结合水的多少直接影响农业土壤改良及肥效、建筑地基稳固程度、陶瓷铸造印染质量、粘土胶体性质稳定性、钻井液性能稳定性、井壁稳定性、油气层产量等。
随着粘土矿物应用范围的不断扩大，有效地预测粘土矿物与水结合后所出现的物理一化学过程，合理有效地控制和利用粘性土稠度、塑性、分散膨胀、收缩等物理化学性质及强度、变形等力学性质，实现改良土壤、增肥、地基稳固、陶瓷铸造印染质量好、粘土一水分散体性能稳定、井眼稳定、油气层保护等是目前工业、农业、建筑业等行业中的关键技术难题。
通过准确地对粘土吸附结合水的测定是解决上述问题的理论基础和技术关键，也是国内外工农业及建筑业领域目前迫切期望解决的课题。
目前测定水合粘土水分含量及存在形式有如下几种：热失重法、等温吸附法、红外光谱法、离子交换法等。
3.1热重分析法采用热天平进行热分析。
热天平与一般天平原理相同，可在受热情况下连续称重，仪器根据热失重的数量，绘出失重与温度的关系，得到热重分析的TG 曲线，自配计算机系统进行数据处理，标出样品中物质失重的数量及其温度区间。
因此，利用热重曲线可获得粘土样品中各种吸附结合水的相对含量，同时也能定性确定结合水的存在形式(类型、界限)。
3.2 等温吸附法在同一温度、不同水气平衡压下，干粘土粉将吸附水气中的水而增重，这就是吸附理论中固体自气体中的吸附结果，实验上测量的是在恒温下单位重量固体物质吸附的气体量随压力的变化关系。
固体物质吸附的气体量取决于温度、压力、固体物质类型、结构、比表面积、表面粗糙度、孔隙情况等。
可见，等温吸附法可以定量测定干粘土粉吸附水蒸气(吸附结合水)量，并确定结合水界限。
3.3 红外光谱法在分子内，不同原子对沿着联结它们的化学键在振动着。
水分子中，氢原子和氧原子就沿着联结它们的化学键振动。
这种振动分为两类，一类是氢原子和氧原子沿着键的方向振动，称为伸缩振动，频率为伸缩振动频率。
另一类是氢原子围绕氧原子来回摆动，称为弯曲振动，频率为弯曲振动频率。
在弯曲振动中键角发生变化。
如果在这两种振动中，键的偶极矩发生变化，键就吸收或放出部分能量。
如果一种辐射的频率与伸缩振动的频率相等，且与伸缩振动的方向成一角度(不是平行于伸缩振动方向)射入，辐射就能被吸收。
因此可以通过测定辐射波频率的大小，弄清楚分子中键的振动频率。
当一个水分子通过氢键与另一水分子键合时，O-H键的伸缩振动频率就有所变化。
于是，利用红外光谱可以得到有关水分子中化学键合及水分子与粘土矿物间相互作用的信息。
OH H3.4 离子交换法阳离子交换原理： Ca一蒙脱土+2NaX → CaX2+2Na一蒙脱土CaX2+2NaCl→CaC12+2NaX通过表面结合水定量测定的实验方法的建立、结合水类型确定及其界限划分、粘土自气体中的吸附转移到自液相水中的吸附研究等。
表面结合水的多少、结合水的存在形式(粘土水合状态)决定粘土颗粒的性质如表面性质、形状、粒度大小、分散聚集状态等，进而直接控制粘土分散体系的胶体性质、粘土的物理化学性质及强度、变形等力学性质和其它物质在多孔介质中的物化渗流。