粘土的水化膨胀作用和粘土胶体化学共47页
《粘土胶体化学》课件
硅氧四面体：由一个硅原子和4个氧原子组成，硅位于正四面体中心(见图1-1)。由多个硅氧四面体在a、b两方向上有序排列组成四面体片。四面体片有如下特点 共有三个层面：两层氧原子和一层硅原子，上下两层氧原子均形成六角环(空心)； 在a、b两方向上无限延续。
图1-1 硅氧四面体
第一章 粘土胶体化学基础 （4学时）
第一节 胶体的概念和特征
第二节 常见粘土矿物及性质
第一节 胶体的概念和特征
油田化学研究的体系和过程十分复杂，绝大多数体系属于或涉及胶体分散体系。如原油其实是油和水的乳状液，可归为胶体，而油藏则是巨大而复杂的高度分散体系。原油开发涉及的钻井液、完井液、调剖堵水液、酸化液、压裂液及提高采收率的驱替液等等油田化学的工作液无不与胶体体系有关。
第一章 粘土胶体化学基础
2）具有高度分散性
胶体体系中，分散相颗粒分散得很细，即分散相的分散（程）度很高。
3）具有聚结不稳定性
胶体都是高度分散的多相体系，具有非常大的总表面积，相应地具有很高的总表面自由能，是热力学不稳定体系，体系表面自由能有自发减小的倾向，胶体体系中分散得很细的分散相微粒就有自动聚结（自动降低分散度）以缩小总表面积的趋势，这就是胶体的聚结不稳定性。
第一章 粘土胶体化学基础
进入二十一世纪，时代在前进，科技在进步，胶体化学也得到较大的发展，现代胶体化学的分支领域或主要研究内容列于表1-3。
第一章 粘土胶体化学基础
表1-3 现ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ胶体科学的研究内容
颗粒相互作用力理论
单分散、单一形状颗粒的形成 纳米颗粒的有序排列
纳米材料
分散体系
气溶胶理论 成核理论，DLVO与 HVO稳定理论 高聚物溶液理论 胶束理论 光吸收与光散射理论 理论与现象流变学
第二章 粘土矿物和粘土胶体化学基础
第二章 粘土矿物和粘土胶体化学基础
本章要求重点掌握内容：
23
2012-6-9
石油工程学院
24
(5)海泡石族（层链状结构）
海泡石族矿物俗称抗盐粘土，属链状构造的含水 铝镁硅酸盐。包括：海泡石、凹凸棒石、坡缕缟石(又 名山软木)。海泡石族矿物是含水的铝镁硅酸盐，晶体 构造常为纤维状，海泡石族矿物特点是硅氧四面体所
组成的六角环都依上下相反的方向对列，并且相互间
Al O-…... H+
粘土晶体的端面上吸附了OH-、SiO3
机阴离子聚电解质等。
2012-6-9
2-等无机阴离子或吸附有
OHSiO3 2-
石油工程学院
30
3. 正电荷 —— 表面电荷 来源：粘土端面上带正电荷的原因多数人认为是由于裸露在边 缘上的铝氧八面体在酸性条件下从介质中解离出OH-，如下式所 示：当PH<8时, 特点: 受环境PH值影响 。 粘土的负电荷一般多于正电荷，粘土一般带负电。 Al —O — H → Al+ + OH-
2012-6-9
石油工程学院
13
特点 晶格取代 主要在八面体中：Mg2+ Al3+ 晶层上下面为氧原子，分子间力连接，连接力弱， 水分子易进入引起晶格膨胀；晶格取代、带有较多负 电荷，能吸附等电量阳离子。水化阳离子进入晶层， 层间距增加。蒙脱石是膨胀型粘土矿物，增加了胶体 活性 补偿阳离子：Na+、Ca2+ 阳离子交换容量高：70-130 mmol/100克土 水化能力强。
粘土-水系统胶体化学
精品PPT
目录 上 页 下 页 退 出
4）粘土的阴离子吸附与交换 因为粘土只有边面上带有异性电荷正电荷，所以阴离子吸附与
交换只能发生在边棱上 .除上面影响因素外，几何结构因素也很重 要，如PO43-,AsO43-,BO43-等几何结构大小(dàxiǎo)与[SiO4]相似， 所以可被[SiO4]层边面所吸附，而SO42－，Cl－，NO3－本身形状特 别，不能被吸附。 ①阴离子交换顺序：OH->CO32->P2O74->PO43->I->Br->Cl->NO3>F->SO42②阴离子交换容量
ζ－电位：吸附层与扩散层之间电位 差。
粘土质点表面与扩散(kuòsàn)层之间的总电位差称热力学电位(ψ)＞ζ
精品PPT
目录 上 页 下 页 退 出
3、影响粘土动电电位(diàn wèi)的因素
4 d D
电 动 电 位 ； 表面电荷密度； d-双 电 层 厚 度 ； D -介 质 的 介 电 常 数 。
精品PPT
目录 上 页 下 页 退 出
§5.3 瘠性料的悬浮与塑化 瘠性料－不易成型的料，可塑性较差。
一、非粘土的泥浆(níjiāng)体悬浮 使瘠性料泥浆(níjiāng)悬浮经常采用两种方法。
（1）控制泥浆(níjiāng)PH
Al2O3HCl2AlCl33H2O AlCl3H2O AlCl2OHHCl AlCl2OHH2O AlCl(OH)2HCl
精品PPT
目录 上 页 下 页 退 出
3、塑性流动 特点：施加的剪应力必须超过某一最低值（屈服(qūfú)值）以 后才开始流动。 泥浆、油漆、油墨等 4、假塑性流动：表观粘度随切变速率增加而降低。高聚物的 溶液、乳浊液、淀粉等 5、膨胀流动：粘度随切变速率增加而增加。氧化铝粉、石英 粉等。
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。
130307第二章 粘土矿物和粘土胶体化学基础(40学时课件)
在碱性或中性条件下：羟基与OH-反应，粘土带负电性。 ﹥Al-OH + OH﹥Al-O- + H2O
3、吸附
分类
力等 物理吸附，氢键，分子 化学吸附，化学键力 离子交换吸附，离子交 换
吸附负电性离子（OH-、SiO32-）：使粘土负电性增加
吸附正电性离子（NW-1）：使粘土负电性减少
123
传感器
法水化应力，即体积保持
不变时，泥页岩水化所产 生的应力效应。
上一内容
下一内容
回主目录
返回
（5）粘土矿物水化膨胀的影响因素
a. 粘土的带电量，增加，膨胀性增大
b. 粘土矿物种类，蒙脱石>伊利石>高岭石
c. 粘土矿物补偿（可交换）阳离子种类有关，如钙土（Ca2+）晶层间距 最大可达1.7nm，而钠土（Na+）晶层间距可达4nm。 d. 溶液中的离子浓度，离子浓度增加，严重压缩双电层 结果：
D、C.E.C 大（70-130 mmol/100g土)
Ｅ、造浆率高（钻井液配浆的主要原材料）
◆蒙脱石晶层间引力以分子间力为主，层间引力较弱，水分子易进
入晶层，引起蒙脱石水化膨胀。
◆蒙脱石负电荷多，吸附阳离子数量，水化阳离子给粘土带来厚的
水化膜，使蒙脱石水化膨胀。
（3）伊利石 ①伊利石晶体结构示意图
性（化学组成、晶体构造）、分散度（蒙脱石影响较小，
高岭石较大—裸露氢氧根数量）、pH环境（碱性环境增
加CEC）等密切相关。
（3）造浆率：一吨干粘土所能配制粘度（表观粘度）为
15mPa.s钻 井液的体积数，m3/T。
造浆率 粘土的水化分散能力
2、几种常见粘土矿物的晶体构造
（1）高岭石 ①高岭石晶体结构示意图
粘土水化
粘 吸 结 彩 定ｔ分析 土 附合
“ ／
结合水类型 界限 水合机制 ’
、 ／
征。
９ ． 本文独创性地将等温吸附法、烘干法和高温等温脱附法有机地统一起来， 建 立了定量研究自 然粘土岩、自 然粘土岩在液相水或无机盐 Ｋ １ Ｃ 溶液中水合程 度、 水合状态的简易评价方法， 为评价粘土水合程度和控制粘土水合的化学方 法开辟了一条新的途径。 － 丫 －
关键词
水 状 丫实 研 合 态 验 究
面结合水定ｔ研究的总体框架的 羞础上， 从该方向 长远研究的最基本的问 题入 手， 以实毅研究为主要途径， 寻求建立粘土表面结合水定盆公走的实验研究方 法， 粘土结合水类型、 给出 存在界限， 完整描述粘土水合机制和水合状态， 初 步得出粘土表面吸附结合水的 物理化学性质， 并从应用角 度出发， 研究自 然粘 土岩、自 然粘土岩在液相水或无机盐％ １ Ｃ溶液中的水合视度、 水合状态， 为最 终粘土对水的吸附 理论莫定基础，为合理利用和控制水合枯士物理化学性质、 力学性质以满足涉及粘土矿物相关领域的 应用技术提供理论依据。 本文的主要研究工作分三部分． 第一部分是建立粘土表面结合水定量测定 的实验研究方法。 第二部分是粘土表面结合水定量测定的实验研究， 这部分是 本文研究工作的重点， 内容包括： 粘土表面结合水定ｆ表征； 粘土表面吸附结 合水类型确定； 粘土表面吸附结合水存在界限划分：粘土水合机制完整描述； 粘土表面吸附结合水物理化学性质的初步认识。 第三部分是粘土岩水合状态的
摘
要
粘土矿物因具有水合活性 （ 活化） 中心而吸附结合水，结合水是控制形成 粘性 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。 定里测定粘土表面 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． 长期以 人们在粘土表面结合 来， 水定ｔ研究方面进行了 一些可贵的 探索， 取得了一定成果。 但是， 外的 国内 研 究大多 集中 在粘土表面总含水量的确定， 界面物理化学含义不明 且研究方 确， 法单一， 对粘土结合水存在形式、 界限划分及其相对应的结合水ｔ和水合状态、 尤其是在水中 枯土表面结合水定 且研究尚 未涉及。 而一定含水ｔ的 粘土结合水 类型、 存在界限、 水合状态决定了 粘土的 水合效应和性质。 所有这些与工业、 农业、建筑业等领域的 应用技术有更为密切的 关系，因而更具研究意义。 〕 尹
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
胶体化学（粘土——水系统）
胶体化学（粘土——水系统）1. 明确胶体的概念及胶粒的粒径范围。
明确憎液溶胶的主要特征。
2. 明确胶体的光学性质（丁达尔效应）、动力性质（布朗运动、扩散、沉降）。
3. 熟悉溶胶的电学性质（电泳、电渗），理解胶粒带电的原因。
4. 明确扩散双电层理论，能根据胶体制备条件写出胶团的结构式。
5. 掌握憎液溶胶的稳定和聚沉的原因，了解电解质及其他因素对溶胶稳定性的影响。
6. 清楚聚沉值、聚沉能力、价数规则的含义，能判断电解质聚沉能力的大小。
7. 了解粘土胶体结构的带电原因，及影响其阴、阳离子交换能力大小的因素。
8. 明确影响粘土泥浆流动性、稳定性、触变性、可塑性的因素。
1．明确胶体分散系统的分类、性质及稳定因素，熟悉胶体的基本理论。
2．重点掌握粘土-水系统的胶体的特性，明确其带电原因、电学性质、胶团结构。
明确粘土-水系统的其胶体性质（流动性、稳定性、触变性、可塑性）。
胶体化学部分省略粘土——水系统1粘土的荷电性①粘土晶格内离子的同晶置换，硅氧四面体中Si4+被Al3+所转换，或铝氧八面体中三价的铝被二价镁、铁所置换。
蒙脱石：2：1型，二八面，层间水，高岭石：1：1型，二八体，无层间水高岭石中破键,少量同晶置换，③吸附在表面的腐殖质离解而产生。
①高岭石在酸性或中性及弱碱性条件下，带正电荷。
②高岭石在强碱性条件下，OH基中H解离，使得边面带负电荷。
2 粘土的离子吸附与交换粘土由于同晶置换，破键和吸附腐殖质的离解使得粘土带负电。
H+饱和是纯粘土；Na+饱和是Na粘土；自然界中大量存在是Ca2+。
离子被吸附的难易程度取决于离子的电价及水化半径，电价升高，易被吸附，同价阳离子+>K+>Na+>Li+水化半径越小，越被吸附。
其顺序H+>Al3+>Ba2+Sr2+>Ca2+>Mg2+NH4由于各种阳离子的被吸附能力不同，因而已被吸附在粘土颗粒上的阳离子，就可能被吸附能力更强的离子所置换。
粘土胶体化学基础
伊利石的晶格不易膨胀，水分子不易进入晶层间，也不是 配制钻井液的好材料。
粘土矿物的晶格构造和特点
氢氧
铝
二、主要粘土矿物的晶体构造和特点
1.粘土矿物的两种基本构造单元
（3）晶片的结合
四面体片和八面体片沿C轴按一定比例相互重合，通过共用氧原子连接形成电中 性的统一结构层，即晶层。许多单位晶层在C轴方向上按一定距离反复重合而构成 晶体。能代表晶体性质的单位层内最小物质组合叫单位晶胞。常以a、b轴范围表示 其大小。某一晶面与相邻晶层的对应晶面间的距离叫C轴间距，如图所示。
—— 硅原子 —— 氧原子
Si~O距离：1.61埃。
二、主要粘土矿物的晶体构造和特点
（1）硅氧四面体与硅氧四面体片
单个四面体与若干个相邻四面体通过底氧相连，构成平面连 续的四面体晶格，此即硅氧四面体片。如图所示。 四面体片所有基底氧排列在同一个平面上，所有顶端氧在另 一个平面上，平面投影形成正六角形的三层空心六角环网格。由 于四面体片含有负电荷，所以，在实际矿物结构中，四面体片在 粘土中不能独立存在，仅能以与阳离子和附加氧离子结合的形式 存在。
2）膨润土的特性与作用 形状和尺寸(片状、小于2-5微米) 表面电荷与水化性能 在钻井液中的状态（分散、絮凝、聚结） 在钻井液中的作用（悬浮能力）
§2）膨润土的的特性与作用
粘土(Clay): 小于2-5微米，具有塑性的矿物原料。 粘土矿物: 构成粘土的主体矿物。大都具有晶体本性， 其化学成份是含水（镁）硅酸盐。 粘土矿物的结构：层状（二层、三层、混层）；链状 （纤维状）。 膨润土 (Bentonite) ：主要成分为蒙脱石的粘土矿物。 蒙脱石(Montmorillonite) ：三层(2:1)型粘土矿物， 因只有范氏力层间引力弱，表面吸附能力强，易水化 膨胀和分散。
粘土的循环膨胀行为
粘土的循环膨胀行为摘要这篇文章探讨了循环润湿和干燥对粘土膨胀特性的影响。
为此，我们在伊尔比德(乔丹北部的一个城市)的不同地点获得了六个膨胀土壤样本。
每个周期后，膨胀势和膨胀压力都被测定。
此外，循环膨胀前后的样本土壤的微观结构也被测定。
实验数据表明，在重复润湿和干燥下，每个周期后土壤出现疲劳的症状，导致膨胀能力降低。
此外。
值得注意的是，第一个周期引起了膨胀势的降低，随着周期数量的增加，我们观察到额外的膨胀势的降低，最终达到平衡状态。
所用的六种类型的土壤的平衡循环数介于4和5之间。
在每个干湿循环下，扫描电子显微照片清楚地显示一个连续的颗粒重排。
由于结构沿层理的集成，导致了结构元素较低的定位。
最终造成相应吸水能力的降低，从而减少了膨胀。
引言土壤膨胀是一种常见的自然现象，它由土壤湿润引起，并导致体积的增加。
众所周知，膨胀粘土可能会引起相当大的危害，从而严重损害土木工程的结构。
通常，岩土工程实践中，膨胀潜力用一个润湿周期来评估。
但是，粘土在自然界中发现时，含水量通常处于变化中，同时也进行着循环的膨胀和收缩，这一现象对土壤性质有显著的影响。
(Allam and Sridharan 1981).粘土的循环膨胀和收缩和与此相关的基础运动可能会导致结构的开裂和疲劳。
循环膨胀是指一个土样起初湿润并允许膨胀，然后在室温下(或直接暴露在阳光下)，干燥至它的初始水分含量(或更少)，然后再湿润膨胀，再干燥等等。
一些研究人员已经解决了土壤的循环胀缩问题。
一些研究者得出的结论是，一方面，当粘土样本经过反复充分溶胀，然后允许其干燥至初始含水量时，每个周期后都显示疲劳，从而表现出更少的扩张。
在另一方面。
Popesco(1980). Osipov. (1987)和Day (1994)等人发现，膨胀势随润湿和干燥周期数目的增加而增大。
然而，所有先前报道的研究指出，膨胀在约3至5次循环后，可达到一个平衡状态。
图1描绘了不同的研究者得到的不同周期数下的膨胀势的变化。
粘土胶体化学基础—粘土颗粒遇水的作用
3、有机膨润土 有机膨润土是用季铵盐类阳离子表面活性剂与膨润土
进行离子交换反应制得。
带电膨润土与十二烷基三甲基溴化铵阳离子形成静电 吸附，带有较长烃链的活性剂分子被牢固吸附在黏土表 面，使黏土表面带有一层亲油层，由亲水变为亲油（润 湿反转），可以在油中分散。
项目二 粘土胶体化学基础
任务 03 粘土颗粒遇水的作用
用的加重材料必须磨得很细。
二、影响动力稳定性的因素
➢ 布朗运动（起重要作用）。颗粒半径越小，布朗 运动越剧烈，动力稳定性越好。当颗粒直径大于 约5μm时，就没有布朗运动了。
二、影响动力稳定性的因素
➢ 介质粘度。在液体介质中，固体颗粒下沉的速度 与介质粘度成反比，提高介质粘度可以提高动力 稳定性。 钻井液要求有适当的粘度，这是其重要原因之一。
ห้องสมุดไป่ตู้
三、影响聚结稳定性的因素
感胶离子序：同价离子聚沉能力的次序。水化离子半径越小， 越易靠近胶体颗粒，聚沉能力越强。与水化离子半径从小到 大的次序大致相同，水化离子半径越小，越容易靠近胶体颗 粒，聚沉能力越强。
三、影响聚结稳定性的因素
同号离子：与胶粒所带电荷相同的离子。对胶体有稳定作用， 可降低反离子的聚沉能力。 相互聚沉：将两种带相反电荷的胶体相互混合，发生聚沉的 现象。一般说来，它们对胶体有一定稳定作用，可以降低反 离子的聚沉能力；若将两种带相反电荷的胶体相互混合，则 发生聚沉，这种现象叫做相互聚沉。
另外，水化膜中的水和体系中的自由水相比，有较高 的粘度，从而增加了胶体颗粒间的机械阻力。
三、影响聚结稳定性的因素
2.电解质对聚结稳定性的影响 外界因素很难改变吸引力的大小，改变分散介质中电解
质的浓度与价态则可显著影响胶粒之间的斥力。电解质浓度 ↗，则胶体颗粒电动电位↘，斥力↘。
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。
混凝土中掺加膨胀粘土的原理与效果
混凝土中掺加膨胀粘土的原理与效果一、引言混凝土是一种常用的建筑材料，具有强度高、耐久性好、施工方便等优点。
然而，由于混凝土本身的缺陷，如易开裂、易渗水、易受环境影响等，使得其在某些特殊条件下的使用效果受到限制。
为了克服混凝土的缺陷，人们通过添加掺合料的方式来改善混凝土的性能。
其中，掺加膨胀粘土是一种有效的掺合料，能够显著提高混凝土的抗裂性能、耐久性和耐久性。
二、膨胀粘土的基本原理膨胀粘土是一种具有膨胀性能的粘土矿物，其主要成分是蒙脱石和伊利石等。
膨胀粘土的膨胀性能是由于其内部的水分分子在受到外界刺激时会膨胀，从而使得膨胀粘土的体积发生变化。
膨胀粘土的膨胀性能可以通过吸附、离子交换、空气层等多种机理来解释。
其中，离子交换是一种较为重要的机理，膨胀粘土的表面带有负电荷，当其吸附正离子时，会引起表面电荷的不平衡，从而吸附更多的正离子，最终导致膨胀粘土的膨胀。
三、掺加膨胀粘土对混凝土性能的影响1.提高混凝土的抗裂性能掺加膨胀粘土可以改善混凝土的内部结构，增加混凝土的内部骨架，从而提高混凝土的抗裂性能。
膨胀粘土本身具有膨胀性能，当膨胀粘土吸水膨胀时，可以填补混凝土内部的微小孔隙，从而减少混凝土内部的应力集中，提高混凝土的抗裂性能。
2.改善混凝土的耐久性掺加膨胀粘土可以改善混凝土的耐久性。
膨胀粘土具有良好的吸水性能，可以吸附混凝土中的水分，从而降低混凝土内部的含水量，减缓混凝土的龟裂和热胀冷缩。
此外，膨胀粘土具有较强的离子交换能力，可以吸附混凝土中的有害离子，如氯离子、硫酸盐离子等，从而减缓混凝土的腐蚀和损伤。
3.提高混凝土的耐久性掺加膨胀粘土可以提高混凝土的耐久性。
膨胀粘土本身具有较强的吸附能力，可以吸附混凝土中的有害物质，如氯离子、硫酸盐离子等，从而减缓混凝土的腐蚀和损伤。
此外，膨胀粘土还具有良好的吸水性能，可以吸附混凝土中的水分，从而降低混凝土内部的含水量，减缓混凝土的龟裂和热胀冷缩。
四、掺加膨胀粘土的影响因素1.掺加量掺加量是影响掺加膨胀粘土效果的重要因素。