液性黏土

可塑性是粘性土區(qū)別于砂土的重要特征。一般用塑性指數(shù) Ip 來(lái)表示?？伤苄缘拇笮∮猛撂幵谒苄誀顟B(tài)的含水量變化范圍來(lái)衡量， 從液限到塑限含水量的變化范圍愈大， 土的可塑性愈好。塑性指數(shù)習(xí)慣上用不帶%的數(shù)值表示。塑性指數(shù)是粘土的最基本、 最重要的物理指標(biāo)之一， 它綜合地反映了粘土的物質(zhì)組成， 廣泛應(yīng)用于土的分類和評(píng)價(jià)。塑性指數(shù)綜合反映了土的顆粒大小、礦物成分，在工程中常用于細(xì)粒土的分類， 如 Ip >17，為粘土；10 液性黏土粘性土的稠度狀態(tài)

粘性土最主要的物理狀態(tài)特征值是它的稠度，液性指數(shù)是表征土的稠度狀態(tài)的指標(biāo)。粘性土的稠度是指土的軟硬程度或?qū)ν饬σ鹱冃位蚱茐牡牡挚鼓芰?。隨著含水量的變化，粘性土處在不同的物理狀態(tài)。當(dāng)含水量很小時(shí)，粘性土處于固態(tài)或半固態(tài)；隨著土中含水量的增大，土逐漸變軟，并在外力作用下可任意改變形狀，處于可塑狀態(tài)；若含水量繼續(xù)增大，土變得越來(lái)越軟，甚至不能保持一定的形狀，呈現(xiàn)流塑 ～ 流動(dòng)狀態(tài)。土顆粒間的的連結(jié)關(guān)系可分為：顆粒間的直接接觸、膠結(jié)、結(jié)合水及冰連結(jié)，土體受外力作用時(shí)要引起變形需抵抗顆粒與顆粒間的連結(jié)。飽和軟粘土間的顆粒主要以結(jié)合水相連結(jié)，由于弱結(jié)合水在外力的作用下可以移動(dòng)，所以顆粒周圍的結(jié)合水膜厚度是不同的，顆粒連結(jié)處結(jié)合水膜厚度最小。當(dāng)土顆粒之間的連結(jié)為強(qiáng)結(jié)合水時(shí)，土呈固態(tài)或半固態(tài)；土顆粒間的連結(jié)為弱結(jié)合水時(shí)，土為可塑狀態(tài)；當(dāng)土顆粒或顆粒組之間被自由水隔開時(shí)，土為流態(tài)。土的稠度狀態(tài)從本質(zhì)上講是土抵抗外力變形的能力，而這一能力從微觀結(jié)構(gòu)上分析由土顆粒的組成、排列及顆粒間的連結(jié)決定。從前面的分析可知，飽和軟粘土含有相當(dāng)數(shù)量的自由水，其稠度狀態(tài)并不取決于孔隙中所有水的狀態(tài)，而是取決于顆粒連接處的水膜狀態(tài)。原狀土和重塑土具有相同的液性指數(shù)，但是其抵抗外力的強(qiáng)度是不同的。 2100433B

液性指數(shù)是判斷土的軟硬狀態(tài)的指數(shù)，用于確定粘性土的狀態(tài)和極限承載能力。液性指數(shù)與土的類別及含水量有關(guān)，同一種土，含水量越大則液性指數(shù)越大，土質(zhì)越軟。液性指數(shù)可以用以下公式計(jì)算：

其中，

液性指數(shù)在工程中已得到廣泛應(yīng)用，在《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》及《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》都采用液性指數(shù)來(lái)確定地基土的承載力，有些學(xué)者利用液性指數(shù)結(jié)合孔隙比來(lái)研究地基土的承載力，研究液性指數(shù)與孔隙比、天然含水量、粘聚力、壓縮系數(shù)及壓縮模量等參數(shù)之間的相關(guān)性。

高液限土通常含有大量的蒙脫石、伊利石、高嶺石等黏土成分。其中蒙脫石是由顆粒極細(xì)的含水鋁硅酸鹽構(gòu)成的礦物，其晶格單元由兩層硅氧四面體層夾一層氧化鋁八面體層構(gòu)成，層間聯(lián)接依靠范得華力，較弱，水分子容易進(jìn)入晶胞之間，增大晶胞距離，脫水后，又產(chǎn)生相應(yīng)的收縮，其液限變化范圍可達(dá)到140～710%，塑限范圍為50～100%[1]；在晶格之間，由于同晶置換作用，使蒙脫石具有很強(qiáng)的吸附能力，大量的Na 、Ca2 填充進(jìn)來(lái)，產(chǎn)生雙電層效應(yīng)，導(dǎo)致粒間的膨脹。相似的，伊利石也具有2：1的三層晶體結(jié)構(gòu)，但其吸附的陽(yáng)離子主要為Na 、K ，晶格間連接力較強(qiáng)，水分子不容易進(jìn)入，所以伊利石親水性、脹縮性不如蒙脫石，其液限變化范圍為80～120%，塑限為45～60%.伊利石屬于較不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，性質(zhì)介于蒙脫石和高嶺石之間，并隨著層間K 含量的逐漸減少，而接近于蒙脫石。高嶺石的結(jié)構(gòu)單元是由一層鋁氫氧晶片和一層硅氧晶片組成的晶胞。晶胞之間的聯(lián)結(jié)是氧原子與氫氧基之間的氫鍵，聯(lián)結(jié)力較強(qiáng)，晶胞之間的距離不易改變，水分子不能進(jìn)入，親水性及膨脹性較前兩種礦物成分小。

高液限土的工程性質(zhì)與其母巖成份、含水量、密實(shí)度、外荷載大小及作用方式、其他物理化學(xué)作用等都有關(guān)系。根據(jù)大量工程實(shí)踐可知：高液限土透水性較差；干硬時(shí)強(qiáng)度高，堅(jiān)硬不易挖掘， 不易壓實(shí)；毛細(xì)現(xiàn)象明顯，吸水后能長(zhǎng)時(shí)間保持水分，故吸水后承載力小、穩(wěn)定性差；具有較大的可塑性、弱膨脹性和粘性。

黏土的化學(xué)組成、礦物組成和顆粒組成決定著黏土的工藝性能：

黏土壤土可塑性

黏土與適量的水混合后形成泥團(tuán)，在外力的作用下，泥團(tuán)發(fā)生變形但不開裂，外力散去后，仍能保持原有形狀不變，黏土的這種性質(zhì)稱為可塑性。

黏土壤土結(jié)合性

黏土的結(jié)合性是指黏土結(jié)合非塑性原料而形成良好的可塑泥團(tuán)并且有一定的干燥強(qiáng)度的能力。黏土的結(jié)合性對(duì)于半成口的干燥、修坯和上釉存在著重要的影響。黏土垢結(jié)合性由其結(jié)合瘠性料的結(jié)合力的大小所決定的，而結(jié)合力的大小又和黏土礦物的種類、結(jié)構(gòu)等因素相關(guān)。一般來(lái)講，可塑性強(qiáng)的黏土，其結(jié)合力也大。

黏土壤土觸變性

黏土泥漿或可塑泥團(tuán)受到振動(dòng)或攪拌時(shí)，黏度會(huì)降低，而其流動(dòng)性則會(huì)增加，靜止后逐漸恢復(fù)原狀。此外，泥漿放置一段時(shí)間后，在保持原水分不變的條件下也會(huì)出現(xiàn)變稠和固化的現(xiàn)象。黏土的這種性質(zhì)稱為觸變性。

黏土壤土收縮

黏土泥料在一定溫度下干燥時(shí)，由于顆粒間水分的排出，顆粒之間相互靠攏以及顆粒間距縮短而引起的體積收縮，稱為干燥收縮。干燥后的黏土泥料經(jīng)過(guò)高溫煅燒時(shí)，由于發(fā)生諸如脫水作用、分解作用、莫來(lái)石的生成、石英的晶型轉(zhuǎn)化、易熔雜質(zhì)的轉(zhuǎn)化以及各類熔融物填充質(zhì)點(diǎn)間空隙等一系列物理化學(xué)變化，使得黏土泥料進(jìn)一步收縮，稱為燒成收縮。成型黏土樣品經(jīng)過(guò)干燥和煅燒后的尺寸總變化稱為總收縮。

黏土壤土燒結(jié)

黏土是由多種礦物混合而成的，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，而是在一定的溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。

當(dāng)黏土在加熱煅燒的過(guò)程中，到達(dá)一定溫度（800℃~900℃）后，繼續(xù)升高溫度時(shí)，黏土中低共熔物質(zhì)開始熔化，液相出現(xiàn)并逐漸增加，填充在固體顆粒之間，由于液相表面張力的作用，使得未熔顆粒進(jìn)一步靠攏，引起體積急劇的收縮，氣孔率下降，密度提高，這種對(duì)應(yīng)體積開始急劇變化時(shí)的溫度稱為開始燒結(jié)溫度。

當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，收縮將不斷增大至最大值，氣孔率降至最小值，密度達(dá)到最大值，黏土完全燒結(jié)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度稱為燒結(jié)溫度。