Какие свойства песка и глины

Главная > Часто задаваемые вопросы > Свойства грунтов > Свойства глины

Свойства глины бывают различными в зависимости от ее вида, способа получения, постобработки, предназначения, сферы применения. Ведь для каждой области использования нужна глина с разными характеристиками и параметрами. Так, для производства кирпича или керамзита важными будут одни свойства, для применения материала в медицине и косметологии – другие. Единую классификацию сформировать очень сложно.

В нашей статье мы опишем главные характеристики глины, подробно расскажем о каждом свойстве, от чего оно зависит, на что влияет. В первую очередь мы сделаем упор на те параметры, которые важны для нескольких сфер применения материала: строительной, производственной, инженерной.

Итак, у глины выделяют следующие характеристики:

• Гранулометрический состав
• Пластичность
• Липкость и клейкость
• Текучесть
• Пористость
• Естественную влажность
• Водопроницаемость
• Морозную пучинистость
• Содержание органического вещества
• Плотность
• Несущую способность
• Спекаемость и огнеупорность
• Засоленность
• Сорбционную способность

Не все эти свойства действительно важны с практической точки зрения, многие из них являются энциклопедическими и определяются только в лаборатории. Поэтому давайте разберемся со всеми указанными характеристиками чуть подробнее.

Гранулометрический состав

Гранулометрический состав – это то, из каких частичек состоит материал. Здесь важен именно их размер. Вычисляется показатель в лаборатории и помогает определить, для каких работ подходит этот тип грунта.

Глина состоит из мельчайших частиц. Их размеры колеблются от 2 мм до 0,005 мм (и даже меньше).

В зависимости от своего диаметра зерна и получили свои названия:

• Песчаные – от 2мм до 0,05 мм
• Пылеватые – от 0,05 мм до 0, 005 мм
• Глинистые – меньше 0,005 мм

Выявляют эти частицы двумя методами:

• Отмучивания (для песчаных частиц)
• Набухания (для глинистых зерен)

Первый метод отмучивания представляет собой отделение одних частиц от других при помощи воды. Более крупные песчаные частицы тяжелее всех остальных, поэтому они быстрее оседают на дне. Глинистые же частицы имеют свойство набухать, или вбирать в себя влагу, увеличиваясь в объеме. Поэтому их вычисляют по второму методу.

Пылеватую фракцию определяют по разнице между песчаной и глинистой.

Бывает, что в материале содержатся включения, диаметр которых больше 2 мм. Когда этих частиц 15-25% от общей массы, глина считается содержащей включения гравия, галечника, дресвы или ракушечника. Если крупных частиц 25-50%, грунт называют, соответственно, гравелистым, дресвяным, галечниковым или ракушечным.

Пластичность

Под пластичностью понимают способность грунта менять форму при воздействии давления той или иной силы. При этом, после прекращения давления, новые очертания грунта сохраняются, внутренние связи между частицами не разрываются.

Глины обладают этим уникальным свойством – пластичностью – благодаря наличию большого числа мелких частичек. Степень возможных пластических изменений определяют по коэффициенту. Он вычисляется после определения двух параметров: пластичности и влажности на границе текучести; выражается в процентах. Для легких глин коэффициент равен 17-27%, для тяжелых – больше 27%.

Глины с высокой пластичностью быстрее дают усадку, поэтому на них не рекомендуют строить здания. Зато такие материалы часто используются в производстве. Тут чем выше пластичность, тем более ценной считается глина.

Но не вся глина обладает пластичностью. Сухой материал, например, вообще не пластичен. Но если добавить в глину воду, ее показатель тут же изменится. Главное – не переборщить с количеством жидкости.

Липкость и клейкость

Липкость – это способность глины прочно прикрепляться к поверхности. Измеряется показатель в г/смᶾ и определяется усилием, которое нужно приложить, чтобы оторвать прилипший материал. Это свойство характерно для грунтов, состоящих из мелких дисперсных частиц.

Липкость изменяется при разной степени увлажнения. У сухой глины липкость, как и пластичность, равна нулю и повышается при добавлении в нее воды. Но если содержание жидкости слишком высокое, показатель липкости резко падает. Природу явления объясняют прочностью связей между молекулами воды, поверхностью и частицами грунта.

Эта характеристика отражает не только способность глины самой прикрепляться к чему-то, но и ее возможность сцеплять разные материалы друг с другом. Это свойство еще называют клейкостью, связующей способностью или адгезией.

Характеристика имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Глины с высокой липкостью используются для производства керамики. В процессе работы, благодаря этому свойству, легко прикрепить детали друг к другу. А вот при добыче или в процессе строительства липкий грунт прилипает к ковшам и лопатам, что значительно снижает производительность. Технику и инструменты приходится постоянно очищать от глины.

Текучесть

Если глину перенасытить влагой, она потеряет пластичность, липкость и перейдет в полужидкое состояние. Это явление называется текучестью. Влияют на его значение естественная влажность, прочность связей в грунтовом массиве и пористость. Измеряется свойство в долях единицы.

По характеристике текучести все глины разделяют на:

• Твердые – меньше 0
• Полутвердые – 0-0,25
• Тугопластичные – 0,25-0,5
• Мягкопластичные – 0,5-0,75
• Текучепластичные – 0,75-1
• Текучие – больше 1

При высокой текучести резко падают устойчивость к деформации и прочность материала. При любом повышении влажности (значительных осадках, таянии снега) такой грунт просто «плывет». Из него уже невозможно ничего слепить.

Пористость

Пористость глины – это отношение объема всех пор (между и внутри частиц) в образце к его общему объему. У глины этот показатель обычно высокий, до 50-60%. Практически все ее поры открытые, в них спокойно проникают влага и воздух.

Пористость в свою очередь влияет на другие характеристики: плотность, водопроницаемость, склонность к усадке, морозную пучинистость. О них мы также расскажем далее.

Естественная влажность

Естественная влажность – это насыщенность грунта водой в обычных природных условиях. Она зависит как от факторов внешней среды, так и от строения грунта. Влажность глины повышается при залегании массива вблизи грунтовых вод, а также весной, после таяния снега, в период интенсивных дождей.

Пористость у глины высокая, до 60%, а это значит, что она способна поглощать много воды. Это также влияет на ее естественную влажность. Падает показатель при уплотнении грунта и наличии в нем примесей известняка и кварца.

Водопроницаемость

Водопроницаемость, или фильтрация – это способность насыщенного влагой грунта пропускать через себя воду за определенный промежуток времени. Единица измерения показателя – м/сутки.

Глина имеет низкую водопроницаемость. Так, впитав в себя достаточное количество влаги, материал перестает пропускать воду. Это провоцирует застой воды в местах залегания глинистых грунтов. Данное свойство стоит учитывать, используя материал в дорожном строительстве или благоустройстве. Если вы не хотите, чтобы на дороге или участке постоянно образовывались лужи, не используйте глину или любой другой глинистый грунт.

В противовес вышесказанному отметим, что, благодаря низкой водопроницаемости, глину используют в строительстве для оборудования глиняного замка, при обустройстве дамб, плотин и мостов, укреплении берегов рек и озер.

Морозная пучинистость

Как мы уже говорили выше, глина имеет свойство вбирать в себя воду. Этот процесс называется набуханием. Влага попадает в поры материала, задерживается там, тем самым грунт расширяется, увеличиваясь в объеме. Когда приходят морозы, вся эта жидкость внутри замерзает, превращается в лед. А вода, как известно, замерзая, имеет свойство расширяться. Вместе с ней расширяются и поры грунта, и сама глина. Это увеличение в объеме в связи с морозами и есть морозная пучинистость.

У глин показатель морозной пучинистости высокий; они имеют склонность к набуханию при накоплении влаги даже в теплую погоду. Поэтому эта характеристика заметно ограничивает область применения глины, например, в дорожных и строительных работах. Представьте сами: что будет, если засыпать таким материалом дорогу, а сверху положить асфальт? Зимой все это деформируется, станет неровным. То же самое в строительных работах: если засыпать глиной, например, пазухи фундамента, зимой материал набухнет, увеличится в объеме и будет давить на стены.

Содержание органических веществ

В глине могут присутствовать органические вещества. Особенно актуально это в тех случаях, когда залежи глины находятся неглубоко, в поверхностных массивах, а также в поймах рек и озер, на дне водоемов. Такой материал может содержать примеси торфа, чернозема, гумуса и других типов почвы. Глубокие же слои глины, которую добывают в карьерах, практически не имеют в своем составе органики.

Измеряется этот показатель в долях единицы. Чаще всего учитывается содержание торфа.

Поэтому, в зависимости от его количества, глины разделяют на:

• С примесью торфа – от 0,05 до 0,1
• Слабозаторфованные – 0,1-0,25
• Среднезаторфованные – 0,24-0,4
• Сильнозаторфованные – 0,4-0,5

Если в глине больше половины составляет органика, то он уже считается почвой или торфяным грунтом. На основе глины с большой примесью органических веществ образуются органоминеральные грунты – илы, сапропели, лессы.

Органика существенно изменяет свойства глины. Она снижает плотность, повышает водопроницаемость и склонность к усадке. Такие материалы, например, уже нельзя использовать для производства керамики. Зато местности с глинистым грунтом, который содержит много органики, можно рассматривать с точки зрения будущей рекультивации.

Плотность

Под плотностью глины понимают соотношение массы и объема образца. Показатель измеряется в г/смᶾ либо кг/мᶾ.

На самом деле, существует несколько видов плотности:

• Общая плотность, которая определяется в природном состоянии (во влажных образцах с естественным сложением)
• Плотность твердой фазы, которая вычисляется в сухом уплотненном образце и отражает плотность твердых частиц грунта
• Плотность скелета, которую определяют в сухой пробе, в естественном сложении

Все они вычисляются в лабораторных условиях и зависят от минерального состава материала, содержания органических веществ, влажности, пористости.

Плотность твердой фазы глины колеблется в пределах 2710-2760 кг/мᶾ. Общая плотность изменяется в больших пределах и может быть между 1300 кг/мᶾ и 2300 кг/мᶾ. Плотность скелета еще меньше (она не учитывает показатели воды); составляет 1200-1900 кг/мᶾ.

На практике все эти параметры не очень важны. Реальное значение имеет лишь один показатель –насыпная плотность глины. Это свойство необходимо знать, чтобы уметь переводить объем в вес и обратно. Подробно об этой характеристике читайте на странице Насыпная плотность сыпучих материалов и грунтов.

Несущая способность

Несущая способность – это свойство грунта выдерживать давление определенного веса на единицу поверхности без усадки, деформации и разрушения. Измеряется показатель в кг/мᶾ или г/смᶾ. На него влияют минеральный состав, тип связей между элементами грунта, степень влажности, пористость, склонность к набуханию, плотность. Вычисляется параметр, опять же, в лаборатории.

Вот как изменяется несущая способность глин с разной плотностью и влажностью:

• Сухие уплотненные глины – 6 кг/смᶾ
• Сухие глины со средней плотностью – 2,5 кг/смᶾ
• Уплотненные влажные глины – 4 кг/смᶾ
• Пластичные влажные глины средней плотности – 1 кг/смᶾ

Как мы видим, показатель у сухой глины всегда выше, чем у влажной. Поэтому при строительстве фундамента всегда нужно ориентироваться на несущую способность насыщенного водой грунта. Иначе после дождей фундаменты дадут усадку, а на стенах зданий появятся трещины.

Также не стоит забывать о том, что глина имеет свойство уменьшаться в объеме после высыхания и вновь набухать после увлажнения. Поэтому, чтобы по прошествии одного или нескольких сезонов здание не просело, глинистые грунты извлекают с места стройки, заменяя его более устойчивыми материалами (например, скалой).

Спекаемость и огнеупорность

Спекаемость – это свойство глины переходить в пластическое состояние при нагревании без доступа воздуха. Огнеупорность – это характеристика, которая показывает способность материала противостоять высоким температурам, не расплавляясь при этом. Мы объединяем эти свойства, так как, по большому счету, оба они показывают одно и то же – реакцию глины на высокие температуры.

Эта характеристика на самом деле очень важна для глинистых грунтов. Ведь глина широко используется в производстве других строительных материалов (например, керамзита, кирпича, плитки, черепицы), а также посуды, керамических изделий.

Именно поэтому все глины делятся на:

• Легкоплавкие (температура плавления до 1 350°С)
• Высокоогнеупорные (от 1 350°С)

В редких случаях некоторые виды плавятся лишь при температуре от 2000°С. Тогда в состав материала специально вводятся дополнительные элементы для снижения этого показателя.

При высокой температуре в глине происходят химические процессы, благодаря которым меняется ее состав, отсюда изменяется и состояние материала. В результате глина становится твердой, как камень.

Что интересно, если глина засохнет сама по себе, без воздействия на нее высоких температур, она тоже станет твердой. Разница здесь в том, что глина, засохшая естественным путем, очень сильно крошится даже от небольшого физического давления на нее в руках. А вот глина после обжига становится очень прочной, которую практически невозможно разрушить руками. В качестве примера – попробуйте сломать руками кирпичный блок. Едва ли у вас это получится.

Засоленность

Под засоленностью понимают процент растворимых соединений в грунте.

В глине могут встречаться:

• Хлориды
• Хлориты
• Сульфаты
• Карбонаты

Эти примеси негативно влияют на ее характеристики. Они снижают ее прочность, повышают размываемость. Глина становится еще менее надежным основанием для фундамента, ее нельзя использовать для производства керамики.

Соли, которые присутствуют в грунте, могут иметь высокую и среднюю растворимости. От их количества зависит засоленность глины. В незасоленной почве должно быть не больше 0,5% легкорастворимых соединений и не больше 5% среднерастворимых.

Вычислить этот показатель можно только в лабораторных условиях.

Сорбционная способность

Сорбционная способность – это свойство глины поглощать вещества, растворенные в жидкостях. Наличие этой характеристики у глины позволяет применять ее в промышленности для очистки, например, нефтепродуктов от посторонних примесей.

Кроме того, благодаря этому свойству, глину часто применяют в медицинской и косметической сферах. На основе этого материала делают всевозможные маски, крема, компрессы.

Помимо абсорбирования, медицинской и косметической глине также приписывают следующие лечебные свойства:

• Антисептические (противовоспалительные или антимикробные)
• Регенерирующие
• Общеукрепляющие
• Тонизирующие

Подведем итог:

Глина – это один из самых распространенных видов грунта. Характеристики материала изменчивые и зависят от минерального состава, места расположения массива и многих других факторов. Также стоит понимать, что для использования материала в той или иной области совсем необязательно знать все свойства материала. Ведь для каких-то работ необходимы одни характеристики, для каких-то – другие.

Данная статья носит ознакомительный характер и коротко раскрывает для вас лишь некоторые из основных свойств глины. Если вы хотите знать, какие бывают разновидности глины, советуем прочитать нашу статью Состав и виды глины.

О том, в каких сферах и как можно использовать глину, читайте на странице Применение глины.