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1、第四章第四章 胶体胶体（粘土（粘土- -水系统）之一水系统）之一第一节第一节 粘土质点的带电理论及粘土质点的带电理论及电位电位n在玻璃工业中胶体着色、单晶生长中凝在玻璃工业中胶体着色、单晶生长中凝胶法生长、陶瓷工业中泥浆及可塑泥料胶法生长、陶瓷工业中泥浆及可塑泥料的性能等都涉及到与胶体有关的知识，的性能等都涉及到与胶体有关的知识，本章着重讨论陶瓷工业中的粘土本章着重讨论陶瓷工业中的粘土- -水系统。水系统。n陶瓷工业中的泥浆和泥料皆属于陶瓷工业中的泥浆和泥料皆属于粘土粘土- -水水系统，从胶体化学的角度从被分散颗粒系统，从胶体化学的角度从被分散颗粒度大小看，粘土度大小看，粘土- -水系统是属于
2、悬浮液和水系统是属于悬浮液和粗分散系统。粗分散系统。一、带电理论一、带电理论1 1、永久负电荷、永久负电荷 u粘土晶格内某些离子和外界离子置换后产生的，如粘土晶格内某些离子和外界离子置换后产生的，如硅氧四面体中硅氧四面体中SiSi4+4+被被AlAl3+3+所转换，或铝氧八面体中三所转换，或铝氧八面体中三价的铝被二价镁、铁所置换。这种负电荷的数量取价的铝被二价镁、铁所置换。这种负电荷的数量取决于决于晶格中离子置换的数量晶格中离子置换的数量。u粘土颗粒的永久负电荷大部分分布在层状铝硅酸盐粘土颗粒的永久负电荷大部分分布在层状铝硅酸盐的板面上，这种电荷所吸附的阳离子是可交换的，的板面上，这种电荷所吸
3、附的阳离子是可交换的，是以是以静电力静电力保持的。保持的。2 2、可变（两性）电荷、可变（两性）电荷 可变电荷随介质的可变电荷随介质的pHpH值而改变。值而改变。u高岭石在酸性条件下，带正电荷。高岭石在酸性条件下，带正电荷。u高岭石在强碱性条件下，高岭石在强碱性条件下，OHOH基中基中H H解离，使得边解离，使得边面带负电荷。面带负电荷。 3 3、净电荷、净电荷u 粘土颗粒上正电荷和负电荷（包括永久的和可粘土颗粒上正电荷和负电荷（包括永久的和可变负电荷）的代数和，就是粘土颗粒的净电荷。变负电荷）的代数和，就是粘土颗粒的净电荷。u 从上面分析可知，负电荷一般都是多于正电荷，从上面分析可知，负电荷
4、一般都是多于正电荷，所以除了少数粘土颗粒在较强的酸性条件下可能所以除了少数粘土颗粒在较强的酸性条件下可能出现净正电荷外，一般粘土颗粒都带有净负电荷。出现净正电荷外，一般粘土颗粒都带有净负电荷。小结：离子吸附作用小结：离子吸附作用n胶体颗粒可以通过对介质中阴、阳离子的不等量吸附胶体颗粒可以通过对介质中阴、阳离子的不等量吸附而带电荷。例如金属氧化物通过吸附而带电荷。例如金属氧化物通过吸附H H+ +或或OHOH- -而带正电而带正电荷或负电荷。判断优先吸附离子的规律有两个。荷或负电荷。判断优先吸附离子的规律有两个。n一是水化离子能力弱的离子易被优先吸附。通常。阳离子的一是水化离子能力弱的离子易被优
5、先吸附。通常。阳离子的水化能力比阴离子强的多，因此，胶体颗粒易吸附阴离子而水化能力比阴离子强的多，因此，胶体颗粒易吸附阴离子而带负电。带负电。n另一个是另一个是FajansFajans规则，即能与胶粒组成离子形成不溶物的离规则，即能与胶粒组成离子形成不溶物的离子将优先被吸附。例如用子将优先被吸附。例如用AgNOAgNO3 3与与KIKI溶液反应制备溶液反应制备AgIAgI溶胶时，溶胶时，当当AgNOAgNO3 3过量时，胶粒将优先吸附过量时，胶粒将优先吸附AgAg+ +而带正电荷；当而带正电荷；当KIKI过量过量时，胶粒将优先吸附时，胶粒将优先吸附I I- -而带负电荷。而带负电荷。n被吸附离
6、子是胶粒表面电荷的来源，其溶液中的浓度被吸附离子是胶粒表面电荷的来源，其溶液中的浓度直接影响胶粒的表面电势。当表面静电荷为直接影响胶粒的表面电势。当表面静电荷为0 0时，电势时，电势决定离子的浓度称为决定离子的浓度称为零电荷点零电荷点。二、粘土二、粘土- -水系统的动电性质水系统的动电性质n带电的粘土颗粒分散在水中，胶体颗粒和液相带电的粘土颗粒分散在水中，胶体颗粒和液相的界面上就有双电层出现。在电场或其它力场的界面上就有双电层出现。在电场或其它力场的作用下，固体颗粒对另一相做相对移动时所的作用下，固体颗粒对另一相做相对移动时所表现出来的电学性质称为表现出来的电学性质称为动电性质动电性质。1 1
7、、胶体双电层的基本概念、胶体双电层的基本概念n带电胶粒分散在电解质溶液中时，由于带电胶粒分散在电解质溶液中时，由于静电吸力静电吸力，在胶粒的周围形成反号电荷的离子层，胶粒表面的在胶粒的周围形成反号电荷的离子层，胶粒表面的电荷与其周围的离子层就构成了电荷与其周围的离子层就构成了胶体的双电层。胶体的双电层。n在溶液中，胶粒周围的离子的分布不仅决定于离子在溶液中，胶粒周围的离子的分布不仅决定于离子所受的胶粒表面上的电荷静电吸力影响，还受胶粒所受的胶粒表面上的电荷静电吸力影响，还受胶粒的热运动影响。的热运动影响。静电吸力使离子靠近胶粒周围，而静电吸力使离子靠近胶粒周围，而离子的热运动使离子有散开的趋势
8、。两种力共同作离子的热运动使离子有散开的趋势。两种力共同作用的结果使反号离子在胶粒表面区域的液相中形成用的结果使反号离子在胶粒表面区域的液相中形成一种平衡分布，越靠近界面浓度越高，越远离界面一种平衡分布，越靠近界面浓度越高，越远离界面浓度越低，到某一距离时反号离子与同号离子浓度浓度越低，到某一距离时反号离子与同号离子浓度相等。因此相等。因此称为扩散双电层。称为扩散双电层。n关于双电层的内部结构，即电荷和电势关于双电层的内部结构，即电荷和电势的分布提出了多种模型，如的分布提出了多种模型，如HelmholtzHelmholtz（18791879年）模型，年）模型，GouyGouy-Chapman-
9、Chapman（1910191019131913年）模型和年）模型和SternStern（19241924年）年）模型等。模型等。n下面主要介绍下面主要介绍SternStern模型模型，它是在前两个，它是在前两个模型的基础上提出的。模型的基础上提出的。n在固体表面因静电引力和在固体表面因静电引力和van dervan der Waals Waals引力而吸附一层反离引力而吸附一层反离子，紧贴固体表面形成一个固定的吸附层，这种吸附称为特子，紧贴固体表面形成一个固定的吸附层，这种吸附称为特性吸附，这一吸附层称为性吸附，这一吸附层称为SternStern层。层。SternStern层的厚度由被吸附层
10、的厚度由被吸附离子的大小决定。离子的大小决定。n吸附反离子的中心构成的平面称为吸附反离子的中心构成的平面称为SternStern面面。SternStern面上的电面上的电势势称为称为 SternStern电势。在电势。在SternStern层内，电势由表面电势层内，电势由表面电势0 0直直线下降到线下降到 。SternStern层以外，反离子呈扩散态分布，称为扩层以外，反离子呈扩散态分布，称为扩散层。扩散层中的电势呈曲线下降。散层。扩散层中的电势呈曲线下降。SternStern模型的双模型的双电层结构电层结构2 2、电位及其影响因素电位及其影响因素n在固体表面总有一定数量的溶剂分子与其紧密在固
11、体表面总有一定数量的溶剂分子与其紧密结合，电动现象中这些溶剂分子及其内部的反结合，电动现象中这些溶剂分子及其内部的反离子与离子将作为一个整体运动，这样在固离子与离子将作为一个整体运动，这样在固- -液两相发生相对移动时存在一个液两相发生相对移动时存在一个滑动面滑动面。滑动。滑动面的确切位置并不知道，但可以合理地认为它面的确切位置并不知道，但可以合理地认为它在在SternStern层之外，并深入到扩散层之中。滑动层之外，并深入到扩散层之中。滑动面上的电势称为面上的电势称为-电位或电位或ZetaZeta电位。电位。电势分布电势分布l经过计算：经过计算： 为介质的介电常数，上式表明扩散层中的电势随离
12、为介质的介电常数，上式表明扩散层中的电势随离表面的距离呈指数下降。下降的快慢由表面的距离呈指数下降。下降的快慢由k k的大小决定，的大小决定，k k越大，下降越快越大，下降越快。所以。所以k k是一个很重要的参数，其倒是一个很重要的参数，其倒数具有长度的单位。数具有长度的单位。l胶粒表面电荷密度胶粒表面电荷密度s s与与0 0的关系为：的关系为： s s = = k k 0 0 可见，若把双电层等效于平板电容器，可见，若把双电层等效于平板电容器，k k-1-1相当于平板相当于平板电容器的板距。因此，电容器的板距。因此，k k-1-1通常称为双电层的厚度通常称为双电层的厚度。e0l推导得出：推导
13、得出：lN NA A为阿弗加德罗常数，为阿弗加德罗常数，c c为电解质浓度，为电解质浓度，z z为离子价数。为离子价数。l可见，当可见，当电解质浓度电解质浓度c c或离子价数或离子价数z z增大增大时，时，k k-1-1减小，减小，双电层变薄，双电层变薄，随随x x下降变快下降变快，这就是，这就是-电位电位随电解随电解质浓度和反离子价数增加而降低的原因。质浓度和反离子价数增加而降低的原因。21221z2ecNkTkA（2 2）电位的影响因素电位的影响因素 电解质浓度电解质浓度 液相中电解质的浓度越高，则反号离子的浓度液相中电解质的浓度越高，则反号离子的浓度愈高，随着溶液中反号离子的增加，双电层
14、的愈高，随着溶液中反号离子的增加，双电层的固定层中的反号离子数量也相应地增多，固定层中的反号离子数量也相应地增多，-电电位降低；位降低；当电解质浓度足够大时，可使滑动电位当电解质浓度足够大时，可使滑动电位等于零，等于零，此时状态称为此时状态称为等电点等电点。具体见图。具体见图 离子价数离子价数 如果反号离子的价数由原来的如果反号离子的价数由原来的1 1价变为价变为2 2价，而其他条件价，而其他条件不变，则由于带电的胶粒对单个离子的吸引力加大了一不变，则由于带电的胶粒对单个离子的吸引力加大了一倍，所以反号离子更接近于胶粒表面，使双电层厚度减倍，所以反号离子更接近于胶粒表面，使双电层厚度减小。所以
15、，价数高的反号离子使胶粒的小。所以，价数高的反号离子使胶粒的- -电位降低得电位降低得更剧烈。更剧烈。 小结：小结： 电解质浓度的增加，电解质浓度的增加，- -电位降低；电位降低； 电价越高，电价越高，- -电位越小；电位越小； 参考：课本图参考：课本图2-4-32-4-3和和2-4-42-4-4第二节第二节 离子交换和胶团中的结合水离子交换和胶团中的结合水一、离子交换一、离子交换n由于各种阳离子的被吸附能力不同，因而已被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。例如交换反应如下：力更强的离子所置
16、换。例如交换反应如下：n2Na-粘土粘土+ Ca2+Ca-粘土粘土+2Na+n利用离子交换可以提纯粘土：利用离子交换可以提纯粘土：nX树脂树脂+Y粘土粘土Y树脂树脂+X粘土，其中粘土，其中Y为多为多种离子。种离子。影响离子交换的因素影响离子交换的因素1 1、离子的本性、离子的本性u 价数。价数。 在粘土在粘土- -水悬浮液体系中，由于离子吸附主要是固水悬浮液体系中，由于离子吸附主要是固相表面与离子之间静电作用的结果，而静电作用相表面与离子之间静电作用的结果，而静电作用力的大小应服从库仑定律。力的大小应服从库仑定律。 对于同一固相表面，对于同一固相表面，反号离子的价数越高，则吸反号离子的价数越高
17、，则吸引力愈强引力愈强，一般称此为离子的吸附亲和力也称离，一般称此为离子的吸附亲和力也称离子的吸附能。子的吸附能。M M+ +MM2+2+MAlAl3+3+BaBa2+2+SrSr2+2+CaCa2+2+MgMg2+2+NHNH4 4+ +KK+ +NaNa+ +LiLi+ + 这一顺序表明这一顺序表明当离子浓度相等的水溶液中，位于顺序前当离子浓度相等的水溶液中，位于顺序前面的离子能交换出后面的离子。面的离子能交换出后面的离子。二、结合水与粘土胶团二、结合水与粘土胶团u 结合水是粘土矿物颗粒与水或水溶液相结合水是粘土矿物颗粒与水或水溶液相互作用的产物，是控制粘土互作用的产物，是控制粘土- -水
18、系统流动性、水系统流动性、塑性、膨胀、收缩、强度、变形等物理及塑性、膨胀、收缩、强度、变形等物理及力学性质的一个重要因素。力学性质的一个重要因素。u 粘土粘土- -水系统中的水有五种：水系统中的水有五种： 牢固结合水、弱结合水、渗透吸收结合水、牢固结合水、弱结合水、渗透吸收结合水、毛细管水和自由水。毛细管水和自由水。u在含水量较多的情况下，粘土在含水量较多的情况下，粘土- -水系统形成悬水系统形成悬浮液，则牢固结合水是存在于粘土胶团的吸附浮液，则牢固结合水是存在于粘土胶团的吸附层中，在胶团的扩散层中有弱结合水和渗透结层中，在胶团的扩散层中有弱结合水和渗透结合水，在胶团外存在有自由水，毛细管水与
19、结合水，在胶团外存在有自由水，毛细管水与结合水存在的范围是交叉的，也就是说在含水量合水存在的范围是交叉的，也就是说在含水量较少，粘土较少，粘土- -水系统形成可塑性泥料时，渗透水系统形成可塑性泥料时，渗透结合水不能充分形成，毛细管水便有可能存在。结合水不能充分形成，毛细管水便有可能存在。u粘土胶团中结合水的组构示意图，看图粘土胶团中结合水的组构示意图，看图2-4-5.2-4-5.n紧靠在粘土表面的水层是水分子依靠配位，静电紧靠在粘土表面的水层是水分子依靠配位，静电和氢键联结，牢固地与颗粒表面结合而成，此层和氢键联结，牢固地与颗粒表面结合而成，此层水具有较高的粘滞性和极限水具有较高的粘滞性和极限
20、剪切应力剪切应力。n而后在离粘土表面稍远处分布着由而后在离粘土表面稍远处分布着由偶极偶极-偶极偶极相互相互作用（范德华力）而组成的水化层，由于受力的作用（范德华力）而组成的水化层，由于受力的结果使水分子以相应的方式定向排列着。这层水结果使水分子以相应的方式定向排列着。这层水与粘土表面连结较弱，但与胶团外的自由水相比与粘土表面连结较弱，但与胶团外的自由水相比较仍有较高的粘性和抗剪应力。较仍有较高的粘性和抗剪应力。n“渗透渗透”吸收结合水是结构水化层转入自由水的吸收结合水是结构水化层转入自由水的过渡层。其上限与粘土颗粒周围充分发育的扩散过渡层。其上限与粘土颗粒周围充分发育的扩散层相当，但其下限并不
21、与扩散层的下限一致，而层相当，但其下限并不与扩散层的下限一致，而要略高一些。要略高一些。n物体由于外因（载荷、温度变化等）而变形时，在它物体由于外因（载荷、温度变化等）而变形时，在它内部任一截面的两方出现的相互作用力，称为内部任一截面的两方出现的相互作用力，称为“内内力力”。内力的集度，即单位面积上的内力称为。内力的集度，即单位面积上的内力称为“应应力力”。应力可分解为垂直于截面的分量，称为。应力可分解为垂直于截面的分量，称为“正应正应力力”或或“法向应力法向应力”；相切于截面的分量称为；相切于截面的分量称为“剪切剪切应力应力”。 n偶极偶极矩是衡量分子极性大小的物理量。极性分子就是矩是衡量分
22、子极性大小的物理量。极性分子就是偶极子。因为，对分子中的正负电荷来说，可以设想偶极子。因为，对分子中的正负电荷来说，可以设想它们分别集中于一点，叫做正电荷中心和负电荷中心，它们分别集中于一点，叫做正电荷中心和负电荷中心，或者说叫分子的极（正极和负极），极性分子的偶极或者说叫分子的极（正极和负极），极性分子的偶极距等于正负电荷中心间的距离乘以正电荷中心（或负距等于正负电荷中心间的距离乘以正电荷中心（或负电荷中心）上的电量。电荷中心）上的电量。 第三节第三节 泥浆流动性和稳定性及泥料的可塑性泥浆流动性和稳定性及泥料的可塑性一、泥浆流动性和稳定性一、泥浆流动性和稳定性1 1、制备泥浆的主要技术要求：
23、、制备泥浆的主要技术要求：u 在保证足够的流动性的前提下，泥浆应含有尽可能在保证足够的流动性的前提下，泥浆应含有尽可能少的水分。少的水分。u 泥浆要求高的稳定性，静置一段时间内不发生聚沉。泥浆要求高的稳定性，静置一段时间内不发生聚沉。为达到上述要求，一般都在泥浆中加入适量的稀释剂为达到上述要求，一般都在泥浆中加入适量的稀释剂（电解质）如水玻璃、纸浆废液等。（电解质）如水玻璃、纸浆废液等。n为什么加入稀释剂能起到改善泥浆工艺性能的为什么加入稀释剂能起到改善泥浆工艺性能的作用？作用？n粘土粘土- -水系统悬浮液的分散和凝聚不是由于加水系统悬浮液的分散和凝聚不是由于加入稀释剂后产生离子交换反应和双电
24、层中扩散入稀释剂后产生离子交换反应和双电层中扩散层的变化所引起，而是具有更为复杂的性质，层的变化所引起，而是具有更为复杂的性质，与粘土矿物的结晶化学特征，特别是与其表面与粘土矿物的结晶化学特征，特别是与其表面和侧面断口的特征密切相关。在粘土带电理论和侧面断口的特征密切相关。在粘土带电理论中已提到粘土颗粒断口的表面可能持正电或负中已提到粘土颗粒断口的表面可能持正电或负电，视介质的电，视介质的pHpH值而定。值而定。因此，粘土表面由于因此，粘土表面由于pHpH值的变化或稀释剂中阴离子值的变化或稀释剂中阴离子的吸附而出现的电荷变性效应是稀释剂的作用基础。的吸附而出现的电荷变性效应是稀释剂的作用基础。
25、n一、向悬液中加入少量碱，使一、向悬液中加入少量碱，使pHpH升到升到8 8至至1010，或采，或采用高价阴离子（用高价阴离子（P P2 2O O3 34-4-,C,C2 2O O4 42-2-,PO,PO4 43-3-) )的盐类都可得到的盐类都可得到分散良好的效果，也就是使粘土分散良好的效果，也就是使粘土- -水悬浮液变得稳水悬浮液变得稳定。定。n二、据二、据X X光衍射分析证明阴离子的被吸附在粘土颗光衍射分析证明阴离子的被吸附在粘土颗粒侧断口，而在粘土颗粒的基面上则不出现阴离子粒侧断口，而在粘土颗粒的基面上则不出现阴离子吸附。吸附。n三、为了使悬浮液稳定所用的电解质的三、为了使悬浮液稳定
26、所用的电解质的量是少的，这是由于粘土颗粒侧断口的量是少的，这是由于粘土颗粒侧断口的总表面积很小所致。总表面积很小所致。n四、加入电解质时悬液的粘度骤然降低，四、加入电解质时悬液的粘度骤然降低，而胶体颗粒的电泳活动性却增高，这说而胶体颗粒的电泳活动性却增高，这说明粘度的降低并不是由于明粘度的降低并不是由于 - -电位降低导电位降低导致结合水变成自由水的缘故。致结合水变成自由水的缘故。加入稀释剂影响泥浆流动性和稳定性的机制？加入稀释剂影响泥浆流动性和稳定性的机制？n在自然条件下，粘土颗粒的基面和断口可能持有不同在自然条件下，粘土颗粒的基面和断口可能持有不同性质的双电层。这使片状的粘土颗粒可能出现边
27、面连性质的双电层。这使片状的粘土颗粒可能出现边面连接，造成粘土接，造成粘土- -水悬浮液具有较高的凝聚力和较低的水悬浮液具有较高的凝聚力和较低的稳定性。稳定性。n加入电解质（可以是改变加入电解质（可以是改变pHpH值的碱液，也可以是含有值的碱液，也可以是含有高价阴离子团的无机盐类）促使改变其断口的双电层高价阴离子团的无机盐类）促使改变其断口的双电层性质，使断口双电层与基面双电层性质一致起来。从性质，使断口双电层与基面双电层性质一致起来。从而导致斥力增加，粘土颗粒分散，悬浮液稳定，粘度而导致斥力增加，粘土颗粒分散，悬浮液稳定，粘度降低。降低。n若再增加电解质，使粘土若再增加电解质，使粘土- -水
28、系统中阳离子（最水系统中阳离子（最好是好是1 1价）浓度增加，这样改变了原来胶团到自价）浓度增加，这样改变了原来胶团到自由水之间的阳离子浓度梯度，减小了渗透压，于由水之间的阳离子浓度梯度，减小了渗透压，于是一部分是一部分“渗透渗透”吸收结合水转变成自由水。悬吸收结合水转变成自由水。悬浮液的流动度进一步增加，当阳离子浓度达到一浮液的流动度进一步增加，当阳离子浓度达到一定程度，定程度，-电位有比较大的下降，致使斥力下降。电位有比较大的下降，致使斥力下降。再继续增大阳离子浓度，再继续增大阳离子浓度， -电位太小，悬浮液不电位太小，悬浮液不稳定开始聚沉。稳定开始聚沉。二、泥料的可塑性理论二、泥料的可塑
29、性理论n用水混合后的粘土的用水混合后的粘土的可塑性可塑性，通常是指它在受压，通常是指它在受压力情况下获得这种或那种形状而不发生破裂及裂力情况下获得这种或那种形状而不发生破裂及裂纹，在外加作用停止后仍然保持该形状的能力。纹，在外加作用停止后仍然保持该形状的能力。u产生可塑性的原因产生可塑性的原因: :n关于泥料可塑性产生机理的认识尚不甚统一。一关于泥料可塑性产生机理的认识尚不甚统一。一般来说，干的泥料只有弹性，颗粒间表面力使泥般来说，干的泥料只有弹性，颗粒间表面力使泥料聚在一起，由于这种力的作用范围很小，稍有料聚在一起，由于这种力的作用范围很小，稍有外力即可使泥料开裂。要使泥料能塑成一定形状外力
30、即可使泥料开裂。要使泥料能塑成一定形状而不开裂，则必须提高颗粒间作用力，同时在产而不开裂，则必须提高颗粒间作用力，同时在产生变形后能够形成新的接触点，基于这种认识，生变形后能够形成新的接触点，基于这种认识，有过种种关于泥料塑性的产生机理。有过种种关于泥料塑性的产生机理。（1 1） 固体键理论固体键理论n可塑性是由于粘土可塑性是由于粘土水界面键力作用的结果水界面键力作用的结果。粘土。粘土和水结合时，第一层水分子是牢固结合的，它不仅和水结合时，第一层水分子是牢固结合的，它不仅通过氢键与粘土粒子表面结合，同时也彼此联结成通过氢键与粘土粒子表面结合，同时也彼此联结成六角网层。随着水量增加，这种结合力减
31、弱，开始六角网层。随着水量增加，这种结合力减弱，开始形成较不规则排列的松结合水层。它起着润滑剂作形成较不规则排列的松结合水层。它起着润滑剂作用，虽然氢键结合力依然起作用，但泥料开始产生用，虽然氢键结合力依然起作用，但泥料开始产生流动性。当水量继续增加，即出现自由水，泥料向流动性。当水量继续增加，即出现自由水，泥料向流动状态过渡。因此对应于可塑状态，泥料应有一流动状态过渡。因此对应于可塑状态，泥料应有一个最适宜的含水量，这时它处于松结合水和自由水个最适宜的含水量，这时它处于松结合水和自由水间的过渡状态。间的过渡状态。（2 2） 紧薄膜理论紧薄膜理论n在水存在时，在水存在时，颗粒间隙的毛细管作用对
32、粘土粒子结颗粒间隙的毛细管作用对粘土粒子结合的影响合的影响。认为在塑性泥料的粒子间存在两种力，。认为在塑性泥料的粒子间存在两种力，一是粒子间的吸引力；另一种是带电胶体微粒间的一是粒子间的吸引力；另一种是带电胶体微粒间的斥力。由于在塑性泥料中颗粒间形成半径很小的毛斥力。由于在塑性泥料中颗粒间形成半径很小的毛细管（缝隙），当水膜仅仅填满粒子间这些细小毛细管（缝隙），当水膜仅仅填满粒子间这些细小毛细管时，毛细管力大于粒子间的斥力，颗粒间形成细管时，毛细管力大于粒子间的斥力，颗粒间形成一层张紧的水膜，泥粒达到最大塑性。当水量多时，一层张紧的水膜，泥粒达到最大塑性。当水量多时，水膜的张力松弛下来，粒子间
33、吸引力减弱。水量少水膜的张力松弛下来，粒子间吸引力减弱。水量少时，不足以形成水膜，塑性也被破坏。时，不足以形成水膜，塑性也被破坏。（3 3） 胶团与介质，胶团与胶团之间的静电引力胶团与介质，胶团与胶团之间的静电引力n可塑性是基于带电粘土胶团与介质中离子之间可塑性是基于带电粘土胶团与介质中离子之间的静电引力和胶团间的静电斥力作用的结果。的静电引力和胶团间的静电斥力作用的结果。由于粘土胶团的吸附层和扩散层厚度是随交换由于粘土胶团的吸附层和扩散层厚度是随交换性阳离子的种类而变化的。当两个颗粒逐渐接性阳离子的种类而变化的。当两个颗粒逐渐接近到吸附层以内，斥力开始明显表现出来，但近到吸附层以内，斥力开始
34、明显表现出来，但随着距离拉大，斥力迅速降低。当引力占优势，随着距离拉大，斥力迅速降低。当引力占优势，它吸引其它粘土粒子包围自己而呈可塑性。当它吸引其它粘土粒子包围自己而呈可塑性。当斥力大于引力，可塑性较差。因此可以通过阳斥力大于引力，可塑性较差。因此可以通过阳离子交换来调节粘土可塑性。离子交换来调节粘土可塑性。 1 1、应力与应力图、应力与应力图n当一块粘土泥料受到一个正在增加着的力的作当一块粘土泥料受到一个正在增加着的力的作用时，会得到如图用时，会得到如图2-4-62-4-6的应力的应力- -应变图。从开应变图。从开始一直到降伏点始一直到降伏点a a，变形是弹性的。，变形是弹性的。n如果应力
35、作用了一个很短的时间后就被除去，如果应力作用了一个很短的时间后就被除去，泥料就会恢复原状。然而，如果应力维持一个泥料就会恢复原状。然而，如果应力维持一个长的时间，这种复原的能力就要损失若干，这长的时间，这种复原的能力就要损失若干，这可能是由于水分从受力大的部分向受力低部分可能是由于水分从受力大的部分向受力低部分移动的缘故。移动的缘故。n应力继续增加超过降伏点，则产生塑性变形，应力继续增加超过降伏点，则产生塑性变形，到达到达b b点后泥料开始出现裂纹或破裂。点后泥料开始出现裂纹或破裂。n衡量一块泥料可塑性好坏的指标：一是衡量一块泥料可塑性好坏的指标：一是降伏值降伏值，二是二是破裂时达到的延伸量破
36、裂时达到的延伸量。n降伏值过高，而延伸量过小时，成型时费力而降伏值过高，而延伸量过小时，成型时费力而且容易破裂。反之，如果降伏值过低，成型好且容易破裂。反之，如果降伏值过低，成型好的坯料往往由于自重而变形。的坯料往往由于自重而变形。n通常近似地用降伏值和最大延伸量的乘积来评通常近似地用降伏值和最大延伸量的乘积来评价，在一个一定含水量时这个乘积为最大值时价，在一个一定含水量时这个乘积为最大值时被认为最合适。被认为最合适。2 2、可塑泥料中力的分析、可塑泥料中力的分析n在一块可塑泥料中，平衡时，把颗粒聚集在一在一块可塑泥料中，平衡时，把颗粒聚集在一起的力正好等于斥力。起的力正好等于斥力。n例如，当
37、一块塑性粘土在透水活塞之间加高压，例如，当一块塑性粘土在透水活塞之间加高压，水从泥块中挤出，颗粒靠拢到它们的斥力与外水从泥块中挤出，颗粒靠拢到它们的斥力与外部压力相平衡的一点，此时如果撤去外压，纳部压力相平衡的一点，此时如果撤去外压，纳米水膜仍保持它们在高压下的厚度。为了把颗米水膜仍保持它们在高压下的厚度。为了把颗粒聚集在一起，这里必然有和撤消了的压力大粒聚集在一起，这里必然有和撤消了的压力大小相同的某种力可以利用，唯一可利用的力是小相同的某种力可以利用，唯一可利用的力是表面张力。表面张力。n看图看图2-4-82-4-8n在水内部的一个在水内部的一个水分子水分子受到周围水分子的作用受到周围水分
38、子的作用力的合力为力的合力为0 0，但在表面的一个水分子却不如，但在表面的一个水分子却不如此。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内此。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液体内部，力不等于零，其合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为收缩力称为表面张力表面张力。 影响可塑性的因素影响可塑性的因素n影响可塑性的因素有粘土种类、含量、颗粒大小、影响可塑性的因素有粘土种类、含量、颗粒大小、分布和形状、含水量以及电解质
39、种类和浓度等。分布和形状、含水量以及电解质种类和浓度等。含水量：含水量：可塑性只发生在某一最适宜含水量范可塑性只发生在某一最适宜含水量范围，水分过多过少都会使泥料的流动特性发生围，水分过多过少都会使泥料的流动特性发生变化。变化。电解质：电解质：不同电解质会改变粘土粒子吸附层中不同电解质会改变粘土粒子吸附层中的吸附阳离子，因而颗粒表面形成的水层厚度的吸附阳离子，因而颗粒表面形成的水层厚度随之变化，并改变其可塑性。随之变化，并改变其可塑性。颗粒大小和形状：颗粒大小和形状：可塑性与颗粒间接触点的数可塑性与颗粒间接触点的数目和类型有关。颗粒尺寸越小，比表面大，接目和类型有关。颗粒尺寸越小，比表面大，接
40、触点也多，变形后形成新的接触点的机会也多，触点也多，变形后形成新的接触点的机会也多，可塑性就好。颗粒越小，离子交换量提高也会可塑性就好。颗粒越小，离子交换量提高也会改善可塑性。颗粒形状直接影响粒子间相互接改善可塑性。颗粒形状直接影响粒子间相互接触的状况，对可塑性也是重要的。如片状颗粒触的状况，对可塑性也是重要的。如片状颗粒因具有定向沉积特性，可以在较大范围滑动而因具有定向沉积特性，可以在较大范围滑动而不致相互失去联结，因而比粒状颗粒常有较高不致相互失去联结，因而比粒状颗粒常有较高可塑性。可塑性。n总之，一块可塑性较好的泥料，应该有一个适总之，一块可塑性较好的泥料，应该有一个适当高的降伏值，在破
41、裂以前又有一个大的延伸当高的降伏值，在破裂以前又有一个大的延伸量。显然水膜愈薄，由表面张力促使粘土颗粒量。显然水膜愈薄，由表面张力促使粘土颗粒聚集在一起的作用力也愈大，当然降伏值就愈聚集在一起的作用力也愈大，当然降伏值就愈高。但另一方面，要有较大的延伸量又应有适高。但另一方面，要有较大的延伸量又应有适当厚度的水膜，因为正是由于被水膜润湿了的当厚度的水膜，因为正是由于被水膜润湿了的容易相互滑动的板片状颗粒造成其具有一定延容易相互滑动的板片状颗粒造成其具有一定延伸量的。伸量的。n要改善泥料的可塑性，有各种办法如真空处理、要改善泥料的可塑性，有各种办法如真空处理、陈化陈化、离子交换等。、离子交换等。n胶体陈化作用胶体陈化作用（colloid ageingcolloid ageing）是胶体由于）是胶体由于压力的加大、温度的升高，或随时间的发展而压力的加大、温度的升高，或随时间的发展而脱水，过渡为偏胶体，形成稳定的自生矿物的脱水，过渡为偏胶体，形成稳定的自生矿物的现象。例如在自然界中，无序的含水二氧化硅现象。例如在自然界中，无序的含水二氧化硅凝胶体是蛋白石，在成岩作用及后生作用过程凝胶体是蛋白石，在成岩作用及后生作用过程中，逐渐脱水而过渡为玉髓，随后转变为微晶中，逐渐脱水而过渡为玉髓，随后转变为微晶石英，最后重结晶为有序性很好的石英。石英，最后重结晶为有序性很好的石英。