Глины в ходе литогенеза изменяют состав, структуру и свойства, в том числе и физико-химические. В работах некоторых исследователей представлены результаты изучения изменения свойств связанной воды в глинах под действием повышающих температур и давлений. При уплотнении водонасыщенных глин в первую очередь удаляется «свободная» вода крупных пор, затем при нагрузках 1–3 МПа — осмотическая вода, а при давлении более 10 МПа начинается удаление «структурированных гидратных слоев» адсорбционно-связанной воды. По литературным данным, ближайшие к твердой поверхности несколько слоев воды, соответствующие влажности глин близкой к «максимальной гигроскопической», не отжимаются нагрузками в десятки МПа, а «монослои» — в сотни МПа. Однако, несмотря на существующие публикации по данному вопросу, экспериментальной информации недостаточно. Настоящая работа посвящена влиянию стрессового давления на формирование связанной воды в каолиновой глине. В процессе экспериментальных исследований установлено, что стрессовое давление оказывает разнонаправленное воздействие на градиент удаляемой массы связанной воды в глинах. Это обусловлено тем, что при обработке каолиновой глины стрессовым давлением образуются на поверхности и «внутри» частиц (агрегатов, коллоидов и кристаллитов) дефекты. Такие несовершенства поверхности формируют энергетический потенциал частиц, который определяет сорбционную активность глин. В ходе сопоставления прямых и косвенных критериев выявлено, что наиболее значительное влияние на формирование энергетического потенциала частиц оказывает давление в диапазоне Р = 0 ÷ 125 МПа. При увеличении нагрузки до Р = 800 МПа установить влияние стрессового давления на формирование энергетического потенциала достаточно сложно. Таким образом, при техногенном воздействии на каолиновую глину изменяется ее энергетический потенциал и, как следствие, физико-химические свойства, в том числе и содержание связанной воды.

1. Болдырев В.В., 2006. Механохимия и механическая активация твердых веществ. Успехи химии, Том 75, № 3, с. 203–216.
2. Галкин В.И., Растегаев А.В., Галкин С.В., 2001. Вероятностно-статистическая оценка нефтегазоносности локальных структур. УрО РАН, Екатеринбург.
3. Гойло Э.А., Котов Н.В., Франк-Каменецкий В.А., 1966. Экспериментальное исследование влияния давления и температуры на кристаллические структуры каолинита, иллита и монтмориллонита. В сб. Физические методы исследования осадочных пород, Наука, Москва, с. 123–129.
4. Григорьев М.В., Молчунова Л.М., Буякова С.П., Кульков С.Н., 2013. Влияние механической обработки на структуру и свойства порошка нестехиометрического карбида титана. Известия Высших учебных заведений. Физика, Том. 56, № 7/2, с. 206–210.
5. Злочевская Р.И., Королев В.А., Кривошеева З.А., Сергеев Е.М., 1977. О природе изменения свойств связанной воды в глинах под действием повышающих температур и давлений. Вестник МГУ, Серия геология, № 3, с. 80–96.
6. Кара-Сал Б.К., Сапелкина Т.В., 2012. Повышение адсорбционных свойств глинистых пород Тувы в зависимости от методов активации. Актуальные проблемы современной науки, № 5, с. 158–162.
7. Кривошеева З.А., Злочевская Р.И., Королев В.А., Сергеев Е.М., 1977. О природе изменения состава и свойств глинистых пород в процессе литогенеза. Вестник МГУ, Серия геология, № 4, с. 60–73.
8. Кузнецова Т.А., Чижик Н.В., Ширяева Т.И., 2013. Микрозонды для определения силы адгезии и удельной поверхностной энергии методом атомно-силовой микроскопии. Приборы и методы измерений, № 1 (6), с. 41–45.
9. Лучицкий И.В., Громин В.И., Ушаков Г.Д., 1967. Эксперименты по деформации горных пород в обстановке высоких давлений и температур. Наука, Сибирское отделение, Новосибирск.
10. Миронов В.Л., 2004. Основы сканирующей зондовой микроскопии. РАН Институт физики микроструктур. Нижний Новгород.
11. Осипов В.И., Соколов В.Н., 2013. Глины и их свойства. Состав, строение и формирование свойств. ГЕОС, Москва.
12. Середин В.В., Растегаев А.В., Медведева Н.А., Паршина Т.Ю., 2017. Влияние давления на площадь активной поверхности частиц глинистых грунтов. Инженерная геология, № 3, с. 18–27.
13. Середин В.В., Растегаев А.В., Галкин В.И., Паршина Т.Ю., Исаева Г.А., 2017. Влияние давления и гранулометрического состава на энергетическую активность глин. Инженерная геология, № 4. с. 62–71.
14. Середин В.В., Федоров М.В., Лунегов И.В., Медведева Н.А., 2018. Закономерности изменения сил адгезии на поверхности частиц каолинитовой глины, подверженной сжатию. Инженерная геология, № 3, с. 8–18.
15. Франк-Каменецкий В.А., Котов Н.В., Гойло Э.А., 1970. Изменение структуры глинистых минералов в различных термодинамических условиях. В сб. Рентгенография минерального сырья. Недра, Москва, № 7, с. 166–174.
16. Шлыков В.Г., 2006. Рентгеновский анализ минерального состава дисперсных грунтов. ГЕОС, Москва.
17. Galan E., Aparicio P., Gonzalez I., La Iglesia A., 2006. The effect of pressure on order/disorder in kaolinite under wet and dry conditions. Clays and Clay Minerals, Vol. 54, No. 2, pp. 230–239.
18. Çolak A., Wormeester H., Zandvliet H.J.W., Poelsema B., 2012. Surface adhesion and its dependence on surface roughness and humidity measured with a flat tip. Applied surface science, Vol. 258, No. 18, pp. 6938–6942.
19. Ehrenberg S.N., Aagaard P., Wilson M.J., Fraser A.R. and Duthie D.M.L., 1993. Depth-dependent transformation of kaolinite to dickite in sandstones of the Norwegian continental shelf. Clay Minerals, Vol. 28, pp. 325–352.
20. Kossovskaya A.G., Shutov V.D., 1963. Facies of regional epi- and metagenesis. International Geology Review, Vol. 7, No. 7,
pp. 1157–1167.
21. La Iglesia A., 1993. Pressure induced disorder in kaolinite. Clay Minerals, Vol. 28, pp. 311–319.
22. Leite F.L., Ziemath E.C., Oliveira Junior O.N., Herrmann P.S.P., 2005. Adhesion forces for mica and silicon oxide surfaces studied by atomic force spectroscopy (AFS). Microscopy and Microanalysis, Vol. 11, (Suppl. 3), pp. 130–133.
23. Peng Z., 2015. Effects of surface roughness and film thickness on the adhesion of a bio-inspired nanofilm. Bio-inspired studies on adhesion of a thin film on a rigid substrate, pp. 55–70.
24. Persson B.N.J., Tosatti E., Chem J., 2001. The effect of surface roughness on the adhesion of elastic solids. Journal of Chemical Physics, Vol. 115, Issue 12, pp. 5597–5610.
25. Range K.J., Range A., Weiss A., 1969. Fire-clay type kaolinite or fire-clay mineral. Experimental classification of kaolinite-halloysite minerals. Proc. Int. Clay Conf. Tokyo, 1969, pp. 3–13.
26. Ruiz Cruz M.D., Andreo B., 1996. Genesis and transformation of dickite in Permo-Triassic sediments (Betic Cordilleras). Clay Minerals, Vol. 31, Issue 2, Spain, pp. 133–152.
27. Stefani V.F., Conceição R.V., Balzaretti N.M., Carniel L.C., 2014. Stability of lanthanum-saturated montmorillonite under high pressure and high temperature conditions. Applied Clay Science, Vol. 102, pp. 51–59.
28. Sun D., Zhang L., Zhang B., Li J., 2015. Evaluation and prediction of the swelling pressures of gmz bentonites saturated with saline solution. Applied Clay Science, Vol. 105–106, pp. 207–216.
29. Fritzsche J., Peuker U.A., 2015. Wetting and adhesive forces on rough surfaces -- An experimental and theoretical study. Procedia Engineering Vol. 102, pp. 45–53.
30. Zhu X., Zhu Z., Lei X., Yan C., 2016. Defects in structure as the sources of the surface charges of kaolinite. Applied clay science,
Vol. 124–125, рр. 127–136.

СЕРЕДИН В.В.*
Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь, Россия, seredin@nedra.perm.ru
Адрес: ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614068, Россия
МЕДВЕДЕВА Н.А.
Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь, Россия, nata-kladova@yandex.ru
АНЮХИНА А.В.
Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь, Россия, anuhina.com@gmail.com
АНДРИАНОВ А.В.
Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь, Россия, a0001va@mail.ru

Clays during lithogenesis change the composition, structure and properties, including the physicochemical ones. Some researchers present the results of studying changes in the properties of bound water in clays under the influence of increasing temperatures and pressures. When compaction of water-saturated clays, the “free” water of large pores is removed first, then under loads of 1–3 MPa — osmotic water, and at a pressure of more than 10 MPa, the removal of “structured hydrated layers” of adsorption-bound water begins. According to the literature, several layers of water closest to a solid surface, corresponding to clay moisture close to “maximum hygroscopic” are not pressed by loads of tens of MPa, and “monolayers” of hundreds of MPa. However, despite existing publications on this issue, experimental information is not enough. The work is devoted to the influence of stress pressure on the formation of bound water in kaolin clay. In the course of experimental studies it was found that stress pressure has a multidirectional effect on the gradient of the removed mass of bound water in clays. This is due to the fact that that when treating kaolin clay with stress pressure, defects are formed on the surface and “inside” of particles (aggregates, colloids and crystallites). Such surface imperfections form the energy potential of the particles, which determines the sorption activity of the clays. During the comparison of direct and indirect criteria, it was found that the most significant influence on the formation of the energy potential of particles is exerted by pressure in the range of P = 0 ÷ 125 MPa. With increasing load up to P = 800 MPa, it is quite difficult to establish the effect of stress pressure on the formation of the energy potential. Thus, under technogenic impact on kaolin clay, its energy potential changes and, as a result, physicochemical properties, including the content of bound water.

1. Boldyrev V.V., 2006. Mechanochemistry and mechanical activation of physical substances. Advances in Chemistry, Vol. 75, No. 3,
pp. 203–216. (in Russian)
2. Galkin V.I., Rastegaev A.V., Galkin S.V., 2001. Probabilistic-statistical estimation of the petroleum potential of local structures. UB RAS, Ekaterinburg. (in Russian)
3. Goylo E.A., Kotov N.V., Frank-Kamenetsky V.A., 1966. An experimental study of the influence of pressure and temperature on the crystal structures of kaolinite, illite, and montmorillonite. On Sat Physical methods for the study of sedimentary rocks, Science, Moscow, pp. 123–129. (in Russian)
4. Grigoriev M.V., Molchunova L.M., Buyakova S.P., Kulkov S.N., 2013. The effect of mechanical treatment on the structure and properties of powder of non-stoichiometric titanium carbide. News of higher educational institutions. Physics, Vol. 56, No. 7/2, pp. 206–210. (in Russian)
5. Zlochevskaya R.I., Korolev V.A., Krivosheeva Z.A., Sergeev E.M., 1977. On the nature of the change in the properties of bound water in clays under the influence of increasing temperatures and pressures. Moscow University Geology Bulletin, No. 3, pp. 80–96. (in Russian)
6. Kara-Sal B.K., Sapelkina T.V., 2012. Improving the adsorption properties of clay rocks of Tuva, depending on activation methods. Actual problems of modern science, No. 5, pp. 158–162. (in Russian)
7. Krivosheeva Z.A., Zlochevskaya R.I., Korolev V.A., Sergeev EM, 1977. On the nature of changes in the composition and properties of clay rocks during lithogenesis. Moscow University Geology Bulletin, No. 4, pp. 60–73. (in Russian)
8. Kuznetsova T.A., Chizhik N.V., Shiryaeva T.I., 2013. Micro probes for determining the adhesion force and specific surface energy by atomic force microscopy. Instruments and methods of measurement, No. 1 (6), pp. 41–45. (in Russian)
9. Luchitsky I.V., Gromin V.I., Ushakov G.D., 1967. Experiments on the deformation of rocks in an environment of high pressures and temperatures. Publishing house Science, Siberian Branch, Novosibirsk. (in Russian)
10. Mironov V.L., 2004. Fundamentals of scanning probe microscopy. RAS Institute of Physics of Microstructures. Nizhny Novgorod. (in Russian)
11. Osipov V.I., Sokolov V.N., 2013. Clays and their properties. Composition, structure and formation of properties. Publishing house GEOS, Moscow. (in Russian)
12. Seredin V.V., Rastegaev A.V., Medvedeva N.A., Parshina T.Y., 2017. Effect of pressure on the active surface area of clayey soil particles. Engineering Geology, No. 3, pp. 18–27. (in Russian)
13. Seredin V.V., Rastegaev A.V., Galkin V.I., Parshina T.Y., Isaeva G.A., 2017. The effect of pressure and particle size distribution on the energy activity of clays. Engineering Geology, No. 4. pp. 62–71. (in Russian)
14. Seredin V.V., Fedorov M.V., Lunegov I.V., Medvedeva N.A., 2018. Regularities in the change of adhesion forces on the surface of particles of kaolinite clay, which is subject to compression. Engineering Geology, No. 3, pp. 8–18. (in Russian)
15. Frank-Kamenetsky V.A., Kotov N.V., Goilo E.A., 1970. Changes in the structure of clay minerals in various temperature-dynamic conditions. On Sat X-ray of mineral raw materials. Nedra, Moscow, No. 7, pp. 166–174. (in Russian)
16. Shlykov V.G., 2006. X-ray analysis of the mineral composition of dispersed soils. Publishing house GEOS, Moscow. (in Russian)
17. Galan E., Aparicio P., Gonzalez I., La Iglesia A., 2006. The effect of pressure on order/disorder in kaolinite under wet and dry conditions. Clays and Clay Minerals, Vol. 54, No. 2, pp. 230–239.
18. Çolak A., Wormeester H., Zandvliet H.J.W., Poelsema B., 2012. Surface adhesion and its dependence on surface roughness and humidity measured with a flat tip. Applied surface science, Vol. 258, No. 18, pp. 6938–6942.
19. Ehrenberg S.N., Aagaard P., Wilson M.J., Fraser A.R. and Duthie D.M.L., 1993. Depth-dependent transformation of kaolinite to dickite in sandstones of the Norwegian continental shelf. Clay Minerals, Vol. 28, pp. 325–352.
20. Kossovskaya A.G., Shutov V.D., 1963. Facies of regional epi- and metagenesis. International Geology Review, Vol. 7, No. 7,
pp. 1157–1167.
21. La Iglesia A., 1993. Pressure induced disorder in kaolinite. Clay Minerals, Vol. 28, pp. 311–319.
22. Leite F.L., Ziemath E.C., Oliveira Junior O.N., Herrmann P.S.P., 2005. Adhesion forces for mica and silicon oxide surfaces studied by atomic force spectroscopy (AFS). Microscopy and Microanalysis, Vol. 11, (Suppl. 3), pp. 130–133.
23. Peng Z., 2015. Effects of surface roughness and film thickness on the adhesion of a bio-inspired nanofilm. Bio-inspired studies on adhesion of a thin film on a rigid substrate, pp. 55–70.
24. Persson B.N.J., Tosatti E., Chem J., 2001. The effect of surface roughness on the adhesion of elastic solids. Journal of Chemical Physics, Vol. 115, Issue 12, pp. 5597–5610.
25. Range K.J., Range A., Weiss A., 1969. Fire-clay type kaolinite or fire-clay mineral. Experimental classification of kaolinite-halloysite minerals. Proc. Int. Clay Conf. Tokyo, 1969, pp. 3–13.
26. Ruiz Cruz M.D., Andreo B., 1996. Genesis and transformation of dickite in Permo-Triassic sediments (Betic Cordilleras). Clay Minerals, Vol. 31, Issue 2, Spain, pp. 133–152.
27. Stefani V.F., Conceição R.V., Balzaretti N.M., Carniel L.C., 2014. Stability of lanthanum-saturated montmorillonite under high pressure and high temperature conditions. Applied Clay Science, Vol. 102, pp. 51–59.
28. Sun D., Zhang L., Zhang B., Li J., 2015. Evaluation and prediction of the swelling pressures of gmz bentonites saturated with saline solution. Applied Clay Science, Vol. 105–106, pp. 207–216.
29. Fritzsche J., Peuker U.A., 2015. Wetting and adhesive forces on rough surfaces — An experimental and theoretical study. Procedia Engineering Vol. 102, pp. 45–53.
30. Zhu X., Zhu Z., Lei X., Yan C., 2016. Defects in structure as the sources of the surface charges of kaolinite. Applied clay science,
Vol. 124–125, pp. 127–136

VALERY V. SEREDIN*
Perm State National Research University; Perm, Russia; seredin@nedra.perm.ru
Address: Bld. 15, Bukireva St., 614068, Perm, 614068, Russia
NATALIA A. MEDVEDEVA
Perm State National Research University; Perm, Russia; nata-kladova@yandex.ru
ANNA V. ANUKHINA
Perm State National Research University; Perm, Russia; anuhina.com@gmail.com
ANDREY V. ANDRIANOV
Perm State National Research University; Perm, Russia; a0001va@mail.ru