Compressibility behaviour of homoionized bentonites

Abstract

The Paper reports the mechanisms controlling the Atterberg limits and compressibility characteristics of bentonite, homoionized with a series of monovalent, divalent and trivalent cations. An increase in cationic valency reduces the liquid limit and the compressibility of the clay material, while an increase in the hydrated ionic radius (for a constant valency) increases the liquid limit and compressibility. The size effect is more pronounced for the monovalent bentonites than for the divalent and trivalent clays. The influence of ionic size is explained qualitatively by the Stern model. In the potassium and ammonium bentonites, besides the relatively higher adsorption of cations in the Stern layer, the partial fixation of the cations in the hexagonal oxygen holes of the surface silicate layer also contributes to the marked changes in the properties studied. The consolidation rate and permeability are also significantly affected by the valency and size of the adsorbed cations. An increase in the valency of the adsorbed cations leads to quicker rates of consolidation and higher permeabilities, while, for a constant valency, an increase in the hydrated radius of the adsorbed cation results in a slower rate of consolidation and a lower permeability. Once again the size effect is more pronounced for the monovalent bentonites and is relatively small in the divalent and trivalent bentonites. The variations in the coefficient of secondary compression with cationic valency and size are similar to that noted for the compression index. L'article décrit les mécanismes qui contrôlent les limites d'Atterberg et les limites de compressibilité de la bentonite homoionisie avec une série de cations monovalents, divalents et trivalents. Une augmentation de la valence cationique réduit la limite de liquidité et la compressibilité de l'argile, tandis qu'une augmentation du rayon ionique hydraté (à valence constante) provoque un accroissement de la hmite de liquidité et de la compressibilité. L'effet dimensionnel est plus prononcé pour les bentonites monovalentes que pour les argiles divalentes et trivalentes. L'influence de la dimension ionique s'explique quahtativement par le modèle de Stern. Dans le cas des bentonites à potasse et à ammonium, outre l'adsorption relativement plus élevée des cations dans la couche de Stern, la fixation partielle des cations dans les trous hexagonaux d'oxygène de la couche de silicate superficielle contribue aussi aux changements prononcés dans les propriétés étudiées. La vitesse de consolidation et la permeabihté sont aussi affectées de façon importante par la valence et les dimensions des cations adsorbés. Une augmentation de la valence des cations adsorbés produit des vitesses plus élevées de consolidation et des permeabilités supérieures, tandis qu'une augmentation du rayon hydraté du cation adsorbé (à valence constante) entraine une moindre vitesse de consolidation et une moindre permeabilité. Encore une fois le facteur dimensionnel est plus prononcé pour les bentonites monovalentes et il reste relativement peu élevédans le cas des bentonites divalentes et trivalentes. Les variations dans le coefficient de compression avec la valence cationique et les dimensions sont semblables à celle qui a été enregistrte pour l'indice de compression.