점토광물의 생성과 구조

 점토광물은 주로 장석과 운모의 풍화에서 생성된다.

 점토광물은 충격자 광물로 알려진 칼슘과 철, 알루미나 실리케이트의 복합적인 형태를 띤다. 점토광물은 본래의 상태로 크기에 있어서 매우 작고 매우 박편이기 때문에 큰 표면적을 가지고 있다. 더욱이 이들 표면들은 음전하를 띠게되고 음전하는 점토질 흙의 공학적 거동을 이해하는데 매우 중요하다.

 

 점토 광물을 단순한 형태로 이해하기 위해서는 그들의 충격자 구조의 본질적인 특징을 조사하는 것이 필요하다. 사면체  단위로서 중앙에 알루미늄 혹은 마그네슘이온이 위치하고 6개의 수산기가 둘러싸인 형태이다. 여기서 주목할 것은 금속성 이온이 중심에 음이온 형태의 비금속이온은 주변에 위치하고 있다는 사실이다.

 

 산소 이온이 단위 사이에서 연결될 때 층 구조를 이루게 된다. 이와 같이 실리카 층의 형태를 지닌 사면체의 연결형태로 구성된다. 팔면체의 단위는 중심점의 단지 3분의 2가 이중팔면체구조를 제공하는 Al3+에 의해 채워지거나 모든 중심점이 삼중팔면체구조를 제공하는 Mg2+에 의해 채워지는 어느 사이트층 일지라도 층을 형성하기 위해 그들의 정점에서 함께 연결된다.

 

 사면체와 팔면체에서 외부이온 사이의 간격은 공유 산소이온이나 수소이온에 의하여 함께 연결되기 위한 간격과 매우 유사하다. 2층 또는 3층 구조의 어느 것이나 2개의 혼합배열이 가능하다. 2층 배열에서 2개의 사면체의 층에 팔면체의 층이 끼워져서 이루어져 있다. 광물입자는 층이 서로 막대형태로 연결될 때 만들어진다. 점토광물은 장석과 운모를 포함하고 있는 바위의 풍화에서 생성된 충격자 그룹의 일부이다. 다음과 같은 카오리나이트, 일라이트, 몬모릴로나이트와 버미큐라이트는 층 사이의 결합에 4개의 주된 그룹의 점토 광물을 제공하고 있는 이온의 배열과 타입을 쌓는 것에 따라 달라진다.

 

Kaolinite 그룹

 이것들은 kaolin의 주요한 구성 요소이다. 그리고 China점토는 화강암의 주요 구성광물이 석영의 풍화로부터 생성된다. China 점토의 대규모 퇴적은 대본기의 콘월기에 이루어졌다. 카올린구조는 실리카와 깁사이트의 이층배열이 강한 구속에 의해 이루어졌다. 그 자체가 Kaolinite는 매우 규칙적인 구조에서 많은 약 100개의 층과 함께 이러우진 박편장의 광물이다. 열대지역에서 나타나는 또 다른 형태는 층이 물분자에 의해 분리된 형태의 halloysite이다. 박편장의 대부분의 다른 점토에 비해 할로사이트 입자는 관 모양이거나 막대와 같다. 60도 이상의 온도에서의 할로사이트는 탈수되는 경향이 있기 때문에 많은 양을 포함하는 흙을 대상으로 하는 실험에서는 주의가 필요하다.

 

lllite그룹

 운모가 바다 속으로 가라앉는 것은 일라이트로 분리는 광물과 유사한 형태를 지닌다. 이들 일라이트는 해저층의 런던점토와 옥스퍼드 점토와 같은 점토광물과 혈암에서 우세하게 발견된다. 정장석의 풍화에 모든 칼륨이온이 삭제되지 않을 때 약간의 illites도 생성된다. 구조는 인근 실리카층 사이의 결합을 제공하는 K+이온과 함께 3층 gibbsite판으로 이루어져 있다. 결합력은 입자가 얆고 작기 때문에 kaolinite보다 약하다.

 

Montmorillonte 그룹

 이 그룹의 광물은 smectites로서 간주되기도 하며 벤토나이트를 구성하는 주요 요소이다. Montmorillonite는 illite의 마모에 의해 많이 발생되지만 화산재 퇴적물에서 사장석의 풍화에 의해 만들어진다. 본질적으로 중간의 팔면체 층은 gibbsite가 위치하지만 종종 망간과 알류미늄이 그 자리를 대신하기도 하는 3층 배열의 구조를 지닌다. 금속이온의 변화는 판사이의 약한 결합을 제공한다. 이러한 약한 결합의 결과, 물분자가 층사이에 침투하기 쉽고 결과적으로 팽창 및 수축 가능성이 높은 특성을 갖는다.

 

버미큐라이트 그룹

 이 그룹은 흑운모와 녹니석이 풍화되어 생성된다. 버미큐라이트의 구조는 판결합을 제공하고 있는 양이온이 약간의 물분자에 의해 동반된 Mg이 지배적이라는 것을 제외하고는 몬모릴로나이트의 구조와 유사하다. 따라서 수축 및 팽창 포텐셜은 유사하지만 몬모릴로나이트에 비해서는 비교적 작다.