Wykład 2

ZJAWISKA FIZYKOCHEMICZNE W GRUNCIE

Ze składem mineralogicznym i granulometrycznym gruntu

wi

si zjawiska

fizykochemiczne zachodz ce na powierzchni

najdrobniejszych frakcji.

Poznanie tych zjawisk ma znaczenie przy wyja nianiu

wzajemnego oddziaływania poszczególnych składników stanowi cych

mas gruntow ,

POWIERZCHNIA GRANICZNA I WŁA CIWA

Powierzchni graniczn nazywamy powierzchni styku cz stki

z otaczaj c j wod lub powietrzem. Skutki aktywno ci

powierzchniowej s oczywi cie zwi zane z wielko ci tej

powierzchni.

Powierzchni wła ciw nazywamy stosunek powierzchni

granicznej do obj to ci lub masy cz stki. Im mniejsza jest cz stka

tym wi ksza jest jej powierzchnia wła ciwa.

Cz stki

iłu maj zwykle kształt blaszek lub pałeczek. Takie

kształty daj powierzchni wła ciw znacznie wi ksz od kształtów

zwartych.

Powierzchnia gruntowej cz stki iłu zawsze posiada nie

zneutralizowany ładunek elektryczny, przy czym w naszym

klimacie jest to najcz ciej ładunek o znaku ujemnym.

Nat enie tego ładunku w du ym stopniu zale y od minerału

tworz cego cz stk i w konsekwencji rzutuje na aktywno

powierzchniow .

Wykład 2

PODWÓJNA WARSTWA ELEKTRYCZNA

Cz stka gruntu stanowi zbiór oboj tnych pod wzgl dem

elektrycznym atomów oraz jonów o pewnych okre lonych ładunkach

elektrycznych. Jony te wraz z atomami tworz sie krystaliczn

okre lonego minerału iłowego.

W idealnej sieci krystalicznej ładunki elektryczne jonów

dodatnich s zoboj tnione przez ładunki elektryczne jonów ujemnych.

W sieci krystalicznej naturalnych minerałów iłowych niektóre

kationy o wy szej warto ciowo ci s zast pione przez kationy o

ni szej warto ciowo ci (np jon Si4+ jest zast piony przez jon Al3+

lub jon Al3+ jest zast piony przez Mg2+).

Si4

+

→

Al3

+

→

Mg2

+

Taki proces wymiany jonów nazywa si

podstawieniem

izomorficznym.

Izomorficzne podstawienie mo e mie miejsce wewn trz siatki

krystalicznej lub na zewn trznej powierzchni minerałów iłowych

Pierwsza posta jest charakterystyczna dla grupy minerałów

montmorylonitów, druga dla grupy kaolinitów. Nadaje ono sieci

krystalicznej ładunek ujemny, a wi c i cz stka ma ładunek ujemny

Ładunek ten jest zoboj tniony przez kationy otaczaj ce cz stk

iłu, które w roztworze wodnym mog ulega wymianie i dlatego

nosz nazw

jonów wymiennych.

Wykład 2

PODWÓJNA WARSTWA ELEKTRYCZNA

Zjawisko

wyst powania

niezrównowa onych

ładunków

elektrycznych powoduje formowanie si wokół cz stki

podwójnej

warstwy elektrycznej.

Pierwsz jej sfer stanowi aniony na powierzchni granicznej

cz stki, drug za warstwa kationów na stałe zwi zana z powierzchni

cz stki oraz

warstwa dyfuzyjna.

Wielko ciami charakteryzuj cymi pole elektryczne wokół

cz stki s :

-

potencjał termodynamiczny - maksymalna ró nica potencjałów

pomi dzy powierzchni graniczn , a zewn trzem warstwy

dyfuzyjnej

-

potencjał elektrokinetyczny - ró nica potencjałów w granicach

warstwy dyfuzyjnej.

Wykład 2

RODZAJE WODY W GRUNCIE

1)

woda gruntowa grawitacyjna - poruszaj ca si swobodnie pod

wpływem siły ci ko ci: Jej wpływ na szkielet gruntowy przejawia

si przez:

a) działanie chemiczne - polegaj ce na udziale w procesie

wietrzenia, destrukcja jej zale y od składu chemicznego oraz od

szybko ci przepływu,

b) działanie mechaniczne - powoduje unoszenie cz steczek

szkieletu i wymywanie gruntu, przekazywanie na szkielet

ci nienia hydrostatycznego, wypieranie go ku górze,

przekazywanie ci nienia spływowego podczas przepływu wody

przez grunt,

2)

woda przes czaj ca si - znajduje si w sferze aeracji, która

rozci ga si od powierzchni terenu do zwierciadła wody

grawitacyjnej, tu maj miejsce procesy najintensywniejszego

wietrzenia z uwagi na swobodny dost p powietrza,

3)

woda włoskowata (kapilarna) - znajduj ca si na skutek napi cia

powierzchniowego, mo e wytworzy si w gruntach o rednicy

ziaren mniejszej od 6mm, wypełnia ona kanaliki istniej ce w

gruncie ponad zwierciadłem wody gruntowej, utrzymuj c si w nich

na skutek działania sił molekularnych,

Wykład 2

RODZAJE WODY W GRUNCIE

4)

woda zwi zana z powierzchni cz stek - tworzy na powierzchni

cz stek dwie warstwy: adsorbowan (athezyjn ) i błonkow : woda

adsorbowana tworzy powłok wodn na powierzchni cz stki

gruntu na skutek przyci gania drobin wody wraz z kationami

przez aniony na powierzchni cz stki mineralnej, woda błonkowa

przesuwa si z jednej cz stki na drug do chwili wyrównania

grubo ci powłoki na obydwu cz stkach,

5)

woda wchodz ca w skład minerałów - wyst puje w sieci

krystalicznej lub chemicznie zwi zana, jej usuni cie zmienia

wła ciwo ci chemiczne i fizyczne gruntu,

6)

woda w postaci pary - wyst puje w sferze aeracyjnej w

równowadze z wod grawitacyjn i przes czaj c si , odgrywa

wa n rol w procesie zamarzania gruntów,

7)

woda w postaci soczewek lodu - pojawia si w okresie mrozów w

strefie przemarzania gruntu, przy rozmarzaniu siły przyci gaj ce

wod powoduj podci ganie wód kapilarnych i zwi zane z tym

zjawiska wysadzinowo ci

Wykład 2

STRUKTURY GRUNTU

Wykład 2

STRUKTURY GRUNTU

Powstawanie struktury komórkowej

Wykład 2

Struktura mieszana iłu

Wykład 2

WODA W GRUNCIE

WODA KAPILARNA

Zale no i niezale no podniesienia kapilarnego od rednicy i kształtu kapilar

Wykład 2

WODA W GRUNCIE

SCHEMATY WYMIANY KATIONÓW k NA POWIERZCHNI PAKIETÓW MINERAŁÓW

A – kaolinit

wymiana tylko na obrze ach

B – illit

wymiana na obrze ach i na zewn trznych powierzchniach

C – montmorylonit

wymiana na obrze ach i na powierzchniach wewn trznych