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