CCF20091008096

Rozdział XVII

ZAWARTOŚĆ WĘGLANÓW

1. Wprowadzenie

Spośród soli mineralnych niekrzemianowych występujących w gruntach spoistych Polski najpospolitsze są węglany, przy czym najczęściej występuje węglan wapnia (kalcyt), a w mniejszych ilościach — węglan magnezu. Pozostałe sole węglanowe są w gruntach spoistych znacznie mniej rozpowszechnione.

Wapń jest pierwiastkiem wybitnie liofilnym, nagromadzonym głównie w zewnętrznych częściach skorupy ziemskiej. Jako główny pierwiastek wchodzi on do około 20% wszystkich znanych minerałów (A. Polański, K. Smulikowski, 1969). Przy wietrzeniu skał pierwotnych w obecności agresywnego dwutlenku węgla prawie cały wapń przechodzi w dwuwęglan, który jako sól stosunkowo łatwo rozpuszczalna ługowany jest z tych skał przez wody. Krążenie wód wgłębnych uruchamia duże ilości wapnia, który wytrącany w innych miejscach — daje osady wapieni naciekowych, żył kalcytowych itp. Znaczna część wapnia dostaje się do oceanów i mórz, gdzie w wyniku procesów organicznych zostaje wytrącony w osad. Węglanom wapnia często towarzyszą węglany magnezu.

W wyniku powyższych procesów część węglanów dostaje się także do skal osadowych nielitych. Węglany występujące w gruntach spoistych mogą więc być pochodzenia wtórnego lub pierwotnego. Występują one głównie we frakcji pyłowej w stanie rozproszonym, bądź też w postaci większych lub mniejszych skupień kryształków, wtrąceń, kukiełek itp. Ilość węglanów w niektórych gruntach spoistych może dochodzić nawet do 30%.

Wody infiltrujące w głąb osadów ilastych, zawierające agresywny dwutlenek węgla, rozpuszczają trudno rozpuszczalne węglany wapnia, przenosząc je w dół. Część kwaśnych węglanów zostaje wyniesiona na znaczne odległości, część zaś wtórnie osadzona w głębszych partiach osadów. W ten sposób w gruntach spoistych zawierających węglany wytwarzają się trzy strefy węglanowe (R. Wyrwicki, 1960): strefa odwapniania, strefa wtórnej koncentracji oraz strefa pierwotnej zawartości węglanów. Miąższość tych stref zależy przede wszystkim od przepuszczalności gruntu.

Obecność węglanów w gruntach powoduje ich silną agregatyzację, co w zasadniczy sposób wpływa na wicie inżyniersko-geologicznych właściwości tych gruntów. Ponadto obecność jonów wapnia i magnezu w kompleksie sorpcyjnym gruntów powoduje obniżenie ich właściwości hydrofilnych. Tak więc określenie ilościowe zawartości węglanów niezbędne jest przy ocenie wielu fizyczno-mecha-nicznych właściwości gruntów oraz prognozowaniu zmienności tych cech pod wpływem zmian warunków w środowisku geologicznym.

Węglany, towarzyszące jako domieszka innym minerałom, a także minerałom ilastym, komplikują znacznie ich identyfikację i w większości przypadków należy je usuwać (p. rozdz. XIX). Oznaczanie zawartości węglanów w gruntach przeprowadza się przez określenie zawartości dwutlenku węgla. Oznaczoną procentową zawartość dwutlenku węgla w danym gruncie można przeliczyć na węglan wapnia (mnożąc przez 2,28), jeśli wiemy, że nie występują w nim inne węglany. W przeciwnym przypadku przeliczenie to daje wartości wyłącznie wskaźnikowe. Eościo-we oznaczanie węglanów przeprowadza się wówczas, gdy jest ich ponad 1%. Spośród istniejących metod oznaczania węglanów (wagowe, objętościowe, miareczkowe) wybrano metodę miareczkową opartą na rozkładzie węglanów kwasem solnym, a następnie miareczkowaniu nadmiaru kwasu roztworem wodorotlenku sodu oraz jako drugą metodę wg Scheiblera.

2. Odczynniki i sprzęt pomocniczy

1.    Kwas solny (HC1) cz.d.a., roztwór 0,2 n.

2.    Wodorotlenek sodu (NaOH) cz.d.a., roztwór 0,2 n.

3.    Metyloranż, roztwór 0,1%.

4.    Fenoloftaleina cz.d.a„ 1% roztwór alkoholowy.

5.    Węglan sodu (NazCCb) cz.d.a., roztwór 0,2 n.

6.    Kwas szczawiowy (H2C2O4) cz.d.a., roztwór 0,29 n.

7.    Moździerz z tłuczkiem.

8.    Kolba stożkowa 100 cm³.

9.    Korek gumowy z rurką szklaną długości 25-30 cm i średnicy wewnętrznej 3-5 mm lub chłodnica zwrotna.

10.    Biureta 25 cm³.

3. Oznaczanie zawartości węglanów metodą miareczkową 3.1. Ustalanie miana kwasu solnego za pomocą węglanu sodu

1.    Pipetą odmierza się dokładnie 25 cm³ roztworu węglanu sodu do kolby stożkowej, a następnie rozcieńcza się go wodą destylowaną do ok. 100 cm³.

2.    Dodaje się 3-6 kropli metyloranżu i miareczkuje kwasem solnym do momentu pojawienia się odcienia różowawego.

3.    Miano kwasu solnego T\ (w g) oblicza się ze wzoru: gdzie:

A — ilość węglanu sodu w g,

205