CCF20091008120

Rozdział XXIV

POWIERZCHNIA WŁAŚCIWA

1. Wprowadzenie

Jak wykazano przy omawianiu szeregu właściwości fizyczno-mechanicznych gruntów, wiele z nich jest wynikiem współdziałania fazy stałej i ciekłej. Intensywność tych zjawisk zależy między innymi od wielkości powierzchni, na której te zjawiska zachodzą. Powierzchnię tę nazywa się powierzchnią właściwą gruntu i wyraża najczęściej w metrach kwadratowych na kilogram lub gram. Wielkość powierzchni właściwej zależy od wielkości cząstek i ziam, z których składa się grunt, a w przypadku gruntów spoistych od składu mineralnego frakcji iłowej. Minerały grupy kaolinitu o budowie 1 : 1, a więc nie pęczniejące mają tylko powierzchnię zewnętrzną cząstek, natomiast w minerałach typu montmorillonitu (smektytu) zjawisko współdziałania z wodą oraz reakcje jonowo-wymienne mogą zachodzić zarówno na powierzchni cząstki mineralnej, jak i w przestrzeniach mię-dzypakietowych. Wielkość powierzchni właściwej kaolinitów, zależna tylko od wielkości cząstek wynosi od 10 do 30 • 10³ m²/kg, a montmorillonitów, stanowiąc sumę powierzchni zewnętrznej cząstek i znacznie od niej większych powierzchni międzypakietowych, wynosi około 700-800 T 103 m2/kg (Z.A. Wojciechowski, 1990).

Znajomość wielkości powierzchni właściwej gruntu pozwala na ocenę jego aktywności, zwłaszcza w stosunku do wody. Istnieje wiele metod określania powierzchni właściwej. Są to metody albo bezpośrednie (tzw. metody geometrycz-no-strukturalne) albo pośrednie — oparte na obserwacji i pomiarach zjawisk występujących na granicach faz: ciało stałe-ciecz lub ciało stałe-gaz. Opis tych metod podaje między innymi Z.A. Wojciechowski (1990).

Do normy PN-88/B-04481 wprowadzono metodę oznaczania powierzchni właściwej gruntu metodą sorpcji błękitu metylenowego. W przyszłości metoda ta ma stanowić podstawę nowej klasyfikacji gruntów (A. Piaskowski, 1984). Błękit metylenowy jest barwnikiem organicznym stosowanym od dawna do wstępnej, wskaźnikowej identyfikacji minerałów ilastych na zasadzie różnej zdolności tych minerałów do sorpcji niektórych barwników organicznych. Normowa metoda oznaczania powierzchni właściwej na podstawie sorpcji błękitu metylenowego opiera się na założeniu, że „całkowita powierzchnia właściwa gruntów (S_f) równa jest sumie rzutów powierzchni poszczególnych cząstek błękitu metylenowego, zaad-sorbowanych przez grunt w postaci warstwy jednocząteczkowej” (PN-88/B-04481). Określa się ją w stosunku do 1 g masy suchego gruntu o wymiarze ziam mniejszych od 2 mm. Przedstawiony niżej przebieg badania opiera się dokładnie na zaleceniach normy.

2. Odczynniki i sprzęt pomocniczy

1.    Roztwór chemiczny czystego błękitu metylenowego (C16H18N3SCI 3H2O) o stężeniu około 10 g na 1000 cm, określonym z dokładnością nie mniejszą niż 0,5%, o ustalonym mianie.

2.    Bibuła filtracyjna średniej grubości.

3.    Pipeta.

4.    Mieszadło magnetyczne.

5.    Biureta pojemności 25 cm³ na statywie.

6.    Moździerz agatowy.

7.    Sito o wymiarze oczek 2,0 mm.

8.    Zlewka o pojemności 250 cm³.

9.    Naczynka wagowe, parownica.

3. Ustalenie miana błękitu metylenowego

1.    Do naczynka wagowego o znanej masie odmierza się 10 cm³ roztworu błękitu metylenowego.

2.    Zawartość naczynka odparowywuje się na łaźni wodnej i suszy w suszarce w temperaturze 105-110°C do stałej masy.

3.    Naczynko z zawartością waży się z dokładnością do 0,01 g i odejmuje od wyniku tarę naczynka.

4.    Otrzymaną wartość suchej masy błękitu metylenowego mnoży się przez 1,169 (uzyskując w ten sposób masę substancji 3-wodnej).

5.    Miano roztworu otrzymuje się dzieląc masę suchej, 3-wodnej substancji przez objętość użytego roztworu.

4. Przebieg badania

1.    Próbkę gruntu o masie 50-100 g suszy się na powietrzu w warunkach laboratoryjnych do stanu powietrznosuchego.

2.    Wysuszoną próbkę rozciera się w moździerzu, tak aby nie rozkruszyć ziam i cząstek.

3.    Całość przesiewa się przez sito o wymiarach oczek 2,0 mm, ważąc pozostałość

1    oznaczając jej procentową zawartość w stosunku do całej masy suchego gruntu.

4.    Z przesianego gruntu pobiera się 2 próbki do oznaczenia wilgotności.

5.    Do właściwego oznaczenia pobiera się 3 równoległe próbki o masie: około

2    g w przypadku gruntów bardzo spoistych, 2-4 g z gruntów zwięzło spoistych, 4-7 g z gruntów średnio spoistych lub 7-10 g z gruntów mało spoistych.

253