CCF20130221063

I

('cciii) charakterystyczną montmorylonitu jest ruchoma sieć krystaliczna i /.wiązane /. nią pojęcie l/.w. wewnętrznej powierzchni właściwej dostępnej dla wody. Z tego powodu montmorylonit posiada rekordowo dużą całkowitą powierzchnię właściwą rzędu 800 m²/g (kaolinit - 7 + 25 m²/g, illit - 80    200 m²/g).

Rys. 13.1. Struktura sieci krystalicznej montmorylonitu i kaolinitu

Zmiana odległości płaszczyzn podstawowych montmorylonitu związana z istnieniem ruchomej sieci krystalicznej jest przyczyną pęcznienia wszystkich gruntów spoistych zawierających ten minerał, przy czym największe pęcznienie związane jest z przewagą sodu na pozycjach wymiennych, mniejsze z przewagą kationów dwuwartościowych, a najmniejsze - potasu. Minerały nie pęczniejące, takie jak kaolinit lub illil, mają tylko zewnętrzną powierzchnię właściwą, bowiem elcmen tarne pakiety mineralne si> ze sobą silnie związane i niedostępne dla wody.

W każdym przypadku suma wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni właściwej stanowi tzw. całkowitą powierzchnię właściwą.

Znajomość powierzchni właściwej gruntu pozwala na ocenę jego aktywności w stosunku do wody, stanowi pewną informację o składzie mineralnym oraz umożliwia wyznaczenie zawartości wody silnie związanej. Ponadto zmiana powierzchni właściwej jest miarą przemian mikrostruktury gruntu, zachodzących pod wpływem takich czynników, jak wzrost stężenia zanieczyszczeń wód porowych czy cykliczne zamarzanie - rozmarzanie.

2. PODSTAWY TEORETYCZNE METODY

2.1. Zewnętrzna powierzchnia właściwa

Cząsteczki wody, będące jak wiadomo - układami dwubiegunowymi (dipolami), są adsorbowane na ujemnie naładowanych powierzchniach cząstek minerałów ilastych. Zjawisko to dotyczy zarówno wody ciekłej, jak i obecnej w powietrzu pary wodnej. W tym drugim przypadku intensywność procesu (grubość powstającej warstwy adsorbowanej wody związanej) zależy od tzw. względnej prężności pary wodnej p/p₀. Względna prężność pary wodnej jest pewną miarą wilgotności powietrza. Jej wartość zależy od temperatury i ciśnienia. W danej temperaturze i przy normalnym ciśnieniu wartość p/po nad powierzchnią swobodnego zwierciadła wodnego roztworu elektrolitu jest funkcją stężenia roztworu i rodzaju substancji rozpuszczonej i może zostać w prosty sposób obliczona. Stosunek pipo nad powierzchnią zwierciadła wody destylowanej osiąga największą możliwą wartość równą 1.0.

Stwierdzono doświadczalnie, że około 41,0% wody sorbowanej znajduje się na powierzchni zewnętrznej cząstek S' przy prężności p/po = 0,50. Badania entropii i adsorpcji kaolinitu wykazały, że woda ta tworzy warstwę bimolekularną o gęstości około 1,27 g/cm' i grubości 2 x 2,76A.

Stąd też w metodzie testu sorpcyjnego teoretyczny wzór opisujący zewnętrzną powierzchnię właściwą przybiera postać

,v' W_m -585    (13.1)

gdzie:

S’ - zewnętrzna powierzchnia właściwa [m²/g],

W,„ - wilgotność sorpcyjna przy plpo = 0,50 wyznaczona przez suszenie w temperaturze .’.0()°('.

Względna prężność pary wodnej p/p₀ = 0,50 występuje nad zwierciadłem nasyconego roztworu azotanu magnezu Mg(NC>3)2.

123