Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Фазовый состав нескальных грунтов (минеральный скелет, вода, газы)



Грунт это 3х фазная система.

Грунт = твердые частицы + вода + газ

 

 


От соотношения этих фаз и зависят характеристики грунтов.

Грунт – это горные породы различного состава, слагающие верхнюю часть земли и затронутые строительной деятельностью человека.

Грунт может выступать в качестве строительных материалов и в качестве оснований зданий и сооружений. В процессе выветривания в грунтах происходит накопление всё более мелких частиц, и они начинают приобретать свойства дисперсных систем. Дисперсная система состоит из двух или более веществ распределённых в одно в другое.

Дисперсность – степень раздробленности, чем мельче частицы грунта, тем больше дисперсность этого грунта.

По степени дисперсности:

· Грубодисперсные

· Тонкодисперсные

· Коллоидные грунты

Коллоиды – тела, размер которых превышает размер молекул, но не меньше частиц способных осаждаться в воде под действием силы тяжести. Обычно размеры коллоидов меньше 0,2 мкм.

Грунт представляет собой многофазную дисперсную систему. Основные элементы грунта – твёрдые частицы, газ, вода.

Твердые частицы обычно представлены минеральными зёрнами, различными по составу и размеру, реже – разложившимися горными остатками. Размер твёрдых частиц колеблется от нескольких (см) до частиц коллоидного порядка.

Основной характеристикой твёрдых частиц является минеральный состав. Основные минералы в грунтах – полевые шпаты, слюда, кварц, глинистые минералы:

1. Встречаются в виде очень мелких кристаллов.

2. Обладают поглотительной или обменной способностью.

3. Кристаллы имеют пластинчатую форму.

4. В составе минералов есть связная вода.

Основные глинистые минералы – коалинит. Относительно стойкий, небольшая набухаемость, малая обменная способность.

Монтмориллонит – высокая дисперсность, размеры не превышают 1мкм, большая пластичность, способность в 10-20 раз увеличиваться в объёме в результате увлажнения.

Наличие в грунтах монтмориллонита в больших количествах отрицательно сказывается на несущих характеристиках грунта при увлажнении.

Гидрослюды – отличаются изменчивостью химического состава, занимают промежуточное значение между каолинитом и монтмориллонитом.

Состав органической части грунтов представлен торфом и гумусом. Торф представляет собой грубую полуразложившуюся массу растительных остатков, в которых можно различить исходный материал.

Наличие органических веществ придаёт грунту чрезмерную влагоёмкость и пластичность.

Жидкая фаза представлена различными формами воды (жидкая, пар, лёд) с растворимыми в ней вещёствами.

Газообразные части – воздух, заполняющий поры грунта и отличающийсяпо составу от атмосферного.

Системы фазового состояния грунтов:

1. Водонасыщенный грунт (поры целиком заполнены водой)

1) Частицы грунта

2) Плёнки связанной воды

3) Свободная вода

В водонасыщенном состоянии находятся грунты расположенные ниже уровня грунтовых вод (это двухфазная система)

2. Водонасыщенный грунт включающий пузырьки газа.

4) Пузырьки газа

Поведение этих грунтов мало отличается от водонасыщенных, однако из-за содержания газа сжимаемость выше, чем водонасыщенность.

3. Твёрдая фаза, распределённая в водно-воздушной среде.

4. Твёрдая фаза, распределённая в газообразной среде

Вода отсутствует. В виду того что газ в таких грунтах не влияет на поведение грунта под нагрузкой, грунт рассматривается как однофазная система

Вода в порах грунтов.

Свойства грунта, которые определяются наличием в их составе воды:

- просадка лессовых грунтов при замачивании под нагрузкой;

- развитие сил морозного пучения в грунтах при замерзании;

- миграция влаги, переувлажнение и просадка мёрзлых грунтов при оттаивании под нагрузкой;

- тиксотропность глинистых грунтов – разжижение под действием динамической нагрузки;

- изменение плотности водонасыщенного грунта в результате взвешивающего действия воды;

- электроосмос или снижение количества связанной воды в результате воздействия электрического поля;

- снижение механических характеристик грунтов в результате повышения консистенции;

- набухание и усадка.

Виды поровой воды.

Вода в форме пара.

Водяной пар является одной из составных частей грунтовой атмосферы. Количество водяного пара в приземном слое воздуха весьма изменчиво и обычно колеблется от десятых долей до нескольких процентов. Содержание пара в грунтовой атмосфере несколько выше. Однако общее количество водяного пара в грунте не превышает 0,001% от всего веса грунта. Несмотря на это, вода в форме пара играет большую роль в процессах, протекающих в грунтах, так как она, во-первых, является единственной формой воды, которая способна передвигаться в грунте при незначительной его влажности, и, во-вторых, потому, что путем конденсации пара на поверхности грунтовых частиц образуются другие виды воды.

Передвижение водяного пара возможно как со всей массой газообразной компоненты, так и независимо от ее движения под влиянием разности упругости паров в различных слоях грунта. В последнем случае движение будет проходить от слоя с большей упругостью к слою с меньшей упругостью. В большинстве случаев газообразная компонента в грунте полностью насыщена водяными парами; относительная влажность ее тогда равна 100%. Если пары воды находятся в состоянии насыщения, т. е. имеют максимальную упругость при данной температуре, то передвижение их определяется только величиной температуры и будет направлено от слоя с более высокой к слою с более низкой температурой.

Парообразная вода в грунте находится в постоянном динамическом равновесии с другими видами воды (в частности, с гигроскопической водой) и с парами воды в атмосфере. При определенных условиях парообразная вода конденсируется.

Конденсация паров воды может происходить под влиянием падения температуры — термическая конденсация, и в силу молекулярного взаимодействия паров воды с грунтовыми частицами — молекулярная конденсация. В том случае, когда молекулы парообразной воды адсорбируются на поверхности грунтовых частиц, образуется гигроскопическая вода.

Вода в твердом состоянии.

Гравитационная вода является источником других видов воды в грунте; ее химический состав сказывается на составе этих видов. При температуре грунта ниже O°C гравитационная вода замерзает и содержится в грунте в виде льда. Лед может содержаться в грунте в виде отдельных кристаллов или в виде прослоев чистого льда, достигающих местами значительной мощности. Кристаллы льда в большинстве случаев играют роль цемента, скрепляющего минеральные частицы друг с другом. Благодаря присутствию льда резко изменяются свойства грунта.

Свойства мерзлых рыхлых пород очень чувствительны к изменению температуры, особенно при переходе ее через нуль градусов, так как при этом резко изменяется содержание незамерзшей воды. Изменение количества незамерзшей воды влияет на большую часть физических и химических свойств дисперсных мерзлых грунтов.

При промерзании дисперсных и особенно глинистых пород происходит миграция влаги и льдовыделение, которые резко изменяют строение грунтов, что также влияет на их физические и механические свойства. Следует иметь в виду, что повторные замерзания и оттаивания дисперсных пород могут приводить к необратимым изменениям структуры (и в том числе дисперсности) и их свойств (увеличивается количество свободной воды, возрастает фильтрационная способность, изменяется прочность, электрические свойства и т. д.).

Влажные песчаные грунты при промерзании резко изменяют свои свойства даже при близких к нулю отрицательных температурах; глинистые же грунты при замерзании изменяют свои свойства более монотонно и плавно и в более значительном диапазоне отрицательных температур. Неразрушенные скальные породы при промерзании изменяют свои физические и механические свойства в наименьшей мере. Изучением свойств мерзлых грунтов занимается мерзлотоведение.

Кристаллизационная вода и химически связанная вода.

Кристаллизационная вода и химически связанная (конституционная) вода принимают участие в строении кристаллических решеток различных минералов. Кристаллизационная вода входит в состав минералов типа CaSO4•2H2O (гипс). Кристаллизационная вода, участвуя в построении кристаллической решетки минералов, сохраняет свою молекулярную форму. Химически связанная вода входит в гидраты типа гидроокисей Ca(OH)2. Молекулы ее в результате химической реакции распадаются на ионы H+ и ОН-. Химически связанная вода не сохраняет своего молекулярного единства.

Химически связанная вода по сравнению с кристаллизационной водой более прочно связана с другими молекулами кристаллических решеток. Удаление из минералов химически связанной воды возможно только путем их -нагревания при высокой температуре, превышающей 200°С. Кристаллизационная вода может быть выделена из минералов при более низких температурах. Значительное количество кристаллизационной воды, содержащейся в гипсе (16% из общего содержания ее в гипсе — 20,93%), выделяется уже после 32-часового нагревания при температуре 82°C. Удаление кристаллизационной воды из минералов заметно отражается на многих их химических и физических свойствах. Выделение химически связанной воды из минералов приводит к их распаду.




©2015 studenchik.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.