Все о геологии :: на главную страницу! Геовикипедия 
wiki.web.ru 
Поиск  
  Rambler's Top100 Service
 Главная страница  Конференции: Календарь / Материалы  Каталог ссылок    Словарь       Форумы        В помощь студенту     Последние поступления
   Геология >> Инженерная геология | Тезисы
 Обсудить в форуме  Добавить новое сообщение

Научная конференция ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ
Апрель 2003 года, Секция ГЕОЛОГИЯ,
Подсекция: Инженерная и экологическая геология.

Исследование щелочной буферности глинистых грунтов и их компонентов

Е.Н.Самарин, С.Д.Воронкевич, Н.А.Ларионова

Основной целью предпринятых исследований явилось изучение буферной способности различных минеральных компонентов, как правило, входящих в состав дисперсных глинистых грунтов, по отношению к щелочным растворам NaOH.

В качестве основного методического приема было использовано потенциометрическое титрование. Для этого испытуемый раствор - объемом 50-100 мл - или 1-10 % суспензия анализируемого соединения титровались 0,1 н раствором NaOH. Значение рН системы фиксировалось через 5 минут после добавления каждой порции титранта - обычно 0,1-1,0 мл. Результаты титрования выражались в виде графиков pH = f (VNaOH). Дополнительно строились гистограммы интенсивности щелочной буферности в координатах d CNaOH/d pH = f (pH), отражающие количество мг-экв. щелочи, которое необходимо добавить к системе для увеличения ее pH на фиксированный интервал.

В качестве компонентов поровых растворов, были исследованы сульфаты и хлориды Mg2+, Ca2+, Fe2+, Fe3+и Al3+, а также гидрокарбонат натрия. Концентрация всех проанализированных солей изменялась от 0,01 до 0,5 мг-экв/мл.

В качестве компонентов твердой фазы изучены карбонаты кальция, магния и железа - как природные минералы, так и химические реактивы соответствующего состава; глинистые минералы, фульво- и гуминовая кислоты (в виде солей калия), гипс.

Последовательность протекания буферных реакций нейтрализации щелочи исследовалась путем потенциометрического титрования систем сложного состава, содержащих несколько - обычно два-три - минеральных компонентов.

Дополнительно для гипса и всех карбонатных минералов проведено экспериментальное исследование кинетики взаимодействия с растворами гидроксида натрия. Эти результаты в дальнейшем послужили основой для физико-химического моделирования щелочных равновесий для указанных минералов, выполненного на основе закона действующих масс.

Полученные результаты можно кратко суммировать в виде следующих положений.

1. Из исследованных соединений только кальцит не проявляет щелочной буферности: произведение растворимости кальцита на несколько порядков меньше, чем портландита.

2. Все буферные реакции с поглощением щелочи протекают в строгой последовательности. Первым реагирует наиболее "кислотный" компонент и только после его полного преобразования начинает реагировать последующий.

3. Подавляющее большинство минеральных компонентов, входящих в состав поровых растворов и твердой компоненты дисперсных грунтов характеризуются фиксированными буферными интервалами в 0,3-0,5 единиц рН. Ширина буферного интервала зависит от физической формы существования конкретного компонента, а его положение на шкале кислотности сдвигается в кислую область на 0,1-0,2 единицы рН при уменьшении концентрации минерального компонента в грунте.

Таблица.1.

Щелочные буферные зоны.

Буферная зона

Диапазон рН

Основные продукты доминирующей реакции

Кислотная

< 7

H2O

Силикатная

8,7 - 9,2

Гидросиликаты Ca2+ и Mg2+

Протолитическая

9,0 - 10,0

Депротонизация фенольных групп органических кислот

Бикарбонатная

9,8 - 10,0

CO32-

Магниевая

10,0 - 10,4

Осаждение Mg(OH)2

Гиббситовая

10,4 - 11,0

Al(OH)4- в растворе

Карбонатная

11,0 - 11,4

Образование Mg(OH)2 Fe(OH)2

Органическая

11,0 - 12,0

Гуматы и фульваты щелочных катионов

Гипсовая

12,3 - 12,8

Осаждение Ca(OH)2

Алюмосиликатная

> 13

Цеолитоподобные минералы

4. Глинистые минералы и органические кислоты - фульво- и гуминовая,- входящие в состав дисперсных грунтов, проявляют буферные свойства в широком диапазоне значений рН за счет серии последовательных буферных реакций. Например, для монтмориллонита отмечены следующие буферные реакции: образование гидросиликатов кальция и магния (рН = 8,7-9,2), вынос октаэдрических элементов с образованием анионных форм $Al(OH)_{4}^{ -}$и $Fe(OH)_{4}^{ -}$(рН > 10,4), обменные реакции с образованием Mg(OH)2 и Ca(OH)2 (pH > 10). Для гумусовых кислот буферность проявляется в диапазоне рН 9-10 - депротонизация краевых радикалов фенольного типа - и в интервале 11-12 - растворение фульво- и гуминовой кислот.

5. При значениях рН > 13 начинается ощутимое во времени растворение минерального скелета дисперсных грунтов с образованием цеолитоподобных минералов.

На основе полученных экспериментальных данных разработана концепция щелочных буферных зон, представленная в таблице 1.

 


Проект осуществляется при поддержке:
Геологического факультета МГУ,
РФФИ
   
TopList Rambler's Top100