Электрические свойства. Электропороводность и диэлектрическая проницаемость

Электропроводность - способность грунтов проводить электрический ток

ρ минералов = 10-6 – 1016 ом•м
самородные < 10-6 ом•м
большинство 102 – 1016 ом•м
ρ природных вод = 10-2 – 103 ом•м
ρ подземных льдов = 3 •103 ом•м
Чем влажнее грунт – тем ……
При промерзании грунтов их проводимость ……………

Зависимость удельного электрического сопротивления дисперсных грунтов от влажности (по Л.П. Терентьевой):
1 – 4 – тонкодисперсные грунты; 5 – 8 – грубодисперсные грунты

Зависимость удельного электрического сопротивления глинистых грунтов от температуры при разных влажностях (по А.А. Ананяну)

Диэлектрическая проницаемость
ε – относительная диэлектрическая проницаемость – показывает, во сколько раз электрическая сила, действующая на любой заряд в данной среде меньше, чем в вакууме

Зависит, в основном, от:
влажности
температуры
ε воздуха ≈ 1
ε воды = 88
ε большинство минералов = 3 – 12

Зависимость диэлектрической проницаемости от объемной влажности (по Г.Я. Чернику):
а-для кварцевого песка, б-для смеси кварцевого песка с каолиновой глины при изменении ее содержания от 0 до 15%, все измерения при частотах тока 106 – 108 Гц

Магнитные свойства
χ – магнитная восприимчивость

По величине χ выделяются:
Диамагнетики χ<0 (нет магнитного момента)
самородные минералы (Cu, Zn, Ag, Au, S, C),
кварц, гипс, галит, мел, известняк
Парамагнетики χ>0 (магнитные моменты ориент. во внешнем поле)
большинство минералов и пород
Ферромагнетики χ 0 (магнитные моменты ориент. даже без внешнего поля)
магнетит, титаномагнетит, самородное Fe

Коррозионная способность грунтов
Коррозия – процесс разрушения материалов вследствие их химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой
подземная коррозия – преимущественно электрохимическая
(поровые растворы = растворы электролитов)

Скорость подземной коррозии – коррозионная активность грунта – срок, по истечении которого в материале образуется сквозной питтинг (каверна)
По классификации В.А. Притулы, 1961:
Низкая – более 25 лет
Нормальная – 10-25 лет
Повышенная – 5-10 лет
Высокая – 3-5 лет
Весьма высокая – 1-3 года
(для стального трубопровода ǿ 300 мм с толщиной стенки 8-9 мм)

ρ – косвенный показатель
чем меньше ρ, тем выше активность
Сухие грунты – слабая
Водонасыщенные – слабая
W=20-25 % – max

Коррозионная активность грунтов по отношению к углеродистой стали (ГОСТ 9.015 – 74)

Коррозионная активность грунтов по отношению к свинцовой оболочке кабеля (ГОСТ 9.015 – 74)

Химические свойства грунтов
Растворимость
Химическая поглотительная способность
Кислотно-основные свойства (рН)
Химическая агрессивность

Растворимость грунтов
– их способность образовывать с другими веществами растворы

Показатели:
Концентрация насыщенного (равновесного)
раствора – максимальное количество грунта,
способное раствориться в данном растворителе
при определенных Р и Т (мг/л, кмоль/м3 , кмоль/1000кг)
Произведение растворимости (ПР) - произведение
молярных концентраций катионов и анионов минера-
ла или вещества в его насыщенном растворе (моль/л)
Для минерала вида Ax By :
ПР = [A]x [B]y
[A] – концентрация катионов
[B] – концентрация анионов

Зависит от:
Энергии кристаллической решетки (табл)
Растворяющей способности растворителя
Размера кристаллов
Примесей
Температуры и давления
Химического состава вод

Растворимость галоидов, сульфатов, карбонатов
(Грунтоведение, 1983)

Галоиды сульфаты карбонаты уменьш.
СО2
CaCO3 CaHCO3
нераств. раств.

Растворимость гипса в зависимости от давления и температуры (по П.А. Крюкову, 1971)

Химическая поглотительная способность – образование в грунтах труднорастворимых соединений в результате химических взаимодействий между твердой, жидкой и газовой фазами
Прямые химические реакции
CaCl2 , CaSO4 + Na3РO4 Ca3(PO4)2
Ионный обмен прямые химические реакции
Ca-грунт + Na2CO3 2Na-грунт + CaCO3
Хемосорбция
(реакция между адсорбентом и адсорбатом)

Химическая агрессивность – химическое воздействие грунтов на материалы, приводящее к их разрушению Бетон
Металлы

Зависит от:
Состава жидкого компонента
Состава растворимых солей
Концентрации растворимых солей

Физико-химические свойства
Адсорбционные
Ионнообменные
Адгезия
Липкость
Диффузионные
Осмотические
Капиллярные
Набухаемость
Усадочность
Водопрочность

Адсорбционные свойства
Адсорбция – концентрирование вещества из объема фаз на поверхности раздела между ними
(способность дисперсных грунтов задерживать движущиеся через них жидкости, газы и взвеси)
Адсорбция:
физическая
химическая (хемосорбция)

Физическая адсорбция
обусловлена молекулярным и электростатическим взаимодействием между частицами грунта и частицами фильтрующихся растворов или взвесей
положительная (поглощается растворенное вещество - ПАВ)
отрицательная (поглощается растворитель - ПИВ)

Зависит от:
Минерального состава
Состава обменных катионов
Температуры
Давления

Ионно-обменные свойства
Ионный обмен = обменная адсорбция
поглощение грунтом ионов из порового
раствора и переходом в раствор эквивалентного количества ионов из грунта
Катионный и анионный обмен
2Na [ПК] + CaCO3 Ca [ПК]2 + Na2 CO3

Показатель – емкость обмена грунта (СЕС) – концентрация способных к обмену ионов поглощенного комплекса грунта
(мг-экв/100 г, кг-экв/1 м3 )
По величине СЕС минералы делятся:
Высокая СЕС > 80 мг-экв/100г (смектиты, монтмориллонит, вермикулит и др)
Средняя СЕС = 15-80 мг-экв/100 г (иллиты, хлорит, палыгорскит и др.)
Низкая СЕС < 15 мг-экв/100 г (каолинит, галлуазит и др.)

Зависит от:
Минерального состава
Дисперсности
Примесей органики
рН
Температуры

Липкость грунтов
Липкость – способность грунтов прилипать к поверхности различных предметов при определенной влажности
Глинистые, лессовые, органосодержащие грунты

Показатели:
Wнп – влажность начального прилипания
Wмп – влажность максимального прилипания
Lmax – максимальная липкость (МПа, кг/см2 ,
н/см2 )

Зависимость липкости грунтов от влажности: 1 – влажность начального прилипания, 2- влажность максимального прилипания, 3 - максимальная липкость (Грунтоведение, 2005)