Application of sorption tests to estimate selected properties of alluvial soils in Żuławy Elbląskie

• Autorzy: Olchawa A. , Terlikowski J.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie testów sorpcyjnych do oznaczenia wybranych cech gleb aluwiach z obszaru Żuław Elbląskich

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The specific surface area and hence the sorption or desorption moisture at constant water vapour pressure will increase with increasing content of humus and clay fraction in soils. Adopting such an assumption, preliminary experimental studies were performed to assess the possibility of using sorption/desorption tests to determine some features of alluvial soils from Żuławy such as cation exchange capacity CEC and the specific external surface area S_e. Results of the sorption tests were compared with the analyses of the same soil properties determined with standard methods to evaluate the usefulness of the former. Preliminary studies showed a high similarity in the determination of CEC and S_e with both methods. Confirmed usefulness of sorption/desorption methods for determination of the specific surface area of mineral soil particles and particularly for analyses of cation exchange capacity would bring a significant simplification of studies and a possibility of their dissemination due to the ease of such analyses. Determination of the specific surface area with the sorption and desorption method does not require sophisticated equipment and laborious and costly preliminary procedures. Dissemination of this method and recognition it as a reference one would, however, need further studies on various soil types.

PL

Celem podjętych badań była próba określenia związków korelacyjnych pomiędzy pojemnością wymiany kationowej (CEC) a wilgotnością desorpcyjną - WD(0,5) wybranych gleb na obszarze Żuław Elbląskich. Badania przeprowadzono na madach: bardzo ciężkiej i średniej o zawartości od 6,9 do 14,5% materii organicznej. Badane gleby były położone na kompleksie zbożowo-pastewnym mocnym. Ponadto w pracy przedstawiono wyniki badań pomiaru zewnętrznej powierzchni właściwej mineralnej części fazy stałej gleby na podstawie wilgotności sorpcyjnej WS(0,5) i pojemności sorpcyjnej błękitu metylenowego - MBC. Pojemność wymiany kationowej oznaczono metodą standardową zgodnie z metodyką opisaną szczegółowo w PN-ISO 13536/2002. Wilgotność desorpcyjną gleb oznaczono po zakończeniu procesu ich desorpcji w warunkach względnej prężności pary wodnej p:p_o = 0,5 w temperaturze 283 K. Analiza statystyczna wartości pojemności wymiany kationowej i gleb oraz ich wilgotności desorpcyjnych wykazała istnienie funkcyjnej zależności: CEC = 0,0061WD(0,5) - 0,0248. Wartość współczynnika determinacji funkcji R² = 90,8%. Oznacza to, że wilgotność sorpcyjna może być parametrem do oszacowania wartości pojemności wymiany kationowej. Do uogólnienia i aplikacji tej zależności wymagana jest większa liczba oznaczeń. Zewnętrzną powierzchnię właściwą mineralnej części fazy stałej gleb wykonano na materiale uprzednio prażonym w temperaturze 873 K. Zabieg taki zapewnia utlenienie materii organicznej oraz nieodwracalną kontrakcję sieci krystalicznej co oznacza, że wszelkie zjawiska powierzchniowe mogą zachodzić jedynie na powierzchni zewnętrznej. Zewnętrzną powierzchnię właściwą oznaczono na podstawie pojemności sorpcyjnej błękitu metylenowego wg PN-88/BB-04481 i porównano ją z wartościami obliczonymi na podstawie wilgotności sorpcyjnej w warunkach względnej prężności pary p:p_o = 0,5. Na podstawie analizy statystycznej wartości zewnętrznych powierzchni właściwych obliczonych na podstawie wilgotności sorpcyjnej - WD(0,5) i pojemności sorpcyjnej błękitu metylenowego - MBC stwierdzono, że istnieje zależność funkcyjna: Se_(MBC) = 0,987S_e(WS(0,95)) - 0,12. Wartość współczynnika determinacji funkcji R² = 92,6%. Zależność funkcyjna wskazuje, że wartości powierzchni właściwych, oznaczone obydwiema metodami, są porównywalne. Wykorzystane w pracach eksperymentalnych właściwości sorpcyjne i desorpcyjne gleb są łatwe do oznaczanie w każdym gleboznawczym lub gruntoznawczym laboratorium. Uzyskane wyniki umożliwiają oszacowanie pojemności wymiany kationowej oraz obliczenie zewnętrznej powierzchni właściwej. Zasadniczą zaletą jest łatwość wykonania oznaczenia i brak konieczności stosowania specjalistycznej aparatury, a wadą - czasochłonność, bowiem czas desorpcji/sorpcji może trwać do 2 tygodni.

Słowa kluczowe

EN

alluvial soils; cation exchange capacity; external surface area of mineral phase of soils; statistical analysis; water desorption moisture; water sorption test

PL

analiza statystyczna; gleby aluwialne; pojemność wymienna kationów; test sorpcji wodnej; wilgotność desorpcyjna; zewnętrzna powierzchnia właściwa mineralnej fazy gleby

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Journal of Water and Land Development
• Rocznik: 2011
• Tom: no. 15
• Strony: 167--177
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Olchawa A.

autor

Terlikowski J.

• University for Technology and Life Sciences, Department of Geotechnics, ul. S. Kaliskiego 7, 85-796 Bydgoszcz, Poland,

Bibliografia

• 1. BS - 1377, 1990. Method of test for soils for civil engineering. Part 3. Chemical and elektro-chemical tests. London: 1-51
• 2. DUDKIEWICZ E.T., 1998. Fizykochemia powierzchni. Physical chemistry of surfaces. Warszawa, WNT: 1-242.
• 3. GORĄCZKO A., 2007. Badanie przemieszczeń pionowych ekspansywnego podłoża w Bydgoszczy na przykładzie wybranych obiektów. (Analysis of vertical deformation of expansive soil of Bydgoszcz region on the example of some building damage). Doctoral thesis. Bydgoszcz, UTP: 1-139.
• 4. NOWAK R., 2002. Statystyka dla fizyków. (Statistics for physicist). Warszawa. Wydaw. Szkol. PWN: 1-664.
• 5. OLCHAWA A., 1994. Określanie powierzchni właściwej gruntów iłowych na podstawie wilgotności desorpcyjnej. (Determination of surface area of clays from description water content). Wiadomości IMUZ, XVIII, 1: 107-118.
• 6. OLCHAWA A., 2003. Właściwości gruntowych kompozytów jako materiału do budowy obwałowań przeciwpowodziowych. (The properties of soil composites as a material for constructing flood embankments). Woda Środowisko Obszary Wiejskie. Rozprawy naukowe i monografie, 8: 1-110.
• 7. PIASKOWSKI A. 1984. Właściwości sorpcyjne i powierzchnia właściwa polskich gruntów. Badania nad sorpcją błękitu metylenowego. (Sorption properties and surface area of Polish soils. Investigation on metyleblue adsorption). Archiwum Hydrotechniki, XXXI, 3: 297-314.
• 8. PN-88/BB-04481. Grunty budowlane. Badania próbek gruntu. (Building soils. Laboratory tests.)
• 9. PN-ISO 13536, 2002. Jakość gleby. Oznaczanie potencjalnej pojemności wymiennej kationowej i kationów wymiennych z zastosowaniem zbuforowanego roztworu chlorku baru o pH = 8,1. (Soil quality. Determination of the potential cation exchange capacity and exchangeable cations using bariom chloride solution buffered at pH = 8.1).
• 10. SRIDHARAN A., RAO S.M., MURTHY N.S., 1988. Liquid limit of kaolinitcs soils. Geotechnique, 38, 2: 191-198.
• 11. STĘPKOWSKA E., WALA D., 1977. Zastosowanie testu sorpcyjnego do oznaczania powierzchni właściwej i innych cech kaolinów. (Kaolin specific surface and other property determination by water sorption test). Archiwum Hydrotechniki, XXIV, 1: 65-80.
• 12. TERLIKOWSKI J., 2009. Gospodarka azotem na łące trwałej w warunkach mad próchnicznych na Żuławach Wiślanych. (Nitrogen management on permanent meadow in humus alluvial soils in the Żuławy region.) Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 538: 299-306.
• 13. WALCZAK R., 1984. Modelowanie badania zależności retencji wodnej od parametrów fazy stałej gleby. (Modeling stadies based on the parameters of the retention of solid phase of soils). Problemy Agrofizyki, 41: 1-72.
• 14. UGGLA H., 1983. Gleboznawstwo rolnicze. (Soil Science). Wyd. IV. Warszawa, PWN: 1-557.