The unfrozen water content in frozen cohesive soils in the light of DSC results

• Autorzy: Kozłowski T.

Warianty tytułu

PL

Zawartość wody niezamarzniętej w zamarzniętych gruntach spoistych w świetle wyników otrzymanych przy użyciu kalorymetrii skaningowej DSC

• Konferencja: X Jubileuszowe Sympozjum Glacitektoniki ; (10 ; 2007 ; Zielona Góra ; Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Results of determination of the unfrozen water function in frozen soilwater system involving analysis of the DSC signal in terms of convolution has been presented. Four homoionic forms of bentonite (Ca2+, Mg2+, Na+ and K+) and two homoionic forms of kaolin (Ca2+ and Na+) were used in the experimental program. Analysis of the obtained results suggests that the process of the ice melting in the soil-water system is not a continuous phase change. The existence of five separate stages of the phase change process during warming from -28°C has been indicated. Three of them, I, III and V, are characterised by quite a vanishing of the phase effects. The intensity of the phase effects during stage IV near the melting point T_f is almost two orders of magnitude greater than in the low-temperature stage II. AdditionaIly, many micro-stages without any phase changes were observed and among them, a characteristic significant stage III directly before the final melting called "the plateau".

PL

W pracy przedstawiono wyniki wyznaczenia zawartości wody niezamarzniętej jako funkcji temperatury w zamarzniętych systemach woda-grunt. Analizę sygnału różnicowej kalorymetrii skaningowej DSC przeprowadzono przy założeniu, że stanowi on konwolucję szukanego rozkładu rzeczywistych efektów termicznych q(T) i funkcji aparaturowej a(T). Porównując wyniki konwolucji zbioru hipotetycznych rozkładów z funkcją aparaturową, znajdowano taki rozkład impulsów q(T), który w konwolucji z funkcją aparaturową dawał najmniejsze odchylenie od obserwowanego sygnału DSC. Tym samym stało się możliwe precyzyjne wyznaczenie krzywej zmian zawartości wody niezamarzniętej w funkcji temperatury. W programie badawczym wykorzystano cztery monojonowe formy bentonitu bentonite (Ca2+, Mg2+, Na+, K+) i dwie monojonowe formy kaolinu (Ca2+ i Na+). Analiza otrzymanych krzywych sugeruje, że proces topienia lodu w systemie wodno-gruntowym nie jest ciągłą przemianą fazową. Wykazano istnienie pięciu osobnych etapów zmiany składu fazowego w trakcie ogrzewania od -28°C. Trzy z nich, I, III i V, charakteryzuje całkowity zanik efektów fazowych. Natomiast intensywność efektów fazowych na etapie IV w pobliżu punktu rozmarzania T_f jest dwa rzędy wielkości większa niż na niskotemperaturowym etapie II. Dodatkowo obserwowano wiele mikro-etapów bez przemiany fazowej, a wśród nich charakterystyczny etap III, nazwany "plateau", bezpośrednio przed końcowym rozmrożeniem.

Słowa kluczowe

EN

cohesive grounds; freezing; unfrozen water content; scanning calorimetry DSC

PL

grunty spoiste; zamarzanie; zawartość wody niezamarzniętej; kalorymetria skaningowa DSC

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Inżynieria Środowiska / Uniwersytet Zielonogórski
• Rocznik: 2007
• Tom: nr 134 (14)
• Strony: 89--99
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kozłowski T.

• Politechnika Świętokrzyska w Kielcach, Katedra Geotechniki i Gospodarki Wodnej

Bibliografia

• ANDERSON, D.M., HOEKSTRA, P., 1965, Migration of interlamellar water during freezing and thawing of Wyoming bentonite. Soil Sc. Soc. Am. Proc., 35, 498-504
• ANDERSON, D.M., TICE, A.R., 1971, Low temperature phases of interfacial water in clay-water systems. Soil Sc. Soc. Aro. Proc., 35,47-54
• BESKOW, G., 1935, Tjalbildningen och tjallyftningen med sarskild hansyn till vagar och jarnagar. Sver. Geolog. Unders. Arsbok C 26, 375
• BURT, T.P., WILLIAMS, P.J., 1976, Hydraulic conductivity in frozen soils. Earth Surf. Proc. Landf. 1, 349-360
• CRUPI, V., MAJOLINO, D., MIGLIARDO, P., VENUTI, V., 2005, Dynamical properties of liquids in restricted geometries. Journal of Molecular Liquids 117, 165-171
• FABBRI, A., FEN-CHONG, T., COUSSY, O., 2006, Dielectric capacity, liquid water content, and pore structure of thawing-freezing materials. Cold Regions Science and Technology 44, 52-66
• FEN-CHONG, T., FABBRI, A., 2005, Freezing and thawing porous media: experimental study with a dielectric capacitive method. C. R. Mecanique 333, 425-430,
• HORIGUCHI K., 1985, Determination of unfrozen water content by DSC. proc.4th Int. Symp. Ground Freezing, Sapporo, Vol. l, A. A Balkema, Rotterdam, 33-38.
• KOLAIAN J.H., LOW, P.F., 1963, Calorimetric determination of unfrozen water in montmorillonite pastes. Soil Sc., 95, 376-384
• KOZLOWSKI, T., 2003a, A comprehensive method of determining the soil unfrozen water curves: l. Application of the term of convolution. Cold Regions Science and Technology 36, 71-79.
• KOZLOWSKI, T., 2003b, A comprehensive method of determining the soil unfrozen water curves: 2. Stages of the phase change process in frozen soil-water system. Cold Regions Science and Technology 36, 81-92.
• KOZLOWSKI, T., 2004, Soil freezing point as obtained on melting. Cold Regions Science and Technology 38, 93-101.
• KUYALA K., 1989, Unfrozen water content of finnish soils measured by NMR. Proc "Frost in geotechnical engineering", VTT Symposium 94, Espoo, 301-310
• PUSCH R., 1979, Unfrozen water as a function of clay microstructure. Proc. lst Int. Symp. Ground Freezing, Elsevier Sci. Pub. Comp., Amsterdam, 157-162.
• TICE A.R., ANDERSON, M. D.M., STERRETT., K.F, 1982, Unfrozen water contents of submarine permafrost by nuclear magnetic resonance. Selected Papers of the 2nd Int. Symp. On Ground Freezing, Elsevier Sc. Pub. Co., Amsterdam, 135- 146
• TUROV, V.V., LEBODA, R., 1999, Application of H NMR spectroscopy method for determination of characteristics of thin layers of water adsorbed on the surface of dispersed and porous adsorbents. Advances in Colloid and Interface Science 79, 173-211.
• VAN VLIET-LANOE, B., 1985, Frost effects in soils In: Boardman, J. Ed. , Soils and Quaternary Landscape Evolution. Wiley, Chichester, pp. 115-156
• VAN VLIET-LANOE, B., 1998, Frost and soils: implications for paleosols, paleoclimates and stratigraphy. Catena 34, 157-183
• WASHBURN, A.L., 1979, Geocryology. A Survey of Periglacial Processes and Environments.. E. Arnold, London, 406 pp.
• WATANABE, K., MIZOGUCHI M., 2002, Amount of unfrozen water in frozen porous media saturated with solution. Cold Regions Science and Technology 34, 103-110.
• YOSHIKAWA, K., OVERDUIN, P.P., 2005, Comparing unfrozen water content measurements of frozen soil using recently developed commercial sensors. Cold Regions Science and Technology 42, 250-256.