Effect of cyclic freezing on microstructure parameters of monoionic bentonites

In this study the effects of cyclic freezing on microstructure of monomineral forms of bentonite were investigated. Samples of the non-frozen soil and the soil frozen were tested using scanning electron microscope SEM. The analysis of the photographs was conducted using Photo Shop CS4 software. Results obtained show that the microstructure of the frozen soil undergoes significant modifications. The analysis revealed increase in total area of pores. On the basis of statistical analysis it can be assumed that the specific surface area of bentonite depended on the type of exchangeable cation (Ca^2+, Mg^2+, K^+, Na^+).

Na skutek przemarzania mikrostruktury gruntów spoistych ulegają zmianie. Identyfikacja tego procesu staje się dość trudna w przypadku bentonitu, który ma dostępną dla wody i jonów wymiennych powierzchnię w przestrzeniach międzypakietowych. Ponieważ skład kompleksu sorpcyjnego montmorylonitu determinuje wiele jego właściwości fizyko-chemicznych w niniejszej pracy przedstawiono wpływ cyklicznego zamrażania na zmiany parametrów mikrostruktur bentonitów monojonowych. Badania składu fazowego prowadzono na próbkach iłów monojonowych, czterech bentonitów: B-Ca^2+, B_Mg^2+ B-Na^+, B-K^+. Materiał wyjściowy stanowił uznawany powszechnie za modelowy bentonit z Chmielnika. Badania wykonano przy użyciu elektronowej mikroskopii skaningowej SEM oraz metody numerycznej analizy obrazu NIA. Stwierdzono różnice wartości parametrów mikrostrukturalnych pomiędzy każdym z rodzajów bentonitów naturalnych i poddanych zamrożeniu. Wyniki badań SEM pokazują, że w procesie cyklicznego zamrażania następuje wzrost sumarycznej powierzchni porów na przekrojach, jakimi są w istocie fotografie SEM. Dochodzi również do zmian w rozkładzie mikroporów. W zależności od rodzaju głównego kationu wymiennego, ilość porów z poszczególnych zakresów średnic ulega zmianie. Niekiedy pory o pewnych średnicach wprost przestają istnieć; na ich miejsce pojawiają się mikropory o średnicach nieobserwowanych w systemie niepoddanym wcześniej zamrażaniu. Uzyskane dane zostały poddane analizie statystycznej w programie SAS 9.1. Wyniki przeprowadzonej analizy wariancji sugerują, że powierzchnia właściwa bentonitu jest zależna od rodzaju głównego kationu wymiennego (Ca^2+, Mg^2+, K^+, Na^+).