THANH PHAN KET CAU CUA DAT
Bang 2-16. Su (hay doi tinh thong khi theo co hat va do rong cua cat
Loa cat n (% ) Tmh thong khi (mD) Loai cat n ( % ) Tinh thong khi (mD)
Ha to 40 344,81 Hat nho 40 9,26
Hatvua 40 30,96 Cat bui 30-35 1 -10
Tieo tai lieu quan trk: tmh tham nhap cua khong khi d dat co do am khac nhau thi ddi vyi dat co hat d < 0,5mm, khi do aim tang tmh thong khf giam manh, vdi do am dat 20 - 0% the tfch 16 rong khf hau nhu khong di chuyen. Tuy nhien, dat co hat cang ldn, do an cang cao thi tfnh thong khf cang giam. Khi nudc lap day khe nut tfnh thong khf giamdi 25 — 40%. 6 cung trang thai am, hat dat cang nhd tfnh dan khf cang nho. Cd the phan :hia kha nang dan khf cua dat thanh 3 loai:
a) Dat da cd tfnh dSn khf cao - dat da nut ne manh co khe nut ldn han mao quan: da cacstcf hoa, cuoi soi,...;
b)Dat da co tfnh din khf binh thudng - dat da kho va khe nut kfch thudc mao quan:
cat, di cd khe nut nho,...;
c) -3at da co tfnh dftn khf kem - dat da co khe nut nho hon mao quan hoac mao quan no muc: dat set, set ket, cat ket ran ch&c.
Tfih dSn khf ciia dat da con phu thuoc ham luong chat ximang gSn ket. Trong dai da co kh hoac khong khf tham nhap, tfnh chat co - ly ciia chiing khac xa so vdi dat da bao hoa nrdc, dac biet la dat loai set.
Kh thi cong cOng trinh ngam hoac khai thac ham Id, doi khi khf doc hai thoat ra lam phuc ap cho qua trinh thi cong: gay ngat thd hoac xay ra su chay.
1)Khf cacbonic (C 0 2) - khf nay thoat ra gay tac dung cacbonat hoa (trong mo than) hoac igan can su chay, tao khf doc gay hai cho co the;
2) <hf Sunforo (H 2S) - gay tac dung an mon kim loai, cac hop chat huu co. Khi luong khf die ft khong gay hai cho co the’, con ngudi de phat hien va de ra giai phap ngan ngtra.Khf H2S tac dung vdi cac cau kien xay dung gay ra hien tirong an mon sunphat;
3 )Khf metan (CH 4) - khf dugc sinh ra tu thuc vat bi phan huy, thudng gap khf doc nay omo than co the gay ra hien tugng chay no khi tiep xiic vdi khong khf va chat de chay.Khi lugng khf nay chiem dudi 6% thi khong gay nguy hiem, ham lugng tir 6 - 14%
co tin gay chay 110 hoac gay hai cho sue khoe. Khi no chiem tren 14% thi khong gay chay id nhung rat co hai cho sue khoe, gay ngat thd. Khf CH4 nhe thudng boc len phan tren cia dudns ham lo.
§4. T IA N H P H A N P H A L O N G T R O N G D AT
De da trong dieu kien tu nhien thudng chua mot lugng nudc nao do, nudc hoa tan thanhphan dat da ton tai d dang dung dich. Trong dia chat thuy van chu yeu nghien cuu
nuoc duoi dat van dong tham tuong ddi dd dang trong dat da dudi tac dung cua trong luc. Trong khoang vat lai nghien cuu nude tham gia vao thanh phan mang tinh the.
Trong dat xay dung chu yeu nghien cuu vai trd cua nude anh hudng den tinh chat co ly va tinh chat hoa ly cua dat da. Nude trong dat da thudng xuyen lam giam cudng do cua dat da. Khao sat tac dung cua nude trong dat da gom cac van dd sau day:
a) Tac dung co' hoc - xoi ngam co hoc, ap luc thuy dong, ap suat ndn dat da, ap lire do nude dong bang,...;
b) Tac dung vat ly - ap luc day noi, ap luc mao dan;
c) Cac hien tuong hoa ly - cac hien tuong bd mat trong dat loai set...;
d) Tac dung hoa hoc: xoi ngam hoa hoc, hoa tan, thanh tao khoang vat mdi...
Dua vao trang thai t6n tai, cac dac diem cua chung, mdi tuong tac giua nude va hat khoang, A.F. Lebedep (1919) chia ra lam 6 loai:
1). Nude d dang hoi, 2). Nude d dang dong bang (nude d thd ran), 3). Nirdc lien ket hoa hoc, 4). Nude lien ket vat ly (ket hop mat ngoai), 5). Nude mao d5n va 6). Nude tir do (nude trong luc). Nude d trang thai long khong g6m loai 1) va loai 2).
Tuy theo muc do am cua dat da, cac dang nude trong dat da cung bien doi. Moi loai nirdc co tinh luu dong nhat dinh tuy thuoc vao muc do tac dung qua lai giua nude va dat da. Su thay doi vd sd luong va sir bien d6i dang nude trong dat lam thay doi cac tinh chat cua dat. Chung the’ hien dac biet ro ret trong dat loai set.
4.1. Nude d dang hoi
Hoi nude duoc chua trong cac 16 rong hoac khe nut trong dat da chua bao hoa nude, no ton tai chu yeu trong ddi thong khi nam tren muc nude ngam. Hoi nude co thd luu chuyen tu do vdi khi quyen trdn mat dat hoac bi giam ham trong cac lo rong, khe nut trong dat da. Hoi nude la mot thanh phan chat khf trong dat da, ham lirong cua no trong khong khf d dudi dat thay doi tir mot den vai % . Luong hoi nude ldn nhat khong vuot qua 0,001% trong luong toan bo dat da.
Khi dat da co do <£m nho, nude d trang thai hoi la dang duy nhat co kha nang di chuyen trong 16 r6ng, khe nut cua dat da. Hoi nude cung co thd luu chuyen cung vdi cac khf khac hoac co the luu chuyen do chenh khi ap. Nhidu trudng hop h6n hop khi duoc bao hoa bring hoi nude va do do do am tuong doi cua chung dat 100%. Khi hoi nude dat trang thai bao hoa (tuc la khi ap suat hoi nude ldn nhat d dieu kien nhiet do xac dinh) till hoi nude chi luu chuydn vi co gradien nhiet.
Trong khoang hep d didu kien nhiet do khong doi, hoi nude se luu chuyen theo hinh dang bd mat hat khoang. Theo V. Tempson, ap suat hoi bao hoa tai noi be mat hat phang ldn hon tai noi be mat hat lom va nhd hon noi bd mat loi, the hien qua cong thuc:
P i = P A — - - (2-8) Yi r
Irong do: P, - ap suat hoi bao hoa tai noi mat loi (+), tai noi mat 15m (-);
P - ap suat hoi bao hoa tai noi mat phang;
A - hang sd mao dan;
a - trong luang rieng hoi nude;
Yi - trong luong rieng cua the long;
, , 2
r - ban kinh mat cong cua the long ( — duy tri do cong be mat).
r
Nhu vay, theo phuong trinh (2-8) hoi nude luu chuydn tu mat l6i den mat lom hoac bd mat pihclng (khong lien quan den thd riln hay thd long).
Nude d trang thai hoi trong dat da luon luon duy tri trang thai can bang dong vdi hoi nude trong khong khi va nude d cac dang khac (dac biet la nude lien ket chac). Trong dieu kien nhat dinh (vf du khi nhiet do giam) nude d dang hoi bi ngung tu chuydn thanh nude mao din hoac hoa nhap vao hoi nude trong khong khf. Khi hoi nude di chuyen di, nude trong dat se boc hoi de tao ra mot sir can bang mdi. Su boc hoi nude se lam tang nong do cac chat hoa tan kem theo sir luu chuydn cua nude va dem theo cac loai muoi hoa tan, cac chat keo den vung bi boc hoi. Hien tuong nay co thd gay ra ngung keo hoac cac muoi ket tinh trong lo rong va khe nut, thanh tao cac hop thd, cac mang vo bao quanh hat khoang va lam thay doi mau sac cua dat da.
4.2. Nude lien ket hoa hoe
Day la loai nude ket hop ben trong mang tinh he khoang vat gOm nude ket cau va mrdc ket tinh. Chung ton tai d dang ion (H \ OH') va d dang phan tu (H 20 ), la thanh phan cau tao mang tinh thd cua khoang vat. Khi d dang ion no lien ket rat chac trong mang tinh thd khoang vat, no co the thay the cac anion ( F , Cl',..). Khi d dang phan tu no khong co kha nang thay the cac ion trong mang tinh thd, co vai tro trung hoa dien va gin rat yeu vao mang tinh thd, chiing co the bi tach ra de dang khi bi nung nong. Cac phan tu nude chiem vj tri hoan toan xac dinh trong mang tinh the, tai cac khoang trong cua tinh thd (doc theo cac mach, d cac phong cua mang).
Cac khoang vat co nude d dang ion: apatit- Cas,[P04]30H , topa-Al2[Si0 4][O H ]2, tan-Mg3[Si4O l0][OH]-,, muscovit,biotit, boxit-Al[OH]3, Gorit-Mg4A l2[A l2Si2O 10][O H ]8...
Cac khoang vat co nude d dang phan tir: thach cao-CaS042i hO, opan-Si02nH20, limonit-Fe->0,nHoO(n < 4), monmorilonit-(Al,Mg)2[Si4O|0][OH]nH2O, haloisit- Al4[Si4O lo][OH]12H20,xut-Na2C0310H20,...
Nuoc ket cau (mica, thach cao,..) bi tach ra khi say d nhiet do cao 450- 650°C kem theo sir pha huy cau true mang, tuy theo loai khoang vat, nhiet do de nude thoat ra khac nhau:
caolinit- 500 ~ 650°C, hidromica- 550 ~ 650°C, monmorilonit- 620 - 750°C. Nude ket tinh lien ket vdi mang yeu hon nude ket cau, khi bi say nong (d nhiet do thap hon) no cung tach ra khoi mang va cung pha vd cau true mang tinh the tao ra khoang vat khac.
Nude ket tinh thap (nude hap thu) co lien ket yeu nhat, khi bi gia nhiet (tu 80 ~ 1 20°C den 400°C) dan dan tach ra khoi khoang vat, khong pha vd mang tinh the sir dOng nhat cua vat chat ma chi lam thay doi tu tu tmh chat vat ly (ti trong, mau sac,..) va co the hap thu trd lai tuy theo nhiet do va ap suat hoi nude. Cac khoang vat cd nude hap thu:
limonit, hidromica, chat thuy hoa cua silicat voi, sat, mangan, alumosilicat, opan, cac khoang vat set thu sinh,..
Luong nude lien ket hoa hoc trong set caolinit < 2% , monmorilonit < 10%, va beidenit = 7 ~ 10%. Nude nay khong truyen ap luc hoi, khong lam thay doi trang thai vat ly cua dat. Trong nghien cuu dat xay dirng, loai nude hap thu bi tach ra d nhiet do dudi 105°C duoc dac biet quan tam. Khi xac dinh do am cua dat da can phai say mSu d nhiet do 105 - I07°C cho den khoi luong mau khong doi. Neu say d nhiet do cao hon nude hap thu bi tach khoi mau thi gia tri thu duoc se ldn hon do am thuc cua mAu. Nude lien ket hoa hoc duoc dung de xac dinh khoang vat set bang phuong phap phan tfch nhiet, no anh hudng ldn deii che do nhiet khi san xuat vat lieu xay dirng, do gom sir.
4.3. Nude lien ket vat ly
Nude lien ket tren bd mat hat khoang, do lire tuong tac true tiep giua cac ion bi hap phu tren bd mat vdi be mat hat khoang va phan tu nude, chu yeu la luc hut phan tu tinh dien. Luong nude nhieu hay it trong dat phu thuoc vao nhidu yeu to: a). Tmh ua nude ciia khoang vat, b). Do phan tan cua hat dat va c). Thanh phan thuy dung dich trong nude lo rong cua dat. Nude lien ket vat ly gom: Nude hap phu (nude lien ket chac) va Nude mang mong (nude lien ket yeu).
1. Nuac hap phu
Dat da kho khi hut nude hoac hoi nude trong moi trudng xunh quanh, trong khong khf thi sinh ra toa nhiet. Luong nhiet nay goi la nhiet do hut am. Nude lien ket duoc hinh thanh kem theo toa nhiet goi la nude hap phu. Trong dieu kien tu nhien, dat da luon luon co mot luong nude hap phu bam mot phan hay toan bo bd mat hat dat.
Nguyen nhan tao ra luc lien ket rat manh giira hat dat va phan tu nirdc la do cac hat dat co nang luong tu do bd mat. Trdn be mat hat khong chi co cac phan tu nirdc bi hap phu ma con co cac ion trai dau cung bi hap phu. Xunh quanh hat dat ton tai tang dien kep - ldp hap phu va ldp khuech tan. V i vay, cac phan tu nude tao thanh mang thuy hoa co cau tao phuc tap d xunh quanh hat va cac ion trai dau. Khoang vat Monmorilonit co
mang tinh the linh dong, cac phan tir nirac di chuyen vao ben trong mang tinh the cung bi hap phu. Nhir vay, nirac hap phu dong thai tao thanh a b& mat dat, a xunh quanh lap ion trai dau va a ca ben trong mang tinh the - nirac zeolit. Do do khong the coi nirac hap phu chi la nirac ket hap tren b& mat hat dat. Theo quan niem nay, co the coi nirac hap phu co cau tao da phan tir. B& day ciia lap nirac hap phu co lien quan den ap lire hai nirac. No phu thuoc thanh phan khoang vat, do lan va hinh dang hat, thanh phan ciia ion lap dien kep va cac di£u kien ben ngoai (do am ciia dat, ap suat va nhiet do khong khi,..).
Tinh ira nirac ciia dat thay dcii theo thanh phan khoang vat. Khi cac dieu kien khac giong nhau, lirong nirac hap phu phu thuoc vao ti so toan bo lirgng SiO-> va RoOv Gia tri S i0 2/R-)0^ cang lan dat hap phu nirac cang nhieu. Trong dat loai set, co cac khoang vat set thu sinh chira nhieu silit (S i0 2), khi tac dung vai nuac tao ra axit silixic. Axit nay yeu thuong phan li thanh ion H + va S i0 32. Cac ion Si0 32 lam cho cac hat dat mang dien tich am. Do vay, ham lugng S i0 2 trong dat cang nhieu lugng dien tich am cang lan, nang lugng thuy hoa ciia hat dat cang tang. Ti so S i0 2/R20 3 = 4 trong set Monmorilonit (co mang tinh the linh dong) lan han trong Caolinit (SiOo/Ro03 = 2, co mang tinh the khong linh dong) cho nen set Monmorilonit co nhi£u dien tich am va co nhieu nuac hap phu han.
Truang hop dat co ciing loai khoang vat, lugng nirac hap phu bien doi theo ca hat dat, thanh phan ion trai dau tren b& mat hat dat. Theo ket qua nghien cuu ciia cac nha tho chat, ti dien tich be mat (do phan tan ciia hat) cang lan thi lugng nirac hap phu cang nhidu. Ti dien tich b& mat cang lan, khi dat bi am, tong lugng nhiet do bi am toa ra cang lan va sir lien ket vai cac phan tir nuac cang nhidu. Dat chua nhidu hat set do am hap phu lan han dat chira ft hat set. Neu trong dieu kien niroc hap phu dirge phan bo nhu nhau thi hat lan co nhidu nirac hap phu han. Tuy nhien, chidu day lap nirac hap phu lai bi han che theo sir tang len ciia ca hat dat, nghla la chidu day nay co mot giai han nhat dinh.
Chidu day lap nirac hap phu bao quanh hat dat khong giong nhau, chiing thay doi theo hinh dang hat dat. Tai cac chd bd mat ciia hat loi hoac nho ra, luc hut tinh dien co mat do rat cao so vai cac cho khac, lap nuac hap phu co chidu day Ion han. Tuy nhien, su liru chuyen ciia hai nuac tir mat cong loi (co ap suat hai lan han) den cho mat cong lom (nai co ap suat hai nho han). Thanh thir, a xung quanh hat dat se tao ra be day can bang irng voi sir tac dung tirang ho giira lire hut phan tir tinh dien va ap luc hai nuac.
Tuy theo trang thai am ciia dat, cac phan tir nuac hap phu co the: phan bo mot phan hoac toan bo b& mat hat dat. Lap nirac nay hut bam rat ch^c vao bd mat hat va cac phan tir nuac co tfnh dinh hirang ro ret. Lop phan tir nuac dau tien true tiep tiep xuc vai bi mat hat co lire lien ket being khoang 10 000 atm. Vi no ton tai dirai ap luc lan nhu the nen nuac hap phu co tfnh chat khac vai nirac trang thai long thong thuong va nuac dong
hang. Khoi luong rieng cua no tir 1,2 ~ 2,4 g/cnr (trung binh la 2g/cnr'). Ap luc hoi nude nho cho nen khong the co su chuyen dong phan tu nhu nuoc tu do. Chung khong co kha nang hoa tan muoi va chi khi chuyen thanh hoi nude chung mdi tach ra khoi bd mat hat dat. Sau khi bien thanh hoi nude (khoang 80° ~ 120°C) de tach ra khoi hat dat, nude hap phu co the tai lap lai nhung can mot luong nhiet nhat dinh, trong dieu kien tu nhien do la anh nang mat troi. Nhiet dung bang khoang 0,5; hang sd dien moi nho hon nude thuong, bi dong bang d —78°C. Tfnh chat co hoc cua no gan vdi vat the ran, co cudng do chong cat va tinh dan hoi ldn.
Do am hap phu ldn nhat - W hp(% ) la luong nude hap phu ldn nhat ma khi tao thanh gay toa nhiet do am. Trong dieu kien tir nhien, do am tu nhien cua dat luon luon ldn hon do am hap phu tdi da bdi le, d ddi thong khi, khong khi trong lo rong cua dat luon bao hoa hoi nude. Khi dat set co do am nho hon do am hap phu tdi da no d trang thai ran khong co tmh deo.
2. Nuoc mang mong
Day la ldp nude nan phia ngoai ldp nude hap phu, chung d xa bd mat hat. Chung d tang khuech tan cua ldp dien kep, duoc hinh thanh khi dat bat dau cd do am ldn hon do am hap phu tdi da. Luong nude mang mong co trong dat phu thuoc vao tinh chat cua cac ion co hoat tinh trao doi va moi trudng xung quanh. NOng do dung dich cao thi chidu day tang khuech tan nho theo do chidu day mang nude cung giam. Vi du: trong dung dich NaCl, khi tang nong do tir 10 4N len 10 'N thi do day cua no giam tir 0,15pm xuong 0,05pm. Trong dat bi muoi hoa co the khong co nude mang mong, khi do nude mang mong true tiep lien ket vdi cac loai nude mao dan.