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Technischer Bericht NTB 86-14

Wasseraufnahme und Wasserbewegung in hochverdichtetem Bentonit

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Die Wasseraufnahme der Bentonite MX-80 und Montigel wurde nach der klassischen Methode der Bestimmung der Immersionswärme und der Adsorptions – Desorptions-Isotherme untersucht. In Ergänzung dazu wurde die Schichtaufweitung des Montmorillonits in Abhängigkeit vom Wassergehalt gemessen. Die Auswertung der Adsorptionsisotherme nach Dubinin-Radushkevich und die röntgenographisch bestimmten Schichtabstände haben die stufenweise Aufnahme des Wassers bestätigt. Bis 10 % Wassergehalt berechnet auf reinem, trockenem Montmorillonit wird das Wasser als Monoschicht und bis 20 % als bimolekulare Schicht um die Zwischenschichtkationen aufgenommen. Mit der näherungsweisen Berechnung der partiellen spezifischen Enthalpie aus den Immersionswärmen und der freien Enthalpie aus den Adsorptionsisothermen konnte die partielle spezifische Entropie ermittelt werden. Daraus ist auch ersichtlich, dass das Zwischenschichtwasser einen hohen Ordnungsgrad aufweist. In diesem Zustand ist die Beweglichkeit der Wassermoleküle bedeutend kleiner als im freien Wasser. Aus der Adsorptionsisotherme und der beobachteten Schichtaufweitung kann angenommen werden, dass erst ab ca. 25 % Wassergehalt berechnet auf reinem Montmorillonit Wasser im Porenraum auftreten kann. Als Porenraum werden die Räume ausserhalb des Schichtzwischenraumes und der Oberflächen der Montmorillonitteilchen angesehen. Bei Verhinderung einer freien Quellung und Trockendichten der hochverdichteten Bentonite von grösser als 1,8 Mg/m3 bewirkt die Aufnahme von Wasser eine drastische Verkleinerung des ursprünglichen Porenraumes, sodass sich praktisch das gesamte Wasser im Schichtzwischenraum befindet.

Die Berechnung des Quelldrucks aus den Adsorptionsisothermen ergibt eine gute Annäherung zu den gemessenen Quelldrücken. Aus der Darstellung der Adsorptionsisotherme nach Dubinin-Radushkevich lässt sich eine Montmorillonit­Oberfläche der beiden Bentonite von ca. 750 m2/g ableiten. Die Wasseraufnahme in die verdichteten, ungesättigten Bentonite (über ca. 1,7 Mg/m3 Trockendichte) lässt sich als Diffusion mit einem Diffusionskoeffizienten in der Grössenordnung von 3·× 10-10 m2/s beschreiben.

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