Способ определения дифференциальной пористости Советский патент 1976 года по МПК G01N15/08 

Изобретеп1 е откосится к способам изучения структур капиллярно-пористых систем твердых тел, в частности структур строительных материалов.

Известны способы визуального наблюдения срезов пор по сечению образца с помощью оптической или электронной микроскопии, способы, основанные на явления.х адсорбции; способы, основанные на зависимости температуры фазовых превращений вещества, заполняющего поры от размеров этих пор, где количественное распределение пор по размерам определяется по изменению поглощения ультразвука, радиоволн, тепловым эффектам и т. д., как функция количества вещества, перешедшего в другую фазу; способы, основанные на эффекте рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами и т. д.

Однако известные способы дорогостоящи и трудоемки.

Кроме того, определения по известным способам производятся на образцах от долей кубического миллиметра до кубических сантиметров, что не дает достоверных показателей для всего исследуемого тела в целом.

Известен снособ определения дифференциальной пористости, основанный на действии канилляриых сил, по которому количество пор тех или иных размеров определяется количеством ртути, вдавленной в образец при различных избыточных давлениях. По этому способу величипу противодействующего капиллярным силам избыточного давления в процессе измерений изменяют ступенчато в заранее заданных интервалах, определяя тем самым интервалы размеров (радиусов) поровых каналов, а объем норовых каналов в этих интервалах определяют путем синхронного замера объема ртути, вдавленной в поры при

каждом изменении давления. Исследуемый

образец при каждом измерении находится в

условиях установивщегося насыщения ртутью.

Этому наиболее распространенному способу

присущи все раиее перечисленные недостатки и, кроме того, способ требует применения избыточных давлений до нескольких тысяч ати и обуславливает работу с таким токсичным веществом, как ртуть.

Известен способ измерения обобщающей характеристики пористой структуры - проницаемости, по которому этот показатель устанавливают по двум последовательным измерениям скорости многоосного поступления жидкости в образец в условиях иеустановившегося

режима иасыщения с нредварительным ваку мированпем образна, или созданием определенного избыточного давления над жидкостью, в которую погружен образец. Этот способ не дает возможности определить в исс.тедуемом образце распределение поровых кана3

лов по их размерам, так как не учитывает капиллярного давления, которое при радиусах пор менее 10 мм обусловливает исчезающе малую зависимость характера насыщения от приложенного перепада давлений; режим многоосного затухающего процесса поступления жидкости в образец при его насыщении не позволяет четко зафиксировать конец насыщеиия, особенно при размерах поровых каналов в интервале мм; кроме того, многоосное поступление жидкости в образец делает этот процесс динамически неопределимым.

Целью изобретения является снижение трудоемкости измерения.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют изменение скорости фильтрации через образец в неустановившемся режиме одноосной, преимущественно сквозной, фильтрации.

Одноосную фильтрацию под небольшим избыточным давлением (порядка 0,2-0,5 ати), ведут через воздушно-сухой образец, размеры которого соответствуют требованиям последующих (папример, физико-механических) испытаний. Абсолютная величина избыточного давления некритична, но в течение измерений должна поддерживаться постоянной с точностью ± 10 ати.

Изменение скорости ноступления жидкости в образец (изменение скорости фильтрации) непрерывно регистрируют во времени, начиная с момента соприкосновения жидкости с образцом до начала установившегося режима фильтрации, т. е. до момента, начиная с которого изменение скорости фильтрации становится равным нулю.

В начальный период при заполнении поровых каналов под действием суммы капиллярного и перепада внешнего давлений скорость фильтрации изменяется по гиперболическому закону, который можно описать выражением:

К - : -1- ,

yt

где К - скорость фильтрации;

А - постоянная для данного образца величина;t - время фильтрации.

С началом сквозной фильтрации, т. е. с момента полного заполнения жидкостью поровых каналов наибольших гидравлических радиусов, происходит резкое уменьшение скорости фильтрации за счет прекращения действия капиллярных сил последовательно по каналам от больших гидравлических радиусов к меньшим и перехода фильтрации по этим каналам в установившийся режим.

С момента полного заполпеиия жидкостью всех поровых капалов сквозная фильтрация происходит под действием только перепада внешнего давления без изменения скорости.

Изменение скорости фильтрации во времени в интервале от начала сквозной фильтрации до начала установившегося режима однозначно определяется количественным распределением поровых каналов по гидравлическим радиусам и может быть описано выражением:

ЫК

R

Ра LPtn

где К - скорость фильтрации;

Пл - доля поровых каналов гидравлического радиуса ;

АР - перепад внешнего давления; й - время от момента соприкосновения жидкости с образцом до момента

измерения

dt

/ - длина образца в направлении

фильтрации; Г) - вязкость жидкости; а - постоянная.

Зависимость изменения скорости фильтрации во времени от характера распределения поровых каналов по их размерам позволяет по изменению скорости фильтрации в неустановивщемся режиме фильтрации определить

дифференциальную пористость образца.

На чертеже показаны примеры определения дифференциальной пористости на шести образцах известняка крымских месторождений, соответственно пронумерованных.

Верхние кривые отражают изменение скорости фильтрации /С от времени с момента начала фильтрации t. Эти кривые выполнены в логарифмических координатах с целью спрямления гиперболического Зчастка изменения

скорости фильтрации (пунктирные участки кривых) и наглядного выделения интервала изменения скорости, по которому определяется дифференциальная пористость (сплошные участки кривых).

Нижние кривые отражают в интегральной форме количественное распределение поровых капалов гю гидравлическим радиусам соответственно для тех же образцов, для которых па верхних кривых показано изменение скорости

фильтрации. Эти кривые получены с использованием зависимости йПд fidKiin) и построены в координатах: по оси абсцисс - размер поровых каналов (гидравлический радиус), по оси ординат - процент объема, занимаемый в образце поровыми каналами, радиус которых меньше какого-либо значения, например в образце 22 поровых каналов, гидравлический радиус которых меньше 10- см, содержится 12,3% по объему.

Оси абсцисс верхних и нижних кривых синхронизированы, т. е. каждому значению t соответствует определенное значение R.

Применение предложенного способа определения дифференциальной пористости обеспечивает резкое снижение трудоемкости и стоимости определений, возможность использовапия его без применения сложной и дорогостоящей аппаратуры, технологический контроль производства таких пористых материалов, как гр)бая керамика, легкие бетоны

и т. Д., контроль морозостойкости некоторых естественных строительных материалов (пильные известняки и др.).

Формула изобретения

Способ определения дифференциальной пористости открытых пор капиллярно-пористых

тел с проведением измерений в условиях неустановившегося режима скорости поступления жидкости в тело, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости определения, измеряют изменение скорости фильтрации через образец в неустановившемся режиме одноосной, преимущественно сквозной, фильтрации.

К-10 1 кгс сек}