Способ определения наличия капиллярной влаги в торфяной почве Советский патент 1982 года по МПК G01N33/24 

Изобретение относится к исследованию водно-физических свойств грунтов, в частности к способам определения наличия менисков воды в контактах частиц торфяной почвы.

Известен способ определения максимальной гигроскопической влажности торфа, заключающийся в приведении образцов торфа до равновесной влажности в замкнутом пространстве над 10%-нглм раствором серной кислоты t Ij.

Однако эта форма влаги относится к квазитвердому телу, перемещается в почве в виде пара и не является переносчиком солей, т.е. питательных элементов к растениям. Такая влага растениям не доступна, Она мало влияет и на структурн5то прочность почвы, которая обеспечивается главным образом наличием менисков воды в контактах частиц.

Известен также способ измерениякинетики водонасыщения пористых материалов, включающий водонасыщение и непрерывное взвешивание образца, для чего с целью повышения точности измерений перед водонасыщением поверхность образца покрывают сухой фильтровальной бумагой, приводят

последнюю в контакт с водой, а непрерывное взвешивание образца осуществляют после насыщения фильтровальной бумаги водой 2J.

Однако в этом методе фильтровальная бумага используется как средство для транспортирования воды к материалу-поглотителю, количество поглощенной воды регистрируется непрерывным

to взвешиванием. С помощью водонасыщения пористого материала через филь тровальную бумагу невозможно установить, когда появляются мениски воды Ч контактах между частицами матери15ала. Способ служит для изучения скорости впитывания воды материалом и не может дать оценки содержания раз,личных категорий связи воды.

Цель изобретения - повышение точ ности способа.

Цель достигается тем, что фильтровальную бумагу размещают внутри образца почвы, на который затем

25 воздействуют давлением 50-70 кПа в течение 17-20 с, после чего определяют влажность бумаги известным методом и при величине ее выше 14tl% устанавливают наличие капиллярной

30- влаги в образце почвы. На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - то же; на фиг. 3 - графики зависимостей влажности фильтровальной бумаги отобранной величины объема Vg (см ); на фиг. 4 - графики прочности связей между частицами. Устройство для определения наличия капиллярной влаги состоит из кюветы 1, кольца 2 и диска 3. Пример.. Отобранный образец торфяной почвы полевой влажности просеивается через сито с отверстием 5 мм . Измерения проводятся в следующей последовательности. На кювету 1 устанавливают кольцо такой же высоты, как и сама кювета. Образец в кювету 1 засыпается до уровня верхней кромки кольца 2. На рыхлозасыпанный образец почвы устанавливают диск 3 и с помощью пресса осуществляют сжатие образца под давлением 50 кПа 20 с. Затем диск 3 сн1 мается и на сформировавшуюся плос кую поверхность образца почвьл накладывается сухая (w 5%) фильтровальная бумага толщиной 0/2 мм по всей площади образца. На фильтровальную бумагу снова засыпается рыхлый образец почви. Накладывается диск и обра зец с размещенной в нем фильтровальной бумагой уплотняется с помощью пресса при таком же давлении (фиг.2) 20 с. После освобождения от нагрузки диск 3 и кольцо 2 снимаются. Извлекается фильтровальная бумага, очи щается кисточкой от торфа и помещает ся в бюксу, которая сразу же взвешивается на аналитических весах. Замеры повторяются с двухкратной повторностью. Бюксы с фильтровальной бумагой высушиваются в термостатном шкафу и определяется влажность бумаги. Мениски или капиллярная влага в контактах торфяных частиц имеются тогда, когда фильтровальная бумага увлажняется в ходе опыта не менее, чем до 14% на сырую навеску. Эта вла ность в нашем способе названа критической. Для пояснения критической влажное ти были поставлены опыта по увлажнению фильтровальной бумаги образцами различной влажности и зольности почвы по вьшеизложенной методике. Полученный материал представлен в виде графиков (фиг. 3) зависимостей влажнос. фильтровальной бумаги отобранной величины объема V5(cM), который занимает 1 г сухого вещества почвы с плотностью р Vg W + 1/Я , где W - влажность почвы, г/г; Р - плотность твердой фазы, г/см Несмотря на то, что происходит перенос влаги к фильтровальной бумаг с двух сторон от образца, водонасыще ние ее в интервале гигроскопической и до максимальной гигроскопической влажности и далее идет медленно. Следует предположить, что в этом интервале, влажности почвы основной влагоперенос происходит за счет прямого контакта бумаги с молекулами воды почвы, а также и капиллярной конденсации паров воды. Как только фильтровальная бумага попадает в контакт с почвой, частицы которой покрыты пленкой воды способной при.сближении частиц сливаться в мениски, влагоперенос интенсифицируется. При контакте фильтровальной бумаги с частицами такого торфа ввиду хорошей водопоглотительной способности фильтровальной бумаги часть свободной влаги от частиц торфа переходит на бумагу, а при более влажных торфяных частицах поглощение влаги фильтровальной бумагой еще более интенсивно. Интенсификация увлажнения фильтровальной бумаги по мере введения ее в контакт с образцами большей влажности и отражается изломами (фиг. 3). Изломы на графике наблюдаются для всех образцов различной зольности и при различном давлении уплотнения при одной и той же постоянной влажности бумаги 14 1%. Эта влажность принята за критическую, при которой образуются мениски воды в контактах частиц. Увлажнение бумаги, как видно из . графиков (фиг. 3), при контактировании с образцами различной почвы по зольности 20% (1,, 2, 3) и 44% (4,5) имеет идентичный характер, наблюдаемый при различном давлении, при котором бумага вводится в контакт, например, 50 кПа (1), 100 (2), 800 (3,5) и 10 кПа (4). Во всех случаях изломы графиков, отвечающие более интенсивному началу хода водонасыщения бумаги, имеют место тогда, когда она приобретает влажность 14%. Резкое изменение наклона графиков подтверждает изменение характера влагопереноса качественно и количественно. Это связано с появлением менисков воды в контактах между частицами и ее большей способностью к передвижению. Возникновение менисков воды в контактах между частицами торфа подтверждается ростом прочности связей между частицами, которая определялась методом разрыва образцов на приборе. Графики (фиг. 4) показывают, что прочность связей между частицами резко возрастает начиная с влажности 50% для торфа зольностью 20% после уплотнения давлением .50 и 100 кПа (1 и 2 на фиг. 4), а для торфа зольностью 44% после уплотнения давлением 50 и 800 кПа - начиная с влажности 38 и 32% (3 и 4 на фиг. 4) . Согласно графиков (фиг. 3) мениск воды в контактах частиц для торфа зольностью 20% возникают при влажнос ти 52, 50 и 47% после предварительного уплотнения давлением 50, 100 и 800 кПа соответственно, а для торфа зольностью 44% - при влажности 41 и 38% после давления 50 и 800 кПа. Анализ графиков показывает, прочность связей между частицами начинает возрастать несколько раньше, чем обнаруживается излом в ходе водонасьпцения фильтровальной бумаги, контактирующей с образцом почвы. Влажность почвы, при которой возникают мениски воды в контактах частиц, зависит от зольности и от давле ния уплотнения, Поэтому при определе нии наличия капиллярной влаги рекоме дуется применять давление 50-70 кПа, при котором почва принимает плотност близкую к естественным условиям. Bpe мя выдерживания образцов под давлением принято 17-20 с в связи с тем, что через 17 с деформация образцов почвы под указанной нагрузкой почти полностью прекращается. Предлагаемый способ позволяет определить наличие капиллярной влаги в контактах частиц различной торфяной почвы и раскрь1ть механизм структурообразования в них, в частности объяснить прочность связей между час тицами, а также охарактеризовать водно-воздушный режим почвы. Способ определения капиллярной влаги почвы полезен при излучении структурно-механических и водных свойств торфяных почв. Он позволяет установить влажность менискообразования, т.е. нижний предел влажности торфяной почвы для нормального роста и развития растений, а также для разработки мероприятий по борьбе с ветровой эрозией. Формула изобретения Способ определения наличия капиллярной влаги в торфяной почве, включающей контактирование образца почвы с высушенной фильтровальной бумагой, отличающийся -тем, что,. с целью повышения точности способа, фильтровальную бумагу размещают внутри образца почвы, на который затем воздействуют давлением 50-70 кПа в течение 17-20 с, после чего определяют влажность бумаги известным методом и при величине ее выше 14i 1% устанавливают наличие капиллярной влаги в образце почвы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Качинский И. А. Физика почвы. Ч. II. М., Высшая школа, 1970, с. 14. 2.Авторское свидетельство СССР 691757, кл. G 01 N 33/38, 1977 (прототип) .

t .

I ,

t . .

г/

4

Фи-t.S

Cfl