Способ определения наличия капиллярной влаги в торфяной почве

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублин

< в949498 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06. 04. 81 (21) 3268956/30-15 с присоединением заявки N (23) Приоритет—

Опубликовано 070882. Бюллетень ¹ 29

Дата опубликования описания 07.08.82 (И}М.Кл.

G 01 N 33/24

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (ЯЗ) УДК 620.1t

:631.432.2 (088.8) (72) Авторы изобретения

A И. Федотов, И. В. Лагацкий и B. ру: . ановицки8

Институт торфа AH Белорусской ССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ КАПИЛЛЯРНОЙ

ВЛАГИ В ТОРФЯНОЙ ПОЧВЕ

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%-ным раствором серной кислоты g 1J.

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 структурную прочность почвы, которая обеспечивается главным образом наличием менисков воды в контактах частиц.

Известен также способ измерения. кинетики 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 2).

Однако в этом методе фильтровальная бумага используется как средство для транспортирования воды к материалу-поглотителю, количество поглощен1ð ной воды регистрируется непрерывным взвешиванием. С помощью водонасыщения пористого материала через филь тровальную бумагу невозможно установить, когда появляются мениски воды ц контактах между частицами материала. 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 14+1% устанавливают наличие капиллярной

ЗО влаги в образце почвы.

949498

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 — то же, на

Фиг, 3 — графики зависимостей влажности фильтровальной бумаги отобранной величины объема V> (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 10 торфяной почвы полевой влажности просеивается через сито с отверстием 5 мм.

Измерения проводятся в следующей последовательности. f5

На кювету 1 устанавливают кольцо 2 такой же высоты, как и сама кювета.

Образец в кювету 1 засыпается до уровня верхней кромки кольца 2. На рыхлоэасыпанный образец почвы Устанавливают диск 3 и с помощью пресса осуществляют сжатие образца под давлением 50 кПа 20 с. Затем диск 3 снимается и на сформировавшуюся плоскую поверхность образца почвы накладывается сухая (ж = 5Ъ) фильтровальная бумага толщиной 0,2 мм по всей площади образца. На фильтровальную бумагу снова засыпается рыхлый образец почвы. Накладывается диск и образец 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 снймаются. Извлекается фильтровальная бумага, очищается кисточкой от торфа и помещается в бюксу, которая сразу же взвешивается на аналитических весах. Замеры повторяются с двухкратной повторностью. Бюксы с фильтровальной бума- 40 гой высушиваются в термостатном шкафу и определяется влах<ность бумаги.

Мениски или капиллярная влага в контактах торфяных частиц имеются тогда, когда фильтровальная бумага 45 увлажняется в ходе опыта не менее, чем до 14Ъ на сырую навеску. Эта влажность в нашем способе названа критической.

Для пояснения критической влажнос- 50 ти были поставлены опыта по увлажнению фильтровальной бумаги образцами различной влажности и зольности почвы по вышеизложенной методике. Полученный материал представлен в виде графиков (фиг. 3) зависимостей влажности фильтровальной бумаги отобранной величины объема v+ (см3), который занимает 1 r сухого вещества почвы с плотностью р

v9 = v+1/р, 60 где к — влажность почвы, r/r;

Ъ

9 — плотность твердой Фазы, г/см

Несмотря на то, что происходит перенос влаги к Фильтровальной бумаге с двух сторон от образца, водонасыще- 65 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 1Ъ ° Эта влажность принята за критическую, при которой образуются мениски воды в контактах частиц.

Увлах<нение бумаги, как видно иэ графиков (фиг. 3), при контактировании с образцами различной почвы по зольности 20Ъ (1, 2, 3) и 44Ъ (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 14Ъ.

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 50Ъ для торфа зольностью 20Ъ после уплотнения давлением .50 и 100 кПа (1 и 2 на Фиг. 4), а для торфа эольностью

44Ъ после уплотнения давлением 50 и 800 кПа - начиная с влажности 38 и 32Ъ (3 и 4 на фиг. 4) .

949498

Согласно графиков (фиг. 3) мениски воды в контактах частиц для торфа зольностью 20% возникают при влажности 52, 50 и 47% после предварительного уплотнения давлением 50, 100 и

800 кПа соответственно, а для торфа 5 зольностью 44% — при влажности 41 и 38% после давления 50 и 800 кПа.

Анализ графиков показывает, что прочность связей между частицами начинает возрастать несколько раньше, чем обнаруживается излом в ходе водонасыщения фильтровальной бумаги, контактирующей с образцом почвы.

Влажность почвы, при которой возникают мениски воды в контактах частиц, зависит от зольности и от давления уплотнения. Поэтому при определении наличия капиллярной влаги рекомендуется применять давление 50-70 кПа, при котором почва принимает плотность близкую к естественным условиям. Вре-20 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. 25

Предлагаемый способ позволяет определить наличие капиллярной влаги в контактах частиц различной торфяной почвы и раскрыть механизм структурообразования в них, в частности 30 объяснить прочность связей между частицами, 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 менискообраэования, т.е. нижний предел влажности торфяной почвы для нормального роста и развития расте" ний, 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 14 1% устанавливают наличие капиллярной влаги в образце почвы. Ю

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Качинский И. А. Физика почвы.

Ч. II. N. "Высшая школа", 197.0, с. 14.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 691757, кл. (i 01 N 33/38, 1977 (про" тотип).

949498

Ю 10 1Х л7 фг

° Же. Ф

ВНИИПИ Закаэ 5737/31 Тираж 887 Подписное и

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4