Гидрофизические свойства: 5 Гидрофизические свойства строительных материалов

5 Гидрофизические свойства строительных материалов

Гидрофизические свойства проявляют материалы и изделия при контакте с водой. Наиболее важные из них – гигроскопичность, водопоглощение, водостойкость, водопроницаемость, морозостойкость, воздухостойкость.

Гигроскопичность – свойство материала поглощать водяные пары из воздуха и удерживать их на своей поверхности. Одни материалы притягивают к своей поверхности молекулы воды и называются гидрофильными – бетон, древесина, стекло, кирпич; другие, отталкивающие воду (тупой угол смачивания), – гидрофобными: битум, полимерные материалы.

Водопоглощение – способность материала впитывать и удерживать воду. Характеризуется это свойство количеством воды, поглощенной высушенным до постоянной массы материалом, полностью погруженным в воду,

Влагоотдача – способность материала отдавать влагу при снижении влажности воздуха.

. Чем она выше, тем интенсивнее идет высушивание изделия.

Водопроницаемость – свойство материала пропускать воду под давлением. Водопроницаемость оценивают по коэффициенту фильтрации Кф (м2/ч), который равен количеству воды, прошедшей в течение 1 ч через 1 м2 площади испытуемого материала при постоянном давлении.

Морозостойкость – способность материала сохранять свою прочность при многократном попеременном замораживании в водонасыщенном состоянии и оттаивании в воде.

Воздухостойкость – способность материала длительно выдерживать многократное увлажнение и высушивание без деформаций и потери механической прочности.

6 Химические свойства строительных материалов

Химическая активность может быть положительной, если процесс взаимодействия приводит к упрочнению структуры и отрицательной, если протекающие реакции вызывают разрушение материала

Химическая или коррозионная стойкость – это свойство материалов противостоять разрушающему действию жидких и газообразных агрессивных сред. .

Действие солей приводит к накоплению кристаллических продуктов в порах материала, вызывающему рост деформаций и разрушение изделия.

7 Технологические свойства

Пластичность

– способность материала деформироваться без разрыва сплошности под влиянием внешнего механического воздействия и сохранять полученную форму, когда действие внешней силы прекращается. Пластичность – это важное свойство, влияющее на технологию производства бетонов, строительных растворов, керамических и других строительных материалов, а также на свойства готовых изделий. Вязкостью или внутренним трением называют сопротивление жидкости передвижению одного ее слоя относительно другого. Когда какой-либо слой жидкости приводится в движение, то соседние с ним слои тоже вовлекаются в движение и оказывают ему сопротивление.

8 Механические свойства строительных материалов

Механические свойства характеризуют поведение материалов при действии нагрузок различного вида (растягивающей, сжимающей, изгибающей и т.

д.). В результате механических воздействий материал деформируется. Пластичные – это, как правило, материалы однородные, состоящие из крупных, способных смещаться относительно друг друга молекул (органические вещества), или состоящие из кристаллов с легко деформируемой кристаллической решеткой (металлы). Хрупкие материалы (бетон, природный камень, кирпич) хорошо сопротивляются сжатию и в 5 –50 раз хуже – растяжению, изгибу, удару (соответственно стекло – гранит).

Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в его поверхность другого более твердого тела правильной формы.

Истираемость характеризуется величиной потери первоначальной массы материала (г), отнесенной к единице площади (см2) истирания.

Сопротивление удару. Предел прочности материала при ударе характеризуется количеством работы, затраченной на разрушение образца, отнесенной к единице объема.

Износ – разрушение материала при совместном действии истирающей и ударной нагрузок.

Для определения износостойкости образцы материала испытывают в специальном вращающемся барабане с металлическими шарами.

Гидрофизические свойства строительных материалов

Свойства, связанные с воздействием на материал воды, называются гидрофизическими.

Гигроскопичность — свойство пористо-капиллярного материала поглощать влагу из воздуха.
Степень поглощения зависит от температуры и относительной влажности воздуха. С увеличением относительной влажности и снижением температуры воздуха гигроскопичность повышается.
Гигроскопичность характеризуют отношением массы поглощенной материалом влаги при относительной влажности воздуха 100% и температуре +20 °С к массе сухого материала.

Гигроскопичность отрицательно сказывается на качестве строительных материалов. Так, цемент при хранении под влиянием влаги воздуха комкуется и снижает свою прочность. Весьма гигроскопична древесина, от влаги воздуха она разбухает, коробится, трескается.
Чтобы уменьшить гигроскопичность деревянных конструкций и предохранить их от разбухания, древесину покрывают масляными красками и лаками, пропитывают полимерами, которые препятствуют проникновению влаги в материал.

Капиллярное всасывание — свойство пористо-капиллярных материалов поднимать воду по капиллярам. Оно вызывается силами поверхностного натяжения, возникающими на границе раздела твердой и жидкой фаз.

Капиллярное всасывание характеризуют высотой поднятия уровня воды в капиллярах материала, количеством поглощенной воды и интенсивностью всасывания. Когда фундамент находится во влажном грунте, грунтовые воды могут подниматься по капиллярам и увлажнять низ стены здания.

Во избежание сырости в помещении устраивают слой гидроизоляции отделяющий фундамент от стены.
С увеличением капиллярного всасывания снижаются прочность, стойкость к химической и морозостойкость строительных материалов.

Водопоглощение

— свойство материала при непосредственном соприкосновении с водой впитывать и удерживать ее в своих порах.
Водопоглощение выражают степенью заполнения объема материала водой (водопоглощение по объему Wо) или отношением количества поглощенной воды к массе сухого материала.

Водопоглощение различных материалов находится в широких пределах (% по массе):
гранита 0,02…1;
плотного тяжелого бетона 2…5;
керамического кирпича 8…25;
асбестоцементных прессованных плоских листов — не более 18;
теплоизоляционных материалов 100 и более.

У высокопористых материалов водопоглощение по массе может превышать пористость, но водопоглощение по объему всегда меньше пористости, так как вода не проникает в очень мелкие поры, а в очень крупных не удерживается. Водопоглощение плотных материалов (сталь, стекло, битум) равно нулю.
Водопоглощение отрицательно сказывается на других свойствах материалов: понижаются прочность и морозостойкость, материал набухает, возрастает его теплопроводность и увеличивается плотность.

Влажность — отношение массы воды, находящейся в данный момент в материале, к массе (реже к объему) материала в сухом состоянии.

Вычисляется по тем же формулам, что и водопоглощение, и выражается в процентах. При этом массу материала берут в естественно влажном, а не в насыщенном водой состоянии.

При транспортировании, хранении и применении материалов имеют дело не с водопоглощением, а с их влажностью. Влажность меняется от 0 % (для абсолютно сухих материалов) до значения полного водопоглощения и зависит от пористости, гигроскопичности и других свойств материала, а также от окружающей среды — относительной влажности и температуры воздуха, контакта материала с водой и т. д.

Для многих строительных материалов влажность нормирована. Например, влажность молотого мела — 2 %, комового — 12, стеновых материалов — 5…7, воздушно- сухой древесины 12…18%.

Поскольку свойства сухих и влажных материалов весьма различны, необходимо учитывать как влажность материала, так и его способность к поглощению воды.
Во всех случаях — при транспортировании, хранении и применении — строительные материалы предохраняют от увлажнения.

Водостойкость — свойство материала сохранять прочность при насыщении его водой.
Критерием водостойкости строительных материалов служит коэффициент размягчения Кр = К/Кс— отношение прочности при сжатии материала, насыщенного водой прочности сухого материала Кс — Он изменяется от 0 (для глины) до 1 (стекло, металлы).

Материалы, у которых коэффициент размягчения больше 0,75, называют водостойкими.

Влагоотдача — свойство материала терять находящуюся в его Числовой характеристикой влагоотдачи является количеством воды (в%), испарившейся из образца в течение 1 суток при тнмпературе 20 °С и относительной влажности воздуха 60 %.
Влагоотдачу учитывают, например, при уходе за твердеющим бетоном, при сушке оштукатуренных известковым раствором стен и перегородок.
В первом случае желательна замедленная, а во втором — быстрая влагоотдача.

Водопроницаемость — свойство материала пропускать через себя воду под давлением.
Степень водопроницаемости в основном зависит от строения и пористости материала. Чем больше в материале открытых пор и пустот, тем больше его водопроницаемость.

Водопроницаемость характеризуют коэффициентом фильтрации (м/ч) — количеством воды (в м3), проходящей через материал площадью 1 м2, толщиной 1 м за 1 час при разности гидростатического давления на границах стенки 9,81 Па.
Чем ниже коэффициент фильтрации, тем выше марка материала по водонепроницаемости.
Водонепроницаемыми являются плотные материалы (гранит, металлы, стекло) и материалы с мелкими замкнутыми порами (пенопласты).

Для гидроизоляционных материалов важна оценка не водопроницаемости, а их водонепроницаемости, которая характеризуется или временем, по истечении которого появляется просачивание воды под определенным давлением через образец материала (мастика, гидроизол), или максимальным давлением воды, при котором она еще не проходит через образец материала за время испытания (специальные строительные растворы).

Воздухе-, газо- и паропроницаемость — свойства материала пропускать через свою толщу соответственно воздух, газ и пар.
Они зависят главным образом от строения материала, дефектов его структуры и влажности.

Количественно воздухо- и газопроницаемость характеризуются коэффициентами воздухо- и газопроницаемости, которые равны количеству воздуха (газа) (м3), проходящего в течение 1 ч через 1 м2 материала толщиной в 1 м при разности давлений на поверхность в 9,81 Па.
Воздухо- и газопроницаемость выше, если в материале больше сообщающихся пор; наличие воды в порах понижает эти свойства материала.

Паропроницаемость возникает при различном содержании и упругости пара по обе стороны поверхности, что зависит от темпертуры водяных паров и характеризуется коэффициентом паропроницаемости, который равен количеству водяного пара (в г), проникающего в течение 1 ч через 1 м2 материала толщиной 1 м при разности давлений пара на поверхностях 133,3 Па.

Стеновые и отделочные материалы должны обладать определенной проницаемостью, должны «дышать». Достаточные газо- и паропроницаемость стеновых материалов предотвращают разрушение стен снаружи от мороза и при последующем оттаивании.
Паронепроницаемые материалы располагают с той стороны ограждения, с которой содержание пара в воздухе больше.

Материалы, насыщенные водой, практически газонепроницаемы.
Лакокрасочные покрытия либо уменьшают, либо сохраняют паропроницаемость строительных материалов.
Чем меньше паропроницаемость лакокрасочной пленки, тем выше ее антикоррозионные свойства.

Морозостойкость — свойство материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное число циклов попеременного замораживания и оттаивания без видимых признаков разрушения и без значительного снижения прочности и массы.

Морозостойкость — одно из основных свойств, характеризующих долговечность строительных материалов в конструкциях и сооружениях. При смене времен года некоторые материалы, подвергаясь периодическому замораживанию и оттаиванию в обычных атмосферных условиях, разрушаются. Это объясняется тем, что вода, находящаяся в порах материала, при замерзании увеличивается в объеме примерно на 9…10%; только очень прочные материалы способны выдерживать это давление льда (200 МПа) на стенки пор.

Высокой морозостойкостью обладают плотные материалы, которые имеют малую пористость и закрытые поры.
Материалы пористые с открытыми порами и соответственно с большим водопоглощением часто оказываются не морозостойкими. Материалы у которых после установленных для них стандартом испытаний, состоящих из попеременного многократного замораживания (при температуре не выше —17 °С) и оттаивания (в воде), не появляются трещины, расслаивание, выкрашивание и которые теряют не более 25 % прочности и 5 % массы, считаются морозостойкими.

По морозостойкости, т. е. по числу выдерживаемых циклов замораживания и оттаивания, материалы подразделяют на марки:
Мрз; 15; 25; 35; 50; 100; 150; 200; 300; 400 и 500.
Так, марка по морозостойкости штукатурного раствора Мрз 50 означает, что раствор выдерживает не менее 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания без потерь прочности и массы.

Важно понять, что для пористых материалов особенно опасно совместное действие воды и знакопеременных температур. Морозостойкость зависит от состава и структуры материала, она снижается с уменьшением коэффициента размягчения и увеличением открытой пористости.
Критерий морозостойкости материала — коэффициент морозостойкости Кмрз = Кмрз/Кнас — отношение предела прочности при сжатии материала после испытания к пределу прочности при сжатии водонасыщенных образцов, не подвергнутых испытанию, в эквивалентном возрасте.

Для морозостойких материалов мрз должен быть более 0,75. Принято также считать, что если коэффициент размягчения камня не ниже 0,9, то каменный материал морозостоек.


Влияние гидрофизических свойств на трубообразование в тропических почвах

. 2022 25 июня; 827:154296.

doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.154296. Epub 2022 4 марта.

Рената Кристина Бови 1 , Таис Насименто Пессоа 2 , Ракель Стукки Боски 3 , Селена Кристина де Пьерри Кастильо 4 , Пауло Леонель Либарди 5 , Мигель Купер 6

Принадлежности

  • 1 Кафедра почвоведения, Сельскохозяйственный колледж «Луис де Кейрос», Университет Сан-Паулу (USP/ESALQ), Пирасикаба, Сан-Паулу, Бразилия. Электронный адрес: [email protected].
  • 2 Факультет инженерии биосистем, Университет Сан-Паулу – Сельскохозяйственный колледж «Луис де Кейруш», проспект Падуа-Диас, 11, 13418-900 Пирасикаба, Сан-Паулу, Бразилия. Электронный адрес: [email protected].
  • 3 Экологический менеджмент и устойчивое развитие, Федеральный университет Сан-Карлоса (UFSCar), Сан-Паулу, Бразилия. Электронный адрес: [email protected].
  • 4 Университет Мату-Гросу-ду-Сул (UEMS), Мундо-Ново, Мату-Гросу-ду-Сул, Бразилия. Электронный адрес: [email protected].
  • 5 Факультет инженерии биосистем, Университет Сан-Паулу – Сельскохозяйственный колледж «Луис де Кейруш», проспект Падуа-Диас, 11, 13418-900 Пирасикаба, Сан-Паулу, Бразилия. Электронный адрес: [email protected].
  • 6 Сельскохозяйственный колледж имени Луиса де Кейроса, Университет Сан-Паулу, Av. Падуа Диас, 11 лет, Пирасикаба, Бразилия. Электронный адрес: [email protected].
  • PMID: 35257773
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.154296

Рената Кристина Бови и др. Научная общая среда. .

. 2022 25 июня; 827:154296.

doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.154296. Epub 2022 4 марта.

Авторы

Рената Кристина Бови 1 , Таис Насименто Пессоа 2 , Ракель Стукки Боски 3 , Селена Кристина де Пьерри Кастильо 4 , Пауло Леонель Либарди 5 , Мигель Купер 6

Принадлежности

  • 1 Кафедра почвоведения, Сельскохозяйственный колледж «Луис де Кейрос», Университет Сан-Паулу (USP/ESALQ), Пирасикаба, Сан-Паулу, Бразилия. Электронный адрес: [email protected].
  • 2 Факультет инженерии биосистем, Университет Сан-Паулу – Сельскохозяйственный колледж «Луис де Кейрос», проспект Падуа Диас, 11, 13418-900 Пирасикаба, Сан-Паулу, Бразилия. Электронный адрес: [email protected].
  • 3 Экологический менеджмент и устойчивое развитие, Федеральный университет Сан-Карлоса (UFSCar), Сан-Паулу, Бразилия. Электронный адрес: [email protected].
  • 4 Университет Мату-Гросу-ду-Сул (UEMS), Мундо-Ново, Мату-Гросу-ду-Сул, Бразилия. Электронный адрес: [email protected].
  • 5 Факультет инженерии биосистем, Университет Сан-Паулу – Сельскохозяйственный колледж «Луис де Кейрос», проспект Падуа-Диас, 11, 13418-900 Пирасикаба, Сан-Паулу, Бразилия. Электронный адрес: [email protected].
  • 6 Сельскохозяйственный колледж имени Луиса де Кейроса, Университет Сан-Паулу, Av. Падуа Диас, 11 лет, Пирасикаба, Бразилия. Электронный адрес: [email protected].
  • PMID: 35257773
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.154296

Абстрактный

Трубопровод представляет собой эрозионный процесс, при котором удаляются частицы подземного грунта, что приводит к образованию подземных туннелей. На образование труб влияют различные физические и химические факторы. Это исследование было сосредоточено на гидрофизических свойствах почвы, чтобы предложить механизм, объясняющий процесс образования труб в почвах в тропическом климате Бразилии. На месторождении мы наблюдали два уровня трубок: неглубокие трубки, образующиеся на переходе между горизонтами E/B (~0,30-0,45 м), и глубокие трубки, образующиеся между разными горизонтами Bt (~1,50 м). Были отобраны образцы нарушенной почвы для определения распределения почвенных частиц и содержания органического вещества, а образцы ненарушенной почвы были отобраны для определения гидрофизических свойств и микроморфометрического анализа почвы. Мы обнаружили, что исследуемая территория склонна к обрушению почвы и что физические свойства контролируют этот процесс. Результаты показали текстурный и структурный градиент между горизонтами E и Bt, где горизонты Bt характеризуются более высоким содержанием глины и хорошо развитой структурой (крепкие субугловатые блоки) по сравнению с существенно песчаными горизонтами E (одинарные зерна). Этот градиент изменил пористость почвы с макропористости в горизонте E на микропористость в горизонте Bt, что особенно заметно в уменьшении количества сложных пор. Для более глубоких труб были обнаружены градиенты атрибутов почвы между разными горизонтами Bt. Изменение степени строения от умеренной до слабоумеренной, кривые водоудерживающей способности почвы с различным наклоном и формой, а также увеличение пористости, коррелирующее с глубиной почвы, отражают увеличение более крупных сложных пор. Эти изменения структуры, гранулометрического состава, пористости и типа пор отражают гидропроводность грунта при переходе разных горизонтов, что может способствовать аккумуляции и временному застою воды в кровле горизонтов Bt, а также запускать процесс трубообразования при боковом расход воды достигает критической скорости потока.

Ключевые слова: микроморфометрия; трубопровод; Распределение пор по размерам; Насыщенная гидравлическая проводимость; Кривая водоудерживающей способности почвы; Подземная эрозия.

Copyright © 2022 Elsevier B.V. Все права защищены.

Заявление о конфликте интересов

Заявление о конфликте интересов Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Похожие статьи

  • Гидрофизические свойства супесчаных глин, загрязненных нефтяными углеводородами.

    Хевелке Э., Гоздовский Д. Hewelke E, et al. Environ Sci Pollut Res Int. 2020 март; 27 (9): 9697-9706. doi: 10.1007/s11356-020-07627-5. Epub 2020 10 января. Environ Sci Pollut Res Int. 2020. PMID: 31925692 Бесплатная статья ЧВК.

  • Судьба и перенос хлормеквата в подземных средах.

    Юлер Р.К., Хенриксен Т., Розенбом А.Е., Кьер Дж. Юлер Р. К. и соавт. Environ Sci Pollut Res Int. 2010 июль; 17 (6): 1245-56. doi: 10.1007/s11356-010-0303-5. Epub 2010 23 февраля. Environ Sci Pollut Res Int. 2010. PMID: 20177799

  • Текстура почвы является важным фактором, определяющим влияние микропластика на гидравлические характеристики почвы.

    Го З., Ли П., Ян С., Ван З., Лу Б., Чен В., У Ю., Ли Г., Чжао З., Лю Г., Ритсема С., Гейссен В., Сюэ С. Го Зи и др. Окружающая среда Интерн. 2022 июль;165:107293. doi: 10.1016/j.envint.2022.107293. Epub 2022 18 мая. Окружающая среда Интерн. 2022. PMID: 35609499

  • Водоудерживающая способность Arenosols и Ferralsols в полузасушливой зоне в штате Баия, Бразилия.

    Parahyba RDBV, Araújo MDSB, Almeida BG, Rolim Neto FC, Sampaio EVSB, Caldas AM. Parahyba RDBV и др. Acad Bras Cienc. 2019 25 ноября; 91 (4): e20181031. дои: 10.1590/0001-3765201920181031. Электронная коллекция 2019. Acad Bras Cienc. 2019. PMID: 31778454

  • Влияние разного состава почв на транспортные процессы в разных диагностических горизонтах трех типов почв.

    Кодешова Р., Виньоцци Н., Рохоскова М., Хайкова Т., Коцарек М., Пальяи М., Козак Й., Симунек Й. Кодесова Р. и др. Дж Контам Гидрол. 2009 16 февраля; 104 (1-4): 107-25. doi: 10.1016/j.jconhyd.2008.10.008. Epub 2008 31 октября. Дж Контам Гидрол. 2009 г.. PMID: 19062128

Посмотреть все похожие статьи

термины MeSH

вещества

«Гидрофизические свойства почвы, параметры пор, измеренные компьютерной томографией», автор Goutham Thotakuri

  • < Предыдущий
  • Далее >
Тип документа

Тезис — Открытый доступ

Дата награждения

2022

Наименование

Магистр наук (MS)

Отдел

Agronony, Hortis and и School

.

Sutie Xu

Abstract

Система долгосрочной обработки почвы и севооборота являются важными методами управления сельским хозяйством, поскольку они могут оказывать непосредственное влияние на основные свойства почвы. Целями данного исследования были (ⅰ) количественная оценка характеристик пор почвы при длительной обработке почвы и севообороте с использованием рентгеновской компьютерной томографии (XCT) и оценка взаимосвязи между параметрами пор, измеренными с помощью XCT, и гидрофизическими свойствами почвы; и (ⅱ) оценить влияние долгосрочной обработки почвы и севооборота на отдельные показатели здоровья почвы. Цель (ⅰ) была выполнена в сельскохозяйственной лаборатории Haskell (HAL), Concord, NE; и цель (ⅰi) была выполнена в Южной центральной сельскохозяйственной лаборатории (SCAL), Clay Center, NE, в дополнение к исследовательскому участку HAL. Экспериментальные площадки SCAL и HAL были запущены в 1985 и 1986 соответственно. План эксперимента представлял собой рандомизированный полный блочный план на разделенных участках с тремя и четырьмя повторениями в сайтах SCAL и HAL соответственно. Основные делянки были обработаны, а подделки – севооборотными. Исследуемые обработки включали: три обработки почвы [нулевая обработка почвы (NT), сокращенная обработка почвы (RT) – дисковая обработка и традиционная обработка почвы (CT) – отвальный плуг] и две системы возделывания культур [непрерывная обработка кукурузы (Zea mays L.) и кукуруза- сои (Glycine max [Merr.] L.)]. Результаты выполнения задачи (i) показали, что NT с чередованием кукурузы и сои (CS) снижает объемную плотность почвы (b) на глубине 0-10 см и увеличивает количество макропор и мезопор на глубине 0-10 и 10-20 см. по сравнению с CT с системами непрерывного действия кукурузы (CC). Точно так же NT с CS также увеличила насыщенную гидравлическую проводимость (Ksat) на глубине 0-10 см. Хотя севооборот не повлиял на органический углерод почвы (SOC) и общий азот (TN), NT улучшил SOC на 24 и 49% и TN на 26 и 67% на глубине 0-10 см по сравнению с RT и CT соответственно. Кроме того, NT увеличил содержание доступной для растений воды (PAW) на 25 и 67% на глубине 10-20 см по сравнению с RT и CT соответственно. Результаты задачи (ii) показали, что активность β-глюкозидазы и уреазы была выше при NT с чередованием CS по сравнению с другими видами лечения в исследовательском центре HAL. В месте исследования SCAL наблюдался аналогичный эффект NT с CS с повышенной активностью арилсульфатазы. На исследовательском участке HAL, хотя и не было эффекта взаимодействия, вращение CS увеличило углерод микробной биомассы (MBC) на 9% по сравнению с СС. Точно так же NT увеличила MBC на 27 и 80% по сравнению с обработкой RT и CT. Система NT с CC увеличила средний весовой диаметр и водостойкие заполнители по сравнению с другими вариантами обработки. В целом, это исследование показало, что NT с вращением CS улучшает физические и гидрологические свойства почвы наряду с другими показателями здоровья почвы.

Предметные рубрики Библиотеки Конгресса

Почвы.
Пористость почвы.
Почвы — Качество.
Обработка почвы.
Без обработки почвы.
Севооборот.

Количество страниц

126

Издательство

Государственный университет Южной Дакоты