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.

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 К_ф (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 материалов

Сайт строителя

Гигроскопичность. Гигроскопичность представляет собой свойство строительных материала поглощать водяные пары из воздуха и удерживать их на своей поверхности. Она зависит от вида, количества и размера пор, от природы материала, от температуры воздуха и его относительной влажности. Когда влажность снижается, часть гигроскопичной влаги испаряется. Чем мельче поры, тем больше общая площадь поверхности, и следовательно, выше гигроскопичность. Строительные материалы, притягивающие своей поверхностью воду, называют гидрофильными; материалы, отталкивающие воду называют гидрофобными.

Водопоглощение. Водопоглощение является способностью материала впитывать и удерживать воду. Величина водопоглощения характеризуется разностью между массой образца, насыщенного водой и массой сухого образца. Водопоглощение строительных материалов изменяется в зависимости от объема пор, их размеров и вида. Различают объемное водопоглощение, когда указанная разность отнесена к объему образца, и массовое водопоглощение, когда эта разность отнесена к массе сухого образца.

Массовое водопоглощение различных материалов колеблется в широких пределах. Так, массовое поглощение обыкновенного кирпича составляет от 8 до 20 %, бетона — 2 — 3 %, торфоплит — 100 % и больше. Вода, попавшая в поры материала, увеличивает его объемную массу и теплопроводность, уменьшает морозостойкость и прочность. Некоторые строительные материалы, в частности, затвердевшие глиняные растворы, разрушаются в воде.

Водопроницаемость. Водопроницаемость является свойством материала, характеризующим его способность пропускать воду под давлением. Она характеризуется количеством воды, прошедшей в течение 1 ч через 1 м кв. площади испытуемого материала при давлении 1 МПа. Это свойство учитывают при строительстве дамб, мостов, плотин и других гидротехнических сооружений. Сталь, стекло, большинство пластмасс, битум и другие плотные материалы водонепроницаемы.

Влагоотдача. Влагоотдача представляет собой способность материала отдавать влагу при снижении влажности воздуха. Скорость влагоотдачи зависит от разности между влажностью материала и относительной влажностью воздуха. Чем разность больше, тем интенсивнее происходит высушивание. На влагоотдачу влияют свойства самого материала, характер его пористости, природа вещества.Строительные материалы с крупными порами, а также гидрофобные материалы легче отдают воду, чем гидрофильные и мелкопористые. Влагоотдача строительного материала в естественных условиях характеризуется интенсивностью потери влаги при относительной влажности воздуха 60 % и температуре 20 ОС.

Воздухостойкость. Воздухостойкостью называется способность материала длительно выдерживать многократное увлажнение и высушивание без деформаций и потери механической прочности. Бетон, керамика и другие природные и искусственные каменные строительные материалы, а также надводные части гидросооружений, дорожные покрытия, сжимающиеся при высыхании и расширяющиеся при увлажнении, разрушаются из-за возникновения растягивающих напряжений.

Свойства строительных материалов.

Гидрофизические свойства строительных материалов

-Гигроскопичность

 свойство пористого материала поглощать водяной пар из воздуха.

Степень гигроскопичности напрямую зависит от величины пор в материале, от его структуры, температуры относительной влажности воздуха. Если материалы обладают одинаковой пористостью, но у одного поры мельче, чем у другого, то он обладает большей гигроскопичностью.

Гидрофильными называют материалы, активно притягивающие молекулы воды. К ним относится глина, минеральные вяжущие — цемент и гипс. Гидрофобными называются материалы, отталкивающие воду. Это битумы, полимеры, стекло.

— Влажность

это количество воды, содержащийся в материале в естественном состоянии.бывает относительная и абсолютная. Так же различают

—капилярная( заполняет капилляры, субкапиляры и мелкие поры и удерживается в них капиллярными силами

-адсорбционной( вл. Поглащаемая из воздуха поверхностью частиц строительного материала.кол-во ее зависит от влажности воздуха.)

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

—гидратная ( входит в состав кристаллов.

— Вода затворения—

количество ее, которое входит в технические соображения, в состав сырьевых, бетонных и растворных смесей.

— Водопоглощение

— свойство материала впитывать и удерживать воду.

— Водостойкость — способность материала сопротивляться разрушительным действиям влаги.- Влагоотдача — способность материала отдавать воду при наличии соответствующих условий в окружающей среде (повышении температуры, снижении влажности воздуха, движении воздуха). Влагоотдача характеризуется количеством воды, которое теряется материалом за сутки при относительной влажности воздуха 60% и при температуре 20°С.

—Морозостойкость

 способность материала в насыщенном водой состоянии выдержать требуемое число циклов попеременного замораживания и оттаивания. В зависимости от числа циклов попеременного замораживания, которые выдержал материал, устанавливается его марка по морозостойкости. Благодаря высокой плотности и низкому водопоглощению кровельные материалы имеют высокую морозостойкость.

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Узнать стоимость

Гидрофизические свойства строительных материалов

Во время эксплуатации отделочных материалов на них воздействует масса всевозможных факторов, одним из которых является вода (как в виде жидкости, так и в виде водяного пара). Следовательно, гидрофизические свойства строительных материалов должны быть хорошо известны при отделке помещений, в противном же случае возможны весьма неприятные последствия.

Все строительные материалы можно разделить на две большие группы: в первую относятся те, которые смачиваются водой (гидрофильные), во вторую те, которые водой не смачиваются (их называют гидрофобными). В качестве примера гидрофильных строительных материалов можно привести керамику или минеральную штукатурку, а в группу с гидрофобными входит большинство полимеров. Определяется тип материала очень просто – по капле воды: в том случае, если мы будем иметь дело с гидрофильным веществом, угол, образованный стороной капли и поверхностью материала, будет больше 90°, а если вещество гидрофобное, угол окажется меньше 90°.

Рассмотрим некоторые гидрофизические свойства строительных материалов более подробно и начнём мы с гигроскопичности – способности гидрофильных пористых материалов поглощать частицы воды из воздуха, наполненного её парами. Гигроскопичность строительных материалов можно охарактеризовать количеством влаги, поглощённой из воздуха – этот параметр называют сорбционной или гигроскопичной влажностью и его можно определить по нижеприведённой формуле:

Характеризующая гигроскопичность формула расшифровывается следующим образом:

mвл – это масса материала во влажном состоянии, г.

mсух – масса материала в сухом состоянии, г.

Сорбционная влажность становится выше, если в помещении увеличивается влажность воздуха и понижается его температура.

Гигроскопичность строительных материалов бывает различной – к примеру, у гипса она довольно высокая: это вещество способно хорошо поглощать избыточную влагу в воздухе, а затем при её недостатке в окружающей среде отдавать обратно, регулируя таким образом влажностной режим. В большинстве же случаев гигроскопичность строительных материалов негативно сказывается на их свойствах (скажем, древесина разбухает, а некоторые виды обоев теряют свой внешний вид).

Если пористый материал своей поверхностью касается воды, то имеет место, так называемое капиллярное всасывание.

Способность строительного материала впитывать в себя влагу посредством капиллярного всасывания и впоследствии её в себе удерживать принято называть водопоглощением. Зависит водопоглощение от того, насколько много пор содержится в материале, а также от их размера и вида.

Различают водопоглощение по массе и водопоглощение по объёму. Объёмное водопоглощение характеризует степень заполнения объёма исследуемого материала водой и рассчитывается с помощью нижеприведённой формулы:

которая расшифровывается следующим образом: mнас является массой насыщенного влагой образца материала (г), mсух – массой сухого образца материала (г), Ve – объём, который имеет образец материала в естественном состоянии (см3). Объёмное водопоглощение достигает максимум 100% и позволяет оценить лишь открытую пористость исследуемого образца материала (вода не может проникнуть в закрытые поры).

Водопоглощение по массе рассчитывается согласно следующей формуле:

Водопоглощение по массе может превышать 100%.

Гидрофизические свойства строительных материалов включают в себя также влагоотдачу –способность материала отдавать при определённых условиях влагу, заполняющую его поры, в окружающую его среду. Чтобы определить влагоотдачу материала, необходимо узнать, сколько жидкости (в %) испарится из образца за 24 часа при относительной влажности воздуха в 60% и его температуре в 20°С. Масса воды, которая испарилась за сутки при данных условиях, определяется вычетом из массы образца до начала опыта массы этого же образца после окончания опыта.

В том случае, если строительный материал насыщается водой, происходит его разбухание, а если он высыхает и становится меньше в размерах, то этот процесс называется усадкой (либо усушкой). Если пористый отделочный материал долгое время периодически сначала увлажняется, потом высыхает, он разрушается, покрывается трещинами и становится непригодным для дальнейшей эксплуатации. Впрочем, существует ряд материалов, которые хорошо выдерживают постоянные изменения своей влажности – в данном случае речь идёт о воздухостойких материалах.

Некоторые строительные материалы способны пропускать через себя пары воды либо воздух (происходит это тогда, когда с двух сторон материала создаётся разное давление). Коэффициент газопроницаемости (либо паропроницаемости) характеризуется количеством воздуха (либо водяного пара), который проходит сквозь метровый слой материала с площадью 1 м2 в течение 60 минут при разности давлений равной 10 Па.

Описывая гидрофизические свойства строительных материалов, стоит сказать, что параметр паропроницаемости является очень важным при отделке жилых помещений. Дело в том, что стена должна в определённой степени «дышать» (т.е. пропускать через себя частицы пара) – за счёт такой естественной вентиляции в доме устанавливается наиболее благоприятный для человека микроклимат.

Далее поговорим о таком свойстве, как водостойкость строительных материалов.

Водостойкость строительных материалов – это их способность выполнять свои функции даже при увлажнении. Для того, чтобы определить противоположный водостойкости параметр, рассчитывают коэффициент размягчения, представляющий собой отношение предела прочности при сжатии насыщенного влагой материала к пределу прочности сухого материала.

Обязательно стоит принимать во внимание водостойкость строительных материалов, если конструкции из них планируется эксплуатировать во влажной среде, ибо пористый, хорошо набирающий в себя воду материал, всегда становится менее прочным.

Коэффициент размягчения строительных материалов может варьироваться в промежутке от 0 до 1. Высокая водостойкость строительных материалов характеризуется коэффициентом размягчения равным 0,8 и более. К слову, абсолютно водостойким материалом является стекло (коэффициент размягчения равен 1), а совсем неводостойкими – глины (коэффициент размягчения равен 0).

Если строительный материал не только насыщается водой, но ещё при этом и замораживается, его разрушение происходит быстрее. Способность материала во влажном состоянии выдерживать без снижения его эксплуатационных характеристик периодическое замораживание и оттаивание называется морозостойкостью. Чем больше открытых пор у материала, тем сильнее данный материал реагирует на мороз.

Методы определения морозостойкости для разных видов материалов различны, однако один из них мы всё же приведём (метод по ГОСТ 10060.0-95). Согласно этому методу сначала производится насыщение образцов материала водой (24 , 72 или 96 ч), затем происходит замораживание данных образцов на воздухе (температура (-18 ± 2)°С, минимум 4 часа) и их оттаивание в воде (температура (18 ± 2)°С, не менее 4 часов). Насыщение материала водой является предварительной стадией, а замораживание и оттаивание представляют собой один цикл.

Марка по морозостойкости (F) – это число таких циклов, после которого материал остаётся почти таким же прочным, как и до испытаний (95% для тяжёлого бетона, 85% для большей части других материалов, 75% для строительных растворов), на нём не видно следов разрушений, а его масса не изменяется.

Гидрофизические свойства горных пород

На протяжении тысячелетий основным инструментом изучения свойств природного камня, да и других материалов был метод проб и ошибок. Опыт, приобретенный таким путем часто оказывался весьма дорогостоящим, что, впрочем, никогда не останавливало экспериментаторов.

Первыми были изучены свойства горных пород, связанные с механическими воздействиями: удары – прочность, царапание – твердость, нагрузка – прочность на сжатие и влиянием природных стихий: огонь – термостойкость, вода – водостойкость, мороз – морозостойкость. Опыт, приобретенный в результате наблюдений и экспериментов, находил вполне практическое применение при выборе камня для строительства мостов, плотин, закладки фундаментов и возведения стен домов.

В наши дни, когда изучением минералов и горных пород занимаются целые научно-исследовательские институты, стало возможным не только объяснить причины проявления тех или иных свойств, но и получить их численное выражение для более точного сравнения и обоснованного выбора. Так от общих представлений – известняк впитывает воду и разрушается, а гранит нет, перешли к анализу гидрофизических характеристик горных пород.

Пористость

Характер взаимодействия природных каменных материалов с водой определяется наличием или отсутствием в их структуре пустот, пор, микро- и макротрещин. Именно они позволяют воде проникать в камень и накапливаться там. Их размеры и расположение (открытые, закрытые) оказывают влияние не только на гидрофизические параметры, но и на прочность, устойчивость к колебаниям температуры, теплопроводность, звукопроницаемость и некоторые другие.

Породы с открытой пористостью (поры сообщаются с внешней средой) способны поглощать воду, с закрытой (внутренние полости не имеют выхода к поверхности) – имеют хорошую водостойкость. Наибольшая пористость характерна для осадочных пород:

• сланцы (глинистые) – 0,54 – 1,4%;
• песчаник – 1,6 – 26 %;
• известняк – 5-22 %;
• доломит крепкий – 3,4 12,4 %.

За ними следуют метаморфические породы:

• мрамор – 0,6-3,3 %;
• кварцит – 0,2-0,7 %;
• кристаллические сланцы – 1,0-2,0
• гнейсы – 0,5-2

И наконец самую низкую пористость имеют магматические горные породы:

• гранит – 0,06-2,0 %;
• базальт – 0,6-19
• диорит – 0,1-3,5 %;
• габбро – 0,02-1,5 %.

По значениям пористости можно косвенно судить о водопоглощении, морозостойкости и в целом о долговечности горных пород.

Водостойкость

Характеризует способность природного камня сохранять прочностные параметры как в сухом состоянии, так и при насыщении водой. Численное выражение водостойкости определяется путем деления предела прочности на сжатие в водонасыщенном состоянии к такому же параметру, измеренному в сухом состоянии, и носит название – коэффициент размягчения.

На практике материалы с высокой водостойкостью и изделия из них используют для облицовки бассейнов (плитка из гранита), мощения морских и речных набережных (плита мощения из габбро или гранита) и других видах строительных и отделочных работ. Низкий коэффициент размягчения породы (при достаточной прочности в сухом состоянии) говорит о невозможности ее использования для наружных работ без применения специальных гидрофобизаторов, защищающих поверхность изделий от проникновения воды.

Влажность

Этот параметр показывает процентное содержание воды в горной породе и рассчитывается как отношение разности масс влажного и высушенного образца к массе последнего. Повышенная влажность снижает прочность, повышает теплопроводность и вес камня. В строительных конструкциях она непосредственно связана с влажностью окружающего воздуха и со временем приходит с ним в равновесное состояние.

Практическое значение имеет для пористых пород камня, которые находят применение в строительстве – позволяет определять готовность для использования и необходимость принятия мер по защите лицевой поверхности изделий.

Водопоглощение

Как уже было отмечено, пористость различных пород камня способствует проникновению в них воды при непосредственном контакте, либо в виде водных паров. Параметр водопоглощения показывает, как камень впитывает воду и способен ли он удерживать ее после проникновения. Количественное выражение определяется в процентах и рассчитывается как частное от деления разницы масс, насыщенного водой и сухого образцов к массе сухого (водопоглощение по массе).

Свойство породы поглощать и удерживать воду отрицательно сказывается на прочности и долговечности материалов и изделий. В то же время, понимание связи водопоглощения с открытой пористостью, позволяет предлагать и использовать способы ее снижения. Так, например, фасадные плиты из гранита после термообработки имеют практически нулевое водопоглощение. Плита полированная из габбро-диабаза (при высококачественной полировке) также существенно снижает способность к поглощению воды или водяных паров (туман, смог).

Водопроницаемость

Применение природного камня в различных гидротехнических сооружениях требует обязательного учета такой характеристики как водопроницаемость. Параметр отражает скорость прохождения воды через породу при единичном гидравлическом градиенте и носит название коэффициента фильтрации. Классификация горных пород по этому параметру (проницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые) носит условный характер, поскольку не существует ни абсолютно проницаемых, ни абсолютно непроницаемых материалов – все зависит от давления.

Наименьшей водопроницаемостью обладают плотные магматические породы, что делает блоки гранитные и габбро незаменимым материалом при сооружении различных гидротехнических бъектов. Ярким примером могут служить закованные в гранит берега Невы в Санкт-Петербурге.

Морозостойкость

Тесно связанная с такими характеристиками как пористость и водопоглощение способность насыщенных водой горных пород выдерживать частые перепады температур получила название морозостойкости. В зависимости от количества циклов зима/лето, которые данная порода способна выдержать без разрушения, ей присваивается определенная марка от F10 до F 200 и более, где цифрой обозначается число циклов.

Применение изделий из природных материалов с высокой морозоустойчивостью (фасадные плиты из габбро-диабаза, брусчатка и тротуарная плитка из гранита и габбро) позволяет вести строительство даже в условиях Крайнего Севера.

СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ ПРИ ДЕЙСТВИИ ВОДЫ (ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА) — Студопедия

Взаимодействие воды, равно как и других жидкостей, с поверхностями твердых тел проявляется в смачивании, обусловленном силами взаимодействия твердых тел с растворами. Она вызывает растекание жидкости на поверхности и впитывание пористыми телами и порошками. Смачивают твердое тело только те жидкости, которые снижают поверхностное натяжение на границе с воздухом. Способность материала смачиваться водой называется гидрофильностъ, не смачиваться — гидрофобность. В период непосредственного контакта материала с водой его увлажнение происходит благодаря капиллярному всасыванию, диффузии и гидростатическому заполнению водой открытых пор. Свойства, связанные с взаимодействием материалов с водой и жидкостями, называются гидрофизическими.

Водопоглощение — это степень заполнения пор материала водой, характеризуется водопоглощением по массе и по объему:

W_М=(m^BH-m^C)/ m^C*100, % 7

W_V=(m^BH-m^C)/V_О*100, % , 8

r_С= W_V/ W_М, 9

где: m^BH – масса образца в водонасыщенном состоянии, г; m^C — масса образца в сухом состоянии, г; V_О– общий объем образца, см³.

Водопоглощение по объему характеризует открытую пористость материала W_V=П_отк. В отличие от водопоглощения пористость материала всегда меньше 100%. Водопоглощение плотных материалов (сталь, стекло, битум) приближается к 0%. Во время насыщения водой материалы могут существенно менять механические свойства за счет образования адсорбпионно-активной среды и расклинивающего действия растворителя, растворения вещества на контактах сращивания кристаллов, набухания структуры некоторых минералов и т.п.

Влажность — содержание преимущественно конденсатной влаги в виде тонких молекулярных пленок, адсорбированных на стенках пор в материале и определяется отношением массы воды, находящейся в данный момент в материале, к массе (реже к объему) материала в сухом состоянии и вычисляется по формулам 7 и 8. Влажность изменяется от 0%(для абсолютно сухих материалов) до значения полного водопоглощения и зависит от пористости, гигроскопичности и других свойств материала, а также от состояния окружающей среды — относительной влажности, температуры воздуха, контакта материала с водой.

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

Водостойкость — способность материала сохранять механические свойства в насыщенном водой состоянии (в основном прочность при сжатии) и характеризуется коэффициентом размягчения:

К_Р = R^BH/R^C, 0…1 10

где R^BH — предел прочности водонасыщенного образца, МПа;

R^C — предел прочности сухого образца, МПа.

Материалы, у которых коэффициент размягчения больше либо равняется 0,75 называют водостойкими. Повышение водостойкости достигается снижением растворимости и пористости материала, его гидрофобизацией или покрытие водостойкими суспензиями.

Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное число циклов попеременного замораживания и оттаивания без признаков разрушения и без значительного снижения прочности и массы. Морозостойкость — одна из основных характеристик, описывающая долговечность строительных материалов, эксплуатируемых в конструкциях и сооружениях. При смене температурно-влажностных градиентов некоторые материалы разрушаются. Вода, находясь в порах материала, при замерзания увеличивается в объеме примерно на 9…10%. Разрушение материала происходит благодаря развитию значительных внутренних напряжений в результате кристаллизационного действия замерзающей воды. Интенсивность разрушения связана с ростом водопоглощения материала через открытую пористость, а также снижением температуры окружающей среды (т.е. с увеличением объема образующегося льда в материале).

Материалы, для которых установлены стандартом испытания, состоящие из попеременного многократного замораживания при температуре не выше -17°С и оттаивания в воде при температуре +20+2°С, и у которых не появляются трещины, расслаивание, выкрошивание и которые теряют не более 25% прочности и 5% массы, считаются морозостойкими.

Критерием морозостойкости строительных материалов является коэффициент морозостойкости К_МРЗ= R^N/ R^BH — отношение предела прочности при сжатии материала после N циклов испытаний к пределу прочности при сжатии водонасыщенных образцов, не подвергшихся действию отрицательных температур, в эквивалентном возрасте. Для морозостойких материалов К_МРЗ должен быть не менее 0,75.

По морозостойкости, т.е. по числу циклов замораживания и оттаивания, материалы подразделяют на марки: F10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200, 300, 400, 500. Один цикл испытаний (N) на морозостойкость равен: 4 часа замораживания водонасыщенных образцов при температуре -20+3,°С и 4 часа оттаивания в воде при температуре +20+2,°С. Существует ряд ускоренных методов определения морозостойкости. Например, один цикл ускоренного испытания также равен 8 часам: 4 часа кипячения в насыщенном растворе сернокислого натрия и 4 часа высушивания в сушильном шкафу при температуре +105°С. При высушивании в порах материала образуются кристаллы Na₂SO₄ создающие кристаллизационное давление в порах материала. Кроме этого кипячение способствует более глубокому проникновению в поры насыщенного раствора после цикла высушивания. При ускоренном испытании на морозостойкость разрушение материала происходит приблизительно в 5 раз быстрее.

Гидрофизические свойства почвы в результате взаимодействия между органическими добавками и качеством воды в почвах Юго-Восточной Испании — лабораторный эксперимент

Реферат

Использование очищенных сточных вод для орошения, а также добавление добавок может повлиять на физико-физико-химические показатели. химические свойства почв. Основная цель этого исследования заключалась в оценке в лабораторном масштабе комбинированного воздействия твердых органических добавок и очищенных сточных вод на гидрофизические характеристики четырех сельскохозяйственных почв в полузасушливом районе.Текстура почвы варьируется от глинистой до супеси; карбоната кальция много, а содержание органического углерода в естественных почвах всегда ниже 1%. Осадок городских сточных вод и коммерческие органические удобрения были добавлены в качестве мелиорантов, в то время как очищенные городские сточные воды и дистиллированная вода использовались в качестве притока. D-оптимальный дизайн с типом почвы, поправками и качеством поливной воды в качестве факторов был использован для оценки гидравлических характеристик из лабораторных экспериментов по инфильтрации. Были рассмотрены основные эффекты, а также факторные взаимодействия.Результаты показали, что на гидрофизические свойства почвы в значительной степени влияют тип почвы и качество поливной воды с эффектом взаимодействия. Гидравлические свойства почвы, такие как насыщенная гидравлическая проводимость и сорбционная способность, показали отрицательную взаимосвязь как с электропроводностью почвы, так и с органическим углеродом, тогда как положительная взаимосвязь была отмечена с количеством Na в поливной воде. С другой стороны, на химические свойства фильтрата влияли поправки и тип почвы, что также имело значительный эффект взаимодействия.Добавление поправок увеличило содержание органического углерода в фильтрате, и результаты показали, что матрица почвы удерживает менее сложное органическое вещество, которому способствуют связи с Ca ²⁺ из-за высокого содержания карбоната кальция в почве.

Основные

► Сточные воды и органические добавки влияют на гидравлические свойства почвы. ► Роль каждого из вышеперечисленных факторов является результатом сложных взаимодействий. ► Их влияние следует учитывать одновременно с изучением переноса воды через почву.

Сокращения

CEC

катионообменная емкость

DOC

растворенный органический углерод

EC

электропроводность

ESP

процентное содержание заменяемого натрия

K _с

насыщенная гидравлическая проводимость

LOC

коэффициент выщелачивания органический углерод

SAR

коэффициент поглощения органического углерода

SAR

TDS

общее количество растворенных твердых веществ

WHC

водоудерживающая способность

θ _с

содержание насыщенной воды

Ключевые слова

Поправки в почву

Повторное использование отходов

Органический углерод

D-оптимальный дизайн

Рекомендуемые статьи )

Просмотреть полный текст

Copyright © 2011 Elsevier B.V. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Гидрофизические свойства песчаной глины, загрязненной нефтяными углеводородами

Adams RH, Osorio FG, Cruz JZ (2008) Водоотталкивающие свойства нефтезагрязненных песчаных и глинистых почв. Int J Environ Sci Technol 5 (4): 445–454. https://doi.org/10.1007/BF03326040

CAS Статья Google ученый

Adams RH, Cerecedo-López RA, Alejandro-Alvarez LA, Domínguez-Rodríguez VI, Nieber JL (2016) Обработка водоотталкивающих нефтезагрязненных почв из Бемиджи, Миннесота, щелочной десорбцией.Int J Environ Sci Technol 13 (9): 2249–2260. https://doi.org/10.1007/s13762-016-1058-4

CAS Статья Google ученый

Адхикари К., Хартеминк А.Е. (2016) Связь почв с экосистемными услугами — глобальный обзор. Геодерма 262: 101–111. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2015.08.009

CAS Статья Google ученый

Aislabie JM, Balks MR, Foght JM, Waterhouse EJ (2004) Разливы углеводородов на антарктических почвах: последствия и управление.Environ Sci Technol 38 (5): 1265–1274. https://doi.org/10.1021/es0305149

CAS Статья Google ученый

Buczko U, Bens O, Hüttl RF (2005) Изменчивость водоотталкивающих свойств почвы в песчаных лесных почвах с разной структурой древостоя под сосной обыкновенной (Pinus sylvestris) и буком (Fagus sylvatica). Геодерма 126 (3–4): 317–336. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2004.10.003

Артикул Google ученый

Buczko U, Bens O, Durner W (2006) Пространственная и временная изменчивость водоотталкивающих свойств песчаной почвы, загрязненной гудроном и тяжелыми металлами.J Contam Hydrol 88 (3–4): 249–268. https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2006.07.002

CAS Статья Google ученый

Buczko U, Bens O, Hüttl RF (2007) Изменения водоотталкивающих свойств почвы в хронопоследовательности трансформации сосново-букового леса: влияние предшествующих осадков и температуры воздуха. Ecol Eng 31 (3): 154–164. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2007.03.006

Артикул Google ученый

Бузмаков С., Егорова Д., Гатина Е. (2019) Влияние нефтяного загрязнения на почвы Уральского региона.Журнал Почвенные отложения 19 (1): 38–48. https://doi.org/10.1007/s11368-018-2025-0

Артикул Google ученый

Cerdà A, Olorunfemi IE, Fasinmirin SH (2007) Смачиваемость, сток и эрозия почв основных типов использования земель засушливого Средиземноморья на известковых почвах. Гидрольный процесс 21: 2325–2336. https://doi.org/10.1002/hyp.6755

Артикул Google ученый

Chau HW, Biswas A, Vujanovic V, Si BC (2014) Взаимосвязь между жесткостью, устойчивостью водоотталкивающих свойств почвы и критическим содержанием влаги в водоотталкивающих почвах.Геодерма 221: 113–120. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2013.12.025

Артикул Google ученый

Clothier BE, Vogeler I, Magesan GN (2000) Нарушение водоотталкивающих свойств и перенос растворенных веществ через гидрофобную почву. J Hydrol 231: 255–264. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(00)00199-2

Артикул Google ученый

de Jonge LW, Jacobsen OH, Moldrup P (1999) Водоотталкивающие свойства почвы: влияние содержания воды, температуры и размера частиц.Soil Sci Soc Am J 63 (3): 437–442. https://doi.org/10.2136/sssaj1999.03615995006300030003x

Артикул Google ученый

Dekker LW, Jungerius PD (1990) Водоотталкивающие свойства в дюнах с особым акцентом на Нидерланды. Катена 18: 173–183

Google ученый

Dekker LW, Ritsema CJ (1994) Как вода движется в водоотталкивающей песчаной почве: 1. Потенциальные и фактические водоотталкивающие свойства.Water Resour Res 30 (9): 2507–2517. https://doi.org/10.1029/94WR00749

Артикул Google ученый

Dekker LW, Doerr SH, Oostindie K, Ziogas AK, Ritsema CJ (2001) Водоотталкивающие свойства и критическое содержание влаги в почве в песках дюн. Soil Sci Soc Am J 65 (6): 1667–1674. https://doi.org/10.2136/sssaj2001.1667

CAS Статья Google ученый

Dekker LW, Ritsema CJ, Oostindie K, Moore D, Wesseling JG (2009) Методы определения водоотталкивающих свойств почвы на влажных в полевых условиях образцах.Водный ресурс Res 45 (4). https://doi.org/10.1029/2008WR007070

Doerr SH, Shakesby RA, Walsh R (2000) Гидрофобность почвы: ее причины, характеристики и гидрогеоморфологическое значение. Науки о Земле Ред. 51 (1–4): 33–65. https://doi.org/10.1016/S0012-8252(00)00011-8

Артикул Google ученый

Европейское агентство по окружающей среде (2012) Европейское агентство по окружающей среде Обзор загрязняющих веществ, влияющих на почву и грунтовые воды в Европе.Опубликовано 12 ноября 2009 г. Доступно по адресу http://www.eea.europa.eu/data-and-maps/figures/overview-of-contaminants-affecting-soil-and-groundwater-in-europe (2012), доступ 8-го Май 2019

Фернандес Ф., Куигли Р.М. (1985) Гидравлическая проводимость природных глин, проницаемых простыми жидкими углеводородами. Может Geotech J 22 (2): 205–214. https://doi.org/10.1139/t85-028

CAS Статья Google ученый

Franco CMM, Michelsen PP, Oades JM (2000) Улучшение водоотталкивающих свойств: применение удобрений с медленным высвобождением для стимуляции микробного разложения восков.J Hydrol 231: 342–351. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(00)00206-7

Артикул Google ученый

Goebel MO, Bachmann J, Reichstein M, Janssens IA, Guggenberger G (2011) Водоотталкивающие свойства почвы и ее значение для разложения органических веществ — есть ли связь с экстремальными климатическими явлениями? Глоб Чанг Биол 17 (8): 2640–2656. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2011.02414.x

Артикул Google ученый

Gordon G, Stavi I, Shavit U, Rosenzweig R (2018) Влияние разливов нефти на гидрофобность почвы и связанные с ней свойства в гиперзасушливом регионе.Геодерма 312: 114–120. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2017.10.008

CAS Статья Google ученый

Granged AJ, Jordán A, Zavala LM, Bárcenas G (2011) Изменения водоотталкивающих свойств почвы, вызванные пожарами, увеличили поток и скорость стока после пожара 2004 года в Уэльве. Гидрол процесс 25 (10): 1614–1629. https://doi.org/10.1002/hyp.7923

Артикул Google ученый

Hejduk L, Hejduk A, Baryła A, Hewelke E (2017) Влияние отдельных факторов на размываемость в масштабе водосбора на основе полевых исследований.J Ecol Eng 18: 256–267. https://doi.org/10.12911/22998993/67105

Артикул Google ученый

Hewelke E (2019) Влияние отказа от использования сельскохозяйственных земель на гидрофизические свойства песчаной почвы. Вода 11 (3): 525. https://doi.org/10.3390/w11030525

CAS Статья Google ученый

Hewelke E, Szatyłowicz J, Gnatowski T, Oleszczuk R (2014) Пространственная изменчивость содержания влаги в почве при предпочтительном потоке в гидрофобной органической почве.Rocznik Ochrona Środowiska 16 (1): 580–607

Google ученый

Hewelke E, Szatyłowicz J, Gnatowski T, Oleszczuk R (2016) Влияние водоотталкивающих свойств почвы на структуру влажности в деградированном гистозоле саприна. Land Degrad Dev 27 (4): 955–964. https://doi.org/10.1002/ldr.2305

Артикул Google ученый

Hewelke E, Oktaba L, Gozdowski D, Kondras M, Olejniczak I, Górska E (2018a) Интенсивность и стойкость водоотталкивающих свойств почвы соснового леса в умеренно-континентальном климате в условиях засухи.Вода 10 (9): 1121. https://doi.org/10.3390/w10091121

CAS Статья Google ученый

Hewelke E, Szatyłowicz J, Hewelke P, Gnatowski T, Aghalarov R (2018b) Влияние загрязнения дизельным топливом на гидрофобность и отток CO 2 из лесных почв. Загрязнение почвы водой и воздухом 229 (2): 51. https://doi.org/10.1007/s11270-018-3720-6

CAS Статья Google ученый

Imeson AC, Verstraten JM, Van Mulligen EJ, Sevink J (1992) Влияние огня и водоотталкивающих свойств на инфильтрацию и сток в лесах средиземноморского типа.Катена 19 (3–4): 345–361. https://doi.org/10.1016/0341-8162(92)

-Y

Артикул Google ученый

Iovino M, Pekárová P, Hallett PD, Pekár J, Lichner Ľ, Mataix-Solera J et al (2018) Степень и устойчивость водоотталкивающих свойств почвы, вызванных соснами в различных географических регионах. Журнал гидрологии и гидромеханики 66 (4): 360–368. https://doi.org/10.2478/johh-2018-0024

Артикул Google ученый

Джордан А., Мартинес-Завала Л., Беллинфанте Н. (2008) Неоднородность гидрологической реакции почвы от различных типов почвенного покрова на юге Испании.Катена 74 (2): 137–143. https://doi.org/10.1016/j.catena.2008.03.015

Артикул Google ученый

Klamerus-Iwan A, Błońska E, Lasota J, Kalandyk A, Waligórski P (2015) Влияние нефтяного загрязнения на физические и биологические свойства лесной почвы после использования бензопилы. Загрязнение почвы водой и воздухом 226 (11): 389. https://doi.org/10.1007/s11270-015-2649-2

CAS Статья Google ученый

Klute A (1986) Методы анализа почвы.Часть 1. Физико-минералогические методы. Klute A Агрономические монографии. ASA и SSA, Мэдисон, Висконсин, США, 9

Łachacz A, Nitkiewicz M, Kalisz B (2009) Водоотталкивающие свойства заболоченных почв с различным содержанием органического вещества. Биология 64 (3): 634–638. https://doi.org/10.2478/s11756-009-0096-5

Артикул Google ученый

Leuther F, Weller U, Wallach R, Vogel HJ (2018) Количественный анализ нестабильности фронта увлажнения в почве, вызванной орошением очищенными сточными водами.Геодерма 319: 132–141. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2018.01.004

Артикул Google ученый

Li X, Feng Y, Sawatsky N (1997) Важность водно-почвенных отношений в оценке конечной точки биоремедиационных почв. Почва растений 192 (2): 219–226. https://doi.org/10.1023/A:1004280626976

CAS Статья Google ученый

Lichner L, Felde VJ, Büdel B, Leue M, Gerke HH, Ellerbrock RH, Kollár J, Rodný M, Šurda P, Fodor N, Sándor R (2018) Влияние растительности и ее последовательность на водоотталкивающие свойства в песчаном грунте почвы.Экогидрология 11 (6): e1991. https://doi.org/10.1002/eco.1991

CAS Статья Google ученый

Lityński T, Jurkowska H, ​​Gorlach E (1976) Химический и сельскохозяйственный анализ. PWN, Warszawa, pp. 129–132

Google ученый

Марин-Гарсия, округ Колумбия, Адамс Р.Х., Эрнандес-Барахас Р. (2016) Влияние сырой нефти на водоотталкивающие свойства глинистой аллювиальной почвы. Int J Environ Sci Technol 13 (1): 55–64.https://doi.org/10.1007/s13762-015-0838-6

CAS Статья Google ученый

Miyata S, Kosugi KI, Gomi T, Onda Y, Mizuyama T (2007) Поверхностный сток в зависимости от водоотталкивающих свойств почвы в кипарисовом лесу Японии. Hydrol Process Int J 21 (17): 2365–2376. https://doi.org/10.1002/hyp.6749

Артикул Google ученый

Olorunfemi IE, Fasinmirin JT (2017) Влияние управления землепользованием на гидрофобность и гидравлические свойства почвы в штате Экити, лесная растительная зона Нигерии.Катена 155: 170–182. https://doi.org/10.1016/j.catena.2017.03.012

CAS Статья Google ученый

Островска А., Гавлински С., Щубялка З. (1991) Методы анализа и оценки свойств почвы и растений. Институт охраны окружающей среды, Варшава, стр. 334

Google ученый

Papierowska E, Matysiak W, Szatyłowicz J, Debaene G, Urbanek E, Kalisz B, achacz A (2018) Совместимость методов определения водоотталкивающих свойств органических и органо-минеральных почв.Геодерма 314: 221–231. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2017.11.012

CAS Статья Google ученый

Перейра П., Богунович И., Муньос-Рохас М., Бревик ЕС (2018) Услуги почвенных экосистем, устойчивость, оценка и управление. Текущее мнение в науке об окружающей среде и здоровье 5: 7–13. https://doi.org/10.1016/j.coesh.2017.12.003

Артикул Google ученый

Ritsema CJ, Dekker LW, Hendrickx JMH, Hamminga W. (1993) Механизм предпочтительного потока в водоотталкивающей песчаной почве.Water Resour Res 29 (7): 2183–2193. https://doi.org/10.1029/93WR00394

CAS Статья Google ученый

Рой Дж. Л., МакГилл У. Б. (1998) Характеристика дезагрегированных несмачиваемых поверхностных почв, обнаруженных на старых участках разливов сырой нефти. Can J Soil Sci 78 (2): 331–344. https://doi.org/10.4141/S97-039

Артикул Google ученый

Roy JL, McGill WB (2002) Оценка водоотталкивающих свойств почвы с использованием теста молярности капель этанола (MED).Почвоведение 167: 83–97

CAS Статья Google ученый

Ryak M, Bartminski P, Bieganowski A (2009) Метод определения гранулометрического состава минеральных почв. Acta Agrophysica 175: 1–84

Google ученый

Сазава К., Йошида Х., Окусу К., Хата Н., Курамиц Х. (2018) Влияние лесных пожаров на свойства почвы и гуминовые вещества, извлеченные из лесной почвы в Гумме, Япония.Environ Sci Pollut Res 25 (30): 30325–30338. https://doi.org/10.1007/s11356-018-3011-1

CAS Статья Google ученый

Siebielec G, Smreczak B, Klimkowicz-Pawlas A, Kowalik M, Kaczyński R, Koza P, Ukalska-Jaruga A, ysiak M, Wójtowicz U, Poręba L et al (2017) Отчет о третьей фазе контракта «Мониторинг химического состава пахотных почв в Польше в 2015–2017 гг.». ИУНГ-ПИБ, Пулавы, р. 190

Google ученый

Персонал отдела исследования почвы (1993) Руководство по исследованию почвы.Министерство сельского хозяйства США, Вашингтон, округ Колумбия, стр. 315

Google ученый

Стави И., Розенцвейг Р. (2019) Влияние обработки почвы на гидрофобность и гидрологические свойства нефтезагрязненных отложений в гиперзасушливых регионах. Управление засушливых земель: 1–10. https://doi.org/10.1080/15324982.2019.1599468

Такавира А., Гвензи В., Ньямугафата П. (2014) Вызывает ли углеводородное загрязнение водоотталкивающие свойства и изменения гидравлических свойств в смачиваемых по своей природе тропических песчаных почвах? Геодерма 235: 279–289.https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2014.07.023

CAS Статья Google ученый

Чапек М. (1984) Критерии определения гидрофильности – гидрофобности почв. J Plant Nutr Soil Sci 147: 137–149

CAS Google ученый

Урбанек Э., Халлетт П., Фини Д., Хорн Р. (2007) Водоотталкивающие свойства и распределение гидрофильных и гидрофобных соединений в агрегатах почвы от различных систем обработки почвы.Геодермия 140 (1–2): 147–155. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2007.04.001

CAS Статья Google ученый

Vogelmann ES, Reichert JM, Prevedello J, Awe GO, Cerdà A (2017) Влага почвы влияет на сорбционную способность и водоотталкивающие свойства агрегатов верхнего слоя почвы на естественных лугах. Геодерма 305: 374–381. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2017.06.024

Артикул Google ученый

Wallach R (2010) Влияние водоотталкивающих свойств почвы на распределение влаги из подземного точечного источника.Водный ресурс Res 46 (8). https://doi.org/10.1029/2009WR007774

Wang Z, Wu QJ, Wu L, Ritsema CJ, Dekker LW, Feyen J (2000) Влияние водоотталкивающих свойств почвы на скорость инфильтрации и нестабильность потока. J Hydrol 231: 265–276. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(00)00200-6

Артикул Google ученый

Wei Y, Wang Y, Han J, Cai M, Zhu K, Wang Q (2019) Анализ водоудерживающих характеристик загрязненных нефтью землистых материалов с различной текстурой на основе модели Ван Генухтена.Журнал Почвенные отложения 19 (1): 373–380. https://doi.org/10.1007/s11368-018-2026-z

CAS Статья Google ученый

Завала Л.М., Гонсалес Ф.А., Йордан А. (2009) Интенсивность и стойкость водоотталкивающих свойств в зависимости от типов растительности и параметров почвы в Средиземноморье на юго-западе Испании. Геодермия 152 (3–4): 361–374. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2009.07.011

Артикул Google ученый

Характеристика гидрофизических свойств почвы и динамики воды при различных типах восстановления растительности

[1]

Лю Мин.Исследование эффектов и преимуществ функции сохранения воды в почве на лесной ферме горы Фэнхуан [J]. Управление лесными ресурсами , 1998, (6): 51–54 (Ch).

Google ученый

[2]

Cognard P, Anne L. Роль лесного покрова в потоке ручьев в горных водоразделах суб-Средиземноморья: подход к моделированию [J]. Гидрологический журнал , 2001 г., 254 (1): 229–243.

Артикул Google ученый

[3]

Чжао Хунъянь.Механизм почво-водосбережения лесной растительности на Лессовом плато [J]. Scientia Silvae Sinicae , 2001, 37 (5): 140–144 (Ch).

Google ученый

[4]

Гао Дэчэн, Юй Синьсяо. Обзор исследований водоохранных лесов [J]. Журнал Пекинского университета лесного хозяйства , 2000, 22 (5): 78–82 (Ch).

Google ученый

[5]

Чен Чжуомей, Чжэн Юйшань, Хуан Сяньхуа, и др. Исследование водосберегающей функции смешанных лесов Тайваня Flousiana Gaussen [J]. Журнал Лесного колледжа Фуцзянь , 2002, 22 (3): 266–269 (Ch).

Google ученый

[6]

Цзян Чжилинь. Экология леса (пять): почвенно-водосберегающая функция лесной экосистемы (1) [J]. Китайский журнал экологии , 1984, 6 : 58–63 (Ch).

Google ученый

[7]

Ли Юнсен. Лесная гидрология [M]. Пекин: China Forestry Press, 1983 (гл.).

Google ученый

[8]

Пан Сюэюн, Лю Шицюань, Лю Цин, и др. Влияние сукцессии растительных сообществ на физические свойства почвы при реабилитации субальпийских хвойных насаждений в Западном Сычуани [J]. Журнал охраны почвенных вод , 2003, 17 (4): 42–50 (Ch).

Google ученый

[9]

Пан Сюэюн, Лю Цин, Лю Шицюань, и др. Изменения качественных свойств плодородия почвы при субальпийских плантациях ели в Западном Сычуани [J]. Acta Ecologica Sinica , 2004, 24 (2): 261–267 (Ch).

Google ученый

[10]

Ли Дешенг, Чжан Пин, Чжан Шуйлун, и др. Исследование водосберегающей способности лесных почв в районе водохранилища Хуанцянь [J]. Журнал Нанкинского университета лесоводства (издание естественных наук) , 2004 г., 28 (1): 25–28 (Ch).

Google ученый

[11]

Ван Чжэнъюань. Отменить укоренившуюся привычку метода земледелия Слэшберна и способ экстенсивного культивирования с малым урожаем [J]. Бюллетень по охране почв и водоемов , 1989, (1): 9–14 (Ch).

Google ученый

[12]

Ван Цинь, Чжан Цзунъин, Сюй Сяоню. Свойства почвы и водосберегающая функция различных типов лесов в районе Дабиешань, Аньхой [J]. Журнал охраны почвенных вод , 2003, 17 (3): 59–62 (Ch).

Google ученый

[13]

Ху Чжэньюй, Ван Цзиньси, Пэн Пэйхао, и др. Исследования почвенного амелиоратина защитных лесов в холмистых районах Центрального Сычуани [J]. Журнал по науке и технологиям в области лесного хозяйства провинции Сычуань , 2003 г., 24 (3): 17–24 (Ch).

Google ученый

[14]

Роус В. Дж., Онстад К. А., Ричардсон Х.Влияние остатков и обработки почвы на номера кривых стока SCS [J]. Trans ASAE , 1980, 23 : 81–91.

Google ученый

[15]

Zhang J H, Li Y, Lindstrom M J, et al. Свойства воды в почве в недавно созданном лесу под воздействием выпаса скота в полузасушливой долине [J]. Использование и управление почвой , 2000, 16 : 234–235.

Артикул Google ученый

[16]

Бранах М. В., Уокер Дж.Восстановление некоторых свойств поверхности почвы, представляющих экологический интерес, после выпаса овец в полузасушливых лесах [J]. Австралийский экологический журнал , 1985, 10 : 451–460.

Артикул Google ученый

[17]

Чжу Сяньмо, Тянь Цзиин. Исследование усиления противозащищенности и проницаемости почвы на Лессовом плато [J]. Журнал охраны почв и водных ресурсов , 1993, 7 (3): 1–10 (Ch).

Google ученый

[18]

Пан Цзивэнь, Лю Цян, Тонг Дэхай. Скорость водопроницаемости почвы в основных типах лесов в восточной горной области провинции Хэйлунцзян [J]. Журнал Северо-восточного университета лесного хозяйства , 2002, 30 (5): 24–26 (Ch).

Google ученый

[19]

Ся Цзянбао, Ян Цзихуа, Ли Хунъюнь. Исследование инфильтрации почвы при различных внешних факторах [J]. Журнал охраны почвенных вод , 2004, 11 (2): 115–117 (Ch).

Google ученый

[20]

Ван Юминь, Лю Бинчжэн. Характеристики защитного леса на Лессовом плато [M]. Пекин: China Forestry Press, 1994: 244–256 (Ch).

Google ученый

[21]

Гиффорд Г. Ф., Хокинс Р. Х. Гидрологическое воздействие выпаса скота на инфильтрацию: критический обзор [J]. Исследование водных ресурсов . 1988, 1 : 305–313.

Google ученый

[22]

Qing Taiming, Zhao Zhikui. Исследование эффекта сохранения почвы и воды в смешанных лесах из ольхи и кипариса и частично защищенных склонах лугов [J]. Journal of Sichuan Forestry Science and Technology , 1992, 13 (2): 52–56 (Ch).

Google ученый

[23]

Ши Лисинь, Пэн Пэйхао, Му Чанлун.Исследование первоначальных преимуществ сохранения почвы и воды в защитном лесу реки Янцзы [J]. Бюллетень по охране почв и водоемов , 1997, 17 (6): 14–22 (Ch).

Google ученый

[24]

Лю Ганцай, Гао Мейронг, Чжу Бо, и др. Влияние систем агролесомелиорации на сток и засуху в пурпурных холмах провинции Сычуань, Китай [J]. Journal of Natural Disasters , 2001, 10 (1): 41–44 (Ch).

Google ученый

(PDF) Оценка гидрофизических свойств почвы для почвенно-мелиоративных исследований

Модель агроэкосистемы AGROTOOL в сочетании с ГИС для моделирования

Пространственная изменчивость гидрофизических свойств почвы

Владимир Баденко, Виталий Терлеев, Николай Волькова, Юлия Арефьев , Ольга Никонова

Управление водохозяйственного и гидротехнического строительства,

ул.Санкт-Петербургский государственный политехнический университет,

195251, Санкт-Петербург, Политехническая улица, 29, Россия.

Реферат Представлен подход к учету пространственной

изменчивости свойств почвы при принятии решений в управлении агроэкосистемой. Подход

основан на количественных показателях производственного процесса

растений (урожай пшеницы), полученных с помощью динамической модели

производственного процесса сельскохозяйственных растений AGROTOOL.

Исследования проводились в среде специального программного пакета

, который основан на интеграции динамической модели

AGROTOOL и ГИС. Данные компьютерного моделирования

позволили определить условия под

, при которых влияние изменчивости гидрофизических характеристик почвы

на урожайность существует или исчезает.

Ключевые слова-агроэкосистема; ГИС; производственный процесс

моделирование; гидрофизические свойства почвы; влагоудержание почвы

I.ВВЕДЕНИЕ

В сельскохозяйственных угодьях понимание мер контроля на почве

колебания влажности может улучшить точные удобрения,

навоз и управление урожайностью [1-3]. Идентификация

и прогнозирование контроля влажности почвы в различных масштабах

, таким образом, остаются важными в широком диапазоне агрономических,

гидрологических и экологических исследований [4-6].

Понимание и характеристика пространственно-временной

изменчивости содержания влаги в почве представляет собой одну из основных

проблем современной физики почв [4, 7-9].Пространственная изменчивость

влажности почвы была интерпретирована с использованием

нескольких подходов к моделированию, которые учитывали пространственную изменчивость

гидрофизических свойств почвы и

осадков [3, 10-12]. Как местные средства управления, такие как

доминирующие вертикальные потоки, регулируемые гидравлическими свойствами почвы и растительностью

, так и нелокальные средства управления, такие как

боковые процессы, вызванные изменчивостью рельефа или климата

, влияют на пространственно-временные поля почвенных вод.

содержание [13].В этом контексте актуальной задачей является включение пространственной

изменчивости гидрофизических параметров в информационные

системы принятия управленческих решений с технологией GIS

для сельскохозяйственных ландшафтов [3,

14, 15].

Разработка подходов, учитывающих пространственную

изменчивость гидрофизических свойств почв при моделировании производственного процесса

растений (урожай пшеницы) с использованием

модели AGROTOOL [16] для принятия решений

поддержка в практическом адаптивном ландшафтном сельском хозяйстве

является целью данной работы.

Для исследования влияния пространственной изменчивости свойств почвы

на процесс урожайности разработана специальная информационная аналитическая система

. Он состоит из GIS

в сочетании с AGROTOOL для моделирования гидрофизических свойств почвы

. Разработанный пакет программного обеспечения для моделирования также имеет

, включенных в систему [8].

II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ

Исследования проводились на основе базы данных ГИС,

, описывающей сельскохозяйственный ландшафт Меньково

Опытная станция Агрофизического НИИ,

, расположенная в Ленинградской области.Представлены результаты математического моделирования

процесса получения урожая пшеницы на поле

площадью 3 га. Для определения

значений гидрофизических свойств почвы этого поля

и для создания базы данных ГИС были разработаны шесть профилей почвы

на глубине 1 м для отбора образцов почвы (трех классов текстуры

) из всех генетических горизонты профиля почвы

(см. рисунок 1).

Рисунок 1.Текстурные характеристики отобранных 18 образцов почвы

В каждом из этих горизонтов экспериментальные исследования

определены следующие показатели почвы, необходимые для моделирования с

AGROTOOL: гидрологические константы почвы

(гигроскопическая влажность, точка увядания, поле

емкость и пористость), насыпной плотности, плотности твердых частиц

и насыщенной гидравлической проводимости грунта. Эти данные

позволяют нам провести полное моделирование кривой удерживания воды

[8, 16-19].

2015 Международная конференция AASRI по промышленной электронике и приложениям (IEA 2015)

© 2015. Авторы — Опубликовано Atlantis Press

Моделирование гидрофизических свойств почвы и сравнительный анализ трех систем функций

E3S Web of Conferences 175 , 09016 (2020)

Моделирование гидрофизических свойств почв и сравнительный анализ для трех систем функций

Виталий Терлеев ¹ , Роман Гиневский ¹ , Виктор Лазарев ¹ , Александр Никоноров ^{1 *} , Александр Топай ² , Елизавета Дунаева ^{Сэй 0006, Aleizaveta Dunaieva , 3 , 5 и Елена Захарова 4}

¹ Петра Великого.Санкт-Петербургский политехнический университет, ул. Политехническая, д. 29, 195251, Санкт-Петербург, Россия
² ООО «Бюро Гиперборея», 193312, Санкт-Петербург, ул. Подвойский, 40-2, Россия
³ НИИ сельского хозяйства Крыма, ул. Киевская, 150, 295543, Симферополь, Россия
⁴ Агрофизический научно-исследовательский институт, Россия, 195220, Санкт-Петербург, Гражданский пр., 14,
⁵ Санкт-Петербургский государственный университет, Университетская набережная, 7/9, 199034, г.Санкт-Петербург, Россия

^* Автор для переписки: [email protected]

Аннотация

Дано функциональное описание гидрофизических свойств почвы как капиллярно-пористой среды. Описанные функции водоудерживающей способности и гидравлической проводимости почвы имеют общие параметры, которые интерпретируются в рамках физических и статистических представлений. Практическая значимость предлагаемых функций заключается в том, что значительно сокращается объем трудоемких полевых измерений, необходимых, например, для моделирования динамики влажности почвы.Для определения параметров этих функций достаточно использовать данные только о влагоудерживающей способности почвы. Выявленные таким образом параметры можно использовать для прогнозирования отношения гидравлической проводимости почвы к коэффициенту фильтрации влаги. Представленная система гидрофизических функций почвы сравнивается с мировыми аналогами с использованием литературных данных по почвам разного состава.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License 4.0, что разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

ВЛИЯНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ И ОРГАНИЧЕСКИХ КОМПОСТОВ НА ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ И ПРОИЗВОДСТВО ТОМАТОВ

Авторы: О.А. Эль-Хади, С. Шаабан, Ш.А. Wanas Ключевые слова: песчаный грунт, кондиционер, водоудержание, пропускающие свойства, распределение пор по размерам DOI: 10.17660 / ActaHortic.2012.933.12 Аннотация: Два последовательных года полевые эксперименты с капельным орошением томатов ( Lycopersicon esculentum 448) в качестве индикаторного растения были проведены на песчаной почве в Эль-Катте, мухафаза Гиза, для изучения кондиционирующего эффекта гидрогелей при смешивании с органическими веществами или их прививке на них. компостов, об эффективности производства и использования воды и удобрений при выращивании растений. Исследуемые обработки включали: а) необработанную почву, б) почву, обработанную 0.5 кг и 1 кг органического компоста (OM) / растительная яма, c) почва, обработанная 2 и 4 г полиакриламидного геля (G) на растительной яме, d) почва, обработанная смесями 0,5 кг OM + 1 г G , 0,5 кг OM + 2 г G, 1 кг OM + 1 г G и 1 кг OM + 2 г G / растительная косточка, и e) почва, обработанная 12,5 и 25 г полиакриламида К полиакрилата, привитого на органический компост (привитой G) / растительная яма. Примененные кондиционеры положительно повлияли на гидрофизические свойства песчаного грунта. Урожайность помидоров на единицу поливной воды или добавленных удобрений доказала важность использования либо ОМ, либо G, либо того и другого, для увеличения сельскохозяйственного потенциала песчаных почв в суровых условиях наших пустынь, т.е.е., ограниченные водные ресурсы и неадекватное удержание воды и низкое плодородие таких почв. Прививка G на OM оказалась эффективным почвенным кондиционером в песчаной почве, поскольку она повышает продуктивность и эффективность использования воды и удобрений при выращивании растений. Кондиционирующий эффект исследуемых обработок на растительную яму снизился следующим образом: 25 г привитого G ≈ 1 кг OM + 2 г G> 0,5 кг OM + 2 г G ≥ 4 г G> 1 кг OM + 1 г G ≥ 12,5 г привитого G > 0,5 кг OM + 1 г G ≈ 2 г G> 1 кг OM> 0.5 кг ОМ. Загрузить Adobe Acrobat Reader (бесплатное программное обеспечение для чтения файлов PDF)

CSIRO ИЗДАТЕЛЬСТВО | Исследование почвы

Австралийский журнал исследований почвы 42 (4) 369–379
Опубликовано: 25 июня 2004 г.

Аннотация

В этом исследовании гидрофизические свойства почвы, такие как текстура почвы, доступная влагоемкость и органический углерод, наряду с существующим землепользованием и топографией репрезентативного водораздела восточной Индии (водораздел Кадалипала, 20.80–20,86 ° с. Ш. И 85,54–86,50 ° в. Д., Округ Дхенканал, штат Орисса), были нанесены на карту после сбора данных из различных источников (наземные исследования, профильная съемка, спутниковые изображения дистанционного зондирования). Поскольку доступность воды ограничена периодом юго-западных муссонов (сезон дождей, июнь – сентябрь), восточная Индия в основном выращивает монокультурные культуры, в которых преобладает рис, но можно запланировать второй урожай на основе гидрофизических свойств почвы, в основном воды удержание и доступная вода почвенного профиля за счет остаточной влажности почвы.Сохраняя существующее землепользование в качестве основы и учитывая потенциал и перспективы гидрофизических свойств почвы в различных топографиях, в этом исследовании был разработан альтернативный план землепользования в различных частях водораздела и опробован на его богарных рисовых площадях. Поскольку прямое измерение доступной влагоемкости или постоянных воды в почве на большой площади требует много времени, были также разработаны функции педо-передачи для прогнозирования постоянных воды в почве с использованием легко измеряемых параметров (например,грамм.