Свойства глины в качестве измерителя температуры: Портал керамики — Обжиг керамики. Режимы обжигов различных видов керамических изделий. Процессы, происходящие при обжиге.

Портал керамики — Обжиг керамики. Режимы обжигов различных видов керамических изделий. Процессы, происходящие при обжиге.

В обжиге происходят все основные изменения в глине и глазури, после которых и образуется то, что мы называем керамикой. Обжиг — это технологический процесс, параметры которого найдены практическими испытаниями, и он должен быть проведен так, как этого требуют обжигаемые изделия. Интуитивно понятно, что мы хотим вынуть из печи. От утиля ожидается звонкая прочность и некоторая пористость, чтобы он впитывал глазурь. От бисквитного фарфора — приятная шелковистость и белизна. Блестящие глазури должны хорошо блестеть, а матовые быть по-настоящему матовыми. Никто не желает кривья и треска, прилипшей к полке глазури, и всякого рода пузырей и наколов.

Сформулировать это понимание на языке цифр сложнее. Во время нагрева множество химических соединений, из которых состоит наше сырое изделие, претерпевает серьезные изменения. Дегидратация, фазовые превращения, химические взаимодействия, растворение и кристаллизация — вот их неполный список. До сих пор не существует полной теоретической модели, по которой можно было бы заранее предсказать результат, а если бы она существовала, нам потребовался бы месяц исследований состава глины и глазури, чтобы дать точное задание на расчет. Нам остается проводить эксперимент за экспериментом, выясняя, что важно, а что нет, какой должна быть температура, нужна ли выдержка, и почему

там и тогда все было хорошо, а здесь и сейчас — сплошное безобразие.

Но мы хотим получать задуманные эффекты и запланированные свойства изделий, и для этого нужно иметь возможность контролировать параметры обжига и управлять ими, зная основные, самые общие, принципы.

Теперь конкретно об этих принципах.

1. Виды обжига, зачем они нужны и что нужно контролировать прежде всего.

2. Электрические печи и два слова про другие.

---

1. Виды обжига, зачем они нужны и что нужно контролировать прежде всего.

Условно разделим все материалы на 4 группы:
• — Фарфор — много плавней, при нагревании в черепке образуется много жидкой фазы. Сюда же отнесем каменные массы.
• — Фаянс — жидкой фазы почти что нет. Кстати, и фаянса-то уже никто не выпускает в его прежде классическом варианте…
• — Майолика — здесь будем так называть изделия из красной глины, в том числе гончарку, терракоту и т.п.
• — Шамот — по химическому составу — любой из вышеперечисленных материалов. Отличается от них тем, что содержит зерна уже обожженного материала, связанные пластичной глиной.

Для каждой группы материалов условно выделим некоторые объединяющие их моменты.

Фарфоровая схема обжига.

Сначала проводят первый, утильный, обжиг. То есть обжигают высохшие изделия без глазури. Температуру выбирают в интервале 800 — 1000°С. После первого обжига изделия приобретают прочность, достаточную даже для машинного глазурования (на конвеерной линии). Изделия остаются пористыми, но, если есть трещины, их легко выявить (по характерному дребезжанию) простукиванием деревянной палочкой. При глазуровании не надо церемониться с изделием так, как это бывает в случае сырца (однократный обжиг). Можно легко глазуровать изделия окунанием, даже если они метровых габаритов. Изделия после этого обжига называют

утилем.

Затем проводят второй обжиг.Перед глазурованием и, соответственно, перед вторым, политым, обжигом, на изделие наносят подглазурную роспись. Педанты технологии после этого проводят еще и промежуточный закрепляющий обжиг, чтобы краски не смылись при окунании в глазурь.Политой обжиг, т.е. обжиг полуобожженного заглазурованного изделия, проводят при температуре созревания черепка. Это разные температуры для разных видов фарфора (а мы сюда отнесли еще и каменные массы). Настоящий фарфор требует 1380 — 1420°С, рядовой столовый фарфор — 1300 — 1380°С, санитарно-технический — 1250 — 1280°С, а каменные массы — в зависимости от того, что используют в роли плавня. Второй обжиг окончательно формирует структуру керамики и, таким образом, определяет все ее физико-химические свойства. Изделия после этого обжига (если оно не расписано) называют

бельем.

Из белых фарфоровых чашек очень приятно пить чай на даче. Традиции диктуют фарфору другой вид: с цветочной росписью, картинкой, золотой или голубой каемочкой. Украшения фарфор получает в третьем, декорирующем, обжиге. Обычные надглазурные краски вжигают при 800 — 830°С, люстровые краски и препараты золота — при той же или чуть меньшей температуре. Сейчас распространился и высокотемпературный декорирующий обжиг при 1000 — 1100^о

С. Роспись для него проводят красками высокого огня (внутриглазурные краски) или легкоплавкими цветными глазурями. Иногда, чтобы получить яркие краски, проводят два и более декорирующих обжигов. Все они, с точки зрения классификации, третьи. Изделия после третьего обжига называют на Худсовете предприятия.

Фаянсовая схема обжига

Первый обжиг фаянса — высокий. В фаянсовых массах практически нет плавней, поэтому при обжиге образуется минимальное количество жидкой фазы, или не образуется вообще, а глины, входящие в его состав, имеют высокую тугоплавкость. Это дает возможность обжигать изделия из фаянса сразу при температурах, необходимых для созревания черепка. Как правило, это 1200-1250°C. В отличие от фарфора, черепок останется пористым, на него легко нанести слой глазури.

А второй обжиг, политой, можно проводить при любой температуре! То есть, при той, которая требуется для нормального растекания глазури: 1150 — 1250°C, если это «фаянсовые» глазури, 900 — 1000°C, если это свинцовые майолики; можно нанести белую эмаль и использовать технику росписи по сырой эмали. Во всех случаях, если глазури подобраны правильно, мы получим изделие с такой же прочностью, какой она была после первого обжига.

Третий, декорирующий, обжиг проводят так же, как и в фарфоровой схеме. Если он необходим. Ведь, по сравнению с фарфором, низкая температура политого обжига допускает применение глазурей и красок широкой цветовой гаммы.

Обжиг майолики

Здесь используются красножгущиеся глины с невысокой тугоплавкостью. Пережег может привести к их вспучиванию и сильной деформации. Красные глины вдобавок имеют узкий интервал обжига. Например, при 950°C это еще непрочное рыхлое, а при 1050^oC — плотноспекшееся, стекловидное тело. Конечно, бывают и исключения, но там и тогда. Для майолики в принципе характерны низкие температуры обжига — 900 — 1100^oC. И как раз примерно при этих температурах завершаются процессы разложения глинистых материалов, которые (процессы) сопровождаются выделением газообразных веществ. Это делает крайне затруднительным так называемый однократный обжиг — и черепка и глазури — за один раз. Если обратиться к нижеприведенной таблице, будет ясно, насколько близки температуры обжига майолики к критическим для керамики температурам. Самая распространенная технология — первый, утильный, и второй, политой, обжиг.

Режим первого обжига выбирают таким, чтобы в максимальной степени прошли все процессы превращения глинистых минералов. Незавершенность этих процессов обязательно скажется на качестве поверхности глазури после второго обжига. Температура утильного обжига может быть и выше, и ниже температуры политого обжига. Обычно ниже, где-то на уровне 900 — 950°C.

Режим второго обжига выбирают исходя из характеристик глазури, но, естественно, при этом нельзя превышать температуру начала деформации черепка.

Обжиг шамота

Основное отличие шамотных масс от вышеперечисленных — наличие в массе жесткого каркаса из плотных, уже прошедших соответствующий обжиг зерен. Размер зерен может варьироваться от 100 микрон до нескольких миллиметров, что определяется скорее требованиями фактуры материала, а не требованиями технологии. Жесткий каркас препятствует усадке массы в процессе обжига. (Кстати, при сушке усадка шамотных масс ненамного меньше, чем тонких пластичных масс). Это позволяет проводить обжиг при несколько более высоких температурах, не опасаясь серьезной деформации изделия. Часто материал зерен имеет другой состав, чем пластичная составляющая массы. Если тугоплавкость зерен выше, температуру обжига можно увеличить значительно.

А в целом схема обжига шамота та же, что и для других типов масс: сначала утильный, потом (если нужно) политой, потом (если нужно) декорирующий обжиги.

Однократный обжиг

Однократный обжиг — это когда на высушенное изделие наносят глазурь и обжигают все в один прием, объединяя утильный и политой обжиги. Это мечта любого производственного экономиста:

• только один раз тратится энергия на нагрев;
• ставка изделий в печь и их выемка производится один раз;
• не нужен промежуточный склад утиля;
• цикл от сырца до готового изделия сокращается вдвое, т.е. меньше относительные затраты на аренду площадей и зарплату за счет повышения производительности.

В принципе, если не считать совсем низкотемпературный декорирующий обжиг, однократно можно обжечь любой материал.

Но:
• приходится наносить и подглазурный рисунок, и собственно глазурь на просто высушенное изделие, которое, конечно, не имеет прочности утиля;
• из-за этого исключается машинная обработка, а руками надо все делать очень акуратно, чтобы ничего не разбить;
• глазурование методом окунания — наиболее экономный с точки зрения расхода глазурей — можно проводить только для маленьких изделий, делая большую паузу между глазурованием внутри и снаружи;
• нет утиля, нет и промежуточного контроля качества (овальность, тонкие краевые трещины и т.п.), т.е. заранее закладывается более высокий процент брака
• глазури должны быть специфицированы на однократный обжиг.

Как же определить, нужен нам однократный или двукратный обжиг? Решающим критерием для художника или художественной студии является конечный результат — то есть осуществление художественного замысла. Для мастерских, изготавливающих более или менее серийную продукцию, и для керамических фабрик, решающим могут оказаться соображения экономического порядка. Вот что нужно иметь в виду.

Для фарфора:
• Энергозатраты на низкий утильный обжиг существенно ниже затрат на высокий обжиг. Для первого достаточны температуры порядка 900°C, воздушная окислительная среда, электрическая печь со слабой футеровкой. Для второго — хорошо футерованная и желательно пламенная печь. Стоит ли экономить на утиле?
• Глазури для фарфора начинают расплавляться при температуре, близкой к температуре созревания фарфорового черепка. В том интервале температур, где происходят процессы разложения глинистых минералов, глазурный слой походит на порошок, и газы легко проходят через него. Таким образом, не приходится опасаться дефектов глазури, возникающих по причине газонепроницаемости расплава. Стоит ли проводить утильный обжиг?
• Фарфоровые массы — это тощие, быстро промокающие массы. Глазурование сырца требует сноровки. Утиль нужен!
• Многие крупные изделия, например, изразцы, часто надо глазуровать напылением. А при обжиге на бисквит глазуровать вообще не надо. Тогда зачем нужен утиль?!

Для фаянса:
• Утильный обжиг (помните, он проводится на высокую температуру) нужен обязательно, если мы собираемся использовать легкоплавкие глазури. Иначе в однократном обжиге мы получим не фаянс, а нечто недожженное, напоминающее папье-маше.
• Утильный обжиг не нужен, если мы используем высокотемпературные глазури, которые, наподобие фарфоровых, начинают плавиться выше 1100°C. В этом случае наносят их, как правило, напылением сжатым воздухом.

Для майолики — самый сложный случай.
• Утиль нужен практически всегда, и причем на максимально высокую температуру. Многие технологи западной школы рекомендуют обжигать майолику чуть ли не до стекловидного состояния, чтобы выжечь все примеси и разложить все, что способно разложиться в утильном обжиге. Вопрос, а как потом глазуровать? Можно. Читайте об этом в разделе о глазурях.
• Если в качестве покрытия использовать ангобы или что-то вроде терра-сигилята, или если вы располагаете специальными глазурями с очень коротким интервалом плавления, можно обойтись без утиля.

Для всех материалов однократный обжиг возможен при условии тщательно отлаженной технологии, которая в случае керамики, на две трети состоит из опыта работающих.

Кажется, в нашем изложении проблем обжига все уже запутано настолько, что требуется еще одна раскладка по полочкам.

Что происходит в процессе нагрева и охлаждения.

Интервал,C	Процесс
20 — 100	Удаление влаги из массы. Греть нужно медленно и, главное, равномерно. Чем толще стенки изделия, тем медленнее нагрев.
100 — 200	Удаление влаги из массы продолжается! Если приборы показывают 150°C, это еще не значит, что изделие нагрелось до такой температуры, особенно в толще, особенно на толстой подставке. Глазурное покрытие претерпевает усадку. Выделяющиеся из объема изделия пары воды могут привести к растрескиванию и отлету покрытия. Из люстровых покрытий выделяются летучие органические соединения. Не форсируйте нагрев!
200 — 400	Выгорание органических веществ. Если по каким-то причинам их много, следует обеспечить хороший приток воздуха (деколи, люстры, связующее надглазурных красок и мастик).
550 — 600	Серьезное фазовое превращение кварца. Оно редко проявляется на стадии нагрева, а на стадии охлаждения может привести к т.н. «холодному» треску.
400 — 900	Разложение минералов глины. Выделяется химически связанная вода. Разлагаются азотнокислые и хлористые соли (если их использовали).
600 — 800	Начало расплавления свинцовых и других легкоплавких флюсов, надглазурных красок. При 750 — 800°C в третьем декорирующем обжиге происходит размягчение поверхности глазури и впекание красок, золота и т.п. Выгорание сульфидов.
850 — 950	Разложение мела, доломита. Начало взаимодействия карбонатов кальция и магния с кремнеземом. Эти процессы сопровождаются выделениями углекислого газа. В целом завершены все превращения глинистых веществ. Их наиболее мелкие частицы уже спеклись и обеспечили заметную прочность черепка. К концу интервала — полное расплавление майоликовых глазурей.
1000 -1100	Интенсивное взаимодействие извести и кремнезема сопровождается появлением жидкой фазы (например, в известковом фаянсе), уплотнением и деформацией черепка. Начало размягчения полевых шпатов. Плавление нефелин-сиенита. Интенсивное разложение сульфатов, что сопровождается выделением сернистого газа.
1200 -1250	Интервал спекания беложгущихся глин, фаянсовой массы. Растворение кремнезема и каолинита в расплаве полевого шпата.
1280 — 1350	Процесс муллитообразования. Иглы муллита пронизывают фарфоровую массу, что в дальнейшем обеспечит ей высокую прочность и термостойкость. Превращение тонкодисперсного кварца в кристобаллит.
1200 — 1420	Этот температурный интервал характерен для фарфора. Здесь происходят процессы восстановления рыжих оксидов железа в более благородные голубые, если обеспечены соответствующие окислительно-восстановительные условия обжига. Температуры высоки, вязкости умеренные, очень быстро протекает диффузия: например, подглазурная роспись теряет четкость очертаний.
1420 — 1000	Ничего особенного в процессе охлаждения не происходит. И глазурь, и масса находятся в достаточно пластичном состоянии, поэтому охлаждать можно настолько быстро, насколько это позволяет печь. Если используются глазури, склонные к кристаллизации, медленное охлаждение или выдержка 1-10 часов в этом интервале приводит к росту кристаллов.
1000 — 700	Начинается окисление низших оксидов меди, марганца и др. металлов (если они использованы) в высшие. Недостаток кислорода в пространстве печи может дать поверхность с металлизацией. Если требуется восстановление — самое время для него. Восстановительную среду следует поддерживать чуть ли не до комнатных температур, как минимум до 250-300°С.
900 — 750	И черепок, и глазурь перешли в хрупкое состояние и далее остывают как единое твердое тело. Если не согласованы КТР — возможен цек или отскок глазури и даже разрушение изделия.
600 — 550	Обратное фазовое превращение кварца с резким объемным изменением. Скоростной проход этого интервала может вызвать «холодный» треск.
300 — 200	Фазовое превращение кристобаллита. Он образовался, если в массе был очень тонкодисперсный кремнезем, при 1250 — 1300°C. Не следует спешить открывать дверцу печи.
250 — 100	Охлаждение продолжается! В глубине ставки, в толстых частях изделий температура гораздо выше, чем в тонких кромках и чем показывает термопара. Дайте изделиям остыть равномерно.

В таблице описаны основные процессы. Поэтому сейчас еще раз кратко укажем, что главное в обжиге.

• 01Первый обжиг. В печь ставим сырец. В нем много воды, даже если он выглядит сухим. До 200 — 300°C нагреваем медленно, например за 2 — 3 часа. Обеспечиваем хорошую вентиляцию, чтобы выгорели все примеси. Конечная температура — 900 — 1000°C. Если нет уверенности в температуре, делаем выдержку 1 — 3 часа, давая возможность всей садке равномерно прогреться. Охлаждение ведем с такой скоростью, с которой остывает печь. Форсированное охлаждение проводим только после нескольких экспериментов — цека глазурей не будет, поскольку нет глазурей, а вот холодный треск из-за кварца может иметь место.
• 02Обжиг с глазурью после утиля. В печь ставим заглазурованные изделия. Черепок уже обжигали на утиль, так что скорость на начальном участке нагрева может быть выше; главное, хорошо просушить глазурь. Нагрев до конечной температуры проводим так быстро, как позволяет печь и, главное, скорость прогрева изделий. При конечной температуре делаем выдержку от 15 минут до 1-2 часов с целью равномерного прогрева. Если скорость подъема температуры в конце нагрева невысокая (50°C в час и меньше), считаем, что выдержка уже была. Лучше, конечно, здесь пользоваться конусами Зегера. «Полочки» (выдержки при постоянной температуре) на стадии охлаждения — только для кристаллических глазурей и некоторых матовых. В остальном — как в п.1.
• 03Однократный обжиг с глазурью. Принимаем во внимание все, что в п.1 и в п.2. Не форсируем подъем температуры в интервале 500 — 900°C — до начала плавления глазури из черепка должны удалиться все газы!
• 04Обжиг деколей, люстровых красок, надглазурных красок. Поднимаем температуру очень медленно (за 2 — 4 часа) до 400°C — надо сгореть всей органике. При этом среда должна быть окислительной (воздушной), а вентиляция — интенсивной. От 400 до 800°C — как угодно быстро. Выдержка 5 — 15 минут.

О том, какие условия обжига диктует печь, читайте ниже.

---

2. Электрические печи и два слова про другие.

Обжиг керамики проводят в самых разных тепловых агрегатах, называемых печами. Если для нагрева используется тепло электрического тока, печи называют электрическими, если тепло от сгорания органического топлива — топливными и обычно более конкретно:газовыми, дровяными, мазутными и т.д. За тысячи лет обжигов керамики изобретено немало конструкций топливных печей, а за последние сто лет — не меньшее число конструкций электропечей.

Независимо от вида и конструкции, в печи присутствует:
• свободное пространство для ставки изделий, для краткости — камера;
• огнеупорная и теплоизолирующая оболочка, для краткости — футеровка;
• тепловой источник — нагреватель, горелка и т.д.
• устройство для контроля и регулирования степени нагрева — регулятор.

Каждую печь можно классифицировать по особенностям перечисленных атрибутов. Если нужно заказывать печь, обязательно указывайте эти особенности.

Объем камеры определяет производительность печи в одном обжиге в периодической печи или за цикл толкания одной вагонетки в туннельной печи. В дальнейшем мы будем говорить только о печах периодического действия. Объем камеры может составлять 1 — 2 литра; такие маленькие печки удобны для тестовых обжигов и для изготовления небольших изделий типа керамической бижутерии. Объем камер печей, обычно используемых в мастерских и студиях, составляет от 50 — 100 литров до 1 — 1,5 куб. м. Для фабричных условий характерны печи с объемом от 3 до 20 куб. м.

Футеровка и нагреватель определяют максимальную температуру, которую можно развить в камере. Чем выше требуется температура, тем более высокого класса должны быть огнеупоры, что сразу и, заметим, резко сказывается на стоимости печи. Иногда камера отделена от нагревателя дополнительной футеровкой, называемой муфелем. (Не следует называть муфелями все подряд маленькие печи!)

Регулятор содержит устройство для измерения температуры, которым обычно является термопара, устройство регулирования мощности нагревателя и управляющее устройство, согласующее действие двух первых.

Ниже приведены некоторые конфигурации печей.

Костер

ПАРАМЕТР	ЗНАЧЕНИЕ
Камера	10 — 100 литров
Футеровка	слой земли
Теплоизоляция	cлой земли
Нагреватель	тепло сгорающих дров
Измеритель температуры	на глаз по свечению
Регулятор мощности	подкидывание дров
Управление	cобственный опыт

Электропечь 200.1250.L (ООО «Термокерамика»), вариант

ПАРАМЕТР ЗНАЧЕНИЕ Камера 200 литров Футеровка шамотно-волкнистая плита ШВП-350 Теплоизоляция ШВП-350, ШЛ-0,4 Нагреватель электрический, спирали из проволоки Х23Ю5Т Измеритель температуры термопара платина-платинородий ТПП Регулятор мощности тиристорный блок Управление Программное, программатор КТП

Такие разные тепловые устройства здесь приведены для того, чтобы глубже понять функции элементов печи.

Камера — это рабочее пространство, куда помещаются изделия и полки с подставками, из общего объема «от стенки до стенки» нужно вычесть объем, необходимый для нагревателей. А расчет полезной загрузки камеры нужно производить с учетом толщин полок.

Пример. Полезная ширина, глубина и высота камеры — 40 см. Имеется огнеупорная плита 39х39 см, толщиной 2 см и четыре стойки 7х7 см высотой 18 см. Сколько горшков диаметром 18 см и высотой 16 см можно поместить в печь? Ответ: если без полки — 4 шт., а если с полкой — 6 шт. (а не 8; смотрите на рисунке).

Продолжая пример, зададимся вопросом, а что, собственно, выгоднее — обжечь за один раз 4 горшка или 6? Ответ заключен в анализе количества тепла, необходимого на нагрев дополнительной массы огнеприпаса. Если горшок весит грамм 300, а плита и стойки — килограммов 5… Т.е. чуть ли не все тепло пойдет на нагрев огнеприпаса! И остывать печь будет дольше. Может случиться так, что за время обжига шести горшков можно провести два обжига по 4 горшка в каждом.

На самом деле нагреваются не только горшки и огнеприпас, но и стенки печи. В костре это — сплошная масса земли. Прогреть ее трудно, остудить тоже. В современной печи должны присутствовать огнеупоры с низкой теплоемкостью, низкой теплопроводностью и высокой огнеупорностью. Вакуумформованый волокнистый материал ШВП-350 хорошо подходит для конструирования печей с рабочей температурой 1200°C. Если вся печь выполнена из тяжелого шамотного кирпича, она потребует колоссального времени на нагрев и остывание, и соответственно затрат энергии. Такая тяжелая «на подъем» печь не позволит Вам реализовать режимы скоростного нагрева, если они Вам для чего-то понадобились. Впрочем, можно увеличить мощность нагревателей.

Электрические нагреватели бывают проволочными и керамическими. Проволоку делают из нихрома (дорого, предельная температура 1100°C, зато остаются гибкими после работы) или из железных сплавов. Последние часто называют «фехраль», а импортные аналоги — «кантал»; отечественные марки имеют точное наименование — Х23Ю5Т или Х27Ю5Т. Фехраль работает до 1200 — 1350°C в зависимости от диаметра проволоки. После первого же нагрева необратимо становится хрупким, перегоревший в одном месте нагреватель нельзя починить скруткой!

К керамическим нагревателям относятся карбид-кремниевые, они же силитовые, они же карборундовые стержни: рабочая температура до 1400°C. В последние 10 лет упорно рекламируются дорогие хромит-лантановые нагреватели с рабочей температурой до 1700°C, которые имеют очень высокий ресурс работы при тех же 1300-1400°C (если не сломать, когда устанавливаешь тяжелую плиту :-)). Читайте в другом месте о том, как рассчитывать электрические нагреватели. Здесь мы рекомендуем обращаться за помощью в специализированные фирмы.

Если нагрев осуществляется газовыми горелками, в пространстве печи могут быть достигнуты любые температуры вплоть до 1700°C, а если еще использовать воздух, обогащенный кислородом, — до 2000°C. Газовые (да и другие топливные) печи хороши тем, что позволяют вести обжиг не только в окислительной, но и в нейтральной, и в восстановительной среде. Степень «восстановительности» регулируют изменением соотношения газ/воздух, в современных газовых печах это делается автоматически. Дровяные печи, к сожалению, сложнее поддаются автоматизации, но они просты в изготовлении, дешевы в эксплуатации, для них не требуется согласований с газовой инспекцией, а дают 1200°C запросто.

Чем мощнее нагреватели, тем более быстрый нагрев они могут обеспечить. И тем аккуратнее с ними нужно работать. Представьте, что произойдет в первые же пять минут с горшками, если одна сторона их обращена к мгновенно раскаляющейся стенке с нагревателями, а другая — к холодному соседнему горшку. Плавный разогрев (а точнее — равномерный по всей камере) проще всего получить, используя тиристорные силовые блоки. Регулирование выходной мощности в них происходит по принципу «больше сила тока» — «меньше сила тока», а не по принципу «включено» — «выключено». Если в Вашем распоряжении только последний способ регулирования, то задавайте на первом этапе невысокие температуры (сначала 100°C, через полчаса — 200°C, через час — 300°C, и только потом — конечную температуру). А если в печи совсем нет управляющего прибора, не отходите от нее и щелкайте выключателем каждые пять минут (Это не шутка!)

Называя разные температуры, мы до сих пор не уточняли, о чем идет речь — о температуре на нагревателе? на изделии? на термопаре? Если в печи установлена термопара, то прибор, подсоединенный к ней, будет показывать, естественно, температуру кончика термопары. По разным причинам, о которых написаны тома научной литературы, эта температура только примерно отражает тепловую ситуацию в печи. В процессе нагрева нагреватели всегда горячее, а изделия — холоднее, чем термопара. Термопара показывает температуру в некоторой точке камеры, а что делается в других местах — неизвестно. Тем не менее термопара выдает электрический сигнал, понятный электронным приборам, в том числе и автоматике управления мощностью. С этой точки зрения она незаменима. Долгая практика эксплуатации печи дает информацию о том, где в камере бывает жарче, где холоднее. Рано или поздно мы привыкаем к повадкам этого устройства. Но издавна (с конца 19 века) известен и другой способ определения момента достижения требуемой точки обжига. Это — обжиг по конусам Зегера.

Обжиг считается выполненным на данный конус, если конус, деформируясь в процессе обжига, коснулся подставки, на которую он установлен. Конус изготовлен из масс, поведение которых схоже с поведением обжигаемого материала. Если на практике выяснено, что наилучший результат достигается при обжиге на конус, скажем, 114, то все обжиги надо проводить на этот конус, не обращая особенного внимания на показания термопары. Да и термопара не нужна! Использование конусов чрезвычайно распространено в художественной керамике на Западе. И это не случайно…

Термометры от лидера рынка | ООО «Тэсто Рус»

• Прочная конструкция для сложных условий применения
• Высокоточные сенсоры для получения достоверных и точных результатов

Приборы для измерения температуры

Где вы хотите измерить температуру?

Пожалуй, не найти более важного измеряемого параметра, чем температура. Мы каждый день сталкиваемся с ней. У каждого человека свое представление о том, какая температура оптимальна для той или иной ситуации. Уже здесь и кроется проблема: люди ощущают температуру. Однако для получения объективных и сопоставимых результатов требуются термометры. В линейке Testo вы найдете подходящие для этой цели аналоговые и цифровые термометры и измерители температуры.

A Testo temperature meter offers you the following

• Прочная конструкция для сложных условий применения
• Высокоточные сенсоры для получения достоверных и точных результатов

• Широкий набор зондов для вашего термометра и изготовление специальных зондов под ваши индивидуальные требования
• Поверка и сервисное обслуживание в одной компании

Приборы для измерения температуры

Приборы для измерения температуры поверхности h4>

Термометры со встроенными и подключаемыми зондами для измерения температуры поверхности.

Инфракрасные

термометры
h4>

Безопасное и точное измерение температуры на расстоянии.
 

Приборы для измерения температуры воздуха h4>

Прецизионные термометры температуры воздуха.
 

Проникающие термометры h4>

Измерение температур в твердых или полутвердых средах.
 

---

Погружные термометры h4>

Для измерения температур в жидкостях, а также в агрессивных средах.

Термоиндикаторы h4>

Особо экономичная альтернатива термометру.
 

Тепловизоры h4>

Визуальное отображение температур. Идеальное решение для технического обслуживания, строительства и систем отопления.

Логгеры температуры h4>

Практичные помощники для мониторинга температуры.

Где вы хотите измерить температуру?

Использование термометров

Области применения аналоговых и цифровых термометров и измерителей температуры могут быть самыми разными. Вот лишь самые основные:

• Выборочная проверка пищевых продуктов
• Контроль температуры при транспортировке пищевых продуктов
• Измерение температуры внутри потока дымовых газов в дымовых трубах
• Измерение температур воздуха
• Поверхностное измерение для проверки температуры предварительного нагрева при сварке
• Погружное измерение в химических растворах для соблюдения температурных требований при травлении
• Поверхностное измерение температуры на подшипниках и зубчатых передачах в машиностроении

Термометр с управлением с помощью смартфона

Компактные измерительные приборы для смартфона

Наши универсальные решения для всех основных задач в области измерения. Линейка смарт-зондов – это не только термометры. Эта инновационная серия включает также приборы для измерения скорости потока с управлением через мобильное приложение testo Smart Probes.

Комплект смарт-зондов для систем вентиляции позволяет измерять температуру, скорость, а также влажность воздуха и рассчитывать объемный расход. Идеальное решение для систем кондиционирования и вентиляции.

Рекомендации по измерению и мониторингу температуры

Взяв в руки термометр, вы уже сделали первый шаг. Однако для действительно эффективного и точного измерения температуры необходимо учитывать несколько вещей.

Измерение температуры в жидкостях

Устанавливайте глубину погружения термометра в размере 10–15-кратного диаметра зонда. Это позволит уменьшить погрешность измерения. Точность показаний дополнительно повышается, если жидкость при измерении двигается.

Измерение температуры поверхности

При измерении движущегося воздуха с помощью термометра измерительный зонд просто погружается в подлежащую измерению среду. Благодаря специальной конструкции зонд воздуха имеет очень высокое быстродействие. Оптимизировать результат измерения можно, если перемещать зонд во время измерения в воздухе со скоростью 2–3 м/с.

Измерение температуры воздуха цифровым термометром

При измерении движущегося воздуха с помощью термометра измерительный зонд просто погружается в подлежащую измерению среду. Благодаря специальной конструкции зонд воздуха имеет очень короткое время реагирования. Оптимизировать результат измерения можно, если перемещать зонд во время измерения в воздухе со скоростью 2–3 м/с.

Другие измерительные приборы Testo

Регистрация температуры

Возникают ситуации, когда одного термометра недостаточно. Например, когда требуется длительный мониторинг температуры и эффективная регистрация измеренных значений. Тогда в дело вступают логгеры данных температуры. Оптимально подходящие для контроля температуры, эти маленькие помощники делают жизнь специалистов по качеству и управляющих зданиями по всему миру немного легче каждый день.

Трансмиттеры

Если вам необходима полная интеграция измеренных значений температуры в систему автоматизации здания, вам не обойтись без трансмиттеров температуры. Как и термометр, они сначала замеряют температуру, однако затем преобразуют полученное значение в электрический сигнал, который может быть использован для управления определенными процессами.

Измерение температуры поверхности

Измерение температуры поверхности занимает особое место в широком спектре разнообразных измерительных задач. Ведь приборы для измерения температуры поверхности  находят применение не только в промышленности, при монтаже или при эксплуатации и обслуживании сооружений. Данный способ измерения чаще всего применяется в пищевой промышленности. В конце концов, именно измерение температуры поверхности делает возможным быстрый и надежный выборочный контроль качества пищевых продуктов. Зачастую точные показания температуры поверхности делают ненужным более сложное измерение внутренней температуры.

» + «

» + document.getElementById(«products_temperature_intro_module_2»).innerHTML + «

» + «»; document.getElementById(«products_temperature_intro_module_1»).style.display = «none»; document.getElementById(«products_temperature_intro_module_2»).style.display = «none»; document.getElementById(«products_temperature_intro_module_script»).style.display = «none»;

Гигрометры – что это такое?

Гигрометры — приборы, основной функцией которых является измерение влажности. Этот показатель влияет и на здоровье людей, и на работу многих приборов, и на свойства материалов, поэтому необходимость его контролировать может возникать в различных отраслях. За время использования гигрометра были разработаны различные принципы действия, получившие широкое распространение.

Виды гигрометров

Существует несколько методов измерения влажности. Абсолютная влажность характеризует, сколько весит водяной пар, который в настоящий момент содержится в кубическом метре атмосферы. Относительная влажность — характеристика, которая показывает, насколько количество влаги, содержащейся в воздухе в момент измерения, близко к максимуму, возможному для данной температуры. Она измеряется в процентах и часто именно с ее помощью описывают метеообстановку. Наконец, кроме абсолютной и относительной влажности, гигрометр может определять точку росы — температуру конденсации водяного пара, содержащегося в воздухе, на холодной поверхности.

Как правило, измерительное оборудование определяет один из трех перечисленных показателей. Однако существуют формулы, позволяющие с помощью вычислений получить остальные два. Поэтому, вне зависимости от того, что измеряет ваш гигрометр — точку росы, абсолютную или относительную влажность — вы сможете при необходимости рассчитать все три характеристики.

За время существования гигрометра было разработано несколько методик, позволяющих определить влажность воздуха. Они отличаются по точности получаемых данных и по сфере применения.

В волосяных гигрометрах измерение выполняется за счёт того, что длина тонкого волоса меняется, реагируя на количество влаги, с которой он контактирует. Прибор имеет определенные ограничения — измерения проводятся лишь в пределах от 30 до 80%. Индикация влажности осуществляется посредством несложного механизма. Изменение микроклимата воздействует на волос, сила натяжения которого усиливается или ослабляется. Он воздействует на шкив, к которому подсоединен. Шкив поворачивается и перемещает стрелку вдоль дугообразной шкалы. Поскольку действие такого гигрометра определяется исключительно законами механики, он не требует внешнего источника питания.

Для определения абсолютной влажности воздуха применяют весовой гигрометр. Он состоит из изогнутых в форме буквы U трубок, соединенных друг с другом и заполненных веществом с хорошей гигроскопичностью, то есть активно впитывающим влагу из воздуха. Через описанную систему трубок продувают фиксированное количество воздуха. Содержавшаяся в нём влага оседает на содержимом трубок, и их масса меняется. Разница между массой системы трубок до и после выполнения измерений позволяет рассчитать, сколько влаги присутствует в данном объеме.

В основе работы механического (керамического) гигрометра — изменение электрического сопротивления массы, содержащей керамические и металлические компоненты. За основу берутся кремний, глина или каолин, к которым добавляются окислы металлов. В результате получается смесь, заметно меняющая сопротивление в ответ на изменение влажности. Гигрометры этого типа часто используются в быту.

Конденсационный гигрометр позволяет получить более точные данные, чем описанные выше механические приборы. Конструкция такого устройства включает в себя охлаждаемую поверхность, на которой конденсируется влага. Встроенный термометр фиксирует температуру, при которой произошла конденсация, а узкий пучок света, направленный на упомянутую поверхность, позволяет точно зафиксировать момент образования конденсата. На основании этих данных электроника рассчитывает относительную влажность и выводит ее на дисплей. Такой принцип действия позволяет свести погрешность к минимуму, выполняя измерения в пределах от 0 до 100%.

В электронных гигрометрах могут использоваться различные принципы действия, в том числе:

• измерение электропроводимости воздуха, которая зависит от содержащейся в нём влаги;
• определение точки росы оптоэлектронным методом;
• измерение электрического сопротивления солей или полимеров, меняющегося в зависимости от влажности;
• отслеживание изменения ёмкости металлоксидного или полимерного конденсатора.

Все эти методы позволяют получить более точные данные, чем при использовании механического гигрометра. Электронный гигрометр дает меньшую погрешность и особенно удобен, если необходима дальнейшая обработка собранных данных.

Психрометрический гигрометр используется для измерения относительной влажности воздуха за счёт сравнения показаний двух термометров, один из которых помещен во влажную среду. Поскольку влажный будет охлаждаться за счёт испарения жидкости, он покажет более низкую температуру, чем контрольный. При этом, чем меньше влаги в воздухе, тем сильнее показания термометров будут отличаться. Относительная влажность определяется по специальной таблице, а на ее основании при необходимости вычисляется абсолютная.

На основе этого принципа функционируют несколько разновидностей психрометров:

• Стационарный представляет собой простую конструкцию, смонтированную в метеорологической будке. На штативе укрепляются два термометра, один из которых контактирует с влажной тканью. Считывание показаний и вычисления производятся вручную.
• Дистанционный конструируется с использованием преобразователей температуры, таких как термисторы или термопары. Например, такой психрометр может состоять из двух манометрических термометров, один из которых увлажняется. Дистанционный психрометр может быть манометрическим или электрическим.
• Аспирационный состоит из двух термометров, смонтированных в защищенном корпусе и обдуваемых вентилятором-аспиратором. Такая конструкция позволяет получить наибольшую точность измерений.

Сфера применения гигрометров

Задачи, требующие контроля влажности, нередко возникают в различных отраслях промышленности. Современные производители выпускают гигрометры, рассчитанные на конкретную специфику применения, а значит, они наилучшим образом приспособлены для эксплуатации в той или иной сфере деятельности. Вот лишь несколько примеров ситуаций, которые можно решить с помощью этих измерительных приборов:

• Для длительного хранения сельскохозяйственной продукции, например, в овощехранилищах или зернохранилищах, необходимо соблюдать температурно-влажностный режим. Добиться этого можно, постоянно контролируя микроклимат с помощью гигрометра.
• Многие лекарственные препараты требуют особых условий хранения и могут потерять свои свойства, если находятся в условиях избыточной влажности.
• Гигрометр необходим и в библиотеке, поскольку книги, особенно старинные, во влажном микроклимате значительно быстрее приходят в негодность. Материалы, которым уже много лет, могут разрушиться от избытка влаги, а значит, контролировать влажность воздуха нужно, чтобы обеспечить оптимальный режим хранения.
• Необходимость проконтролировать влажность материалов часто возникает на стройке. Например, степень просушки древесины проверяется для определения, можно ли ее использовать как стройматериал, и если да, то каким образом. Также существуют специализированные гигрометры, предназначенные для определения влажности бетона.
• Проверка влажности материалов часто проводится и при производстве мебели, ведь изделие, изготовленное из слишком сырой или пересушенной древесины, произведено с нарушением технологии и, скорее всего, прослужит намного меньше.

Профессиональные гигрометры

Гигрометр позволяет измерить не только влажность атмосферного воздуха, но и долю влаги в газовых средах. Для этого используется профессиональные устройства для анализа температуры и влажности неагрессивных газовых сред. Результат измерений часто выражается в единицах точки росы. Они могут быть переносными или стационарными.

Портативные

Основная сфера применения портативных гигрометров — нефтегазовая и нефтехимическая промышленность. С помощью такого прибора определяют микровлажность газа в баллонах или трубопроводах. Они могут работать в широком температурном диапазоне и выводить влажность в различных единицах измерения. Компактность гигрометра позволяет без проблем проводить измерения в нужных точках.

Видеообзор портативного электронного гигрометра

Стационарные

Стационарные гигрометры позволяют не только проводить измерения, но и контролировать технологические процессы. Конструкция прибора позволяет детектировать даже небольшой процент микровлажности. Система подогрева датчика делает измерения более точными, поскольку предотвращает воздействие на него осушающих агентов, которые могут содержаться в газовой смеси.

Сфера применения профессиональных гигрометров

Портативные и стационарные приборы для измерения влажности применяются, в первую очередь, в нефтегазовой и химической промышленности. Однако сфера их использования этим не ограничивается. Гигрометр может понадобиться всюду, где предполагается работа с неагрессивными газовыми смесями и нужно контролировать их состояние. Благодаря этому оборудование для измерения доли влаги в воздухе находит применение на атомных электростанциях, на производстве микроэлектроники, в энергетике. Также их применяют для контроля за процессом осушки природного газа.

Профессиональные гигрометры используются для решения широкого круга задач, связанных с организацией различных производственных процессов. В частности, они становятся незаменимыми, если нужно:

• обеспечить заданный уровень влажности в помещении, например, для хранения продукции в определенных условиях;
• оценить влажность в производственном помещении для целей охраны труда;
• обеспечить нормальное функционирование электротехнического оборудования различного назначения;
• обеспечить уровень влажности, нужный для реализации конкретного производственного процесса.

Как выбрать гигрометр

Чтобы выбрать подходящий гигрометр, определитесь, как его предстоит использовать. В быту отдают предпочтение недорогим механическим гигрометрам, тогда какна производстве эксплуатируются в основном электронные различных типов, ведь именно они дают наивысшую точность измерений.

Важно определиться, для чего прибор будет использоваться в первую очередь и насколько часто предстоит проводить измерения. Для использования в строительстве может понадобиться специализированный гигрометр для работы с определенной группой материалов, например, древесиной, а в других случаях подходящей окажется стандартная модель. Определите, что именно предстоит измерять, и оцените возможности различных гигрометров, представленных на рынке.

Значимым фактором являются и условия использования. Обратите внимание на то, в каком диапазоне температуры и влажности прибор будет давать корректные показания. В зависимости от особенностей производства может понадобиться гигрометр, функционирующий при крайне высоких или крайне низких температурах. Также следует учитывать погрешность изменений.

Имеет значение и то, как в дальнейшем будут обрабатываться полученные данные. В самом простом случае вам нужно просто однократно провести измерения, чтобы оценить влажность воздуха в помещении или микровлажность газовой смеси. Но стационарные гигрометры позволяют решать и более сложные задачи. С их помощью можно отслеживать изменение параметров, сигнализировать о достижении пороговых значений, а значит, более эффективно контролировать технологический процесс.

Не стоит забывать и об эргономических характеристиках прибора. Крупные цифры на дисплее должны быть контрастными и легко читаемыми. Возможно, вы предпочтете приобрести модель с подсветкой, чтобы без проблем считывать показания при любом уровне освещенности. Эргономика в особенности важна для переносных приборов: их корпус должен быть легким, таким, чтобы его было удобно держать в руке.

Профессиональный гигрометр — инструмент, имеющий широкое применение в различных отраслях промышленности. Он помогает контролировать влажность воздуха, обеспечивая безопасность людей и стабильное функционирование оборудования.

Гончарная глина для гончарного круга

Так как основным материалом для работы гончара была и остается именно глина, мы рассмотрим этот материал очень подробно.

История глины

Первый керамический круглодонный сосуд, который был изготовлен из обожженной глины, человек смог сделать около 10 тысяч лет тому назад – на Земле царствовала эпоха мезолита. Тем не менее, более общее представления о теории знакомства человека с этим материалом, которая повествует, что кусочек глины был упущен случайно человеком в огонь, а когда его оттуда достали, он превратился в твердую массу, не вполне отвечает действительности. Ученые люди нашего мира немного скорректировали данную легенду своими исследованиями. В свое время был произведен специальный анализ остатков глиняных черепков из раскопа, который относился к эпохе неолита, группой специалистов был установлен следующий факт – наши далекие предки в качестве исходного сырья для производства посуды активно использовали помет птиц, птичий пух, скорлупу яйца и кусочки раковин моллюсков. Данных компонентов было всегда предостаточно там, где обычно гнездовались перелетные птицы и собирались моллюски по берегам. Такой набор материалов обладал высокой степенью клейкости, а глина выступала в роли связующего звена – она занимала в процентном соотношении не более 30 %.

Несколько тысячелетий прошло, по истечении которых человек понял, что с помощью глины возможно скреплять не пластичные материалы, такие как дресву – камень дробленый, и шамот – дробленые обломки обожженной посуды, а также песок. Эти материалы имеют минеральное происхождение. В этот момент человека озарило, что глина это и есть самый прочный материал, который можно использовать для производства посуды. С того момента и стали использовать для производства изделий глину одного сорта или сорта глины смешивались между собой. Так появилась глиняная обожженная посуда.

Данный опыт, который получил человек в общении с глиной, послужил хорошим толчком в развитии гончарного дела. Люди уже имели представление о том что собой представляет глина и какое влияние оказывают на нее разнообразные органические и неорганические добавки. 

Через некоторое время люди освоили способ очистки гончарнй глины от различных примесей – отмучивание. В Древней Греции этот материал добывали неподалеку от города Афины – то были карьеры открытого типа. Добытая глина проходил процесс обработки – сушку, измельчение при помощи специальных двух барабанов, вращающихся силой рабов и лошадей. После этого получившуюся массу заливали водой и замачивали на некоторое время в определенных ящиках, составленных между собой ступенчатой лестницей. Когда приходило время, данные ящики с массой глины промывали под напором чистой воды, которая бурлила и стекала постепенно из одного ящичка в другой, по принципу ступенек. Глина для гончарных изделий подразделялась на различные типы фракций, каждая из них для чего-то применялась. Наиболее чистая глина находилась в самом нижнем ящике. Вода спускалась, а осадок должен был вылежаться и загустеть. И на сегодняшний день отмучивание является наиболее удобным и выгодным способом очистки гончарной глины.

«Керамос», в переводе с древнегреческого обозначает «глина», данные об этом понятии имеются в свидетельствах Гомера, в его произведении «Илиада», которое относится к VIII веку до нашей эры. Некоторые ученые утверждают, что корень данного слова это индоевропейский язык, которым пользовались жители Европы – от границ Урала до территории Аппенинского п-о-ва еще во времена III тысячелетия до нашей эры. Возможно, данные суждения ошибочны, потому, что если взять в сравнение корни некоторых слов «зъд», «керамос» и «брние», увидим – понятие «здун» в переводе с древнеславянского обозначает «гончар», корень «зъд» присутствует в таких словах, как «здание», «создатель», «создавать». Понятие «брние» это «глина, затворенная водой». Возможно, что даже название городу Брно в Чехии дали исходя из данных соображений. На самом деле, слово «глина» имеет гораздо большую и более древнюю историю, к примеру, оно могло возникнуть от слова «глиний», что обозначает «оксид алюминия или глинозем», который является составляющей частью глины.

Что такое глина?

Глина представляет собой дисперсную осадочную породу, которая состоит из некоторых пластичных минеральных частиц, химический состав которых это гидроалюмосиликаты, а также сопутствующие примеси других минералов. Понятие «гидро» — довольно известное, «алюмо» — можно понять, а вот силикат это соединение кислорода и кремния.

Свойство пластичных минералов, соединенных с водой – делать глину более пластичной, чтобы из нее возможно было формировать определенную форму и сохранять ее при высыхании. Кварц (песок), карбонаты (мрамор и мел, доломит и известняк, магнезит), а также полевой шпат (к примеру, гранит) являются непластичными, к тому же их включенность в глину способна «отощать» материал, соответственно, может снизить пластичность.

Понятие пластичности от античного обозначает «годен для лепки», что прямо указывает на способность материала изменить свою форму, если приложить усилие, а также способность сохранить приобретенную форму. Гончарную глину и ее пластичность возможно охарактеризовать по нескольким критериям. К примеру, насколько пластична глина можно судить по усилиям, которые необходимо приложить, чтобы изделие из глины стало деформироваться. Также можно определить пластичность по количеству использованной воды, которой затворяют сухую глину, и после добавления которой глина способна к деформации  и удержании определенной формы.

Профессиональный гончар сможет определить уровень пластичности глины для гончарного круга по такому признаку – глина будет с определенными усилиями переминаться в руках, но не будет прилипать к ним. Это самый простой и доступный способ определения пластичности глины.

Гончарная глина может быть белого, серого, черного, голубого, зеленого, коричневого, красного и желтого цветов. Зачастую, окраска глины напрямую зависит от влияния органических веществ, некоторые имеют свойство выгорать при обжиге. К примеру, филимоновскую черную глину можно сделать белой, если ее обжечь.

Откуда берется глина?

Возникновение глины на планете Земля относят к межледниковому периоду, на протяжении которого происходило постепенное таяние ледяного покрова, толщина которого в некоторых европейских частях доходила до двух километров. Процесс таяния вызывал мощнейшие водные потоки, которые исполняли роль глиновала. Происходило перемучивание, переотлагательство пород, которые в процессе движения смешивались в единую массу. На территории Евразии, а также в некоторых регионах России, в результате данных процессов появилось множество месторождений глины, которая обладала различными свойствами. Этого на другом континенте вы не найдете.

Если обратимся к физике и химии появления глины, увидим, что глина, как таковая, является продуктом сложных процессов разложения некоторых горных пород. Но эти процессы происходили на Земле не только благодаря ледникам. Недоступные вершины гор содержат такие породы, как гранит и порфир, в более низких частях гор находится сланец – эти горные породы были подвержены воздействию ветра и резкой смене атмосферного влияния. Ветра зимой и лютый мороз, густой туман и жуткий продолжительный дождь, сменяющиеся палящим солнцем – эти природные стихии постепенно разрушали структуру целых каменных скал. Дождевые потоки смывают мелкую пыль, которая была образована процессом разложения, а мощный поток дождевой воды, который образовывался из дождей и тающего ледника, доставляли данный грязный поток в большие реки. Когда данная масса достигала спокойного места реки, она постепенно осаждалась и, таким образом, образовалась глина. Данные процессы происходят, на самом деле, в каждой, даже самой маленькой речке. В этом вы можете убедиться самостоятельно, когда опробуете речное дно.

Источники сырья

Если вы не имеете возможности купить гончарную глину на специализированном предприятии, либо в карьере, где открыто месторождение данного материала, то вы можете найти ее везде — глину возможно встретить в любом месте, только вот работать с таким материалом будет гораздо труднее. Обочины дорог, берега болотистой местности или же берег небольшого водоема, глины, образовавшиеся вследствие попадания дождевой или родниковой воды в природную глиняную чашу и не имеющие возможности пройти в почву – это и есть источники сырья.

Ту территорию, где можно было добывать глину для гончарного круга в народе раньше называли просто – глинище, глинница, глинокопня. Под глинищем подразумевали яму в 71,12 см глубиной, которая находилась где-то в лесной местности. Глину, зачастую, гончары снимали либо целым пластом, либо вынимали ее большими кусками в 16 кг весом. Все, что выкапывали, накладывали на воз и вывозили в мастерскую. Но добывание глины это нелегкий, даже опасный процесс – нередки случаи в истории, когда при откапывании глиняных пластов земля обваливалась и горшечник погибал. Глина добывалась по необходимости. Обязательно, перед наступлением дождливого осеннего сезона делался запас глины. Обычно гончарные мастерские запасались ежегодно глиной в количестве до 200 пудов. Для глины во дворе каждого мастера отводилось определенное место – неглубокая яма на подворье, или же укладывали комья глины в сенях дома. Бывало и так, что глина лежала во дворе у горшечника несколько лет к ряду. Гончарная глина, таким образом, проходила еще одну обработку – испытание морозом. Так как перед зимой шли продолжительные дожди, пласты глины пропитывались водой, затем наступали морозы и разрыхляли ее, что способствовало улучшению пластичности. Оказывается, чем больше глина пролежит, тем ее качества становятся лучше. Когда глина напитывается влагой, она начинает медленно гнить. Соли, которые есть в некотором количестве, вступают в химическую реакцию, вследствие чего идет образование газовой среды. Если ей не дать выхода, данное качество может навредить готовому изделию из глины при обжиге в печи. По народному место, где лежала гончарная глина, называлась «чистилище». Тем не менее, воздух возле этого места всегда был наполнен сероводородом, который выделяется из глины при гниении, и этот запах трудно было выдержать.

Виды и свойства гончарной глины

Задолго до того периода, когда глину стали применять в широкой промышленности, а также до того, как ее свойства начали изучаться, свойства гончарной глины возможно было определить только на ощупь. Да и на сегодняшний день многие мастера применяют именно такой способ определить ее свойства. Ведь только таким образом можно более точно произвести оценку свойств глины, которая в руках гончара оживает.

Итак, глина, которая используется в гончарной мастерской, должна обладать повышенной жирностью, особой тяжестью, податливостью, упругостью, а также должна иметь твердый характер, потому что ей приходится выдерживать заданную мастером форму.

Гончарная глина может иметь красный или коричневый, голубой или зеленый, серый или белый цвет. Иногда вы можете встретить глину цвета шоколада, по народному «сникерс», или же грязно-черную глину. Эти цвета обусловлены наличием большого количества органической примеси. Как правило, уровень содержания органики в глине, включая мелкие углистые частицы, может быть очень высоким. Таким образом, этого достаточно для поддержания промышленного обжига и процесса горения без добавления какого-либо топлива. К примеру, в эту группу глин можем отнести подмосковную межугольную огнеупорную глину.

Процесс обжига для гончарной глины это тот же процесс окисления, после которого она может стать либо белой, либо красной или желтой. Какого цвета вы получите глину после обжига, зависит только от наличия определенного количества окислов титана и железа. В случае если оксиды железа в сочетании с титановыми добавками в общей сложности не превышают уровня 1% — глина будет иметь белый окрас даже при условии обжига. Но если суммарный показатель данных составляющих будет более 1% — после окончания обжига глиняное изделие станет красноватым, даже если еще в полуготовом виде она имела зеленую или голубую окраску. Белый цвет придает изделию из глины окись алюминия – она есть в глине в процентном соотношении до 60 %. Желтого цвета бывает глина огнеупорная. Она в гончарстве используется не так уж и часто, так как для ее обжига потребуется очень высокая температура. Эти знания вы можете использовать при приготовлении цветных образцов глины – добавьте в белую глину неорганический пигмент и получится другой цвет. Те же пигменты, которые имеют органические вещества, добавлять в гончарную глину нецелесообразно – они просто выгорят в процессе обжига, глина будет того же цвета, что и до обжига.

Голубая или зеленая глина подходит для производства гончарных изделий без предварительных подготовок. Ее можно было найти вдоль русел рек.

Мастера обычно не советуют связываться с глиной для гончарного круга, которая имеет шоколадный или грязно-черный цвет. Причина проста – когда вы будете обжигать изделие, органика, входящая в состав глины, будет источать невыносимый запах.

  Совет мастера

В гончарстве использовалась также пресная и кислая глина. Пресную глину заливали предварительно водой и переминали, а кислую закладывали в замеску с осеннего периода до весеннего, лишь после этого использовали. В обиходе была еще валяльная глина, сукновальная, белая и тощая, а также зеленка.

Как глина взаимодействует с водой

Здесь мы немного расскажем о том, как вода может взаимодействовать с гончарной глиной.

Глина это гигроскопическое вещество, которое может адсорбировать влагу из воздушных масс. Она может отлично смачиваться водой и имеет свойство набухать, если воды слишком много. Зачастую, влага, которая абсорбируется глиной из воздуха, называется прочносвязанной. Существует еще рыхлосвязанная вода, которая размещена между частичками глины в свободном состоянии, и которую можно легко выдавить в процессе компрессии.

Что касается количественного состава в глине прочносвязанной воды, она может составлять от 0,8 до 1,0 % влажности каолина. Она обладает свойством замерзать при температурном режиме ниже нуля градусов и, почти, не может проводить электрического тока. Прочносвязанная вода можете перехолодить в состояние рыхлосвязанной, которая увеличивается в объеме, когда наступает период приближения гончарной глины к состоянию рабочего водосодержания, то есть, кода глина вот-вот станет пластичной и податливой для формования изделия. Если вы замечаете, что глиняная масса уже не прилипает к тыльной стороне ладони, значит, глина готова к работе.

Уровень рабочего водосодержания различен для разных типов глины:

• у лесса — 18-20 %,
• у каолинов – 28-31 %,
• спондидовая глина – 31-33%,
• часово-ярская – 30-32 %,
• трошковская – 30-36 %.

Если увеличить уровень водосодержания более рабочего показателя, то глина может потерять свойство сохранять определенную форму, заданную мастером, что влечет за собой растекание формы, словно вязкой жидкости.

Еще с 1972 года специалисты Щекинского кислотоупорного завода использовали «магнитную» воду, которая позволила существенно увеличить плотность изделия из глины после обжига, а также снизить показатель водопоглощения и увеличить прочность и крепость изделий (при изломе на 20 %). Но теоретические знания по этой части пока еще не разработаны.

Все сведения, которые описаны выше уже дают возможность начать работать с данным материалом. А в общем, разговаривать о свойствах гончарной глины можно бесконечно. Если рассмотреть этот вопрос более детально, то увидим, что наименований глины более 30-ти, соответственно, каждый из видов подразделяется еще на подвиды (в зависимости от примесей).

ИВИТ-М.Е.И.К1.300 Измеритель влажности и температуры по выгодной цене от КИП-Эксперт

ИВИТ-М.Е.И.К1.300 Измеритель влажности и температуры

 

Измеритель влажности и температуры ИВИТ-М.Е предназначен для контроля и регулирования влажности и температуры воздуха и неагрессивных газов. Как и все измерители влажности воздуха серии ИВИТ-М, прибор обладает высокой точностью измерения (±2,5%, ±0,4°С), имеет взаимозаменяемый чувствительный элемент, стойкость к повышенной влажности, расширенный (до 60°С) диапазон температуры измерения.

В измерителях влажности ИВИТ-М.E используются разъемы, позволяющие подключать их к внешним линиям без вскрытия корпуса и нарушения пломбировки.

 

Измеритель влажности ИВИТ-М.Е имеет цифровой выход Ethernet (стандарт IEEE 802.3Х) c возможностью подключения к локальной и глобальной информационной сети Internet. На программном уровне прибор имеет поддержку стека TCP/IP с реализацией прикладных протоколов:

• ICMP(ping–запросы).
• Modbus TCP/IP (Modbus–сервер).
• DNS–клиент.
• SMPT (отправка почтовых сообщений).
• РОР3 (получение почты).
• NTP (синхронизация системного времени).

 

Измеритель влажности воздуха ИВИТ-М.E имеет встроенную защиту от конденсации влаги на чувствительном элементе. При превышении значения влажности 95% автоматически включается нагрев микронагревателя сенсора, обеспечивающего повышение температуры на 5°С выше температуры окружающей среды. При этом относительная влажность вблизи чувствительного элемента уменьшается и предотвращается конденсация влаги.

Микроконтроллер прибора производит перерасчёт измеренной влажности и температуры с учётом величины перегрева относительно окружающей среды. Время восстановления режима измерения влажности прибора, после срабатывания защиты от превышения влажности, – не более 10 мин.

Измерители влажности ИВИТ-М.Е с цифровым выходом Ethernet поставляются с программой-конфигуратором, которая помимо своих прямых функций позволяет провести юстировку приборов, задать уставки для датчиков с опцией регулятора, представлять результаты измерений в виде таблиц и графиков.

В данном приборе используется современный емкостной сенсор влажности, чувствительным материалом которого является специальный полимерный материал, адсорбирующий влагу из окружающего воздуха. При увеличении относительной влажности окружающей среды полимер насыщается влагой, при понижении – наоборот. Сенсор является высокостабильным элементом при средних значениях температуры 5…60°С и отн. влажности 20…80%. При выдержке сенсора при высокой влажности более 80% в течение длительного периода времени может наблюдаться сдвиг параметров сенсора в сторону увеличения. При возврате к нормальной влажности сенсор через некоторое время возвращается к исходным параметрам. Сенсор влажности является высокочувствительным элементом к условиям окружающей среды. Сенсор не должен контактировать с волатильными химическими веществами, т.к. это может привести к безвозвратному ухудшению его параметров. Не допускайте длительное присутствие вблизи сенсора паров растворителей, ацетона, этилового и изопропилового спирта, толуола, а также кислот: соляной, азотной, серной и т.д., воздействия аммиака, озона. Не пользуйтесь для очистки прибора и сенсора спреем.

Измерители влажности канальные конструктивных исполнений К1 применяются для контроля относительной влажности и температуры в газообразных средах систем отопления и кондиционирования (HVAC), при расстойке теста в хлебопекарнях, в процессах сушки макаронных изделий, древесины, глины, в инкубаторах, а также в климатических камерах, холодильниках, морозильниках.

 

Технические характеристики

 

Основное исполнение по типу выхода	Цифровой выход Ethernet
Дополнительные опции	И – ж/к индикатор с индикацией текущего времени и показаний датчика
Конструктивное исполнение	К1 – канальный без штуцера
Напряжение питания	(24±2) В
Диапазон измерения относительной влажности	5…95 %
Диапазон измерения температуры	-40…+100°С
Условия эксплуатации:
— диапазон температуры окружающего воздуха	-40…+50°С
— для исполнений с ЖК-дисплеем	-20…+50°С
— диапазон относительной влажности при температуре +25 °С	Не более 90% (без конденсации)
— диапазон атмосферного давления	86,6…106,7 кПа
Степень защиты корпуса первичного преобразователя	IP40
Степень защиты корпуса вторичного преобразователя	IP54
Габаритные размеры первичного преобразователя:
— диаметр монтажной части	d = 12 мм
— длина монтажной части	L = 300 мм
Габаритные размеры вторичного преобразователя	115х65х40 мм
Средняя наработка на отказ	57000 ч

 

Абсолютная погрешность измерителя влажности  ИВИТ-М.E:
Относительная влажность в диапазоне 10…90%	±2,5%
Относительная влажность в диапазоне 5…10%, 90…95%	±4,0%
Температура в диапазоне 0…+90°С	±0,4°С
Температура в диапазоне -40…0°С, +90…+100°С	±0,6°С

*Допускается кратковременная работа прибора при относительной влажности 95 … 100% без конденсации влаги.

Тенденции изменения влажности и электропроводности в глиняных футеровках

Целью данного исследования является изучение влияния температуры окружающего воздуха на влажность и электропроводность смесей глинозема и песка. Изменения объема в результате усадки или набухания во многом зависят от содержания влаги и электропроводности футеровки, состоящей из песка и глины. Лабораторные испытания, проведенные для глиняно-песчаных смесей, подвергнутых сушке, показали билинейную тенденцию для содержания глины 15, 20, 25 и 30%.На измерения содержания влаги влияют температура окружающей среды и время воздействия. Регулярный полив слоя глинистого песка на полевом участке позволил получить полезную информацию о тенденциях увеличения и уменьшения влажности. Колебания всасывания, связанные с этими изменениями, ответственны за поглощение различного количества воды. Датчики влажности / температуры / ЕС (5TE) использовались для исследования участка песчано-глинистого хвостовика в течение 30 дней. Установленная на территории метрологическая станция использовалась для наблюдения за температурой, влажностью и выпадением дождя.Падение влажности и электропроводности оказалось нелинейным с изменениями температуры и отражало бимодальный характер почвы. Было обнаружено, что общие тенденции повторного смачивания и сушки схожи по форме.

1. Введение

Глиняные футеровки — это барьеры, состоящие из природных земляных материалов. Они используются отдельно или как часть системы защиты окружающей среды для управления перемещением жидкостей в определенную зону земли и из нее для защиты от загрязнения и контаминации.Их также называют слоями из глинистого песка из-за того, что песок используется в качестве доминирующего компонента в смеси для футеровки.

Введение датчиков влажности и электропроводности сделало наблюдения за взаимодействием влаги в почве более удобным подходом и помогло исследователям, геотехникам и ландшафтным отраслям прогнозировать поведение почвы при увлажнении и высыхании. Автоматические насосы полива могут срабатывать, когда почва высыхает или когда воды недостаточно для растений.Инженеры-экологи также могут извлечь пользу из информации, предоставляемой этими датчиками, при использовании в футеровках из глинистого песка. В этом исследовании основное внимание уделяется тенденциям изменения влажности и электропроводности в смесях глинистого песка, используемых в футеровках. В этом исследовании проводится сравнение тенденций влажности и электропроводности смесей, высыхающих при комнатной температуре, и смесей глиняного песка, высыхающих в полевых условиях. Он также подчеркивает разницу между гравиметрическим и объемным содержанием влаги. Датчики прогнозируют содержание влаги на основе измерений электропроводности.На них большое влияние оказывают минералогия глины и химический состав воды. Для получения соответствующих данных всегда следует учитывать калибровочный коэффициент.

Еще одна проблема для инженеров-геологов — это изменение объема, связанное с расширяющимися или высокопластичными грунтами. Глина может набухать и сжиматься при изменении влажности, что может повлиять на объемные измерения. Высыхание глиняно-песчаных смесей приводит к уменьшению объема до тех пор, пока песчинки не соприкоснутся или когда глина достигнет предела усадки.

Электропроводность — это параметр, обратный удельному электрическому сопротивлению. Topp et al. В [1] утверждается, что диэлектрическая проницаемость на частотах в диапазоне от 1 МГц до 1 ГГц зависит от объемного содержания воды и может быть определена эмпирически. Диэлектрическая проницаемость измеряется с помощью рефлектометрии во временной области, обычно называемой (TDR). Более высокая электропроводность связана с влажными почвами, о чем свидетельствуют многие исследователи [2, 3]. Ненасыщенные почвы включают три фазы: твердую, воздушную и водную.Фридман [4] заявил, что по кажущейся электропроводности единственной проводящей фазой является водный раствор. Это подготовило почву для использования его при оценке объемного содержания воды ( θ ).

Однако существует множество факторов, которые могут влиять на определение электропроводности, включая плотность почвы, пористость, форму и ориентацию частиц, состав катионов и температуру. Повышение температуры приводит к снижению удельного электрического сопротивления почвы.Тенденции измерения электропроводности могут быть определены и установлены для конкретных почвенных смесей, но они могут оставаться в зависимости от участка, а калибровка для каждой почвы поможет получить качественные данные. Это исследование направлено на изучение влажности и электропроводности песчано-глинистых смесей в лабораторных и полевых условиях при различных температурах. Смеси песчано-глинистых смесей были приготовлены с плотностями и состоянием упаковки, аналогичными тем, которые обычно принимаются при строительстве и на практике футеровки.

2.Материалы и экспериментальная программа

2.1. Используемые материалы

Это исследование проводится для облицовочного материала, состоящего из песчано-глинистых смесей, подготовленных с целью улавливания просачивающейся воды через зернистый песок вдоль прибрежной зоны в Восточной Саудовской Аравии.

В данном исследовании использовался песок от мелкого до среднего, от округлого до грунтованного с плохой сортировкой. Песок встречается в природе и в Саудовской Аравии в изобилии. Удельный вес песка — 2,66, коэффициент однородности — 1.737, а коэффициент кривизны — 1,078. Песок классифицируется по группе SP (песок с плохой сортировкой) в соответствии с ASTM D 2487. Глина, выбранная для использования в облицовке, была получена из города Аль-Катиф (Саудовская Аравия, Восточная провинция). Элькадий и др. [5] заявили, что глина Аль-Катиф очень экспансивна и богата минералами смектита, включая монтмориллонит (> 50%). Глина Al-Qatif имеет предел текучести 140 и индекс пластичности 95. Она классифицируется как CH (глина с высокой пластичностью) в соответствии с ASTM D 2487 [6].Для изготовления материала футеровки глину Al-Qatif сушили на воздухе, измельчали ​​в порошок и просеивали через сито размером 425 микрометров. Песок и глину тщательно перемешивали до тех пор, пока во всей смеси не стало преобладать однородное распределение.

В таблице 1 представлены физические свойства глины Аль-Катиф. Параметры набухания измеряли в соответствии с ASTM D4546 [7].

Свойство Диапазон Номер проходящего сита материала 200 (%) > 90 Предел жидкости (%) 130– 150 Предел пластичности (%) 60–70 Индекс пластичности (%) 70–80 Максимальная плотность в сухом состоянии (кН / м 3 ) 11.5–12,0 Оптимальное содержание влаги (%) 32–40 Процент набухания (ASTM D4546) (%) 16–18 Давление набухания (ASTM D4546) при плотности 12,0 кН / м 3 (кН / м 3 ) 500–800

2.2. Лабораторные эксперименты

Смеси песчано-глинистых смесей были приготовлены в лаборатории для содержания глины 15, 20, 25 и 30%.Испытания на уплотнение проводились в соответствии с ASTM D698 — метод А. Условия формования смесей глино-песка следующие: 15% глины получают при содержании влаги 15,2% и плотности в сухом состоянии 18,1 кН / м ³ . Глина 20% готовится с содержанием влаги 15% и плотностью 18,6 кН / м ³ . 25% глины получают с содержанием влаги 15,5% и плотностью в сухом состоянии 18,3 кН / м ³ , а 30% глины получают при влажности 13,7 и плотности в сухом состоянии 18,4 кН / м ³ .Все эти параметры связаны с уплотнительными свойствами смесей. Используемые формы были цилиндрическими, высотой 60 мм и диаметром 71 мм. Датчики влажности / температуры / EC 5TE были прикреплены к каждому образцу и подключены к регистраторам данных, способным регистрировать данные с интервалом в один час. Для измерения гравиметрического содержания воды весы использовали для измерения веса образца через переменные интервалы времени. Были представлены профили объемного содержания воды и электропроводности, полученные датчиком.Данные баланса использовались для расчета гравиметрического содержания воды и фактического объемного содержания воды.

Образец оставляли высыхать при комнатной температуре, которая находилась в диапазоне от 22 ° C до 22,5 ° C градусов Цельсия. Весы снимали непрерывно до тех пор, пока не перестанет наблюдаться дальнейшее уменьшение веса образца.

2.3. Эксперимент в полевой секции

Эксперимент в полевой секции был построен на месте для испытания глиняной песчаной футеровки в естественных погодных условиях с изменяющейся температурой и влажностью.Установлена ​​метеостанция для мониторинга температуры, осадков, ветра и других параметров. Раздел поля был выбран для представления типичных слоев, предлагаемых для использования на этом сайте. Размер поля составлял 200 см × 100 см × 50 см. Толщина лайнера — 10 см, уплотненная до максимальной плотности в сухом состоянии и оптимального содержания влаги. Под слоем глиняного песка лежит дренажный слой, а поверх него — песок и сельскохозяйственная почва, как показано на схематической диаграмме, показанной на Рисунке 1, на котором представлен общий профиль почвы и вид участка в первоначальном состоянии, покрытого травой и установленного с оборудованием для мониторинга.Содержание глины в глиняной песчанике составляет 20%. Условия увлажнения или орошения были одинаковыми для всех циклов увлажнения. Слой лайнера оснащен двумя датчиками 5TE Decagon, подключенными к регистраторам данных Em50. Датчики были настроены на регистрацию электропроводности, объемного содержания воды и температуры с интервалом в один час.

Наконец, матричный профиль всасывания в зависимости от содержания воды был измерен в лаборатории для песчано-глинистой смеси (15% глины) в широком диапазоне с использованием комбинации метода перемещения оси и метода фильтровальной бумаги в соответствии с ASTM D6836 (2002) и ASTM D5298. [8].

3. Результаты и обсуждение

3.1. Лабораторные исследования

Прямое измерение содержания влаги гравиметрическим или волюметрическим методом является традиционным подходом. Процедура может оказаться непрактичной, если профиль влажности требуется в течение длительного периода времени. На рис. 2 (а) представлен график зависимости влажности от времени для четырех смесей глинистого песка, приготовленных с содержанием глины 15, 20, 25 и 30%. Влажность определяют с использованием обычного подхода как для гравиметрического, указанного как (Wc%), так и для объемного, указанного как ( θ %).Показания датчика 5TE показывают объемную влажность глин, разработанную и откалиброванную компанией-производителем. На рисунке 2 (b) показаны тенденции изменения объема 30% глины, наблюдаемые при переменном содержании влаги. Градиент значительно изменяется при влажности ниже 7%. Для оценки изменения объема образца в процессе сушки были выполнены расчеты.

Высыхание в течение первых 5-10 часов показало две разные тенденции и может быть аппроксимировано билинейным графиком, как показано на рисунке 3 (а).Разница между весовым и объемным влагосодержанием для этой конкретной глины невелика. Показания датчика указывают на сдвиг, который можно считать постоянным после начального периода от 3 до 4 часов. Билинейный характер кривой является признаком двух различных механизмов высыхания, и это, вероятно, связано с химическим составом глины. Кривая характеристик влажности почвы, которая отображает влажность в зависимости от всасывания, указывает тенденции высыхания, которые могут быть как одномодальными, так и двухрежимными. Элькадий и др.[5] заявили, что величина поступления воздуха и остаточного содержания воды увеличивались с увеличением содержания глины, что означает увеличение способности удерживать воду. Они предположили, что бимодальная форма SWCC указывает на наличие двух уровней размеров пор, а именно макропор и мезопор / микропор.

Профиль считывания датчика представляет собой плавную кривую, которую можно разбить на две отдельные зоны. Величина отклонения от фактических результатов по содержанию воды связана с содержанием глины, но похоже, что этому сдвигу способствуют и другие факторы.Состояние упаковки, химический состав глины, силы межчастичного отталкивания и притяжения могут иметь значение в определении уровня этого сдвига. Однако калибровка датчиков по глинам в целом может быть неточной. Производители датчиков могут указывать некоторые диапазоны надежности, но они должны быть проверены и поддерживаться в конкретных условиях. Тенденции электропроводности показаны на рисунке 3 (б).

3.2. Полевой участок

На Рисунках 4 (a) и 4 (b) показано используемое полевое оборудование. Для полевого участка футеровки из 20% глины, построенного на месте и наблюдаемого в течение 30 дней, данные испытаний на содержание влаги и электропроводности представлены на рисунках 5 и 6.

Это исследование сфокусировано на изменениях и тенденциях содержания воды и электропроводности в облицовках из глинистого песка при различных температурах окружающей среды и повторяющихся циклах смачивания и сушки. Всасывание почвы связано с содержанием влаги и насыщением. Всасывание стремится к нулю, когда слой почвы полностью насыщен. При повышении температуры окружающей среды или высыхании всасывание усиливается, и содержание влаги опускается ниже уровня насыщения до тех пор, пока не будет удалена вся свободная вода. Эти циклы увлажнения и высыхания сопровождают набухание и усыхание объема почвы.Как увеличивается содержание воды, когда глина изначально высохла? Фактически, термин «сухой» — это очень неопределенный термин, не вводящий значения всасывания слоя. Высокое всасывание привлекает воду с более высокой скоростью и коротким периодом, в то время как низкое всасывание требует времени для поглощения воды, а гидравлическая проводимость относительно низкая.

Изменение дня и ночи создает зигзагообразную форму, но в период с 20 марта по 20 апреля 2014 года температура повышается от первого дня до 30-го. Изменение температуры в течение дня, вероятно, влияет на процесс сушки.Наклон, влажность в зависимости от времени, выглядит одинаковым для всех циклов, за исключением 7-го цикла полива из-за длительного периода сушки. Когда глина подвергается более высокой температуре, поглощается больше воды.

Смачивание или максимальное содержание влаги достигается примерно за 2-3 часа, и содержание воды начало медленно падать для песчаной футеровки из 20% глины Al-Qatif (Рисунок 5).

Профиль температуры окружающей среды в полевых условиях за 30-дневный период, как показано на Рисунке 6 (а), показывает повышение температуры на 6-7 градусов Цельсия.Графики электропроводности показали повторяющиеся аналогичные тенденции, но с очень небольшим увеличением величины в течение этого периода, как показано на Рисунке 7 (b). Это согласуется с данными Campbell et al. [9], которые утверждали, что повышение температуры может привести к увеличению электропроводности. Увеличение концентрации соли является основным фактором увеличения электропроводности.

Метеостанция не зафиксировала значительных осадков в течение этого шестимесячного периода.

Построение кривой прогноза для уровня всасывания для смеси песчано-глинистой смеси, уплотненной до оптимального содержания влаги, может служить инструментом прогнозирования для оценки гидравлических свойств. Принцип потока ненасыщенной жидкости необходимо применять, если требуется прогнозирование потока. Примерный график SWCC для смеси песчано-глинистой смеси и глины Al-Qatif представлен на рисунках 7 (a) и 7 (b) [10]. Этот график определяет взаимосвязь между всасыванием почвы и содержанием воды. Однако эта кривая не связана с изменением температуры, поскольку все испытания проводились при комнатной температуре.Форма графика двухрежимная, где видна точка перегиба. Будущие исследования SWCC при различных температурах позволят точно предсказать, когда более одного фактора влияют на поведение песчано-глинистых смесей.

3.3. Матричное всасывание и электропроводность

Матричный профиль всасывания (S) в зависимости от содержания воды для 15% глино-песчаной смеси был получен для всего диапазона всасывания с использованием комбинации техники перемещения оси и техники фильтровальной бумаги.На рисунках 2 и 3 представлены графики измерения влажности при переменных изменениях объема и электропроводности для выбранных смесей. Электропроводность (ЕС) была нанесена для измеренной гравиметрической воды на Рисунке 7 (а). Сравнивая тенденции всасывания матрикса в зависимости от содержания воды и электропроводности в зависимости от содержания воды, мы можем наблюдать противоположную тенденцию для этих двух параметров. Этот график можно использовать в качестве ключевого инструмента для оценки степени всасывания ненасыщенной смеси песка и глины с использованием измерений электропроводности для зон ниже значения входа воздуха.Измерения электропроводности в полевых условиях или в лаборатории всегда быстрее и проще.

На рис. 7 (a) показаны две различные тенденции для основных всасывающих систем: до точки входа воздуха на профиле содержания воды во всасывании и после этой точки. Значение точки входа воздуха определяется как значение всасывания, при котором вода начинает вытесняться из самых больших пор образца почвы.

Корреляция, которая могла быть сделана между всасыванием матрицы и электропроводностью, была определена вдоль этих двух зон (до и после значения входа воздуха) следующим образом:

4.Выводы

Расчетные гравиметрические и объемные измерения содержания воды идеальны для ограниченного числа наблюдений. Потребность в картографировании данных за длительный период времени потребует использования датчиков и регистраторов данных. Тенденция содержания влаги при высыхании указывает на билинейную тенденцию для глинисто-песчаных смесей с содержанием глины 15, 20, 25 и 30%.

График зависимости влажности от времени одинаков для всех циклов смачивания и сушки. Максимальное содержание влаги достигается через короткое время после полива (2-3 часа для глиняной песчаной футеровки с 20% глины Al-Qatif).Это время зависит от уровня всасывания и минералогии глины.

Падение влажности и электропроводности со временем оказалось нелинейным в целом и отражает бимодальный характер почвы. Влияние изменения температуры отражается на величине обоих параметров и форме графика.

Введение тенденций содержания влаги, связанных с разным временем и температурой, может быть полезно при оценке глиняных песчаных футеровок. Профиль электропроводности также позволяет оценить уровень изменения солей, когда лайнеры подвергаются воздействию воды различного химического состава.

Обозначения

θ :	Объемное содержание воды
TDR:	Рефлектометрия во временной области
T :	Температура
SP:	Класс почвы плохая градация
S :	Матричный отсос
EC:	Электропроводность, измеренная в мСм / м
E :	Модуль упругости арматуры.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы выражают свою признательность деканату научных исследований Университета короля Сауда за финансирование этой работы в рамках программы кафедры исследований Университета короля Сауда.

12 Физические свойства почвы (глина, песок и наклон)

Двенадцать характеристик могут описывать физические свойства почвы. Каждое из этих физических свойств почвы играет жизненно важную роль в сельском хозяйстве и способствует общему здоровью растений. При изучении почвенных горизонтов и того, что они содержат в почвенном профиле, знание этих физических свойств абсолютно необходимо.

В этой статье обсуждаются физические свойства почвы, щелкните здесь Если вы искали информацию о горизонтах почвы O, A, E, B, C и R.

Что такое почва?

Служба охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США Определение почв:

(i) Рыхлый минеральный или органический материал на непосредственной поверхности Земли, который служит естественной средой для роста наземных растений.

Использование почвы для определенного типа почвы зависит от физических свойств почвы.

Физические свойства почвы

Все типы почв различаются по своим физическим, химическим и биологическим свойствам.Помимо других факторов, эти различия также связаны с процессом формирования почвы.

Используя эту информацию о физических свойствах почвы, вы можете провести анализ физических свойств, который может расширить ваши знания о характеристиках почвы и о том, как растения будут реагировать на определенные аспекты при изменении.

PH

PH почвы — это показатель кислотности почвы. Почва может быть кислой или щелочной, в зависимости от обнаруженного уровня pH.

Если смотреть на шкалу pH, уровень pH 6 или ниже является кислым, а уровень pH 8 или выше — щелочным.Вся шкала находится в диапазоне от 0 до 14, где 7 нейтрально.

Чтобы сначала определить pH почвы, помогает собрать образец. Смешайте несколько образцов из более чем одного места в земле, а затем используйте их в наборе для проверки pH почвы, который доступен в различных формах в Интернете.

Имейте в виду, что некоторые растения предпочитают определенный уровень pH. Большинство овощей, трав и сельскохозяйственных культур имеют комфортный уровень pH 6,5, но некоторые из них различаются. Внимание к исследованиям в начале помогает растениям вырасти большими и сильными.

Вы можете использовать набор для проверки pH, такой как Sonkir Soil pH Meter, для определения pH почвы — Щелкните здесь, чтобы узнать цены.

Температура

При идеальной температуре почвы растения лучше усваивают питательные вещества почвы и становятся выше. Температура — одно из важнейших физических свойств почвы, поскольку она может способствовать или мешать росту растений. Регулирование температуры почвы еще более необходимо во время смены сезонов, потому что растения подвергаются более суровой погоде.Температура почвы также может помочь при очистке земель от органических отходов.

Распространенное заблуждение состоит в том, что температура почвы такая же, как температура воздуха вокруг нее. Когда на самом деле почва обычно теплее. По данным ScienceDirect (в отношении тропических почв), «среднегодовая температура почвы на 2–4 ° C выше, чем среднегодовая температура воздуха», что составляет примерно 36–39 ^o градусов по Фаренгейту.

Некоторые растения могут переносить холодную погоду, но большинство из них необходимо переставлять поверх защитного покрытия, когда температура почвы становится слишком низкой.

Вот некоторые из лучших температур почвы для обычных садовых растений.

Лучшая температура почвы:

Узнайте, как измерить подповерхностную температуру почвы.

Удельное сопротивление

Удельное сопротивление почвы относится к измерению проводимости почвы. Испытания на сопротивление определяют, насколько хорошо электричество может проходить через почву.

Винные виноградники — это один из видов садов, которые могут получить наибольшую выгоду от испытаний на удельное сопротивление почвы, поскольку они могут гарантировать, что другие типы испытаний будут успешными.Виноградники нуждаются в специальных проверках, таких как томография электрического сопротивления, которая не может быть проведена при низком сопротивлении.

Для проверки удельного сопротивления почвы используйте один из этих тестеров сопротивления заземления.

Текстура

Текстура почвы зависит от содержания в ней песка, ила и глины. Каждое из этих компонентов составляет процент от почвы, который может варьироваться в зависимости от типа. Например, глинистая почва получила свое название, потому что она содержит не менее 40% глины, менее 45% песка и менее 40% ила.Почва пустыни состоит в основном из песка (90-95%).

У каждого типа почвы есть почвенный треугольник, который дает визуальное представление об элементах текстуры. Этот треугольник называется текстурным треугольником грунта.

Некоторые текстурные треугольники почвы доступны в Интернете, но вы также можете создать их на основе испытаний почвы. Попробуйте воспользоваться калькулятором текстуры почвы. Это может помочь лучше понять структуру почвы.

Используйте эти ресурсы для определения текстуры почвы:

Для проверки сопротивления заземления вы можете использовать такой инструмент, как Apera Instruments, тестер сопротивления заземления — Щелкните здесь, чтобы узнать цены.

Структура

Под структурой почвы понимаются частицы, минералы, органические вещества и живые организмы, находящиеся в почве. Размер частиц почвы зависит от типа почвы (ее текстуры). Минералы тоже зависят от этого, но органическое вещество и живые организмы уникальны для регионов, специфичных для климата.

Как мы уже говорили, почва состоит из глины, песка и ила. Каждая из этих текстур в почве имеет частицы разного размера.

Частицы песка 2.От 0 до 0,05 мм в диаметре, частицы ила имеют размер от 0,05 до 0,002 мм, а частицы глины обычно менее 0,002 мм.

Глинистые почвы самые гладкие, потому что частицы глины имеют наименьший диаметр по сравнению с песком и илом.

Структура почвы оказывает значительное влияние на такие аспекты сельскохозяйственных почв, как движение воды и аэрация.

Почвы с крупными частицами и тяжелой текстурой будут удерживать больше воды, потому что внутри имеется больше места; это способствует дренажу.

Верхний слой почвы в структуре почвы также влияет на отвод воды в сельском хозяйстве. Верхний слой почвы может быть зернистым, блочным, призматическим или пластинчатым.

Щелкните здесь, чтобы узнать, как проверить структуру почвы.

Насыпная плотность

Насыпная плотность почвы показывает степень ее уплотнения и здоровья. Насыпная плотность может влиять на глубину укоренения, влагоемкость, пористость почвы, доступность питательных веществ и активность микроорганизмов в почве.

Насыпная плотность — это вес сухой почвы на единицу объема (грамм / см ³ ).

Насыпная плотность почвы может измениться при чрезмерной сельскохозяйственной подготовке. Когда почва сталкивается с эрозией в результате этой обработки, частицы начинают заполнять поровое пространство, что приводит к увеличению насыпной плотности.

Чтобы найти объемную плотность почвы, разделите сухой вес на объем. Если влажность почвы известна, ее вычитают из веса почвы, чтобы найти сухой вес.

Вот идеальные насыпные плотности для разных структур почвы:

Пески, супеси	<1.60
Суглинки, суглинки	<1,40
Суглинки, суглинки	<1,40
Илы, суглинки	<1,40
Суглинки ил, суглинки илистые	<1,40
Песчаные глины, илистые глины, суглинки	<1,10
Глина	<1,10

Пористость

Пористость — это пространство между частицами почвы.Пористость почвы — это прямая зависимость пор от общего объема. Вот уравнение для определения пористости почвы.

Объем пор

Пористость почвы = ____________ X 100%

Общий объем

Объем пор эквивалентен объему воды, добавленной в почву. Общий объем включает объем образца плюс объем пор.

Определение пористости почвы может помочь убедиться, что растения в почве могут поглощать достаточно воды и кислорода.При тестировании других физических свойств почвы обратная ссылка на пористость почвы может быть полезной, а также сэкономит много времени на весь анализ физических свойств.

Цвет

Почвы приобретают цвет содержащихся в них минералов. Красноземные почвы в Аризоне содержат высокий уровень железа, а черные садовые почвы содержат в основном органические вещества, питательные вещества, влагу и все основные минералы, в которых нуждаются растения (азот, фосфор и калий).

Цвет почвы может многое рассказать фермеру или садовнику о ее композиционном составе.

Более темные цвета указывают на влажность почвы, что может помочь понять, сколько воды добавить растениям. Другие ориентировочные цвета включают разные оттенки коричневого. Светло-коричневая почва, вероятно, содержит очень мало органических веществ и может нуждаться в удобрениях, но черная почва с темно-коричневым цветом имеет высокое содержание питательных веществ.

Чтобы определить точный цвет почвы для сравнения с другими источниками информации о минералах, используйте цветовую систему Манселла.

Вы также можете получить Книгу цветов почв Манселла — Щелкните здесь, чтобы узнать цены.

Водоудерживающая способность

Почва, способная удерживать большой объем воды, требует меньшего ухода. Вы можете многое узнать о почве, узнав все физические свойства почвы и изучив, что она содержит. Такие аспекты, как пористость и текстура, могут сильно изменить водоудерживающую способность.

С информацией, полученной в результате определения водоудерживающей способности почвы, методы полива станут более простыми. Что еще более важно, число водоудерживающей способности, полученное в результате этих расчетов, показывает, сколько воды можно добавить в почву за один раз.

Некоторые типы почв имеют среднее значение водоудерживающей способности, которое может дать небольшое представление. Вот несколько значений водоудерживающей способности для различных текстур почвы:

Песок = 0,8 дюйма / фут

Суглинистый песок = 1,2 дюйма / фут

Глина = 1,35 дюйма / фут

Илистая глина = 1,6 дюйма / фут

Мелкий супесчаный суглинок = 1,9 дюйма / фут

Ил-суглинок = 2,4 дюйма / фут

Во время испытания на пористость почвы (упомянутого выше) возможно двойное испытание водоудерживающей способности. Водоудерживающая способность — это просто разница влажности между сухим и влажным образцом почвы.

Аэрация

Аэрация почвы идет рука об руку с насыпной плотностью. Плотность определяется содержанием влаги и воздуха, а содержание воздуха — аэрацией почвы.

Аэрация почвы жизненно важна для успеха приусадебных участков, газонов, ферм и других видов озеленения. У растений и цветов есть корни под землей, которым нужны не только питательные вещества почвы и вода, но и воздух. Кроме того, если почва становится слишком уплотненной из-за частого вмешательства человека, может потребоваться аэрация, чтобы снова стать здоровой почвой.

Чтобы определить, нуждается ли почва в аэрации, попробуйте вбить в нее садовые грабли, чтобы почувствовать ее плотность, или проверьте содержание влаги в почве.

Предметы, которые могут вам понадобиться:

Инструменты для аэрации почвы

Норма дренажа

Почве нужна вода для выращивания растений, но слишком много воды может привести к гниению корней растений и образованию плесени. Хорошо дренированная почва будет лучше всего расти, потому что она позволяет избежать этих типичных проблем. Определение скорости дренажа почвы может дать полезную информацию о том, что нужно изменить в садовой установке.

Рыхлая почва лучше всего дренирует, потому что в ней больше воздуха, чтобы обеспечить место для дренажа. Идеальный дренаж почвы — около 2 дюймов воды в час. Если менее 2 дюймов, ландшафтный дизайнер должен либо аэрировать почву, либо создать под ней дренаж.

Университет Теннесси предоставляет отличную информацию о том, как можно проверить скорость дренажа почвы. Он включает в себя рытье ямы, заполнение ее водой и измерение разницы уровней воды каждый час. Для получения полных инструкций нажмите здесь.

Органическое вещество

Органическое вещество — это вещество, которое образуется в результате разложения растений, животных и организмов, погибших на поверхности почвы. По мере разложения образуется органическое вещество, которое продвигается вниз через горизонты почвы.

Органические вещества — это то, что обеспечивает растения дополнительными питательными веществами и влагой. При использовании компоста он действует как органическое вещество, поэтому он так помогает садам, как искусственные удобрения.

Количество органического вещества в почве имеет большое значение.Светло-коричневые почвы не только сухие, но также, вероятно, содержат очень мало органических веществ в своей структуре. Почвы с наибольшим количеством органического вещества выглядят ближе к черноземам.

Почва Физические свойства глины, песка и ила

Глина Свойства почвы

Частицы почвы в глинистой почве очень маленькие, что делает почву густой и плотной. Глина более пластична, чем обычная грязь.

Грунты с высоким содержанием глины будут пластичными и могут легко сформировать шар, не разваливаясь на части.

Глинистые суглинки — лучшие почвы для садоводства.

Свойства песчаной почвы

Песчаные почвы имеют тенденцию быть кислыми и имеют высокую скорость дренажа. Аэрация редко требуется на участках земли с песчаной почвой, но в некоторых случаях она может стать довольно плотной.

Свойства ила почвы

Почвы с высоким содержанием ила имеют ощущение скользкости из-за формы его частиц. Иловые почвы также содержат большой объем воды, но все же могут достаточно хорошо дренироваться для роста и производства растений.

Химические свойства почвы

Емкость катионного обмена

Почвы содержат питательные вещества и минералы, которые действуют как положительно заряженные ионы (катионы). Некоторые из этих катионов — водород, алюминий, кальций, магний и калий — присутствуют в большинстве здоровых почв.

Катионообменная способность важна для удержания и доставки питательных веществ для растений. Очистка сточных вод в почвах — наиболее вероятная ситуация, в которой будет иметь значение способность катионного обмена.

Реакция почвы (PH)

Когда кислотность почвы измеряется, это фактически мера концентрации активных ионов водорода.

Биологические свойства почвы

Микроорганизмы, присутствующие в почве, необходимы для здоровья растений и корней. Микроорганизмы формируют почву, помогая отводить воду, а также вносят свой вклад в круговорот азота в почве. Отсутствие микроорганизмов нанесет ущерб всей экосистеме Земли.

Заключение

Физические свойства почвы напрямую связаны со здоровьем растений, которые в ней растут.Садоводы, фермеры и ландшафтные дизайнеры могут извлечь выгоду из такого рода информации. Пройдите все тесты, которые мы обсуждали, и примените их к своим будущим почвам.

Читать дальше:

Структурные и термические свойства композитов монтмориллонит / ионная жидкость

Abstract

Композиты монтмориллонита K10 (MMT K10) и ионной жидкости (IL), содержащие 1-бутил-3-метилированный имидазолий ([BMIm] ⁺ ) и различные анионы, такие как бис (трифторметилсульфонил) имид ([NTf ₂ ] ^—), трифторметансульфонат ([OTf] ^—) и дицианамид ([DCA] ^— ) были получены в данной работе.Ряд методов, таких как динамическое рассеяние света (DLS), сканирующая электронная микроскопия (SEM), дифракция рентгеновских лучей (XRD), термогравиметрия (TG), дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC), инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) , и адсорбция-десорбция азота были использованы для характеристики глины, а также для изучения структуры и термического поведения композитов. Было обнаружено, что порошок MMT K10 имеет узкое распределение частиц по размерам с пиком при 246 нм и мезопористую структуру (S _BET = 195 мкм ² / г).Согласно спектрам FTIR, взаимодействие MMT K10 / IL зависит от типа IL. Было установлено, что ограниченная ионная жидкость взаимодействует как с глиной, так и с адсорбированной водой в соответствии с гидрофильностью и размером аниона в следующем порядке: [DCA] ^— > [OTf] ^— > [NTf ₂ ] ^— . Определены характерные температуры стеклования, кристаллизации и плавления исследуемых ионных жидкостей и их композитов ММТ К10.Выявлено, что при адсорбции ИЖ на поверхности глины фазовые переходы в ИЖ изменяются. Наибольшие изменения наблюдаются в случае BMImNTf ₂ . Методом термогравиметрического анализа показано, что образование композита сопровождается снижением термической устойчивости ИЖ. По-видимому, высокоразвитая поверхность монтмориллонита К10, полученная кислотной обработкой, играет основную роль в снижении термической стабильности ИЖ. Впервые исследовано влияние аниона ИЖ на тепловые и спектральные характеристики композита ММТ К10 / ИЖ.

Ключевые слова: ионная жидкость, монтмориллонит, пористость, температура стеклования, термическая стабильность, FTIR-спектры

1. Введение

В последнее время все большее внимание уделяется разработке функциональных материалов на основе глинистых минералов, которые в изобилии встречаются вокруг мире из-за их использования в различных отраслях промышленности. Морфология и физико-химические свойства глинистых минералов определяются их большой удельной поверхностью и наличием в их структуре обменных катионов, гидроксильных групп и молекул адсорбированной воды.

Есть много видов глин, таких как смектит, каолинит, вермикулит и др. [1]. Среди них монтмориллонит (MMT) — это природная и экономичная глина, которая принадлежит к структурному семейству, известному как филлосиликаты 2: 1, состоящему из тетраэдрического листа, зажатого между двумя параллельными октаэдрическими листами [2,3,4]. При наложении этих слоев образуются промежутки Ван-дер-Ваальса или «галереи». Галереи заняты неорганическими катионами, такими как Na ⁺ , Ca ²⁺ и Mg ²⁺ .Благодаря большой площади поверхности, интеркаляции катионов и отличной термической стабильности, MMT представляет большой интерес для исследователей, работающих в областях, связанных с адсорбцией и катализом, а также разработкой сенсоров, фильтрующих мембран и мембран для литий-ионных аккумуляторов. батареи [5].

Межслойные катионы в ММТ способны к ионному обмену и могут быть заменены другими неорганическими или органическими ионами, наночастицами металлов, оксидами металлов или металлорганическими соединениями [6,7,8]. Это позволяет создавать композитные наноматериалы с новыми свойствами, такими как фотокаталитическая, каталитическая, адсорбционная, механическая и термическая стабильность.

В последнее время наблюдается интерес к нанокомпозитам монтмориллонита с ионными жидкостями [9,10]. Этот композитный материал сохраняет химическую инертность, низкое давление пара и высокую электропроводность, присущие ионным жидкостям, и значительно снижает его текучесть. Кроме того, дорогой компонент можно заменить на более дешевый, сохранив при этом уникальные свойства ионных жидкостей. В некоторых случаях межслоевые катионы в монтмориллоните могут быть заменены неорганическими или органическими катионами из ионных жидкостей [11].

Модификация глинистых минералов открывает возможность получения новых материалов с особыми свойствами, а также потенциальных технических и экологических применений. Использование ионных жидкостей в модификации ММТ привлекло внимание, поскольку ионный обмен с этими соединениями позволяет легко проводить органическую модификацию глинистых минералов.

Ионные жидкости — это новый класс растворителей (зеленых растворителей): соли, жидкие при комнатной температуре, состоящие из органических катионов и органических или неорганических анионов.Благодаря своим уникальным характеристикам, таким как низкая летучесть, негорючесть, высокая термическая стабильность (до 400 ° C) и высокая ионная проводимость, ИЖ можно использовать во многих важных приложениях, таких как катализ и экстракция, а также в качестве электролитов. в электрических устройствах (например, батареи, конденсаторы, топливные элементы и солнечные элементы) и в различных электрохимических процессах (например, растворение металлов, нанесение покрытий и полировка) [12,13,14,15]. Для успешного решения электрохимических задач необходимы теоретические исследования ИЖ.В этой связи необходимо упомянуть работу Федорова и Корнышева [16,17], в которых авторы выполнили молекулярно-динамическое моделирование и проанализировали структуру двойного слоя для некоторых моделей ионной жидкости.

Ионные жидкости могут производиться с использованием различных катионов и анионов. Большинство ИЖ, используемых для модификации ММТ, имеют катионы на основе ионов имидазолия, пиридиния и пирролидиния [18,19]. Безусловно, присутствие органических катионов ИЖ в структуре ММТ увеличивает гидрофобность минеральной глины и делает ее пригодной для поглощения органических веществ в качестве загрязнителей [11,20].

В результате взаимодействия с глинами ионные жидкости изменяют текучесть, температурный интервал жидкого состояния и термическую стабильность, сохраняя при этом электрическую проводимость. Физические и химические свойства таких композитов зависят от взаимодействия ионной жидкости с пористым пространством глины. В этом случае из-за эффекта удержания изменяются свойства как неорганического компонента, так и ионной жидкости, что приводит к изменению характеристик получаемого материала.Взаимодействия в таких системах трудно предсказать априори, поскольку на свойства получаемых материалов влияет множество факторов, связанных как с особенностями наноструктуры глины, так и со свойствами ионных жидкостей. Механизмы взаимодействия между ИЖ, глинами и межслоевыми конфигурациями ИЖ все еще обсуждаются [21].

В данной работе монтмориллонит К10 был модифицирован ионными жидкостями, которые содержат катион 1-бутил-3-метилимидазолия с различными анионами: бис (трифторметилсульфонил) имидом, трифторметансульфонатом или дицианамидом.

MMT K10 — это активированная кислотой глина, в которой края кристаллов открываются во время кислотной обработки, а октаэдрические катионы (Al или Mg) выщелачиваются из структуры MMT. Это приводит к постепенному разрушению октаэдрических слоев и увеличению площади поверхности до 220–270 м ² / г, тогда как для природной глины это значение составляет около 20 м ² / г [22].

Структура катиона и анионов в исследуемой ИЖ представлена ​​на рис.

Структурная формула ( a ) катиона 1-бутил-3-метилимидазолия [BMIm] ⁺ , а также ( b ) бис (трифторметилсульфонил) имида [NTf ₂ ] ^—, ( c ) анионы трифторметансульфоната [OTf] ^— и (d ) дицианамида [DCA] ^—.

Эти ионные жидкости были выбраны из-за их высокой длительной термостабильности, проводимости и низкой вязкости, а также их различной гидрофобности, структуры и размера анионов [23,24,25]. Наряду с сильными электростатическими взаимодействиями, эти соединения могут образовывать водородные связи через различные электронодонорные атомы, такие как N, O и F, в анионе и электроноакцепторные атомы водорода в катионе [26]. Более того, эти соли представляют интерес для использования в электрохимических технологиях и электрохимических устройствах [27,28] из-за их низкой коррозионной активности [29].Загущенные ионные жидкости перспективны для использования в твердотельных устройствах [30]

Основной целью настоящего исследования было выявление изменений свойств композитов в результате модификации ММТ К10 перечисленными ИЖ. Для этого структура и морфология полученных образцов были охарактеризованы с использованием различных методов, таких как дифракция рентгеновских лучей (XRD), FTIR и сканирующая электронная микроскопия (SEM). Также изучалось влияние глины на термодинамические свойства ионных жидкостей.

Проверка почвенного ареометра, Простое руководство по анализу ареометра

Что такое проверка почвы ареометром?

Измерение гранулометрического состава мелкозернистых почв, таких как глина и ил, лучше всего выполнять с помощью теста почвенного ареометра. Этот метод осаждения знаком всем геотехническим лабораториям.

Гидрометрический анализ почвы

Гидрометрический анализ почвы, основанный на законе Стокса, вычисляет размер частиц почвы по скорости, с которой они оседают из суспензии из жидкости.Результаты теста показывают гранулометрический состав для почв мельче, чем сито № 200 (75 мкм). Однако в сочетании с ситовым анализом можно получить полный профиль градации почв, содержащих более грубые материалы.

ASTM D7928:

Американское общество по испытаниям и методам испытаний материалов (ASTM) D7928 предлагает различные варианты подготовки образцов, типа ареометра, смещения ареометра, перемешивания образца и т. Д. Окончательные расчеты размера и распределения частиц зависят от того, какой из вариантов был выбран, и не являются однозначными.Мы рекомендуем пользователю прочитать и понять весь опубликованный стандарт ASTM перед запуском теста. В этом блоге представлен обзор основных этапов, методов и необходимого лабораторного оборудования для тестирования. В этом сообщении в блоге мы будем следовать стандартному методу испытаний ASTM D7928. Этот стандарт заменяет старый, отозванный метод D422. AASHTO T 88 — это метод испытаний, аналогичный D422, который в настоящее время используется государственными транспортными ведомствами.

Ареометр 151H и 152H

Периодические измерения для определения объема взвешенных твердых частиц в жидкости являются критическими измерениями в этом испытании.Ареометр представляет собой плавучую стеклянную трубку, калиброванную для измерения относительной плотности жидкостей. Есть два типа почвенных ареометров для использования в почвенных суспензиях.

• Ареометр 151h считывает удельный вес суспензии и имеет емкость около 45 г сухой почвы в 1000 мл жидкого раствора.
• Ареометр 152h измеряет количество граммов на литр суспензии с емкостью до 55 г сухой почвы в 1000 мл жидкого раствора.

Подготовка проб или соотношение влажность / плотность (Проктор). По возможности, содержание влаги в объемных пробах следует сохранять на этапе подготовки, поскольку сушка на воздухе может изменить характеристики частиц глины.Сухие на воздухе почвы требуют определенных этапов подготовки проб. Сушеные в печи почвы этим методом не проверяются.

В методе испытаний для подготовки проб подробно описаны две общие процедуры. Детали требуемых методов подготовки зависят от процентного содержания более крупных частиц:

• Влажный препарат поддерживает влажность почвы на протяжении всего процесса подготовки, чтобы предотвратить изменения свойств частиц глины, и является предпочтительным методом.Влажность почвы в образце поддерживается или увеличивается по мере необходимости для обработки материала через сито № 10 (2,0 мм) резиновым скребком. (Очевидно, это сито не будет приемлемо для использования в других испытаниях на размер зерна после этого применения.)
• Высушенный на воздухе препарат разрешен только в том случае, если образец получен в воздушно-сухом состоянии. Ступка и пестик с резиновым наконечником используются, чтобы разбить высохшие комки почвы и пройти через сито № 10.

После обработки через сито необходимо рассчитать массу, необходимую для образца седиментации, на основе содержания влаги в восстановленном образце, расчетный процент, прошедший через пробу No.200 (75 мкм) сито, и емкость по осадку того типа ареометра, который был выбран для испытания. Этот расчет определяет массу влажного образца, требуемую для испытания:

Пример: Если содержание влаги в подготовленном вами образце составляет 20% с оценкой на 95% мельче, чем сито № 200, и вы будете использовать Для ареометра 151H правильный размер испытуемого образца, округленный до ближайшего грамма, будет 57 г.

В большинстве случаев конечные образцы для испытаний ареометром находятся в диапазоне от 50 г до 60 г материала мельче, чем образец No.10 (2,00 мм) сито.

Помещение почвы в суспензию

Испытуемый образец помещают в стеклянный стакан объемом 250 мл и смешивают с водой и гексаметафосфатом натрия, диспергирующим агентом, предотвращающим слипание мелких частиц в суспензии. Эту суспензию ополаскивают в чашу для диспергирования для перемешивания с помощью перемешивающего устройства в течение одной минуты. Для диспергирования разрешается использовать альтернативное устройство с воздушной струей, но это устройство не является предпочтительным в методе испытаний. После промывания второй суспензии в стеклянном цилиндре для осаждения цилиндр заполняется водой до калиброванной отметки 1000 мл.

Вы можете перемешать раствор в отстойнике с помощью мешалки для почвы, что является предпочтительным методом, или «методом опрокидывания» ручного перевернутого перемешивания. Затем цилиндр накрывают и оставляют для кондиционирования и уравновешивания в течение ночи в зоне со стабильной температурой окружающей среды или на водяной бане с постоянной температурой.

Примечание. Если испытание проводится в помещении с регулируемой температурой 22 ± 5 ° C (72 ± 9 ° F) и температура суспензии не колеблется более чем на 2 ° C (3,6 ° F) во время при испытании баня с постоянной температурой не требуется.

Процедура проверки с помощью ареометра

1. При запуске теста суспензия снова перемешивается с помощью мешалки или метода опрокидывания, и таймер отслеживает время, прошедшее после завершения перемешивания.

2. Цилиндр снова помещают на стол или в ванну с постоянной температурой и проверяют, не мешает ли пена на поверхности суспензии точному считыванию показаний ареометра.
Несколько капель изопропилового спирта рассеивают значительную пену .

3. Снимите показания ареометра в подвешенном состоянии через 1, 2, 4, 15, 30, 60, 240 и 1440 минут. Дополнительные показания необязательны для определения гранулометрического состава. Можно снимать показания ареометра на нескольких образцах с правильным истекшим временем, используя последовательное или ступенчатое смешивание и время начала.

4. За пятнадцать-двадцать секунд осторожно опустите ареометр в суспензию примерно до уровня ожидаемого показания и дайте ему стабилизироваться.

5. Считайте верхнюю часть мениска ареометра с точностью до деления и запишите ее.

6. Извлеките ареометр одним устойчивым движением, для его извлечения потребуется 5–10 секунд. Если на конце колбы осталась капля жидкости, прикоснитесь к кромке отстойного цилиндра и дайте ей стечь обратно в суспензию.

7. Погрузите ареометр в цилиндр с чистой водой и начните вращать.

8. Снимите и просушите перед следующим чтением.

9. После каждого считывания ареометра вставляйте термометр, не нарушая подвески, и записывайте показания температуры. Лабораторный термометр должен быть стандартизирован и иметь как считываемость, так и точность до ± 0,5 ° C или лучше при глубине погружения от 25 до 80 мм. Некоторые цифровые лабораторные термометры соответствуют этим строгим требованиям и, как правило, более безопасны и удобны, чем ртутные или жидкостные стеклянные модели.

Показания температуры в начале теста действительны для начальных показаний до 30 минут. Нет необходимости измерять температуру чаще, чем 30 минут по истечении времени фактических измерений.

10. После завершения серии показаний ареометра перенесите всю суспензию в сушильный контейнер.

11. После сушки оставшиеся твердые частицы взвешивают для определения общей сухой массы, затем замачивают в воде и промывают над емкостью No.200 (75 мкм) сито. Если сухая масса образца уже известна, его можно промыть прямо через сито № 200 и высушить в духовке. С помощью любого метода определяется и записывается сухой вес материала, оставшегося на сите № 200.

Параметры, выбранные ранее для пробоподготовки, типа и смещения ареометра, а также других факторов, изменяют способ расчета результатов испытаний по размеру и распределению частиц. Мы рекомендуем тщательно изучить стандарт ASTM перед тем, как приступить к тесту.

Мы надеемся, что это сообщение в блоге предоставило некоторые рекомендации по выполнению тестов почвенного ареометра и выбору подходящего оборудования для его проведения. Полный список см. В нашем Ареометре для анализа почвы. Пожалуйста, свяжитесь с нашими экспертами по тестированию для получения помощи с вашим приложением.

Протокол — Анализ размера частиц — Метод ареометра

Относительная пропорция песка, ила и глины в почве определяет текстуру почвы и влияет на характеристики почвы, такие как удержание и выщелачивание питательных веществ, водоудерживающая способность и дренаж.Метод анализа размера частиц с помощью ареометра вычисляет физические пропорции этих частиц почвы на основе скорости их осаждения в водном растворе и определяет три класса крупности: песок (2000–50 мкм), ил (50–2,0 мкм) и глина <2,0 мкм. . В этом методе используется ареометр ASTM 152H-Type и он основан на стандартной температуре 20 ^o ° C и плотности частиц 2,65 г / см ^-3 ; единицы выражаются в граммах почвы на литр.

Мы используем метод ареометра, как описано Gavlack, Horneck and Miller (2005).Основная процедура скопирована ниже; пожалуйста, просмотрите ссылку для потенциальных шагов предварительной обработки и процедурных комментариев. В целом этот метод имеет более низкую точность, чем методы пипетки или осаждения, имеет предел обнаружения 2,0% песка, ила и глины (в сухом виде) и, как правило, воспроизводится с точностью до ± 8% (Gavlack et al., 2005) .

Оборудование

1. Аналитические весы: вместимость 100 г, разрешение ± 0,01 г.
2. Стандартный ареометр, ASTM № 1. Тип 152H со шкалой Bouyoucos в г л ^-1 .
3. Возвратно-поступательный горизонтальный механический встряхиватель со скоростью 180 колебаний в минуту.
4. Отстойник с отметкой 1,0 л на расстоянии 36 ± 2 см от дна.
5. Шейкерная бутылка 200 мл и крышка (полипропиленовая или стеклянная).

Реактивы

1. Деионизированная вода, класс ASTM Type I.
2. Амиловый спирт.
3. Гексаметафосфат натрия (HMP), 5% диспергирующий раствор. Растворите 50,0 г гексаметафосфата натрия в 1,0 л.

Процедура

1. Вес 40.0 ± 0,05 г высушенной на воздухе почвы, измельченной для пропускания через сито 10 меш (<2,0 мм) в контейнер емкостью 200 мл. Определите влажность сухой почвы на 2-м образце почвы.
2. Добавьте 100 мл раствора HMP, закройте крышку и поместите на возвратно-поступательный горизонтальный шейкер на 16 часов.
3. Количественно перенесите суспензию в отстойник и добавьте деионизированную воду, чтобы довести конечный объем до 1,0 л.
4. Дайте суспензии уравновеситься до комнатной температуры в течение 2 часов.
5. Вставьте поршень и тщательно перемешайте содержимое, удаляя осадок со дна цилиндра.Завершите перемешивание двумя или тремя легкими взбиваниями. В качестве альтернативы процедуры перемешивания закройте цилиндр и используйте встряхивание из стороны в сторону в течение 1 минуты. Добавьте 2 мл амилового спирта на поверхность суспензии, покрытой пеной. Повторите процесс и определите показания ареометра на холостом растворе и с точностью до ± 0,5 г л ^-1 как «RC1».
6. Осторожно опустите ареометр в суспензию через 30 секунд, снимите показания через 40 секунд и запишите с точностью до ± 0,5 г L ^-1 как «R песок».
7. Осторожно снимите ареометр, промойте и вытрите насухо.
8. Через 6 часов запишите температуру суспензии с точностью до ± 1 ^o C. Используя значения температурной коррекции в таблице 1, определите время осаждения для фракции размером 2,0 мкм. В зависимости от времени, прошедшего после начала осаждения, осторожно снова вставьте ареометр, снимите показания и запишите как «R глина» с точностью до ± 0,5 г L ^-1 . Повторите процесс определения показаний ареометра на холостом растворе и запишите как «RC2» с точностью до ± 0.5 г L ^-1 .

Таблица 1: Влияние температуры суспензии на определение почвенной глины (2 мкм) ареометром на основе плотности частиц 2,65 г / см3 и плотности раствора 0,5 г л ^-1 .

Температура o C	Время отстаивания глины (часы и минуты)
18	8:09
19	7:57
20	7:45
21	7:35
22	7:24
23	7:13
24	7:03
25	6:53
26	6:44
27	6:35
28	6:27

Расчеты

Сообщать результаты с точностью до 0.Содержание 1%:

1. Песок% = ((сухая масса почвы в печи) — (Rsand — RC1)) / (масса сухой почвы в печи) x 100


2. Глина% = (Rclay — RC2) / (сухая в печи масса почвы) x 100


3. Ил% = 100 — (Песок% + Глина%)

Ссылка и ссылка на протокол

Гавлак Р., Д. Хорнек и Р. Миллер. 2005. Контрольные методы растений, почвы и воды для Западного региона. Публикация Western Regional Extension Publication (WREP) 125, Технический комитет WERA-103, http: // www.naptprogram.org/files/napt/western-states-method-manual-2005.pdf.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Удельное сопротивление

Введение Понимание того, как электрическое сопротивление (или проводимость) соотносится с реальными геологическими свойствами земли, очень важно. Ниже приведены вопросы, на которые он может помочь ответить: Если интерпретация геофизических исследований предполагает наличие 10-метрового слоя перекрывающих пород с удельным сопротивлением 11000 Ом · м, перекрывающего «фундамент» с удельным сопротивлением 140 Ом · м, какие геологические материалы будут соответствовать этим двум слоям с разным удельным сопротивлением? Что, если бы профиль удельного сопротивления, собранный над рудным телом в Австралии, показал бы кажущихся удельных сопротивлений в диапазоне от 40 до 600 Ом-м, в то время как анализ керна скважин показал, что истинные объемные удельные сопротивления находятся в диапазоне от 80 до> 1000 Ом-м.Согласованы ли эти результаты и указывают ли они на присутствие экономичного рудного тела? Если объемное удельное сопротивление глубоко заглубленного песчаника составляет 1000 Ом · м, можно ли получить подробную информацию о матрице (единицах породы, в которых находятся флюиды) и / или удельном сопротивлении флюидов? Это представляет особый интерес для гидрогеологии, разведки нефти и газа и исследований окружающей среды (загрязняющих веществ). В этой главе электрические свойства геологических материалов обсуждаются отдельно для металлических минералов, горных пород, почв и электролитов (грунтовых жидкостей). Что такое удельное сопротивление ? Электропроводность (или удельное сопротивление) — это объемное свойство материала, описывающее, насколько хорошо этот материал позволяет электрическим токам проходить через него. Сопротивление — это измеренное напряжение, деленное на ток. Это закон Ома. Сопротивление изменится при изменении геометрии измерения или объема материала. Следовательно, это НЕ физическое свойство. Удельное сопротивление — сопротивление на единицу объема.Рассмотрим ток, протекающий через единичный куб материала, показанный справа: удельное сопротивление определяется как напряжение, измеренное на длине единичного куба (вольт на метр или В / м), деленное на ток, протекающий через площадь поперечного сечения единичного куба (амперы на квадратный метр, или А / м 2 ). Это дает единицы Ом-м 2 / м или Ом-м. Греческий символ ро, часто используется для обозначения удельного сопротивления. Проводимость , часто обозначаемая с помощью сигмы, является обратной величиной удельного сопротивления: = 1 /.Электропроводность указывается в единицах Сименс на метр или См / м. Единицы миллисименс на метр (мСм / м) часто используются для малых значений проводимости; 1000 мСм / м = 1См / м. Итак, 1 мСм / м = 1000 Ом-м, поскольку удельное сопротивление и проводимость обратно пропорциональны. Электропроводность материалов Земли варьируется на многие порядки. Это зависит от многих факторов, в том числе от типа породы, пористости, связности пор, природы флюида и содержания металлов в твердой матрице.На следующем рисунке показан очень приблизительный диапазон проводимости горных пород и минералов. Рисунок 2. Напоминание об этом разделе описывает факторы, влияющие на электрическую проводимость минералов, горных пород, флюидов в земле, почв Электропроводность металлических минералов Металлические рудные минералы относительно редко встречаются по сравнению с другими материалами земной коры. Однако они часто становятся целью разведки полезных ископаемых.Даже в небольших количествах они могут значительно повлиять на объемное удельное сопротивление геологических материалов. Большинство металлических рудных минералов являются электронными полупроводниками. Их удельное сопротивление ниже, чем у металлов, и сильно варьируется, потому что включение примесных ионов в конкретный металлический минерал имеет большое влияние на удельное сопротивление. Например, чистый пирит имеет удельное сопротивление около 3х10 -5 Ом · м, но добавление небольших количеств меди может увеличить удельное сопротивление на шесть порядков до 10 Ом · м.Свойства электропроводности некоторых важных минералов можно резюмировать следующим образом: Пирротин (FeS) неизменно является высокопроводящим минералом. Графит (C) является настоящим проводником, как металл (то есть не полупроводником, как рудные минералы), и очень проводящим даже в очень низких концентрациях. Он также является платным (другое физическое свойство — см. Отдельную главу о заряжаемости), и его, как известно, трудно отличить от металлических рудных минералов. Пирит (FeS 2 ) является наиболее распространенным сульфидом металлов и имеет самую изменчивую проводимость. Его проводимость обычно выше, чем у пористых пород. Галенит (PbS) и магнетит (Fe 3 O 4 ) являются проводящими как минералы, но гораздо менее проводящими, как руда, из-за их рыхлой кристаллической структуры. Другие проводящие минералы включают борнит (CuFeS 4 ), халькоцит (Cu 2 S), ковеллит (CuS), ильменит (FeTiO 3 ), молибденит (MoS 2 ), а также минералы марганца , голандит и пиролюзит . Гематит и цинковая обманка обычно почти изоляторы. Хотя металлические минералы (особенно сульфиды) могут быть проводящими, есть по крайней мере две причины, по которым залежи этих минералов с содержанием руды могут быть не такими проводящими, как ожидалось. Сульфидные отложения могут быть десеминированными, или массивными. В первом типе минерал присутствует в виде мелких частиц, рассеянных по всей матрице, а во втором минерал находится в более однородной форме. Дессеминированные сульфиды могут быть резистивными или проводящими, тогда как массивные сульфиды могут быть проводящими. Химическое и / или термическое изменение может преобразовать металлические минералы в оксиды или другие формы, которые не обладают такой проводимостью, как исходные минералы. Электрические свойства горных пород Из всех геофизических свойств горных пород удельное электрическое сопротивление является наиболее изменчивым.Могут встречаться значения, варьирующиеся до 10 порядков, и даже отдельные типы горных пород могут отличаться на несколько порядков. Следующий рисунок представляет собой типичную диаграмму (адаптированную из Palacky , 1987), которая в очень общем виде показывает, как удельные сопротивления важных групп горных пород сравниваются друг с другом. Этот тип рисунков приводится в большинстве текстов по прикладной геофизике. Рисунок 3. Почвы и горные породы состоят в основном из силикатных минералов, которые, по сути, являются изоляторами, а это означает, что они обладают низкой электропроводностью.Наиболее частые исключения включают магнетит, зеркальный гематит, углерод, графит, пирит и пирротин. Следовательно, проводимость в значительной степени является электролитической, а проводимость в основном зависит от: Пористость, гидравлическая проницаемость, которая описывает, как поры связаны между собой, влажность, концентрация растворенных электролитов, температура и фаза порового флюида, количество и состав коллоидов (глинистость). Рисунок 4. Пористое пространство и геометрия пор являются наиболее важными факторами. Пористость существует в основном в трещинах, кавернах (растворенных карманах в известняках и доломитах) и межкристаллитных пустотах в осадочных породах. Рисунок выше и таблицы ниже (из Geonics TN5 , 1980) дают некоторое представление о сложности и диапазоне возможных пористостей. Столбец «Соотношение» представляет собой объемное удельное сопротивление, деленное на удельное сопротивление электролита (см. Закон Арчи ниже). Волнистая пористость (состоящая из более крупных дискретных пустот) может иметь очень низкую проницаемость, что приводит к низкому удельному сопротивлению при измерении гальваническими методами (постоянный ток).Однако удельное сопротивление, измеренное индуктивно (с использованием методов электромагнитной индукции), может быть выше, поскольку токи, индуцированные колебательными электромагнитными полями, не должны протекать на большие расстояния. См. Разделы «Основы => Методы съемки» и «Основы => Геофизические исследования» для получения подробной информации об этих методах съемки. Удельное сопротивление может быть анизотропным в слоистых породах, особенно для сланцев, где коэффициент анизотропии (отношение поперечного сопротивления к продольному сопротивлению) может достигать 4.См. Более подробную информацию в разделе «Анизотропия» ниже. Большая часть наших знаний об удельном сопротивлении пористых пород пришла из индустрии каротажа нефтяных / газовых скважин. Влияние других жидкостей, кроме воды, закона Арчи, фактора образования и т. Д. Подробно описано в следующих нескольких разделах. Электролиты в земле Электропроводность жидкостей зависит от количества и подвижности (скорости) носителей заряда.Подвижность зависит от вязкости жидкости (следовательно, от температуры) и диаметра носителей заряда. Температурная зависимость значительна. Для растворов хлорида натрия изменение проводимости составляет примерно 2,2% на градус C. Таким образом, изменение на 40 o C удваивает проводимость. На иллюстрации, показывающей проводимость вод Великих озер (ниже), сравните проводимость в магматических (западных) и осадочных (восточных) регионах и обратите внимание на зависимость проводимости от температуры этих озерных вод. Типичная проводимость электролитов и примеры из Великих озер. Натуральный источник мСм / м Метеорные воды (от осадков) от 1 до 30 Поверхностные воды (озера и реки) 0.3 для очень чистой воды 10000 для соленых озер от 2 до 30 в изверженных регионах от 10 до 100 в осадочных регионах Почвенные воды До 10 000 в среднем около 10 Грунтовые воды от 6 до 30 в изверженных регионах 1000 в осадочных регионах Шахтные воды (медь, цинк и т. Д., Т.е. сульфаты) обычно не менее 3000 Обратите внимание, что озеро Верхнее является самым западным озером и, следовательно, находится в вулканической области, а озеро Онтарио — самой восточной или осадочной областью.Это может способствовать повышению проводимости воды восточных озер. Рисунок 5. Зависимость проводимости жидкости от солености (концентрации ионов) для различных электролитов показана справа. Водопроводная вода обычно имеет минимум 0,01 См / м (т.е. 100 Ом-м) с соленостью около 40 частей на миллион, а морская вода — примерно 3,3 См / м с соленостью 30 000 частей на миллион.Сравните эти значения с приведенными выше значениями озерной воды. Электропроводность жидкости зависит также от температуры, поскольку подвижность ионов в растворе увеличивается с температурой. Это поведение противоположно поведению металлических проводников, в которых используется электронная проводимость, а не ионная, и сопротивление возрастает с увеличением температуры. Рисунок 6, адаптированный из Keller and Frischknecht , 1996. Приблизительная формула зависимости удельного сопротивления от температуры: , где R — удельное сопротивление, t — температура, а a — приблизительно 0.025, где R 18C — удельное сопротивление при комнатной температуре (18 градусов C). Напомним, что удельное сопротивление = 1 / проводимость. Влияние пористости Насыщенные чистые (без глины) почвы или горные породы: Эмпирическая формула Арчи связывает пористость и проводимость воды с объемной проводимостью для различных консолидированных горных пород, а также для неконсолидированных материалов. Формула Арчи или «закон» выражается несколькими способами.В одной из версий x — объемная проводимость, 1 — проводимость связанной воды, n — пористость (представленная в виде доли от общего объема) и м — постоянная величина. Значение м. около 1,2 подходит для сферических частиц, а значение около 1,85 используется для пластинчатых частиц. Для песков этот параметр обычно составляет 1,4 — 1,6. Другой способ выражения отношения Арчи, более часто используемый в нефтегазовой отрасли каротажа скважин: F = 1/ м , где F , «коэффициент пласта », равен F = Ro / Rw, Ro — это объемное удельное сопротивление, если поровое пространство на 100% заполнено рассолом (связанной водой), Rw — это удельное сопротивление самой связанной воды и пористость.Как всегда, не запутайтесь при использовании удельной проводимости или удельного сопротивления — они просто взаимны друг с другом. С помощью электронной таблицы легко изучить, как уравнения Арчи определяют взаимосвязь пористости и удельного сопротивления в различных материалах. Рисунок 7. Ненасыщенные чистые (безглинистые) почвы: В фуникулерной зоне почв (рисунок справа) влага не полностью заполняет поровые пространства, но пути проводимости все же существуют.Можно использовать закон, аналогичный закону Арчи, где n теперь является долей объема пор, заполненной электролитом, а не пористостью, а m = 2 . Таким образом, проводимость оказывается очень низкой при низком содержании влаги. Однако «смачивание» материала имеет решающее значение для воздействия на проводимость, а слегка влажные материалы намного более проводящие, чем сухие. Отношение, показанное ниже, аналогично формуле Арчи и дает водонасыщенность, S W , в чистых (без глины) пластах, где — пористость, w — удельное сопротивление воды, t — полное удельное сопротивление. , а a и m являются константами, рассчитанными эмпирическим путем.Это соотношение сложно использовать, и оно определенно неприменимо к грязному (глинистому) материалу. Следовательно, водонасыщенность может быть оценена, если электрические методы могут быть использованы для определения удельного сопротивления пласта, , если можно проверить родственную воду, и , если можно оценить пористость. Это похоже на определение водонасыщенности, Sw , когда часть порового пространства заполнена нефтью или газом, как это часто делается, с использованием данных каротажа в углеводородных коллекторах. Удельное сопротивление грунтов Электропроводность грунтов довольно сложна, на насыпные свойства влияет множество факторов. Следующий материал не включен в большинство текстов по прикладной геофизике, но он важен, потому что грунты обычно (за исключением скважинных работ) являются наиболее близким материалом к ​​исследовательским электродам. Следовательно, почвы имеют большое влияние на результаты. Как отмечалось выше, основной ссылкой является Geonics TN5, 1980. Пористость колеблется от 20% до 70% для большинства неконсолидированных материалов (т.е. для грунтов). Однако нечасто иметь большой диапазон пористости в одной ситуации. Как отмечалось выше, пористость является основным свойством, связанным с удельным сопротивлением, отсюда трудности в различении песка и гравия с одинаковой пористостью. Влияние промерзания на проводимость почв Понижение температуры снижает электролитическую активность и, следовательно, проводимость.На рисунке справа показан этот эффект с точки зрения удельного сопротивления. При замерзании проводимость воды становится очень низкой, как у льда. Однако замораживание редко бывает простым. Пресная вода замерзает при более высокой температуре, чем соленая. Поэтому растворенные вещества имеют тенденцию концентрироваться в зоне незамерзшей соленой воды, прилегающей к частицам почвы. Кроме того, электрическое поле катионов a d , сорбированных на частицах почвы, локально ориентирует молекулы воды рядом с частицей, предотвращая их замерзание. Чистый эффект — небольшое и устойчивое снижение проводимости по мере приближения температуры к нулю, затем выравнивание до 0 градусов и дальнейшее снижение ниже точки замерзания. Коллоидная проводимость (проводимость за счет глины) Сложность и разнообразие типов почв проиллюстрировано на тройной диаграмме внизу слева. Для изменения электрических свойств почв не нужно много глины. Любой мелкозернистый минерал обладает определенной катионообменной емкостью (CEC).То есть заряды (катионы) могут быть сорбированы (прикреплены к поверхности) на слегка отрицательно заряженной поверхности, и впоследствии они могут быть заменены или растворены. Рис. 9. Треугольник классификации текстуры Министерства сельского хозяйства США (тройная диаграмма). Point P — глина (почва), содержащая 50% глины, 20% ила, 30% песка. (из Geonics TN-5 , 1980). Рисунок 10а.Иллит (глинистый минерал) с общей площадью поверхности из 100 м 2 / г (фото предоставлено Р. Найт). Рисунок 10б. Нарастание кварца в песчанике с общей площадью поверхности из 0,1 м 2 / г (фото предоставлено Р. Найт.) Поскольку глина имеет огромное отношение площади поверхности к объему, она имеет гораздо более высокую обменную способность.Особенно это касается глин вермикулита и монтмориллонита. Следовательно, глины могут значительно увеличить проводимость связанной воды, особенно пресной. Соленая вода может не обладать большей способностью поглощать лишние электролиты. Анизотропный грунт Анизотропия означает «в зависимости от направления». Структурная анизотропия (например, наслоение или трещиноватость) может вызвать анизотропию электрических свойств земли.Это означает, что измеренное кажущееся сопротивление будет зависеть от направления измерительной системы, как показано на рисунке рядом. Анизотропия может быть очень интересной; например, предпочтительные направления потока текучей среды могут быть определены путем измерения того, как удельное сопротивление изменяется в зависимости от ориентации измерительных электродов (например, север-юг по сравнению с востоком-западом). Однако, если анизотропия существует, но игнорируется, то истинное удельное сопротивление грунта, интерпретируемое на основе измеренного кажущегося удельного сопротивления, может быть неверным. Для анизотропных материалов R 1 НЕ равно R 2 . Вертикально анизотропный грунт: Для измерений нормального удельного сопротивления, проводимых на поверхности, невозможно определить разницу между удельным сопротивлением, измеренным по вертикали, и удельным сопротивлением, измеренным по горизонтали. Следовательно, вертикальная анизотропия на поверхности не обнаруживается. Если такая анизотропия существует, оценки глубины будут ошибочными на коэффициент, λ, коэффициент анизотропии, определяемый как λ = (Rv / Rh) 1/2 , где Rv и Rh соответствуют значениям удельного сопротивления по вертикали по отношению к горизонтали соответственно. Горизонтально анизотропный грунт: Горизонтальная анизотропия означает, что удельное сопротивление, измеренное с электродами, ориентированными в одном направлении, будет отличаться от сопротивления, измеренного с использованием того же массива, ориентированного в перпендикулярном направлении (например, «Настройка поля» на рисунке выше). В общем, «поперечное удельное сопротивление» (как в R 1 на рисунке, измеренное перпендикулярно плоскости напластования) будет больше, чем «продольное удельное сопротивление» (R 2 на рисунке, измеренное параллельно плоскости напластования). Противоинтуитивный эффект: Следует отметить, что влияние круто падающих пластов на измерения удельного поверхностного сопротивления не такое, как можно было сначала ожидать. Если анизотропия резко падает (и нет покрывающих отложений), можно ожидать, что измеренное удельное сопротивление будет самым низким параллельно простиранию (R 2 на рисунке выше), поскольку ток имеет тенденцию течь по путям с наименьшим сопротивлением. Фактически, измеренное удельное сопротивление составляет наивысшее значение по простиранию из-за повышенной плотности тока параллельно съемке.Расчеты кажущегося удельного сопротивления предполагают однородную плотность тока в трех измерениях. Когда плотность тока выше, чем она была бы при однородном заземлении, измеренная разность потенциалов выше для данного источника тока, что приводит к более высокому кажущемуся удельному сопротивлению. Поэтому удельные сопротивления, измеренные с помощью массивов, размещенных вдоль простирания, завышены, а удельные сопротивления, измеренные перпендикулярно простиранию, занижены. Почему возникает анизотропия: Для читателей, желающих более строгое рассмотрение, вот объяснение того, как структурная анизотропия (например, наслоение или трещинообразование) приводит к тому, что простая форма закона Ома становится недостаточной.Поскольку ток не обязательно параллелен вынуждающему электрическому полю, простая форма закона Ома, должна быть переписана как ; , где J — векторная плотность тока, J i — i th составляющая плотности тока, E — вектор электрического поля, V — напряжение и ik — ik th компонент тензора проводимости.В однородной земле с одиночными токовыми и потенциальными электродами выражение для В с точки зрения удельного сопротивления и расстояния от источника тока имеет вид. В анизотропном грунте есть как горизонтальные, так и вертикальные удельные сопротивления. Выражение для напряжения в терминах горизонтально и вертикально ориентированных удельных сопротивлений и расстояния называется коэффициентом анизотропии (введено выше в разделе «Вертикально анизотропная земля»). В таблице справа приведены некоторые значения лямбда , встречающиеся в распространенных геологических материалах. Аспекты почвообразования, влияющие на электрические свойства почв Стоит обсудить формирование грунтов, чтобы лучше понять, что используется при прогнозировании электрических свойств приповерхностных материалов и при интерпретации неглубоких геофизических исследований. Это обсуждение не заменяет курс почвоведения, но некоторые вопросы, влияющие на удельное электрическое сопротивление, должны стать более ясными. Как правило, на электрические свойства влияет различное содержание глины, тип иона и концентрация ионов в воде.Ниже приводится краткое описание того, как эти факторы развиваются в почвах. Выветривание включает в себя механические, химические и биологические процессы, которые преобразуют поверхностные материалы в гумус (органическое вещество), глину и мелкозернистые отложения. В присутствии воды и CO 2 горные породы распадаются на ионы (часто растворяются и удаляются дренажем), образуются глинистые минералы, вода расходуется (становится частью глинистых соединений), а растворы становятся более щелочными (т. Е. Менее кислая).Этот процесс является самовоспроизводящимся, поскольку тонкий слой почвы вызывает более быстрое протекание соответствующих процессов на поверхности породы. Это связано с тем, что слой удерживает воду и CO 2 , который производит слабую угольную кислоту, которая соединяется с компонентами породы с образованием глин. Скорость выветривания зависит от температуры, вегетативного роста и наличия влаги. Поэтому тропические почвы имеют тенденцию быть толстыми. Хорошо дренированные почвы обычно лишены нестабильных минералов (т.е. электролиты), а сухие почвы имеют тенденцию быть засоленными (следовательно, проводящими). Рисунок справа — типичный профиль почвы. Зона A обычно сильно выветрилась, проницаема и лишена растворенных веществ. Зона B обычно намного плотнее (менее пористая), богаче глинами (как местными, так и перенесенными из A ) и контролирует, сколько воды попадает в зону C и нижележащие слои породы. Зона C обычно проницаема и состоит из менее выветренного основного материала. Зона D часто считается непористой и непроницаемой. Рисунок 11. Рисунок 12. На влажность почвы влияет несколько факторов. См. Рис. 7 выше: В маятниковой зоне вода существует в виде изолированных колец вокруг труднодоступных мест.В зоне фуникулера поверхность покрыта тонким слоем воды. Толщина этого зависит от капиллярных сил. Если есть мелкозернистый материал поверх грубого наслоения, мелкозернистая область может содержать фуникулерную воду, а крупнозернистый слой может содержать маятниковую воду и, следовательно, может иметь более низкую проводимость. Поведение уровня грунтовых вод зависит от многих факторов, включая проницаемость (которая колеблется в 10 10 раз!) И региональную влажность, как показано на Рисунке 12 справа.Эти факторы могут привести к появлению множества конфигураций водного зеркала, некоторые из которых могут быть довольно противоречивыми. ПРИМЕЧАНИЕ: описанные здесь процессы являются естественными. При наличии конструкционного материала поверхностное наслоение может быть совершенно другим. No related posts. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * ➤