Капиллярные явления возникают на границе двух сред — жидкости и газа — и приводят к искривлению поверхности жидкости, делая её выпуклой или вогнутой. В этой статье речь пойдёт о том, как возникает капиллярный эффект в случае воды вообще, и в частности, как проявляется капиллярное поднятие влаги в грунте.
Когда вода налита в сосуд, её поверхность ровная, но возле стенок сосуда возникает изгиб поверхности воды. Если стенки смачиваются, то поверхность получается вогнутая, если стенка сосуда сухая и не смачиваемая — поверхность будет выгнутая.
Капиллярное явление у смачиваемой стенки сосуда.
Притяжение молекул воды и молекул стенки сосуда больше, чем между молекулами воды и воды, поэтому вблизи стенки сосуда вода поднимается вверх по стенке — это и есть капиллярный эффект. Капиллярная сила поднимает воду до тех пор, пока не уравновесится гидростатическим давлением воды.
В узких сосудах расстояние между стенками очень мало, выгнутости поверхности воды соединяются между собой, суммируется и капиллярная сила, поэтому уровень воды в тонкой трубке — капилляре — может подняться выше, чем он есть в большом сосуде.
Поднятие воды в капилляре.
Чем тоньше капилляр, тем больше капиллярная сила, тем выше поднимется вода вверх.
Эффект капиллярного поднятия влаги в грунте
Любой грунт имеет поры, а каждая пора — это такой же капилляр, как стеклянная трубка, только очень маленький. Поэтому все грунты в той или иной степени подвержены капиллярному явлению: происходит подъём влаги снизу вверх вопреки силе тяжести.
Высота подъёма капиллярной влаги зависит от типа грунта: в глинистых грунтах она достигает 1,5 м а в песчаных ограничивается 30 см. Это связано с тем, что в песчаных грунтах поры слишком большие и капиллярная сила мала. Частички глины гораздо меньше песчинок, поэтому в глине поры меньше, а капиллярный эффект больше.
Капиллярный эффект нужно учитывать при заложении фундамента: влага от уровня грунтовых вод может подниматься на 1,5 м выше (в случае глины), и если основание фундамента оказывается ниже этого уровня, то фундамент окажется во влажном грунте. А это означает снижение несущей способности грунта и угрозу переувлажнения фундамента. Для того, чтобы защитить фундамент от влаги необходима гидроизоляция.
Капиллярный эффект в бетоне
Капиллярные явления возникают не только в грунте, но и в бетоне, из которого сделан фундамент. Бетон пористый материал, и его поры — это такие же капилляры, по ним влага будет распространятся вверх и вглубь. Если подошва фундамента опирается на влажный грунт, то влага через его подошву будет подниматься вверх, дойдёт до стены цоколя и дома и пойдёт дальше. В последствии это приведёт к разрушению фундамента и стен. Чтобы этого не происходило делают горизонтальную гидроизоляцию между грунтов и подошвой фундамента, а так же между цоколем и стеной дома.
К этой статье есть подборка видео (количество видеороликов: 2)
Влажность грунта — это характеристика, которая показывает степень его насыщения влагой, выражается в процентах. От влажности зависит несущая способность грунта и его максимальная степень уплотнения.
Грунтовые воды – это первый от поверхности земли подземный водоносный слой, который залегает выше первого водоупорного слоя. Они оказывают негативное воздействие на свойства грунта и фундаменты домов, уровень грунтовых вод необходимо знать и учитывать при заложении фундамента.
Несущая способность грунтов – это его основанная характеристика, которую необходимо знать при строительстве дома, она показывает какую нагрузку может выдержать единица площади грунта. Несущая способность определяет, какой должна быть опорная площадь фундамента дома: чем хуже способность грунта выдерживать нагрузку, тем больше должна быть площадь фундамента.
Капиллярное поднятие Капиллярное поднятие – поднятие воды, содержащейся в грунте, по пустотам капиллярного размера под действием сил её поверхностного натяжения. Поднятие воды в капиллярах происходит за счёт энергии взаимодействия молекул воды с молекулами поверхности, разделяющей воду и частицы грунта, в результате поверхностного натяжения воды. В капиллярах между частицами поверхность воды приобретает вид вогнутых менисков, а сила поверхностного натяжения направлена по касательным к вогнутым поверхностям менисков. Под влиянием суммы вертикальных составляющих этих сил вода по капиллярам поднимается на высоту капиллярного поднятия. Его высота увеличивается с ростом поверхностного натяжения, уменьшением радиуса пор, плотности поровой жидкости и с увеличением угла смачивания и капиллярного давления.
Высота капиллярного поднятия
Величина высоты капиллярного поднятия определяется зависимостью hc=2 σcosθ /rρwg= Pкап/ρwg, где σ – поверхностное натяжение жидкости; θ – угол смачивания; r – радиус капилляра; ρw – плотность воды; g – ускорение свободного падения.
В грунтах высота капиллярного поднятия зависит от их минерального и химического составов, структурно-текстурных особенностей, состава и свойств поровой жидкости. Влияние химико-минерального состава проявляется через угол смачивания, который зависит от смачиваемости минерала жидкостью. У гидрофильных минералов θ→0, у гидрофобных θ→90 0 . Гидрофильные плёнки на поверхности частиц увеличивают величину капиллярного поднятия, гидрофобные снижают её. Влияние структурно-текстурных особенностей грунтов проявляется через их дисперсность, увеличиваясь с её ростом.
Высота капиллярного поднятия в однородных несвязных грунтах (по А. Аттенбергу)
Информация
Добавить в ЗАКЛАДКИ
| Поделиться: | Капиллярное поднятие водКапиллярная вода образуется после полного насыщения пород физически связанной водой. Выделяют капиллярно-стыковую, капилляр-но-подвешенную и капиллярно-поднятую воду. Капиллярно-поднятая вода образуется над свободным уровнем подземных вод в виде капиллярной зоны. Капиллярные зоны имеются и на контакте залежей УВ с подземными водами.[ . ] Вода, заполняющая поры малого диаметра, оказывается под воздействием сил поверхностного натяжения капиллярного мениска и «подсасывается» вверх на расстояние, обратно пропорциональное диаметру капилляра. На этом механизме основано увлажнение почвы снизу (от горизонта подземных вод), а также потеря влаги почвой испарением ее с почвенной поверхности. Последний процесс при соответствующих условиях (в засушливое, жаркое время года, особенно в степных, полупустынных и пустынных регионах) приводит к поднятию солевого горизонта. Эту часть почвенной влаги называют капиллярной; она образует влажный горизонт почвы.[ . ] Капиллярное поднятие и заболачивание. Параметр — глубина подземных вод, которая дает капиллярное поднятие 1 мм в день при влажности верхнего слоя почвы, соответствующей точке завядания, т. е. Ь = 0. Значения 0 задаются для различных типов почвы как нормативно-справочная информация.[ . ] Сточная вода фильтруется через дно и стенки борозды. В случае использования участков под культуры последние высаживаются на гребнях и получают воду в силу ее капиллярного поднятия в гребнях и отчасти за счет распространения корневой системы растений в глубь почвы.[ . ] Движение воды в почве снизу вверх осуществляется капиллярными силами. Поскольку это явление поверхностного натяжения, высота поднятия воды обратно пропорциональна диаметру почвенных пор. Таким образом, чем мельче поры, тем больше расстояние капиллярного движения. Подъем капиллярной воды от уровня грунтовых вод (глубина, на которой вся почва находится в состоянии полевой влагоемкости) восполняет потери воды на растения и на испарение почвой. Потеря воды на испарение затрагивает только верхние слои почвы, так как по мере увеличения водяного столба для извлечения почвенной влаги требуется все более и более высокое давление. В период длительной засухи легко распознать растения с мелко залегающей корневой системой.[ . ] Почвенно-грунтовые воды.. Некоторые ученые рассматривают почвенно-грунтовые воды как отдельный фактор почвообразования. Например, в условиях равнинного рельефа на участках с разной глубиной залегания грунтовых вод формируются различные почвы. Под воздействием почвенно-грунтовых вод может происходить заболачивание, оглеение, вынос и привнос растворимых продуктов почвообразования с горизонтальным стоком, поднятие и опускание солей при колебании уровня капиллярной каймы и др. Все перечисленные процессы приводят к формированию различных по свойствам почв. Переувлажнение почв, как правило, хорошо заметно по целинной растительности, которая помогает устанавливать границы почвенных разновидностей.[ . ] Ризоидный войлок обеспечивает поднятие из почвы воды в плотных дерновинках и более длительное ее сохранение в капиллярных пространствах между ризоидами и отдельными растениями. У водных мхов ризоиды выполняют главным образом функцию прикрепления к субстрату. На концах ризоидов у этих мхов образуются вильчатые разветвления, иногда сплетающиеся в подушечки, которыми растения прикрепляются к субстрату. При измене-, нии условий питания и освещения ризоиды могут преобразовываться в зеленую вторичную протонему.[ . ] Для оперативного контроля состава сточных вод, содержащих известные красители способом капиллярного поднятия, предлагается спектрофотометрический экспресс-метод.[ . ] ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ. Предельное количество воды, которое почва способна удержать. Полная влагоемкость почвы — максимальное количество воды, которое может содержаться в почве при положении водного зеркала на одном уровне с поверхностью почвы, когда весь почвенный воздух замещен водой. Капиллярная влагоемкость почвы — го количество воды, которое почва м -жет удерживать за счет капиллярного поднятия над уровнем свободной водной поверхности. Наименьшая полевая влагоемкость почвы — то количество воды, которое почва может задерживать, когда зеркало свободной водной поверхности лежит глубоко и залегающий над ним слой капиллярного насыщения не достигает корнеобитаемого слоя почвы.[ . ] Водность определяется количеством и режимом воды земель. Водность связана с уровнем первого от поверхности горизонта безнапорных вод. Здесь не может быть прямой пропорциональности, так как высота капиллярного поднятия вод на суглинках значительно больше, чем на песках. Водность меняется в зависимости от сезона, режима атмосферных осадков и снеготаяния. Поэтому наиболее достоверно и точно водный режим оценивается по фитоиндикаторам.[ . ] Здесь мы имеем дело с хорошо известной нам силой капиллярного или волосного поднятия жидкостей, действие которой можно видеть на каждом шагу: бумага, опущенная одним концом в воду, смачивается ею, и вода поднимается по ней на значительную высоту; кирпич, поставленный в воду, также смачивается доверху; топкая трубка или две пластинки стекла (приставленные близко одна к другой), опущенные в воду, поднимают ее на некоторую высоту. Все это происходит благодаря свойству жидкости подниматься по тонким промежуткам (капиллярам), и чем они тоньше, тем на большую высоту.[ . ] Метод основан на разделении извлеченных из воды красителей в тонком слое алюминия в процессе капиллярного поднятия спирто-водного раствора. Количественно красители определяют колориметрически после элюирования с соответствующих хроматографических зон специально подобранной системой растворителей.[ . ] При резком дефиците влаги в жарких пустынях в результате капиллярного поднятия богатых кремнием вод возникают кремнистые аккумулятивные коры — силькреты. При несколько лучшем увлажнении в полупустынях, в сухой саванне формируются аккумулятивные карбонатные коры — каличе. В аридных и семиаридных условиях возникают часто также гипсовые коры — гажа.[ . ] Обычно для песчаных культур берут сосуды менее высокие, чем для почвенных культур, так как капиллярное поднятие воды в песке слабее.[ . ] При большом количестве мелких фракций в шламах от рудообогатительных фабрик, а также в золошлаковой смеси от котельных ТЭЦ и ПВС, в осадке сточных вод газоочисток и т. п., из которых с трудом выделяется вода и при намыве не обеспечивается достаточная устойчивость откосов, иногда устраивают многоярусный дренаж (рис. 145). Конструкция такого дренажа должна обеспечивать понижение депрессионной линии от поверхности откоса ограждающей дамбы на величину, превышающую глубину промерзания и высоту капиллярного поднятия воды в ограждающих дамбах.[ . ] В клееной бумаге с проклейкой гидрофобным клеем внутри-волоконная диффузия, как свидетельствуют эксперименты, может осуществляться примерно в 1000 раз быстрее, чем через капилляры, проникновению воды в которые препятствуют гидрофобные частицы проклеивающего вещества. Добавление в воду раствора щелочи облегчает диффузию влаги в толщу бумажного листа, так как щелочь способствует набуханию волокон и, следовательно, внутриволоконнбму проникновению влаги. Кроме того, щелочь вступает в реакцию нейтрализации со свободной смолой канифольного клея, вследствие чего создаются условия, способствующие межволоконному проникновению влаги. Именно поэтому добавление в воду щелочного раствора способствует также капиллярному поднятию влаги в полосках бумаги, вертикально подвешенных над поверхностью влаги и касающихся этой поверхности.[ . ] Эти почвы залегают обычно в понижениях рельефа — лощинах, нижних частях склонов, а также в долинах рек. Существенной особенностью этих почв часто является близкое (до глубины 5 м) залегание уровня грунтовых вод (временное или постоянное), что обусловливает поднятие вверх капиллярных токов воды, иногда содержащей карбонаты кальция или легкорастворимые соли.[ . ] У некоторых ксерофитов особенно энергично растет главный корень. Направляясь вертикально вниз, он достигает у взрослого растения тех глубоких горизонтов, где субстрат постоянно влажен, не просыхает. Такой корень может достигнуть и грунтовых вод или по крайней мере дорасти до зоны их капиллярного поднятия. Установлено, что иногда главный корень проходит сквозь толщу, измеряемую метрами и даже десятками метров. Так, у желтой люцерны главный корень достигает 6—8 м глубины, а у живущей в полупустынных и пустынных районах верблюжьей колючки стержневой корень достигает 18—20 м глубины (рис. 51). В достаточно влажных слоях стержневой корень обильно ветвится, и благодаря этому растение обеспечивает себя водой.[ . ] Благодаря элювиированию, проявляющемуся в горизонте В2Гпд1, -может «разъедаться» снизу горизонт В1Гп§1, что способствует выносу из него Г О» и гумуса и перемещению этих соединений в лежащие ниже горизонты и их новообразования, а также в почвенно-грунтовые воды.[ . ] |