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土壤胶体粘度

由于流体内分子间的内摩擦而抵抗形变或阻止相邻流体层产生相对运动的性质。土壤胶体也有这种性质,土壤胶体粘度的变化与其水合作用、分散与聚沉作用有关。粘度与流体的流型有关。根据流体受到剪切应力时产生的剪切速率的变化情况

由于流体内分子间的内摩擦而抵抗形变或阻止相邻流体层产生相对运动的性质。土壤胶体也有这种性质,土壤胶体粘度的变化与其水合作用、分散与聚沉作用有关。

粘度与流体的流型有关。根据流体受到剪切应力时产生的剪切速率的变化情况,可把流体分为4种类型:牛顿流体、塑性流体、假塑流体与膨胀流体(见图)。

4种流体的流型

①牛顿流体:引起流动的剪切应力(τ)与流体产生的剪切速率(dv/dx)成正比,即τ=ηdv/dx这就是著名的牛顿公式。在一定温度下,给定流体的剪切应力除以剪切速率等于常数,此常数称为动态粘度、绝对粘度或简称粘度,用η表示。其量纲是力乘时间,除以面积。因此粘度的单位是牛顿·秒/米2。具有上述特性的流体称为牛顿流体。反之,则称为非牛顿流体。一些只有分子内摩擦而无内部结构的流体,如水,甘油和低浓度的胶体等属牛顿流体。随着胶体浓度的增加,流型偏离牛顿型,成非牛顿型。②塑性流体(或称宾厄姆体):土壤加水成泥浆时,其流型属于塑性流体,其特点是当dv/dx=0时,τ幸0,而等于τs,即加入的剪切应力必须超过τs,才能使塑性流体开始流动。并且开始流动时τ与dv/dx的关系是曲线变化,只有当τ继续增大到一定程度,曲线才变成直线,延长直线,与剪切应力坐标相交于τ0,这数值称为屈服值。塑性流体用宾汉(Bingham)公式表示:τ=τ0+ndv/dx。③假塑(性)流体:乳状液,高分子化合物属之,它的流变曲线是通过原点的,但曲线凸向剪切应力坐标。当加入剪切应力时,液体便发生流动,其粘度随剪切应力的增大而降低。其流动特性为τ=K(dv/dx)n,式中n是个指数,对于牛顿流体来说n=1,而假塑性流体n<1。K是假塑性流体的稠度系数,K值越大,流体的粘度越高,加剪切应力能使假塑性流体流动,说明这种流体内部没有连续的空间网状结构,或者有网状结构而彼此之间的连系很脆弱,剪切应力把它们分散后不易恢复,故粘度随剪切应力增加而降低。④膨胀流体:浆糊与钠质膨润土属于这种流型,它的粘度随着剪切应力的增大而增高,即越搅越稠。原因是这流体内部的胶粒被搅在一起后形成了网状结构,搅得越猛,其结构架子搭得越多,流动阻力越大。膨胀流体的流动特性同样用τ=K(dv/dx)n来表示,从图上可看到,其曲线凸出部分向上,故n>1。总之,膨胀流体和假塑性流体统称为幂律流体。

测定粘度的粘度计种类很多,据测定所用原理而异,常用的有:①毛管粘度计:记录一定量的流体流过毛管中某一出口所需的时间;②落球粘度计:测量小球在流体中下落所需的时间;③旋转粘度计:在一对同心的圆筒之间充满待测流体,测定使内筒旋转所需的力;④也可测定浸在流体中的扭摆的振动周期。土壤胶体研究中常用毛管粘度计,研究土壤或泥浆时则用旋转粘度计。