4.2 Фізико-механічні характеристики торфу

Торф – напівдисперсна система, що складається із трьох фаз: твердої, рідкої та газової. Окремі частинки твердої фази – залишки рослин і мінеральних домішок – мають розміри від декількох міліметрів до розмірів дрібних колоїдних частинок, рівних 10^-6 мм. На межі розділу між окремими фазами діють поверхневі сили, властиві дисперсним системам. Тверда фаза складається із органічної та мінеральної частин. Співвідношення між ними характеризує зольність А торфу.

Вода не є простою механічною домішкою в торфі, а тісно зв'язана із ним. Енергія цього зв'язку при великій вологості невелика, але при зменшенні вологості вона зростає, тому видалення води із торфу пов’язана із великими труднощами. Газова фаза в торфі представлена повітрям (що буває не часто) або газами, що виділяються при хімічній зміні торфу. Від кількості повітря в торфі залежать його об'ємна маса, міцність, теплопровідність, коефіцієнт фільтрації та інші важливі фізико-механічні характеристики. До фізико-механічні властивості торфу відносяться.

Вологість. Вологість торфу може бути абсолютною та відносною. Якщо в зразку масою Р міститься маса Р_т сухого торфу тоді вміст води буде рівною Р-Р_т таким чином абсолютна та відносна вологість розраховується відповідно за формулами

; (4.1)

. (4.2)

Співвідношення між абсолютною та відносною вологістю наступні

; (4.3)

. (4.4) Ступенем розкладання R торфу, або гуміфікацією, називається кількість частини, що розклалася – гумусу, мається в тій чи іншій пробі торфу (в відсотках стосовно до всієї маси торфу). Залежність між природною вологістю торфу не осушених боліт та ступенем розкладання виражається наступними емпіричними формулами:

- для верхового болота

. (4.5)

- для низинного болота

. (4.6)

Питома вага торфу визначається за формулою

, (4.7)

де V – об’єм торфу в зразку.

Питома вага в основному залежить від типу торфу, ступеня його розкладання та вологості і визначається в залежності від умов утворення:

для верхових боліт

. (4.8)

для низинних боліт

. (4.9)

Формули (4.8) та (4.9) справедливі для торфів відповідно із природною зольністю не більш 5% для верхових та 15% для низинних боліт.

Щільність торфу є відношення маси абсолютно сухого торфу (тверда фаза) до його об’єму без пор

, (4.10)

де V_т – об’єм твердої фази торфу в зразку.

Щільність торфу в значній мірі визначається його типом та ступенем розкладання.

При збільшенні останньої щільність зменшується тому, що при цьому вміст гумусів, які володіють низькою щільністю, зростає. Значною мірою щільність торфу залежить від ступеня мінералізації й ступеня ущільнення за рахунок тиску вищележачих шарів та інше.

Пористість п є відношення об’єму всіх пор в зразку до його загального об’єму торфу, %

% . (4.11)

Пористість знаходиться в тісній зворотній залежності від ступеня розкладання торфу, тобто чим вище ступінь розкладання, тим нижча пористість. Вона також залежить і від ботанічного складу торфу.

Значення фізико-механічних характеристик деяких видів торфу приведені в таблиці 4.1.

Коефіцієнт пористості – відношення об’єму всіх пор в торфі до об’єму твердої фази

. (4.12)

Таблиця 4.1 – Фізико-механічні властивості торфу

Вид торфу	Ступінь розкла- дання	Золь-ність, А %	Пито-ма вага, γ кН/м3	Густина, ρ, кН/м3	Порис-тість, n, %
Осоковий Дерев’яно-осоковий Тростиновий Тростиново-осоковий Осоковий Тростиново-дерев’яно-осоковий Осоковий Пушицево-осоковий Дерев’яно-осоковий Пушицево-сфагновий Пушицевий Дерев’яний Сфагновий	84 83 98 99 70 60-65 60-65 30-35 80-85 55 40 55 5	8,25 8,91 8,86 8,03 9,12 11,64 8,21 10,37 19,25 3,31 2,29 2,29 -	16,2 15,2 14,5 14,4 14,3 14,7 15,8 15,6 16,7 15,2 14,5 14,5 7,10	0,3,2 0,3,5 0,6,2 0,6,4 0,4,4 0,5,7 0,74 0,48 0,84 0,85 0,69 - -	80 77 57 56 69 61 53 69 50 56 48 - -

Вологоємність – здатність торфу всмоктувати та утримувати в собі певну кількість води; кількісно відповідає максимальній абсолютній вологості W, вираженої у відсотках; залежить від структурних особливостей торфу (пористості та розмірів пор), його складу і ступеня розкладання.

Внаслідок того, що рослинна поверхня здатна всмоктувати величезну кількість води, вологоємність торфів в багато разів більше, ніж мінеральних ґрунтів.

Так, вологоємність сфагнового торфу, що не розклався, дорівнює 380% і більше, в той час, як для глинистих ґрунтів вона дорівнює (60-70)%.

При однорідному ботанічному складі торфи низького ступеня розкладання відрізняються більшою високою вологоємкістю (табл. 4.2) із збільшенням ступеня розкладання вологоємність падає.

Таблиця 4.2 – Орієнтовні показники вологоємності торфів

Види торфу	Ступінь розкла-дання	Порис-тість n, %	Вологоємкість, %
			повна	капі-лярна
Осоковий Дерев’яно-осоковий Тростиновий Тростиново-осоковий Осоковий Тростиново-дерев’яно-осоковий Осоковий Пушицево-осоковий Дерев’яно-осоковий Пушицево-сфагновий Осоково-дерев’яний Пушицевий	84 83 98 99 70 60 60 30-35 80-85 55 80-85 40	80 77 57 56 69 61 53 69 50 - - 55	628,16 562,67 550,94 526,19 341,28 316,94 607,10 392,25 179,20 1934,20 354,48 1381,10	628,16 - 550,94 526,13 - - 605,21 301,10 - - - -

При однаковому ступені розкладання торфи мохової групи мають велику вологоємкість, чим трав'янисті і деревні. Вологоємкість має практичне значення при визначенні ступеня насиченості торфів водою.

Об'ємна усадка торфу β є зменшення його об’єму при висиханні. Усадка залежить від початкової і кінцевої відносної вологості ( ) та до відповідної питомої ваги

. (4.13)

Торфи, що більше розклалися, мають значно більшу усадку (табл. 4.3), що розклалися менше – меншу за виключенням пушицевого.

Водопроникність торфу характеризується коефіцієнтом фільтрації (табл. 4.4). Для висушеного та невисушеного покладу значення цього коефіцієнта сильно залежить від ступеня розкладання торфу, типу та складу покладу.

Таблиця 4.3 – Об'ємна гранична усадка деяких видів торфу

Вид торфу	Ступінь розкладання, %	, %
Сапропель Пограничний горизонт Пушицевий Осоковий Тростиновий Сфагновий	100 88 47 79 52 33	86 86 84 68 49 38

Таблиця 4.4 – Орієнтовні значення коефіцієнту фільтрації.

Тип грунту	Коефіцієнт фільтрації, м/сек
Крупний та середній пісок Сфагновий очіс, мілкий пісок Сфагнові, глиняні, осокові й тростинові торфи слабого ступеня розкладання; супіски та замулені піски.	(1 – 10 )10 –3 (1 – 10 )10 –4 (1 – 10 )10 –5
Сфагнові, глиняні, осокові й тростинові торфи середнього ступеня розкладання; тростинові торфи середнього та високого ступеня розкладання; пушицеві слабого та середнього ступеня розкладання; легкі суглинки. Сфагнові та пушицеві торфи високого ступеня розкладання, осокові і дерев’яні низинні торфи високого та дуже високого ступеня розкладання; дерев’яні верхові торфи середнього ступеня розкладання; суглинки. Сфагнові та пушицеві торфи високого сту-пеня розкладання; дерев’яні верхові торфи високого ступеня розкладання; легкі глини.	(1 – 10 )10 –6 (1 – 10 )10 –7 (1 – 10 )10 –8 і менше