Структурно-механічні властивості лікувальної грязі

Лікувальні грязі відносяться до особливого класу текучих середовищ, які називаються в'язкопластичними рідинами (ВПР). На міцність структури лікувальної грязі впливає не тільки її склад, температура, густина і вологість, а й інтенсивність механічного чи іншого зовнішнього впливу, що наноситься на пелоїди перед або в період проведення лікування. Зв'язок між величиною прикладеної сили і інтенсивністю викликаного нею руху рідини характеризує коефіцієнт динамічної в'язкості 𝜂 Па С. Якщо М не залежить від умов руху рідини і визначається тільки її складом і температурою, то така рідина називається ньютонівською. До ньютонівських рідин відносяться вода, озерна ропа, істотно розбавлені грязьові розчини.

Рух в'язкопластичних рідин, у тому числі лікувальних грязей, підкоряється іншим законам. В'язкопластичні рідини структуровані. Це характеризується величинами граничних значень дотичної і нормальної напруг, при перевищенні яких структура руйнується і: 1) або починається течія ВПР в напрямку дії сили; 2) або відбувається відрив шару речовини від стінок апарату, де вона знаходиться; 3) або порушується дотичність між часточками самої рідини. Такими характеристиками є відповідно початкова напруга зсуву Г₀, пластична в'язкість Мр, адгезія рідини G і її когезія К, індекс нелінійності п для пелоїдів, що відносяться до нелінійних вязкопластичних середовищ. Кожна з цих величин вимірюється в паскалях [П]. Їх називають реологічними параметрами, або структурно-механічними характеристиками ВПР [ 27, C. 55-56].

Динамічний стан колоїдної системи грязі універсальний і породжується безперервним хаотичним рухом частинок в рідкому або газовому середовищах. Цей рух частинок є результатом безлічі ударів по частинкам молекул дисперсійного середовища.

По суті, всі основні властивості колоїдних систем проявляються на фоні їхньої участі в броунівському русі. Такі важливі властивості, як агрегативна стійкість (стійкість до коагуляції частинок) і седиментаційна стійкість (стійкість до їх осадження), визначаються конкуренцією між притяганням частинок під дією молекулярних сил і їх участю в тепловому броунівському русі. Іншими словами, поки енергія взаємодії в контактах між частинками Е залишається менше енергії броунівського руху частинок, універсальний динамічний стан таких систем: 1 ізотропна 0, тобто рівновероятно за обсягом системи - система агрегативно і седіментація стійка. Від колоїдного комплексу залежить пластичність грязей, що забезпечує вологоємність, а отже, і теплові властивості грязі. Пластичність грязі визначає її здібність легко наноситисч на тіло і добре на ньому утримуватися. Початковий опір зрушення є порядковим параметром, за яким судять про придатність пелоїдів до використання в лікувальних цілях. Він визначається величиною опору зрушенню при мінімальній силі, яка обумовлює перше порушення структури грязі, і виражається в одиницях дін/см². Для визначення початкового опору зрушенню Г₀ лікувальних грязей використовують пластоміри. Визначення проводять за допомогою спеціальної пластинки, зануреноі в грязь, і навантаження, що призводить до початку її руху. Вважається, що кондиційними за цим параметром є лікувальні грязі при Г₀ = 150-200 Па, тобто від 1500 до 2500 дін/см². При менших значеннях Г₀ грязь стікає з тіла хворого, при великих - різко зростають втрати енергії на механізовану доставку лікувальної грязі по трубах на медичні кушетки бальнеолікарні. Торф'яна грязь має меншу пластичність, ніж мулова.

Реологічний параметр Г₀ іноді називають статичним початковим опором зрушенню, підкреслюючи тим самим, що тільки при Г> Г₀ з'являється можливість зрушити спокійну лікувальну грязь, тобто перевести її з статичного (нерухомого) стану в динамічний (рухомий) стан. При Г <Г₀ лікувальна грязь поводиться як тверде тіло, частинки якого не переміщуються ні відносно один одного, ні щодо тієї поверхні, з якої вони стикаються.

Нагрівання пелоїдів від 20 до 50 ° С або не впливає, або призводить до зниження Г₀. Найчастіше це зниження дуже невелике (родовища оз. Чокрак, лиману Куяльник). Однак для деяких пелоїдів вплив температурного чинника дуже істотний.

Нагрівання сопкових грязей булгапакської, грязей Таганрозької затоки, Сакської від 20 до 50 ° С знижує Г₀ в двічі. Нагрівання знижує початкову напругу зсуву торфів на помітну величину - 30-60 Па [16, C. 78-80].

2.2.1.Пластична в'язкість. Лікувальні грязі, що займають по дисперсності проміжне положення між колоїдними системами (D 100 мкм) - назвають мікрогетерогенних. В цьому випадку частинки під дією молекулярних сил об'єднуються в просторові структури, які утримують частинки в полі дії сил, порівнянних з силою тяжіння. Енергія зв'язку кожної з частинок з сусідніми в структурній сітці перевищує величину КвТ (де Кв - стала Больцмана, Т - абсолютна температура) в десятки і навіть сотні разів, а деякі частинки великих розмірів взагалі не можуть брати участь в тепловому броунівському русі. Наявність структури призводить до надзвичайно різкого зростання міцності і в'язкості.

Пластична в'язкість _р лікувальних грязей залежить, як і початковий опір зрушенню Г₀, головним чином, від їх вологості (для торфів) або від густини (для мулових і сопкових грязей). Вплив температури проявляється в меншій мірі [ 8, C. 214].

В'язкісні властивості лінійнов’язких (бінгамовских) середовищ однозначно характеризуються їх пластичної в'язкістю _р. При зміні густини мулових і сопкових лікувальних грязей в тому ж напрямку змінюється і їх пластична в'язкість. _р зростає при збільшенні і знижується при зменшенні густини полоїдів.

Пластична в'язкість лікувальних торфів змінюється в напрямку, протилежному зміни їх вологості.

На течію грязей впливає не тільки величина зсувних деформацій, яка характеризується швидкістю зсуву, але і тривалість перемішування пелоїдів. Плин грязі реалізується у вигляді почергових, ковзаючих один відносно одного областей−шарів, які сильно ущільнюються і зміцнюються по мірі зростання Е (Е - відносна деформація). Процес седиментації також відрізняється чергуванням зон підвищеної та низької густин і відповідно міцності і в'язкості структур, які формуються в їх об’ємі. Для вивчення текучості різних матеріалів використовують віскозиметри.

До числа факторів, що впливають на реологічні властивості пелоїдів, відноситься і багаторазовість їх застосування. Текучість лікувальних грязей, що відносяться до бінгамовских середовищ, залежить від двох параметрів – Г₀ і _р . Досліди, проведені В. Г. Ушаковим (1989), показали, що пластична в'язкість свіжої регенерованої грязі, використаної два, чотири і шість разів, практично однакова і від температури не залежить. Початкова ж напруга зсуву після вторинного використання значно падає в 1,5-3 рази у залежності від густини і температури полоїду [ 27, C. 49-50].

2.2.2.Липкість. Липкість (клейкість) G - являє собою силу зчеплення двох різнорідних тіл, і зокрема лікувальної грязі, з шкірним покривом людини. В цій якості липкість є важливим бальнеотехнічним параметром, що характеризує одну із умов утримання грязьової аплікації на поверхні тіла хворого. Чисельно липкість відповідає мінімальним значенням сили, що діє по нормалі до поверхні дотику, яка достатня для відриву грязьової аплікації від цієї поверхні в розрахунку на одиницю площі, тому липкість вимірюється в Н/м² або в Па [ 16, C. 82].

Липкість можна віднести до реостатичних параметрів, так як її чисельне значення дозволяє визначити умови невідриваючи грязьову аплікації, тобто умови перебування шару пелоїдів в нерухомому, статичному стані. Липкість залежить від багатьох факторів. Вона неоднакова для пелоїдів різних родовищ, а для конкретної лікувальної грязі залежить від її густини або вологості, температури, стану поверхні тіла і тривалості контакту.

Липкість мулової лікувальної грязі зі збільшенням густини зростає. Так при збільшенні густини на 0,1 г/см³ липкість дорівнюватиме 50-200 Па. Ще більший вплив робить склад грязі. Стабільне значення сили зчеплення пелоїдів з поверхнею твердого тіла встановлюється не відразу з моменту початку контакту, а після 1,5-2-хвилинного проміжку часу, протягом якого спостерігається різке збільшення липкості. Нагрівання мулових грязей від 20 до 45 ° С знижує їх липкість в 1,5 рази. Клейкість пелоїдів підвищеної густини в результаті перемішування може значно знизитися, і це слід мати на увазі при підготовці грязьових процедур [ 18, C. 62].

2.2.3.Когезія та питома теплоємність. Сила взаємодії між молекулами, як відомо, залежить від відстані, на якій вони знаходяться одина від одної. Силою міжмолекулярної взаємодії (так звані сили когезії) можуть пояснити деякі фізичні характеристики лікувальної грязі. Когезія К характеризує силу зчеплення частинок речовини. Тому когезію можна розглядати, як окремий випадок адгезії, так як тут роль і адгезиву і субстрату грає одне і те саме середовище - лікувальна грязь. Чисельно К дорівнює силі, спрямованої зсередини об’єму ВПР по нормалі до її зовнішньої поверхні, це і призводить до порушення монолітності ВПР через відрив її окремих шарів або частинок від основного масиву.

Питома теплоємність - кількість тепла, необхідне для нагрівання 1 г грязі на 1°С. Теплоємність мулових грязей становить 0,50-0,55 ккал / г - °С

[ 24, C. 11].

Дата добавления: 2015-08-31