Крупность заполнителя бетона: ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия»

Автор

Содержание

Зерновой состав крупных заполнителей

Крупный заполнитель. В качестве крупного заполнителя для бетона применяют щебень, гравий или щебень из гравия. Щебень (материал в виде кусков с размерами 5—70 мм) получают путем дробления плотных горных пород, мартеновских или доменных шлаков, отходов керамической промышленности, кирпича и т. п. Гравий— рыхлые обломки окатанной формы крупностью от 5 до 70 мм, образовавшиеся в результате естественного разрушения (выветривания) горных пород. По крупности зерен щебень и гравий делятся на следующие фракции: 5—10, 10—20, 20—40, 40—70 мм. Зерновой состав каждой фракции или смеси фракций должен соответствовать следующим требованиям ГОСТ 10268—70. За наибольшую крупность зерен щебня или гравия (Днаиб) принимают размер отверстий сита, на котором полный остаток не превышает 5% навески, а наименьшая крупность (Днаим) соответствует размеру отверстия первого из сит, расположенных в порядке уменьшения размеров отверстий, полный остаток на котором не меньше 95% просеиваемой пробы.

Лучшим зерновым составом крупного заполнителя следует считать состав, в котором имеются зерна различного размера, поскольку такой крупный заполнитель обладает наименьшей пустотностью, и для заполнения пустот в таком заполнителе требуется пониженное количество цементного раствора. Зерновой состав крупного заполнителя определяют путем просеивания просушенной пробы его в количестве 10 кг через набор стандартных сит размерами отверстий 70, 40, 20, 10 и 5 мм.

При дроблении горных пород обломки щебня получаются неправильной формы с шероховатой поверхностью. Щебни, имеющие зерна, приближающиеся по форме к кубу или тетраэдру, считаются лучшими для бетона. В щебне и гравии не должно содержаться более 15% зерен пластинчатой (лещадной) или игловатой формы. В них не должно быть зерен слабых и выветрелых горных пород более 10%. К вредным примесям в щебне и гравии относят глинистые, илистые и пылеватые частицы и органические примеси (в гравии), которые снижают прочность бетона.

Количество глинистых, илистых и пылевидных частиц не должно превышать в щебне и гравии 1—3% (в зависимости от вида заполнителя и марки бетона). При наличии вредных примесей в количестве более, чем предусмотрено указанным ГОСТом, щебень и гравий промывают водой, что обычно производят в карьере при заготовке крупного заполнителя.

В зависимости от дробимости при сжатии (раздавливании) в цилиндре щебень для бетона делится по прочности на марки 1200, 1000, 800, 600, 400, 300 и 200. По прочности исходной горной породы марка щебня при сжатии в водонасыщенном состоянии должна быть выше марки бетона не менее чем в 1,5 раза для бетонов марок ниже 300 и не менее чем в 2 раза для бетонов марок 300 и выше. Щебень или гравий для бетона, работающего в условиях попеременного замораживания и оттаивания, должен быть достаточно морозостойким. По степени морозостойкости крупные заполнители подразделяют на марки Мрз15, 25, 50, 100, 150, 200, 300. Морозостойкость щебня и гравия должна обеспечивать заданную морозостойкость бетона.

Щебень вследствие шероховатой поверхности зерен лучше сцепляется с цементным камнем и позволяет при прочих равных условиях получить более прочные бетоны, чем с гравием. Однако бетонные смеси на гравии имеют большую подвижность и лучшую удобоукладываемость, чем на щебне.


Крупные заполнители

Категория: Выбор стройматериалов


Крупные заполнители

В качестве крупного заполнителя для бетона используют гравий и щебень. В зависимости от насыпной плотности и структуры зерен крупного заполнителя различают плотные (тяжелые) заполнители, используемые для тяжелого бетона и пористые, используемые для легкого бетона.

По крупности зерен щебень и гравий разделяют на следующие фракции: 5…10; 10…20; 20…40; 40…70 и 70…120. Для массивных конструкций допускается использовать фракции большего размера. В строительстве применяют крупный заполнитель в виде смеси фракций, обеспечивающей минимальную межзерновую пустотность, или в виде отдельных фракций при условии последующего их смешения в заданных соотношениях. Чем меньше межзерновая пустотность, тем меньше расход цементно-песчаного раствора (а в конечном счете цемента), заполняющего в бе тоне пустоты между зернами заполнителя.

К плотным заполнителям для тяжелого бетона относятся гравий, получаемый из природных залежей (его обработка заключается в сортировке по фракциям и промывке), и щебень, получаемый дроблением горных пород, крупных фракций гравия и плотных металлургических шлаков.

Содержание различных фракций в крупном заполни теле для бетона нормируется ГОСТ 10268—80.

Для тяжелых бетонов нормируется прочность крупного заполнителя, но во всех случаях прочность заполнителя должна быть выше прочности бетона в 1,5…2 раза. То же относится и к морозостойкости заполнителя. Поэтому для высокомарочных тяжелых бетонов применяют щебень из плотных известняков, гранита, базальта.

Чтобы щебень и гравий не снижали прочности и долговечности бетона, они не должны содержать пылеватых-глинистых и илистых (определяют отмучиванием) примесей более 1…3% в зависимости от вида заполнителя и марки бетона и органических примесей выше нормы (определяют пробой раствором едкого натра). Присутствие глины в виде комков в щебне и гравии не допускается.

Пористые заполнители для легких бетонов получают главным образом искусственным путем (например, керамзит, шлаковую пемзу, аглопорит и перлит). Из природных пористых заполнителей применяют щебень из пемзы, туфа и пористых известняков, которые используют в качестве местного материала. Марка пористых заполнителей устанавливается по их насыпной плотности (кг/м3).

Для пористых заполнителей еще в большей степени, чем для плотных, имеет значение правильный зерновой состав. Пористые заполнители выпускают в виде фракций размерами 5…10 мм; 10…20 мм и 20…40 мм. При приготовлении бетонной смеси их смешивают в требуемом соотношении.

Керамзит — гранулы округлой формы с пористой сердцевиной и плотной спекшейся оболочкой. Благодаря такому строению прочность керамзита сравнительно высокая (до 6 МПа) при небольшой насыпной плотности (150…600 кг/м3). Получают керамзит быстрым обжигом во вращающихся печах легкоплавких глинистых пород с большим содержанием окислов железа и органических примесей до их вспучивания.

Керамзит выпускают в виде гравия с гранулами размером 5…40 мм и песка (зерна менее 5 мм). Марки керамзита от 250 до 600. Морозостойкость керамзита не менее Мрз 15.

Шлаковая пемза — пористый щебень, получаемый вспучиванием расплавленных металлургических шлаков путем их быстрого охлаждения водой или паром. Этот вид пористого заполнителя экономически очень эффективен, так как сырьем служат промышленные отходы, а переработка их крайне проста. Марки шлаковой пемзы от 300 до 1000. Прочность ее соответственно от 0,4 до 2 МПа.

Аглопорит — пористый заполнитель в виде гравия, щебня, получаемый спеканием (агломерацией) сырьевой шихты из глинистых пород и топливных отходов. Марки аглопорита от 400 до 1000.

Вспученные перлитовый песок и щебень — пористые зерна белого или светло-серого цвета, получаемые путем быстрого (1…2 мин) нагрева до температуры 1000…1200 °С вулканических горных пород, содержащих небольшое количество (3…5%) гидратной воды (перлит и др.). При обжиге исходная порода увеличивается в объеме в 5… 15 раз, а пористость образующихся зерен достигает 85…90%.



Выбор стройматериалов — Крупные заполнители

Требования к крупным заполнителям при производстве бетона

В зависимости от типа бетона мелкий и крупный заполнители суммарно могут занимать до 80 процентов объема, что существенно влияет на эксплуатационные свойства бетона. Крупные заполнители имеют зерна размером свыше 5 мм, их подразделяют на гравий, который представляет собой камни округлой формы с гладкой поверхностью, и щебень, зерна которого имеют угловатую форму. Гравий является материалом естественного происхождения, образовавшимся при выветривании горных пород либо при воздействии морской и речной воды на берегах водоемов.

Зерна гравия округлые, причем у морского или речного гравия они более гладкие, чем у горного. Размеры зерна гравия определяют от 3 до 70 мм. Щебень чаще всего получают дроблением горных пород на специальных камнедробилках. Форма зерен щебня близка к кубической или призматической с острыми гранями. Поверхность зерен щебня более шероховатая, чем у гравия, поэтому и сцепление щебня с цементным камнем лучше, в силу чего при получении высокопрочного бетона марок М500 и выше используется щебень.

Механические свойства крупного заполнителя существенно влияют на прочностные характеристики бетона. Если у заполнителя низкие показатели по прочности, то даже применение цемента с высокими марками не позволит получить высокопрочный бетон, то есть заложенные в примененном цементе высокие прочностные параметры окажутся неиспользованными.

Зерна щебня и гравия подразделяют на четыре фракции по крупности размеров зерен в диапазоне от 5-10мм до 40-70мм. В практике эти заполнители поступают смесью из двух и более фракций. Здесь уже вступают в силу договоренности между поставщиком и потребителем, когда диапазоны размеров зерен по взаимному согласованию могут находиться в более расширенных размерных рамках. Для щебня и гравия определены ограничения по максимальному размеру зерен. Они не должны быть крупнее 1/4 части размера минимального сечения бетонной конструкции и 3/4 минимального расстояния между стержнями арматуры в железобетонных конструкциях. При изготовлении малоармированных фундаментов, эстакад, стенок допускается использование гравия с зернами размером до 120-150мм (12-15см).

Особое требование предъявляется к чистоте заполнителя. Пылевидные или илистые частицы обволакивают поверхность зерен и ухудшают их сцепление с цементным камнем. Это существенно снижает прочность и морозостойкость бетона, поскольку в контактных зонах между цементным камнем и зернами бетон начинает разрушаться уже при незначительных нагрузках. Загрязняющие заполнитель глина или суглинки хорошо впитывают и удерживают воду. В холодную погоду эта вода замерзает и увеличивается в объеме, создавая дополнительные разрушающие напряжения, тем самым снижая морозостойкость ЖБИ. Поэтому содержание глинистых или пылевидных частиц в крупном заполнителе не должно превышать 1 процент.

бетоны тяжелые и мелкозернистые, технические условия, характеристики крупности заполнителя заменен на 2015

Изготовление и состав тяжелых мелкозернистых бетонных смесей регулируется государственным стандартом № 26633 2012. Подробней о марках готовых смесей, а также физических свойствах тяжелого бетона и сферах его использования расскажет вам наша статья.

Рассмотрим состав и свойства.

Технические характеристики

Готовая бетонная смесь отличается высоким удельным весом, который составляет примерно 1800–2500 кг/м³. в составе находится большое количество цемента, крупного и мелкого наполнителя и вода. Остальные добавки зависят от производителя, но регламентируются инструкциями ГОСТ 26633 2012. В статье вы можете почитать о том, как считать удельный вес бетона.

О том каковы марки бетона и их применение можно узнать прочитав данную статью.

Подробнее главные характеристики сведены в таблицу. Различают пять основных типов бетонных смесей. Использование каждой из них целесообразно назначению повысить прочность конструкции и придаст ей необходимые свойства.

Каковы пропорции бетона в ведрах можно узнать из данной статьи.

Таблица марок бетона и их характеристик:

№ п/п: Обозначение бетонного раствора: Марка используемого цемента: Удельная масса (кг/м³): Водонепроницаемость: Морозостойкость: Подвижность (влияет на удобство укладки): Пропорции состава (на 1 м³):
Цемент, кг: Песок, кг: Щебень, кг: Вода, л:
1. В 15. М 200. 2400. 6. 200. П 2. 260. 900. 1086. 155.
2. В 20. М 250. 2390. 6. 200. П 3. 320. 860. 1040. 165.
3. В 22,5. М 300. 2400. 8. 300. П 3. 360. 830. 1040. 165.
4. В 25, М 350. 2395. 8. 300. П 4. 420. 795. 1000. 175.
5. БСГ В 30. М 400. 2410. 10. 300. П 4. 470. 760. 1000. 175.

Марка цемента играет немаловажную роль при создании качественного тяжелого бетона. Применяются все возможные вариации, начиная от М 100, для которой достижение необходимой прочности обеспечивается специальными примесями. Бетоны, выполненные с использованием цемента М 700 и выше, относятся к супертяжелым. Но самыми популярными и востребованными считаются бетонные смеси, приготовленные с использованием цемента М 200–350.

Каковы пропорция бетона для фундамента можно прочесть из статьи.

На видео – бетон гидротехнический гост 26633 2012:

Подробнее о составе тяжелого материала

Главный компонент — цемент марки М 200 и выше. От качества цемента будет зависеть свойства готового раствора. Существуют специальные добавки, которые повышаю прочность и крепость готового слоя, но не рекомендуется использовать заведомо «легкую» цементную смесь.

Каковы пропорции бетона для стяжки пола в гараже можно узнать из данной статьи.

Крупный наполнитель обычно представляет собой гравий, гранит, известняк или диабаз, а также другие представители горной породы. Самая подходящая фракция крупных элементов от 5 до 70 мм. Марка используемых компонентов также должна быть не ниже М 350 для известняковых и М 450 для гравийных включений.

В составе тяжелого бетона присутствуют и небольшие компоненты: кварцевый песок крупного и мелкого подбора. Преобладание мелкозернистых составляющих также характерно для этого типа бетонных смесей. Называются они мелкозернистые или пескобетон. Благодаря довольно большому удельному весу такие разновидности также относятся к разряду тяжелых бетонов, технические характеристики и состав будут регламентироваться государственным стандартом.

О том каково время застывания бетона в зависимости от температуры можно прочесть из статьи.

Специальные добавки каждый производитель может использовать по своему усмотрению. Различают перечень следующих рекомендуемых для включения в состав примесей.

Добавки для придания специфических свойств в бетонный состав:

  • Пластификаторы служат для создания более пластичной и послушной массы. Оказывают комплексное воздействие, главными критериями готового раствора станет увеличение подвижности, прочности, водонепроницаемости и однородности. Предотвращает прилипания смеси к формовочным элементам, появление трещин и усадки готовой поверхности. Благодаря добавке снижается водопотребность раствора и расход сухого цемента без риска потери качества. Также имеют широкое применение среди других строительных материалов. 
  • Добавки – ускорители для сокращения сроков затвердения готовой смеси помогут быстрее получить качественное покрытие. Обычно бетонный раствор полностью готов к дальнейшей эксплуатации от 48 часов, в зависимости от площади и толщины заливаемого слоя. Использование специальных химических веществ ускоряет этот процесс примерно на 12 часов и позволит получить готовую плоскость за более короткое время без ущерба в качестве.  
  • Противоморозная добавка используется для понижения точки замерзания воды, благодаря чему можно производить заливку бетона даже при температуре -20º С. Выпускается в жидком виде и в сухом порошке.

О том, что такое марка бетона В 15 и как она используется, можно прочесть из статьи.

Лучше всего не выполнять подобные работы в столь экстремальных условиях, но при необходимости можно использовать дополнительное утепление, нагрев арматурных конструкций и эту специальную добавку. 

  • Гидродобавка для бетона помогает улучшить гидроизоляцию готового слоя. Большим преимуществом этого вещества будут способность «самозатягивания» мелких (до 0,4 мм толщиной) трещин на поверхности. 
  • Пеногаситель, в отличие от пенообразователя, используемого для насыщения бетонного раствора воздушными пузырьками, необходим для прямо противоположных целей. С его помощью из жидкого раствора быстро и эффективно удаляется воздух, а структура становится однородной и плотной. Для тяжелых бетонов это необходимый критерий, свидетельствующий о его качестве.

Каковы характеристики бетона 200 можно прочесть из статьи.

Благодаря пеногасителю застывшая поверхность будет иметь ровный вид без характерных «кратеров» и ямок. 

Использование специальных добавок делает раствор более удобным в работе, избавляя от мелких недостатков и улучшая достоинства. Большинство строителей предпочитают работать именно с усовершенствованными бетонами. Это позволит существенно сэкономить время и силы, а также некоторые строительные материалы. Такие растворы легче в укладке, а готовая поверхность обладает хорошей прочностью и однородностью, без видимых дефектов и недостатков.

О том каков состав бетона М 400 на 1 м-2 можно прочесть в данной статье.

Область применения

Тяжелые бетонные растворы широко используются в бытовом и инженерном строительстве. Все несущие и силовые элементы зданий и сооружений целесообразней выполнять именно из тяжелого бетона. Если сфера применения легких смесей ограничивается возведением стен и перекрытий, то на долю тяжелого бетона приходится все остальное. В качестве основы можно использовать арматурные сетки ГОСТ 23279 2012.

Каков состав бетона М 200 на 1 м-2 можно прочесть из статьи.

Для тяжелых бетонов характерна естественная усадка на протяжении 2–3 лет после установки, поэтому такой фактор в обязательном порядке учитывается.

Для жилых зданий, возведенных с использование тяжелых составов, например, бетон марки в25, так же может понадобиться дополнительная теплоизоляция, так как материал сам по себе обладает высоким показателем теплопроводности.

О том каковы пропорции бетона марки 200 можно узнать из данной статьи.

Производство железобетонных изделий, фундаменты различных типов, гидротехнические сооружения, плиты перекрытия, напольные стяжки, бетонная подушка для дорожных покрытий и изготовление бордюрного камня. Все это лишь краткий перечень возможностей использования тяжелого бетона.

Технология бетона, стр. №56

Фракционирование гравия (щебня)

Сказанное о влиянии зернового состава заполнителей на качество смесей и бетона вызывает необходимость фракционирования крупного заполнителя, что отражено в технических и общих требованиях ГОСТа на заполнители для любых видов бетона. Крупный заполнитель (природный гравий, щебень из гравия, булыг, монолитных и обломочных разностей горных и технических пород) разделяется на такие фракции, которые позволяют составлять требуемую смесь для изготовления любой конструкции (сооружения), используя все преимущества научно обоснованного подбора зернового состава.

Столь резкое различие в пластичности-жесткости смесей связано не только с уменьшением поверхности смачивания зерен (следовательно, уменьшением количества воды в цементном тесте), но и с возможностью погружения частиц большей массы в раствор с такой вязкостью, которая препятствует передвижению в нем менее крупных зерен.
Роль фракционирования крупного заполнителя- (выбора оптимального зернового состава) целесообразно проверить экспериментами по приготовлению бетонных смесей заданной пластичности-жесткости, расходу цемента и хотя бы по показателю прочности. Это возможно осуществить следующим методическим приемом. Назначают объем опытного замеса и приготовляют его в два приема. Сначала готовят сухую смесь заполнителей проектного состава и засыпают в мерный сосуд для точного дозирования. Для каждого замеса приготавливают цементное тесто (цементная концентрированная суспензия), в котором известны содержание цемента и воды, назначаемые в соответствии с подобранным составом бетона. Для опытов, результаты которых изложены ниже, проанализирован состав бетона эталона, содержащий в 1 м3 цемента 300 кг, воды 175 кг, песка 567 кг, гравия 1300 кг. Пластичность-жесткость проверяемых составов смеси должна составлять 3—5 см.

Как видно из приведенных фракционных составов, независимо от максимальной крупности зерен гравия в каждой верхней группе составов 1, 3, 5, 7 содержится 50% фракций зернами наименьшего размера, а в нижней группе составы 2, 4, 6, 8 с 50% фракций зерен наибольшего размера. Из этого эксперимента можно сделать ряд обобщений, подтверждающих важность фракционирования заполнителей:
1. Существует зависимость между зерновым составом заполнителей, расходом цемента и пластичностью-жесткостью бетонной
(растворной) смеси; чем крупнее зерна и больше содержится их, тем с меньшим количеством суспензии цементного теста можно получить бетонную смесь заданной пластичности-жесткости.
2. Для некоторых соотношений зерен при прочих равных условиях (в том числе для смесей с относительно высоким содержанием зерен наибольшей крупности) расход цемента будет разным; например, для прерывистых составов он ниже, чем для непрерывных. Каждый из перечисленных факторов (наибольшая крупность зерен, их количество в смеси, прерывистость или непрерывистость состава) по-разному влияет на расход цемента в бетоне при неизменном количестве песка и крупного заполнителя; из них наибольшее влияние оказывает количество крупных фракций (на непрерывном и прерывистом зерновых составах).
3. В этих опытах влияние крупности зернового состава сказалось лишь до крупности зерен в 160 мм.

Следует учитывать, что эти выводы в части количественного значения носят различный характер. Так, наименьшие расходы цемента по сравнению с эталоном получены для всех составов, в которых имеется до 50% зерен наибольших размеров. Указанное различие в содержании цемента доходит до 22%.

Фракционирование природных минеральных заполнителей всегда необходимо при разделении их на мелкий и крупный заполнитель. В этом случае мы добиваемся проектного соотношения песка я гравия в бетонной смеси и в значительной мере приближаемся к запроектированному составу. Однако дальнейшее фракционирование заполнителей приносит технический эффект только в случае введения необходимых фракций, отсутствующих в месторождении. Иначе фракционирование не даст эффекта, даже если гравий промывать. Следовательно, выяснение вопроса об организации фракционирования и целесообразных путях его осуществления всегда надо начинать с анализа зернового состава гравия (песка), возможности получения недостающих фракций, с оценки целесообразности и реальности их получения путем дробления камня (булыг).

Приведенные результаты опытов не дают точных показателей по той причине, что форма зерен гравия (щебня) исключительно разнообразна. Математические выводы можно применять в этих опытах с должной их сходимостью только для зерен, имеющих форму шаров.

Страницы:

Материалы, используемые для приготовления качественного бетона

К материалам, используемым для приготовления высокопрочного бетона, предъявляются повышенные требования, обеспечивающие получение бетона нужной прочности при максимально возможной экономии цемента.

Цемент. В качестве вяжущего, применяют пластифицированный,   гидрофобный  или  обычный   портландцементы, которые должны иметь наибольшую возможную активность и наименьшую нормальную густоту. Рекомендуются цементы, у которых нормальная густота цементного теста не более 25-26 % и активность не ниже 500-600.

 

Высокопрочные бетоны наиболее целесообразно приготовлять на высокоактивных портландцементах (ВПЦ), которые выпускаются в настоящее время отечественной цементной промышленностью. Достаточно быстрое нарастание прочности в раннем возрасте позволяет сократить до минимума использование различного рода ускорителей твердения бетона.

Песок. Для приготовления высокопрочного бетона используются природные, искусственные (или их смеси) фракционированные кварцевополевошпатовые пески, поставляемые в виде двух фракций — крупной (размерами зёрен от 1,25 до 5 мм) и мелкой (размерами зёрен от 1,4 до 0,63 мм). Зерновой состав крупного и мелкого заполнителей после фракционирования должен отвечать требованиям ГОСТ.

В крупной фракции наличие зёрен более 5 мм, а в мелкой менее 0,14 мм не допускается, при этом содержание отмучиваемых примесей в песке не должно превышать 1 % по весу.

Исходя из условий получения бетонной смеси с наилучшей удобоукладываемостью соотношение крупной и мелкой фракций песка выбирают в пределах: крупной — 20- 50% и мелкой — 80-50% по весу.

Для приготовления высокопрочных бетонов марок до 800 включительно можно применять чистые крупно- или среднезернистые пески природной гранулометрии (без фракционирования) при условии, если кривая просеивания находится в пределах области, рекомендуемой ГОСТ. В случаях, когда вязкость применяемого цементного теста велика, т. е. нормальная густота /Сн.г!>26%, а В1Ц<С <. 0,33), кривая просеивания должна находиться у верхней границы области, рекомендуемой ГОСТ. Такой песок следует фракционировать, отделяя частицы мельче 0,3 мм. Применять пески, зерновой состав которых не отвечает указанным требованиям, допускается только при соответствующем технико-экономическом обосновании.

Крупный заполнитель. В качестве крупного заполнителя в высокопрочных бетонах применяют щебень, получаемый дроблением прочных плотных горных пород. Прочность щебня при сжатии в насыщенном водой состоянии, согласно ГОСТу, должна превышать прочность бетона не менее чем в полтора раза.

Допускается применять щебень пониженной прочности, но не ниже прочности бетона. В этом случае его следует испытывать в бетоне и использовать после соответствующего технико-экономического   обоснования.

Щебень необходимо применять- чистым (не содержащим отмучиваемых частиц) и фракционированным. Размеры фракций принимаются 5-10, 10-20 и 20-40 мм.

Наибольшую крупность щебня обычно выбирают в зависимости от размеров поперечного сечения элемента и особенностей армирования конструкции. Для изготовления слабоармированных, толстостенных конструкций можно применять щебень с максимальной крупностью до 70 мм.

Заполнители, используемые для приготовления высокопрочного бетона, должны быть сухими. В остальном крупный заполнитель должен отвечать требованиям ГОСТа.

Заполнители бетона — Справочник химика 21

    Среди извлекаемых при горных работах пород нередко встречаются пластичные глины. Так, в Никопольском бассейне их запасы оцениваются в 430 млн м Эти глины являются сырьем для производства керамзита — хорошего тепло- и звукоизолирующего материала, служащего пористым заполнителем бетонов, фильтрующим материалом и т. п. [c.280]

    Различные кислые газы разрушают бетоны. Они обусловливают термодинамическую неустойчивость всех составляющих цементного камня и бетона. Поскольку карбонаты более стойки к действию кислых газов, их целесообразно применять в качестве заполнителей бетона, эксплуатируемого в таких средах. [c.371]


    В качестве заполнителей бетона необходимо применять щебень и песок в соответствии с требованиями ГОСТ 10268—70. Применение гравия в качестве заполнителя запрещается, при этом содержание зерен заполнителя пластинчатой и игловатой формы должно быть не более 15%. [c.86]

    Пески крупностью +0,14 мм, т.е. большей, чем нежелательной илистой части компонентов при получении строительных материалов, используют как мелкий заполнитель бетонов для производства силикатного и шлакового кирпича и в качестве отощающей добавки для изготовления глиняного кирпича как балластный материал при выпуске деталей и конструкций широкой номенклатуры для жилищно- [c.45]

    Граниты — глубинные магматические силикатные породы, состоящие из полевых шпатов, кварца, слюд и отличающиеся высокими механическими свойствами. Практически используют пока лишь отсевы дробления гранитов при получении щебня и заполнителей бетона. [c.54]

    При получении щебня дроблением неизбежен выход фракции менее 5 мм, которая как щебень некондиционна, но отвечает по крупности пескам (5,0-0,14 мм). В частности, при дроблении доменных шлаков образуется до 15-20% песка с насыпной плотностью 1320-1370 кг/м . Он полностью используется при изготовлении рядового бетона, гипсобетона, железобетонных труб, гипсо-шлаковых перегородок. Песок иэ сталеплавильных шлаков применяется как наполнитель асфальтобетона. В качестве мелкого заполнителя бетона утилизируется фракция 5-0 мм отвальных шлаков медной и никелевой плавок и т.д. [c.169]

    Утилизация шлаков в качестве крупного и мелкого заполнителей бетона также хорошо известна. [c.184]

    Мелочь огнеупоров размером 20-30 мм чаще всего также складируется в отвале. Однако иногда ее подвергают магнитной сепарации для извлечения частиц металла. В этом случае она поступает на измельчение до крупности не более 3 мм, а затем на магнитную сепарацию. Магнитная фракция отправляется на переплавку, немагнитная пригодна как заполнитель бетонов. [c.222]

    На некоторых предприятиях утилизируют бой углеродсодержащих кирпичей. В частности, остатки ковшовой футеровки, содержащие металл и углерод, применяют в качестве заполнителя бетонных и железобетонных смесей многопустотных панелей, качество которых удовлетворяет требованиям на эту продукцию. [c.222]

    Величина радиуса корреляции зависит не только от степени неоднородности полупространства (от материала и размеров зерен крупного заполнителя бетона), но и от спектральной плотности структурного шума, зависящей, в свою очередь, от характеристик зондирующего сигнала и, естественно, от акустических свойств среды, вследствие изменения затухания от частоты. [c.639]

    Поисковая ультразвуковая аппаратура позволяет обнаруживать в бетоне локальные дефекты, сравнимые по размерам с длиной волны ультразвуковых колебаний. Размер зерен крупного заполнителя бетона определяет естественный предел чувствительности прибора. Протяженные дефекты обнаруживаются с лучшим отношением сигнал-шум. [c.639]


    ПЕМЗА ж. Пористая вулканическая порода, не тонущая в воде применяется как абразивный материал, заполнитель бетонов, добавка к цементу и др. [c.306]

    Кварц, представляющий собой основной минерал мелкого и крупного заполнителя бетона, при температуре около 573°С претерпевает модификационное превращение, сопровождающееся увеличением объема и, как следствие, появлением трещин в бетоне. [c.457]

    Продолжительность хранения на воздухе сутки Бетон с шамотным заполнителем Бетон с андезитовым заполнителем  [c.65]

    Экономия может быть значительно увеличена, если заготовку заполнителей бетона проводить централизованно. [c.149]

    Гуревич Б.И. Гранулированный шлак медно-никелевого производства как заполнитель бетона. В сб. Химия и технология вяжущих веществ, изд. Наука , Л., 1968. [c.98]

    ДИ-500 Заполнители бетонной смеси 100—500 2,5 То же [c.283]

    Бетоны. Бетон — искусственный камень, получаемый при затвердевании затворенной водой смеси цемента, песка и заполнителя. Бетоны широко используются для различных сооружений. [c.160]

    Железобетонный ствол иа отметке 95,75 м с подветренной стороны покрыт отложениями солей, толщина слоя составляет 10—15 мм. (рис, 13). Цементная пленка под слоем солей разрушена и виден крупный заполнитель бетона. Ниже (до отметки 65 ж) толщина слоя отложившихся солей составляет 2—3. им.. [c.23]

    Дозировочные весы для заполнителей бетона ВАЗ-300. Предназначены для автоматического взвешивания заполнителей бетона с объемной массой 1,8—2 т1м и выдачи на ленту конвейера на бетонных заводах непрерывного действия. Весы стационарные, с циферблатным указательным прибором. Управление весами электропневматическое, питатель вибрационный. [c.138]

    Дозатор С-633. Предназначен Для непрерывного весового дозирования заполнителей бетона (песок, щебень, гравий) применяется при составлении бетонных смесей на автоматизированных бетонных заводах. [c.182]

    На бетон агрессивно воздействуют и водные растворы различных минеральных и органических солей. Степень агрессивности этих солей по отношению к бетону зависит от химического состава вяжущего вещества и заполнителей бетона. Кислые соли разрушают бетон вследствие содержания в нем свободной извести. [c.49]

    Стойкость бетона при действии на него водных солевых растворов зависит от характера и концентраций растворов солей, от химического состава цемента и заполнителей бетона, а также от плотности бетона. Растворы кислых солей разрушают бетон, содержащий значительное количество свободной извести. [c.52]

    Печи находят широкое распространение почти во всех отраслях промышленности. В черной металлургии в доменных печах получают чугун, в конверторах — сталь, в прокатных цехах в печах нагревают металл перед прокаткой и термообработкой после прокатки в цветной металлургии металл получают и перерабатывают также в печах. Печи применяются в кузнечных и термических цехах ]машиностроительных заводов для нагрева металла перед ковкой и штамповкой, для его термообработки,, в литейных цехах — для плавки металла и сушки литейных форм и стержней в керамической промышленности и промышленности строительных материалов — для обжига огнеупоров и керамики, обжига цементного клинкера и извести, получения заполнителей бетона (керамзита и аглопорита) для варки стекла в нефтеперерабатывающей промышленности — для перегонки нефти в химической промышленности — для получения содьи аммиака, фосфатных удобрений и т. п. [c.3]

    Проведенными лабораторными исследованиями показана целесообразность переработки полученных из расплавов шлаков на легкие пористые заполнители бетона типа азерит и активную минеральную добавку в высокомарочные цементы. Азерит как искусственный заполнитель выделяется из других заполнителей благодаря технологии его производства и товарным свойствам. Значительная заслуга в разработке, получении и развитии технологии получения азерита — эффективного по рыночным оценкам [c.172]

    Таким образом, в результате изучения возможностей комплексного использования сырья с учетом экологической безопасности технологий установлено, что топочно-барботажный агрегат (ТБА) выгодно отличается от других и позволяет решить задачу по созданию технологии получения расплавов на основе углеотходов и использования шлаков при производстве литого щебня, шлаковой пемзы, легких пористых заполнителей бетонов типа азерит , минеральной ваты и другой товарной продукции. Сплавы метгишов в зависимости от концентрации в них цветных металлов могут быть реализованы для переработки заводом черной или цветной металлургии. [c.174]

    Керамзит — пористый строительный материал, получаемый обжигом легкоплавких глин. Глины в процессе обжига вспучиваются выделяющимся О2 и СО. Керамзит состоит из минералов — продуктов термического разложения составляющих глины метакаолинита, муллита, корунда и т. п. Применяют как заполнитель бетона, [c.225]


    По особенностям использования Н. п. и. разделяют на три группы 1) сырье (часто наз. гориохимическим) для извлечения В, Ре, I, 8, Р, Зе и др. и их соед.-барит, сода и т.д. 2) т. наз. индустриальное сырье для извлечения пром. минералов — асбесты, слюды, алмаз, графит, изумруд, корунд, флюорит и т.п. 3) пром. горные породы — глины, пески, граниты, диабазы, известняки, доломиты, гравий и др. К последним относят такие виды сырья, к-рые не предназначены для извлечения к.-л. компонеитов из них, т. е. используются в осн. целиком они нередко сами являются строит, материалами или служат для получения этих материалов (цемента, стекла, заполнителей бетона и пр.). [c.207]

    Большое число различных насосных установок используется а промышленных и особенно гидротехнических строительных объектах. Здесь временные или передвижные насосные установки служат для водоснабжения, осушения котлованов, понижения уровня грунтовых вод, крупные (мощностью до 5000 кет) грунтовые насосы (землесосы), часто монтируемые на плавучих снарядах, используются для транспорта пульпы (смесь грунта с водой), амыва плотин, добычи заполнителей бетона. Высоконапорные насосы нужны для питания гидромониторных установок, применяемых для разработки грунтов в карьерах и котлованах. [c.6]

    Утилизация отходов горнодобывающей промышленности. Исследования и полупромышленные испытания этих отходов показали, что они могут быть прекрасным сырьем ддя пористых заполнителей бетона, строительного кирпича и керамики, штукатурных и кладочных растворов, щебня и других строительных материалов. Перспективно их использование и в качестве глинистого сырья для производства пустотелой строительной керамики и аглопорита — легкого пористого заполнителя для бетонов. [c.279]

    Хорошо освоено производство силикатного бетона на основе ваграночного шлака. В частности, на Дзержинском заводе бесцементных дорожных плит (Нижегородская обл.) в качестве вяжущего использовали известково-шлаковую смесь, которую готовили совместным помолом ваграночного шлака, гашеной извести и кварцевого песка. В качестве активирующей добавки вводили гипсовый камень или гипс. Как заполнитель бетона применяли речной песок с модулем крупности [c.182]

    Таким образом, золы-унос сухого отбора могут широко вовлекаться как активная минеральная добавка, позволяющая заменить часть цемента при изготовлении бетонных и растворных смесей без ухудшения их качества. Эти же золы как заполнители бетонных и растворных смесей повышают их пластичность и удобрукладываемость, увеличивают прочность изделий. [c.195]

    Горелые земли используют также при производстве сборного железобетона. Известно их вовлечение в качестве мелких заполнителей бетона, при изготовлении стеновых камней, пено- и ячеистого бетона, автоклавного и беэавтоклавного кирпича. Бетоны с добавлением отработанных смесей в качестве мелкого заполнителя отличает ускоренный набор прочности, их морозостойкость на 20-30% выше нормируемой величины. Плотность бетона может быть при этом увеличена на 5-8%. На составах с 50% цемента и 50% отработанной смеси неавто-клавированный пенобетон с плотностью 300 кг/м набирает прочность до 1,3 МПа. Автоклавный пенобетон имеет прочность 2,7-4,6 МПа, коэффициент теплопроводности 0,7-0,8 Вт/м-К, морозостойкость 23-31 цикл. [c.209]

    Если в качестве заполнителей бетона применить шамот илч хромистый железняк, то кислотостойкий бетон становится и жа роупорным, выдерживающим действие агрессивных газов при температуре 800—1000°. [c.50]

    Такой автоматический весовой безрычажный дозатор непрерывного действия ВНИИСтройдормаша С—864 показан на рис. 110 [43]. Он предназначен для дозирования заполнителей бетона. [c.131]

    Заводы железобетонных изделий состоят из следующих основных цехов складов цемента и заполнителей бетоно- и растворосмесительных установок для приготовления бетона с бетонораздатчиками для транспортирования бетонной смеси из бетоносмесительного отделения в главный корпус главного корпуса с конвейером или стендом формовки железобетонных изделий и формовочных машин. [c.276]


Классификация заполнителей по размеру и форме — грубые и мелкие

🕑 Время чтения: 1 минута

Агрегаты можно классифицировать по-разному. Здесь обсуждается классификация заполнителей по форме и размеру, такие как крупные и мелкие заполнители.

Что такое агрегат?

Заполнители являются важными составляющими бетона, которые придают бетону твердость, а также уменьшают усадку. Заполнители занимают от 70 до 80% от общего объема бетона. Таким образом, мы можем сказать, что нужно точно знать о заполнителях, чтобы больше узнать о бетоне.

Классификация заполнителей по размеру и форме Агрегаты классифицируются на основе очень многих соображений, но здесь мы собираемся подробно обсудить их классификацию по форме и размеру.

Классификация агрегатов по форме

Мы знаем, что заполнитель получают из природных пород путем взрывных работ, дробления и т. Д., Поэтому трудно получить необходимую форму заполнителя. Но форма заполнителя влияет на удобоукладываемость бетона.Итак, стоит позаботиться о форме агрегата. Это касается не только материнской породы, но и используемой дробильной машины. Агрегаты классифицируются по форме на следующие типы
  • Агрегаты округлые
  • Агрегаты неправильной или частично округлой формы
  • Агрегаты угловые
  • Слоистые агрегаты
  • Агрегаты удлиненные
  • Слоистые и удлиненные агрегаты

Округлый заполнитель Округлые агрегаты полностью сформированы истиранием и доступны в виде прибрежного гравия.Закругленные заполнители приводят к минимальному проценту пустот (32-33%), следовательно, обеспечивают большую удобоукладываемость. Они требуют меньшего водоцементного отношения. Они не подходят для высокопрочного бетона из-за плохого сцепления и слабой прочности сцепления.

Неправильные агрегаты

Агрегаты неправильной или частично округлой формы частично сформированы истиранием, и они доступны в виде карьерных песков и гравия. Неправильные агрегаты могут привести к 35–37% пустот. Это даст меньшую удобоукладываемость по сравнению с закругленными заполнителями.Прочность сцепления немного выше, чем у округлых заполнителей, но не так, как требуется для высокопрочного бетона.

Агрегаты угловые

Угловые агрегаты состоят из четко очерченных кромок, образованных на пересечении примерно плоских поверхностей, полученных путем дробления горных пород. Угловые агрегаты приводят к максимальному проценту пустот (38-45%), что снижает удобоукладываемость. Они дают на 10-20% большую прочность на сжатие за счет развития более прочной связи заполнитель-раствор. Таким образом, они полезны при производстве высокопрочного бетона.

Слоистые агрегаты

Когда толщина заполнителя мала по сравнению с шириной и длиной этого заполнителя, говорят, что это хлопьевидный заполнитель. Или, с другой стороны, когда наименьший размер заполнителя составляет менее 60% от его среднего размера, его называют хлопьевидным заполнителем.

Агрегаты удлиненной формы Когда длина заполнителя больше, чем два других размера, его называют удлиненным заполнителем, или длина заполнителя превышает 180% от его среднего размера.

Слоистые и удлиненные агрегаты

Если длина агрегата больше его ширины, а ширина больше его толщины, то говорят, что он является хлопьевидным и удлиненным агрегатом. Указанные выше 3 типа заполнителей не подходят для смешивания бетона. Обычно их получают из плохо измельченных пород.

Классификация агрегатов по размеру

Заполнители бывают в природе разных размеров. Размер используемого заполнителя может зависеть от пропорций смеси, типа работы и т. Д.Гранулометрический состав агрегатов называется сортировкой агрегатов. Ниже приводится классификация агрегатов по размеру: Агрегаты подразделяются на 2 типа по размеру .
  • Мелкий заполнитель
  • Крупный заполнитель

Мелкий заполнитель

Когда заполнитель просеивается через сито 4,75 мм, он проходит через него, что называется мелким заполнителем. Природный песок обычно используется в качестве мелкого заполнителя, ил и глина также подпадают под эту категорию.Мягкая залежь, состоящая из песка, ила и глины, называется суглинком. Назначение мелкого заполнителя состоит в том, чтобы заполнить пустоты в крупном заполнителе и действовать как агент удобоукладываемости.
Мелкий заполнитель Изменение размера

Крупный песок

2,0–0,5 мм

Песок средний

0,5–0,25 мм

Мелкий песок

0.25 мм — 0,06 мм

Ил

0,06 мм — 0,002 мм

Глина

<0,002

Крупный заполнитель

Когда заполнитель просеивается через сито 4,75 мм, оставшийся заполнитель называется грубым заполнителем. Гравий, булыжник и валуны подпадают под эту категорию. Используемый агрегат максимального размера может зависеть от некоторых условий. Обычно заполнитель размером 40 мм используется для нормальной прочности, а размер 20 мм — для высокопрочного бетона.диапазон размеров различных крупных заполнителей приведен ниже.

Агрегат | Вашингтонская ассоциация асфальтобетонных покрытий

«Заполнитель» — собирательный термин для обозначения минеральных материалов из песка, гравия и щебня в их естественном или обработанном состоянии (NSSGA 1991). В 2009 году в США было произведено почти 2 миллиарда тонн заполнителя на сумму около 17,2 миллиарда долларов. Дороги и шоссе составляют 31 процент от общего рынка песка, камня и гравия (NSSGA 2010). В HMA заполнители объединяются со связующим асфальтом, чтобы сформировать составной материал.По весу заполнитель обычно составляет от 92 до 96 процентов HMA и составляет около 25 процентов стоимости конструкции покрытия HMA. Заполнитель также используется сам по себе или со стабилизатором для оснований и подкладок.

Рисунок 1: Песок и гравий

Общие физические свойства

Заполнители можно классифицировать по минеральным, химическим и физическим свойствам. Промышленность по производству дорожных покрытий обычно полагается на физические свойства для характеристики характеристик.Физические свойства заполнителя являются прямым результатом его минеральных и химических свойств.

Максимальный размер

Максимальный совокупный размер может повлиять на HMA и базовые / подбазовые курсы несколькими способами. В HMA нестабильность может быть результатом чрезмерно малых максимальных размеров; а плохая обрабатываемость и / или сегрегация могут быть результатом чрезмерно больших максимальных размеров (Roberts et al. 1996). ASTM C 125 определяет максимальный размер заполнителя одним из двух способов:

  • Максимальный размер .Самое большое сито, которое задерживает некоторые частицы заполнителя, но обычно не более 10 процентов по массе. Superpave определяет номинальный максимальный размер заполнителя как « на одно сито больше, чем первое сито, чтобы удерживать более 10 процентов материала » (Робертс и др., 1996).
  • Номинальный максимальный размер . Наименьшее сито, через которое проходят 100 процентов частиц совокупного образца. Superpave определяет максимальный размер заполнителя как « на одно сито больше номинального максимального размера » (Roberts et al.1996 г.). Важно указать, идет ли речь о «максимальном размере» или «номинальном максимальном размере».

Градация

WAPA Тротуарная нота на Совокупная градация

Заполнитель

обычно измельчается до определенного размера или градации. Каждая градация измельченного материала обычно хранится в виде отдельного агрегата. В то время как некоторые стандартные смеси могут быть выполнены с использованием одной штабеля заполнителя (с возможным добавлением некоторого количества песка), смеси Superpave часто требуют комбинации до трех или четырех различных штабелей для соответствия требованиям градации.

Гранулометрический состав или градация частиц заполнителя — одна из его наиболее важных характеристик. В HMA градация помогает определить почти все важные свойства, включая жесткость, стабильность, долговечность, проницаемость, обрабатываемость, сопротивление усталости, сопротивление трению и устойчивость к повреждению от влаги (Roberts et al. 1996). Из-за этого градация является основной задачей при разработке микса HMA, и поэтому большинство агентств определяют допустимые агрегированные градации.

Измерение

Градация обычно измеряется ситовым анализом.При ситовом анализе образец сухого заполнителя известного веса разделяется через ряд сит с отверстиями все меньшего размера. После разделения вес частиц, оставшихся на каждом сите, измеряется и сравнивается с общим весом образца. Распределение частиц по размерам затем выражается в процентах по массе на каждом размере сита. Результаты обычно выражаются в табличном или графическом формате. Типичный график использует процентное содержание заполнителя по весу, прошедшего через сито определенного размера по оси Y, и размер сита, увеличенный до степени n th (n = 0.45 обычно используется) в качестве единиц оси абсцисс. Максимальная плотность выглядит как прямая линия от нуля до максимального размера агрегата (точное положение этой линии несколько спорно, но расположение, показанное на рисунке 2, является общепринятым).

Типичные градации (Рисунок 2)
  • Плотная или хорошо отсортированная . Относится к градации, близкой к максимальной плотности. Наиболее распространенные конструкции смесей HMA в США, как правило, используют плотный гранулированный заполнитель.
  • Оценка разрывов .Относится к градации, которая содержит лишь небольшой процент агрегатных частиц среднего размера. Кривая плоская в диапазоне средних размеров. Эти смеси могут расслаиваться во время укладки.
  • Открытая оценка . Относится к градации, которая содержит лишь небольшой процент частиц заполнителя в небольшом диапазоне. Это приводит к большему количеству воздушных пустот, потому что не хватает мелких частиц, чтобы заполнить пустоты между более крупными частицами. Кривая пологая и близка к нулю в диапазоне малых размеров.
  • Однородная . Относится к градации, которая содержит большинство частиц в очень узком диапазоне размеров. По сути, все частицы одинакового размера. Кривая крутая и занимает только узкий указанный диапазон размеров.
Рисунок 2: Типичные агрегированные градации
Другие термины градации
  • Мелкий заполнитель (иногда просто «мелочь») . Определяется AASHTO M 147 как природный или дробленый песок, проходящий через №10 сито и минеральные частицы, проходящие через сито № 200.
  • Крупный заполнитель . Определяется AASHTO M 147 как твердые, прочные частицы или фрагменты камня, гравия или шлака, задержанные на сите № 10. Обычно к крупнозернистому заполнителю предъявляются требования по прочности и устойчивости к истиранию.
  • Мелкая градация . Градация, которая при нанесении на график градации мощности 0,45 в основном попадает выше линии максимальной плотности мощности 0,45. Этот термин обычно применяется к плотному отсортированному заполнителю.
  • Грубая градация . Градация, которая при нанесении на график градации мощности 0,45 в основном опускается ниже линии максимальной плотности мощности 0,45. Этот термин обычно применяется к плотному отсортированному заполнителю.
  • Минеральный наполнитель . Он определен Институтом асфальта как мелкодисперсный минеральный продукт, не менее 65 процентов которого проходит через сито № 200. Измельченный известняк является наиболее часто производимым минеральным наполнителем, хотя также используются другая каменная пыль, кремнезем, гашеная известь, портландцемент и некоторые природные месторождения мелкодисперсных минеральных веществ (Asphalt Institute 1962).

Другая недвижимость
Тротуарная записка WAPA по совокупным свойствам

В целом заполнитель Washington прочный, устойчивый к истиранию, прочный и прочный. В то время как в других штатах, таких как Миссисипи (в основном речные камни) или Гавайи (некоторые проблемы с поглощением), могут возникать проблемы с соблюдением совокупных технических требований к физическим свойствам, в Вашингтоне обычно этого не происходит. Агрегатное качество особенно хорошее к западу от Каскадных гор.

Другие важные общие физические свойства:

  • Прочность и износостойкость .Заполнители должны быть достаточно твердыми и прочными, чтобы противостоять раздавливанию, разложению и дезинтеграции в результате таких операций, как производство, складирование, производство, размещение и уплотнение.
  • Прочность и надежность . Заполнители должны быть устойчивы к разрушению и разрушению под воздействием погодных условий (намокание / высыхание), в противном случае они могут разрушиться и вызвать преждевременное повреждение дорожного покрытия.
  • Форма частиц и текстура поверхности . Форма частиц и текстура поверхности важны для надлежащего уплотнения, сопротивления нагрузке и удобоукладываемости.Как правило, лучше всего подходят частицы кубической угловой формы с шероховатой текстурой поверхности.
  • Удельный вес . Суммарный удельный вес полезен при преобразовании массы в объем и при расчете пустотности в уплотненном HMA (Roberts et al., 1996).
  • Чистота и вредные материалы . При использовании в HMA заполнители должны быть относительно чистыми. Растительность, мягкие частицы, комки глины, избыточная пыль и растительные вещества могут повлиять на производительность из-за быстрого разрушения, что вызывает потерю структурной опоры и / или препятствует связыванию связующего и заполнителя.

Границы | Денитрификация в почвенных агрегатных аналогах — влияние размера агрегата и диффузии кислорода

1. Введение

Выбросы и поглощение парниковых газов (CO 2 , CH 4 , N 2 O) почвой подвержены выраженным пространственным и временным колебаниям. Характер выбросов в пространстве и времени, по-видимому, контролируется пространственным и временным распределением лабильного органического вещества (например, корни, растительные остатки, навоз, твердые частицы органического вещества) и наличием физико-химических условий (например.g., температура, влажность почвы, бескислородные объемы), благоприятные для определенных микробных процессов (например, нитрификации, денитрификации). Это привело к мнению, что основная часть оборота парниковых газов (ПГ), вызванных микробами, происходит в «горячих точках» и в «горячие моменты» (Гроффман и др., 2009; Вос и др., 2013; Кузяков, Благодатская, 2015). ; Текон, Ор, 2017). В то время как выбросы углекислого газа (CO 2 ) через дыхание почвы демонстрируют довольно низкую пространственно-временную изменчивость, выбросы закиси азота (N 2 O) являются печально известным примером экстремальной изменчивости.Кампании по отбору проб на ненарушенной почве часто демонстрируют логарифмически нормальное распределение активности денитрификации в аэрированной почве с многочисленными «холодными пятнами» без выбросов и в некоторых пробах с очень высокими выбросами (Röver et al., 1999; Mathieu et al., 2006). В основополагающем исследовании Паркин (1987) продемонстрировал, что 25–85% активности денитрификации было связано с твердыми частицами органического вещества, которые составляли <1% от объема почвы. Таким образом, для улучшения прогнозов выбросов N 2 O в соответствующих пространственных масштабах требуется лучшее понимание активности денитрификации в микроскопических масштабах.

Денитрификаторы — это факультативные аэробы, которые начинают денитрифицироваться, когда кислород становится ограниченным. Восстановление нитрата (NO3-) до диазота (N 2 ) происходит через серию ферментативных стадий и промежуточных продуктов (NO2-, NO, N 2 O) (Philippot et al., 2007). Основные требования для гетеротрофной денитрификации в почве: (1) наличие разлагаемого углерода, поставляющего электроны для анаэробного дыхания, (2) нехватка O 2 в качестве акцептора электронов, (3) наличие NO3- в качестве альтернативного акцептора электронов. и (4) микробное сообщество, которое способно экспрессировать ферменты для некоторых или всех этапов восстановления при денитрификации.Ключевые факторы почвенной среды, которые управляют денитрификацией, хорошо изучены и могут быть грубо сгруппированы в биохимические ограничения и физические ограничения, но именно взаимодействие всех факторов обуславливает, казалось бы, неустойчивый характер денитрификационной активности в почвах. Во-первых, денитрификация ограничивается биохимически из-за наличия и качества углеродных субстратов в почве, таких как корневые экссудаты, растительный опад и органическое вещество почвы. Помимо поддержания денитрификации, органические субстраты подпитывают аэробное дыхание, тем самым усиливая локальную аноксию в микроучастках.Во-вторых, сообщество денитрификаторов состоит из видов, демонстрирующих разные регуляторные фенотипы (Bergaust et al., 2011), которые различаются по полноте и времени транскрипции гена денитрификации. Это приводит к тому, что начало денитрификации, а также накопление промежуточных продуктов различно для разных денитрифицирующих сообществ (Dörsch et al., 2012). Примечательно, что значительная часть денитрификаторов не обладает генетической способностью восстанавливать N 2 O (Jones and Hallin, 2010), и ведутся дискуссии о том, всегда ли гарантируется функциональная избыточность, обеспечивающая полную денитрификацию, в консорциумах почвенных микробов в микромасштабе. (Филиппот и др., 2011, 2013). Упрощенные оценки пространственно явного бактериального разнообразия в почве предполагают, что умеренно активная почва (10 9 клеток на г −1 почвы) является местом обитания около 100 видов бактерий в пределах расстояния взаимодействия (<20 мкм), и это число остается ниже 400 в горячих точках (10 10 клеток г -1 почвы) (Raynaud, Nunan, 2014). В-третьих, микробная активность, а также посттранскрипционная регуляция контролируются факторами окружающей среды, такими как присутствие N-оксидов (NO2-, NO, N 2 O), температура и pH.Хорошо известно, например, что низкий pH подавляет фермент N 2 O редуктазы посттранскрипционно, так что молярное соотношение между N 2 O и N 2 смещается в сторону N 2 O ( Шимек, Купер, 2002; Лю и др., 2010; Баккен и др., 2012). С другой стороны, диффузия реагентов и продуктов к участкам микробной денитрификации и от них физически ограничена в матрице почвы. Пути диффузии газовых потоков в основном определяются содержанием воды, поскольку коэффициенты диффузии в воде на много порядков меньше, чем в воздухе.Это приводит к хорошо известному явлению, что выбросы N 2 O проявляют пороговое поведение около водонасыщенности 70% и достигают пика около 90% (Linn and Doran, 1984; Ruser et al., 2006), при котором воздух становится прерывистый. При потере непрерывности потока воздуха среднее расстояние, на которое растворенный кислород достигает очага микробов, начинает отклоняться от размера самого очага до типичных размеров агрегатов. Если агрегация развита слабо, то средняя длина диффузии равна средней половине расстояния между макропорами, заполненными воздухом.При более высоком насыщении соотношение N 2 O / N 2 смещается в сторону N 2 , потому что большие фракции почвы становятся аноксичными, так что растворенный N 2 O расходуется там, где он производится, или во время его расширенной диффузии. путь к атмосфере. Даже роль влажных почв как поглотителя атмосферного N 2 O обсуждается, но мало изучена (Chapius-Lardy et al., 2007; Kolb and Horn, 2012). Наконец, активность денитрификации в горячих точках также может быть ограничена диффузией нитратов к участкам активной денитрификации (Smith, 1990).Хорошо известное наблюдение о том, что нитратная поправка приводит к увеличению активности денитрификации, часто интерпретируется с биохимической точки зрения как эффект высокой константы полунасыщения диссимиляционной NO3-редуктазы (Firestone, 1982). Тем не менее, используя закон Фика, можно показать, что диффузионный поток в горячую точку также линейно масштабируется с градиентом концентрации между горячей точкой, обедненной NO3, и внешней концентрацией NO3, регулируемой поправкой по нитратам (Myrold ​​and Tiedje, 1985).Следовательно, высокая константа полунасыщения может быть просто следствием ограничения диффузии NO3.

Микромасштабные модели денитрификации, сочетающие вышеупомянутые биохимические и физические меры контроля на основе набора уравнений реакции-диффузии, обычно используют отдельные почвенные агрегаты в качестве модельной области (Leffelaar and Wessel, 1988; Arah and Smith, 1989). Предполагая стационарную ситуацию и однородную начальную концентрацию субстрата, активность денитрификации обычно масштабируется с объемной долей центра аноксического агрегата, которая, в свою очередь, в основном контролируется размером агрегата.Результирующие профили кислорода в зависимости от расстояния до границы агрегатов обычно демонстрируют экспоненциальное снижение со скоростью, которая зависит от микробной активности. Это было подтверждено экспериментально с помощью микродатчиков (Sexstone et al., 1985; Zausig et al., 1993; Højberg et al., 1994). В настоящее время разрабатываются новые модели, которые позволяют проводить численные эксперименты по изучению роли местоположения субстрата для активности денитрификации посредством пространственной самоорганизации аэробных и анаэробных видов по градиентам кислорода (Ebrahimi and Or, 2015).Основным результатом является то, что внутренний источник углерода, такой как изолированное органическое вещество в виде твердых частиц, более эффективно вызывает активность денитрификации в бескислородном микрорайоне, чем внешний источник углерода, такой как растворенное органическое вещество.

Такое новое понимание пространственно явных, микромасштабных моделей денитрификации требует новых систематических лабораторных экспериментов по денитрификации в агрегатах почвы. Целью этого исследования было изучить влияние размера агрегатов и внешней концентрации кислорода на аэробное и анаэробное дыхание в модельных агрегатах почвы.Для этого мы инокулировали агрегаты одним штаммом бактерий ( Agrobacterium tumefaciens ), который способен переключаться с аэробного дыхания на денитрификацию. Таким образом, физические ограничения кинетики денитрификации могут быть изучены без дополнительной сложности пространственных или временных паттернов в активности денитрификации через взаимодействия внутри бактериальных консорциумов. Кроме того, тонким балансом между N 2 O и трудно поддающимся количественной оценке производством N 2 можно пренебречь как A.tumefaciens не содержит гена nosZ , кодирующего N 2 O редуктазу, и, следовательно, имеет N 2 O в качестве конечного продукта денитрификации. Это по-прежнему оставляет множество процессов диффузии и реакций, одновременно происходящих в агрегате, как показано на рисунке 1. Активность денитрификации оценивалась путем инкубации агрегатов разного размера, свободно помещенных в закрытые бутылки, и мониторинга истощения O 2 и накопления N 2 O в свободном пространстве бутылок с высоким разрешением до тех пор, пока добавленный источник углерода (сукцинат) или акцептор электронов (NO3-) не будут исчерпаны.Мы не измеряли растворенный кислород напрямую, но сделали вывод о пространственной протяженности бескислородного объема по кинетике денитрификации. Эти данные могут быть использованы для прогнозирования критического размера агрегатов для денитрификации A. tumefaciens при различных внешних концентрациях O 2 .

Рис. 1. (A) Ожидается, что во время инкубации образуется аноксический агрегатный центр различной степени. Здесь он изображен в подобъюме агрегата диаметром 3,5 мм, сканированном с помощью рентгеновской микротомографии, где зерна показаны серым цветом, а поровое пространство, заполненное жидкостью, прозрачно.Стрелки нарисованы пропорционально ожидаемым потокам между свободным пространством, совокупным полем и центром. Вещества-предшественники аэробного дыхания и денитрификации (субстрат, O 2 , NO3-), а также конечные продукты (CO 2 , N 2 O) показаны односторонними стрелками, тогда как промежуточные вещества могут диффундировать в любых направление в зависимости от градиентов концентрации. (B) Для инкубации использовали агрегаты двух разных размеров (диаметр 3,5 и 7 мм). Идентичные объемы жидкости (0.83 мл) использовали во время инкубации, регулируя количество инокулированных агрегатов на флакон (100 и 13).

2. Материалы и методы

2.1. Бактериальный штамм и среда роста

Мы использовали чистую культуру бактериального штамма Agrobacterium tumefaciens C58 (ATCC 33970), факультативной анаэробной α-протеобактерии, в которой отсутствуют гены, кодирующие редуктазу закиси азота (Baek, Shapleigh, 2005; Bergaust et al., 2008). Следовательно, конечным продуктом денитрификации был N 2 O.В качестве питательной среды использовали среду Систрома (Sistrom, 1960) с исходным pH 7. Среда содержала (l -1 ): K 2 HPO 4 3,48 г, NH 4 Cl 0,195 г, янтарная кислота 4 г, L-глутаминовая кислота 0,1 г, L-аспарагиновая кислота 0,04 г, NaCl 0,5 г, нитролотриуксусная кислота 0,2 г, MgSO 4 * 7H 2 O 0,3 г, CaCl 2 * 7H 2 O 15 мг и FeSO 2 * 7H 2 O 7 мг. Кроме того, были добавлены микроэлементы и витамины (1 -1 ): ЭДТА (триплекс 3) 1.765 мг, ZnSO 4 * 7H 2 O 10,95 мг, FeSO 4 * 7H 2 O 5 мг, MnSO 4 * 7H 2 O 1,54 мг, CuSO 4 * 5H 2 O 0,392 мг, Co (NO3) 7 * 6H 2 O 0,248 мг, H 3 BO 3 0,114 мг, никотиновая кислота 1 мг, тиамин HCl 0,5 мг, биотин 0,01 мг. pH доводили до 7,0 с помощью 10 М КОН и среду стерилизовали автоклавированием. KNO 3 добавляли к среде до концентрации 5 мМ в качестве субстрата для денитрификации.Перемешиваемую культуру выращивали в аэробных условиях при 25 ° C. Клетки собирали во время экспоненциального роста центрифугированием (10000 об / мин в течение 7 минут). Полученные осадки клеток немедленно ресуспендировали в свежей ростовой среде до плотности ≈3 × 10 9 клеток мл -1 , что типично для горячих точек в реальной почве (Raynaud and Nunan, 2014). Культуры хранили на льду для подавления роста до начала эксперимента.

2.2. Инокуляция агрегата

Шарики из пористого боросиликатного стекла (VitraPOR P100, ROBU Glasfilter Geräte GmbH, Hattert, Германия) служили упрощенным аналогом для заполнителей почвы.Гранулы из спеченного стекла имели пористость 32% и размер внутренних пор в диапазоне 45–100 мкм. Были использованы шарики двух разных размеров с диаметром 3,5 и 7 мм и внутренним объемом пор 8,3 ± 0,2 мкл и 64,0 ± 0,6 мкл соответственно. В дальнейшем они будут называться мелкими и крупными агрегатами. Форма и внутренняя структура пор, полученные с помощью рентгеновской микротомографии, изображены на Фигуре 1. После погружения агрегатов в ростовые культуры примерно 3% порового пространства было заполнено захваченным воздухом (данные не показаны).Эти пузырьки были полностью удалены из погруженных агрегатов с помощью вакуума в газонепроницаемом сосуде в течение 1-2 мин.

Либо 100 маленьких, либо 13 больших агрегатов были помещены в пустые стеклянные флаконы объемом 120 мл, так что в обоих случаях объем пор внутри агрегатов, заполненных культурой клеток, составлял около 830 мкл на флакон с примерно 10-20% дополнительной жидкости, прилипшей к агрегату. поверхности слабыми капиллярными силами. После закрытия бутылок герметичной перегородкой из бутилкаучука их продували гелием, применяя пять циклов вакуумирования и наполнения гелием.В бутыли немедленно наполняли кислородом для доведения конечных концентраций (об. / Об.) 13, 7, 3,5, 2 и 0% O 2 в свободном пространстве над головой. Следовательно, предварительная инкубация клеточных культур была аэробной в течение всего периода подготовки образца, за исключением коротких интервалов дегазации и продувки He. Для каждого размера агрегатов и начальной концентрации кислорода были приготовлены по две реплики, что дало всего десять обработок и двадцать бутылей. Наконец, бутылки были перемещены из ледяной бани в водяную баню, поддерживаемую при 20 ° C, чтобы инициировать микробную активность и создать избыточное давление, которое создавалось из-за добавления O 2 и нагрева бутылок, до проведения газовой хроматографии ( GC) начались измерения.

2.3. Инкубация

Инкубации проводились с помощью роботизированной инкубационной системы, состоящей из автоматического пробоотборника (GC-PAL, CTC Analytics, Цвинген, Швейцария), подключенного к ГХ (Agilent Model 7890A, Санта-Клара, Калифорния, США) и анализатора NO (Teledyne T200 , Сан-Диего, Калифорния, США), что позволяет многократно анализировать кислород (O 2 ) и диоксид углерода (CO 2 ), а также продукты денитрификации оксида азота (NO), закиси азота (N 2 ). O) и диазотом (N 2 ) через перистальтический насос (Molstad et al., 2007). Объем газа (≈1 мл), теряемый при каждом отборе пробы, автоматически заменялся He, так что давление в баллонах поддерживалось на уровне ≈1 атм. Отбор проб из бутылок производился каждые 3 часа в течение 45 часов. Концентрации нитратов (NO3-) и нитритов (NO2-), которые остались в агрегатах в конце эксперимента, были измерены с помощью колориметрического анализа. Для этого все бутылки после эксперимента держали на льду, а агрегаты после каждой обработки тщательно измельчали ​​в ступке и обрабатывали 0,9% раствором NaCl.Мутную жидкость, содержащую среду, клетки и фрагменты шариков, собирали в пробирки Эппендорфа и центрифугировали (10000 об / мин, 5 мин) для получения прозрачного раствора. Протоколы количественного определения нитритов и нитритов + нитратов были адаптированы из Keeney and Nelson (1982) и Doane and Horwáth (2003). Концентрации нитратов были получены путем вычитания с использованием двух технических повторов на анализ. Спектрофотометрические измерения проводили при 540 нм (Tecan infinite F50, Tecan, Männedorf, Швейцария) и преобразовывали в концентрации с помощью калибровочных кривых.

3. Результаты

3.1. Эффекты совокупного размера

Аэробное микробное дыхание, определенное по уменьшению O 2 и увеличению CO 2 с течением времени на фиг. 2A, B, явно ограничивалось углеродным субстратом в аэробных культурах. На истощение сукцината указывало замедление потребления O 2 , которое происходило в небольших агрегатах, в зависимости от начального уровня O 2 , между 15 и 30 часами инкубации. O 2 потребление по истечении этого периода существенно сократилось.Замедление потребления O 2 и накопления CO 2 происходило синхронно. Добавление сукцината в свежую питательную среду составило 68 мкмоль C / флакон, из которых 27-35 мкмоль / флакон были преобразованы в CO 2 , что предполагает коэффициент выхода между ассимиляцией и общим потреблением углерода 0,4-0,5 в зависимости от обработки. . Однако абсолютное накопление CO 2 в свободном пространстве могло быть уменьшено увеличением растворимости CO 2 из-за увеличения pH, вызванного восстановлением NO3- до NO2-.Кинетика дыхания на фиг. 2A, B показывает, что микробная активность явно задерживалась в больших агрегатах по сравнению с маленькими агрегатами. Независимо от размера агрегатов, начало истощения субстрата, а также общее количество продуцируемого CO 2 в конце эксперимента положительно масштабировалось с концентрацией O 2 в свободном пространстве. Чем выше количество внешнего O 2 , тем круче градиент между растворенным O 2 на границе агрегата и в центре агрегата, что, в свою очередь, приводит к большему диффузионному потоку, лучшему снабжению O 2 и в конечном итоге меньшая протяженность аноксических центров.

Рисунок 2 . Кинетика дыхания A. tumefaciens в малых и больших агрегатах при пяти исходных концентрациях кислорода, показанных как средние концентрации в свободном пространстве ( n = 2) (A) O 2 , (B) CO 2 , (C) NO и (D) конечный продукт денитрификации N 2 O. Заштрихованные области представляют стандартные отклонения.

Обратите внимание, что микробное дыхание при полностью аноксическом лечении (0% O 2 ) было исключительно небольшим, независимо от размера агрегатов.Этот эффект можно объяснить несбалансированной кинетикой индукции фермента, ассоциированного с денитрификацией, у A. tumefaciens . Внезапная аноксия в растущих культурах привела к выраженному высвобождению NO, накопившему NO более 1 мкмоль / флакон, что соответствует более 0,5 мкМ в жидкой среде (рис. 2C). Было показано, что концентрации растворенного NO> 0,3 мкМ подавляют метаболическую активность A. tumefaciens (Bergaust et al., 2008). При всех обработках кислородом концентрация NO была на 1-2 порядка меньше.В небольших агрегатах пик NO совпал с истощением первичного углеродного субстрата, после чего NO быстро потреблялся микробами внутри агрегатов. Обработка кислородом с самой низкой концентрацией кислорода (2% O 2 ) показала интересный двойной пик в NO, один на очень ранней стадии логарифмической фазы роста, а другой незадолго до истощения сукцината. За исключением обработки 2% O 2 , большие агрегаты не показали четкого пика NO, но имели более высокие стационарные концентрации NO, чем небольшие агрегаты к концу инкубации, что свидетельствует о различной кинетике денитрификации в малых и больших агрегатах.

N 2 Накопление O в свободном пространстве происходило по характерной схеме относительно исходной концентрации O 2 (Рисунок 2D). Чем ниже исходная концентрация O 2 в свободном пространстве и чем меньше кислорода было доступно для аэробного роста, тем больше N 2 O накапливалось в виде конечного продукта денитрификации. В небольших агрегатах денитрификация резко прекратилась примерно через 30 мин. 18 ч. В этот момент весь сукцинат был израсходован (судя по кинетике O 2 и CO 2 , Фигуры 2A, B).

Микробное дыхание за пределами истощения сукцината было небольшим и, вероятно, упало ниже скорости диффузии O 2 в агрегат, так что аноксические центры исчезли. Более крупные агрегаты высвобождали N 2 O более постепенно, поскольку более медленный аэробный рост первоначально приводил к меньшей аноксии. Момент времени, когда накопление N 2 O в крупных агрегатах превышало значение для мелких агрегатов, уменьшалось с увеличением концентрации кислорода в свободном пространстве с 36 часов (2% O 2 ) до 28 часов (3.5% O 2 ), от 21 часа (7% O 2 ) до 16 часов (13% O 2 ). Общее образование N 2 O крупными агрегатами было либо большим (2% O 2 ), либо 25% (3,5% O 2 ), 50% (7% O 2 ) и 100% ( 13% O 2 ) больше, чем в небольших агрегатах с сопоставимыми концентрациями кислорода. Здесь также накопление N 2 O стабилизировалось, когда потребление O 2 уменьшилось из-за ограничения C. Агрегаты, инкубированные без O 2 (0 об.%), Демонстрировали отложенное накопление N 2 O.Только через ≈24 ч нетто-потребление NO началось, и производительность N 2 O увеличилась.

Извлечение первоначально добавленного NO3 — N (4,15 мкмоль на флакон) находилось в диапазоне от 88 до 102% при кислородной обработке с крупными агрегатами (рис. 3). Меньше азота было извлечено при обработке мелких агрегатов (51–100%), и несоответствие увеличивалось с увеличением уровня кислорода. Предположительно, при более высокой доступности кислорода рост клеток превышал запас аммиака, содержащегося в среде, так что некоторое количество нитрата ассимилировалось.При обеих аноксических обработках было извлечено больше азота, чем поставлялось с добавленным нитратом, если оценивать по внутренней пористости агрегатов, но все еще оставалось в пределах диапазона, который можно объяснить избытком среды из-за прилипания жидкости к поверхностям агрегатов (118–122%). . В целом, балансы массы N показывают, что накопилось незначительное количество промежуточных продуктов денитрификации (NO2-, NO), в то время как разделение на N, все еще присутствующее в виде нитрата после 45 ч инкубации, и N, денитрифицированный до N 2 O, происходило по аналогичной схеме в отношении O 2 наличие для агрегатов обоих размеров.

Рисунок 3 . Массовый баланс азота в малых агрегатах (слева) и крупных агрегатах (справа) после 45 часов инкубации при различных исходных концентрациях O 2 , представленных как сумма NO3 — N (поставляемых со средой), накопленная денитрификация промежуточные продукты (NO2 — N, NO-N) и конечный продукт (N 2 ON). Расчетное количество исходного NO3 — N показано горизонтальной полосой.

4. Обсуждение

4.1. Кинетика денитрификации

Денитрифицирующие бактерии попадают в различные категории, обозначаемые как регуляторные фенотипы денитрификации (Bergaust et al., 2011), в зависимости от того, как они справляются с переходом от кислородных к бескислородным условиям. Оптимальное переключение между стратегиями дыхания важно по двум причинам: (1) Выход АТФ при аэробном дыхании выше, чем при денитрификации, поэтому электроны должны быть направлены в сторону кислорода, когда это возможно. (2) Ферменты для денитрификационной активности должны быть экспрессированы до того, как кислород полностью истощится, чтобы клетки не попали в ситуацию остановки метаболизма.Эксперименты по периодической инкубации с перемешиваемыми культурами с нитратной поправкой и той же питательной средой показали, что Agrobacterium tumefaciens принадлежит к общему фенотипу регуляции денитрификации с последовательным продуцированием промежуточных продуктов денитрификации (Bergaust et al., 2008, 2011). Восстановление нитратов индуцируется, пока кислород все еще присутствует, тогда как восстановление нитритов и NO начинается после истощения кислорода. В культурах, где кислородное голодание было слишком быстрым, NO накапливался до токсичных концентраций, что приводило к остановке дыхания (Bergaust et al., 2008). Эта общая закономерность была подтверждена нашим исследованием. Действительно, продукция NO была максимальной и рост задерживался, когда аэробный посевной материал внезапно подвергали воздействию 0% кислорода. В кислородных обработках NO и N 2 O накопление в свободном пространстве начиналось одновременно. В более крупных агрегатах пик NO расширялся до широкого плато на более низких уровнях. Предположительно, границы кислородных агрегатов были толще в более крупных агрегатах с более постепенным ростом, так что быстрое высвобождение NO сдерживалось более длинными диффузионными расстояниями между производственными участками в центре аноксичных агрегатов и свободным пространством, вызывая более длительное время пребывания, что увеличивало вероятность образования НИКАКИХ скидок по пути.

4,2. Центры аноксических агрегатов

Целью нашего эксперимента было изучение кинетики денитрификации в условиях динамического роста, в отличие от стационарных условий, которые обычно используются в качестве упрощающего допущения в физических моделях денитрификации (Leffelaar and Wessel, 1988; Arah and Smith, 1989). . Следовательно, нам нужно было учитывать разные скорости роста при сравнении кинетики денитрификации в агрегатах обоих размеров, поскольку клетки росли быстрее в небольших агрегатах из-за лучшего снабжения кислородом, вызванного большим отношением поверхности к объему.Поправка на эффекты роста может быть достигнута путем анализа соотношений N 2 O / CO 2 , как показано на рисунке 4A, то есть количество N 2 O в качестве конечного продукта денитрификации нормализуется относительно CO 2 как конечное производство дыхания. Практически не было никакой разницы в нормализованной денитрификации между двумя размерами агрегатов при одинаковом исходном уровне кислорода в течение первых 12 часов. Только после того, как аноксические центры были полностью сформированы в агрегатах, возникли две устойчивые тенденции.Во-первых, денитрификация всегда была выше в крупных агрегатах, независимо от внешней концентрации O 2 , что означает, что объемная доля бескислородных центров меньше в небольших агрегатах. Во-вторых, денитрификация увеличивалась с уменьшением внешней концентрации O 2 , поскольку диффузионный поток O 2 был обусловлен градиентом между обедненными кислородом центрами агрегатов и растворенным O 2 на границе агрегатов, который находится в равновесии с концентрация газообразного O 2 в свободном пространстве бутылки.Интересно, что удвоение размера агрегата оказало примерно такое же влияние на конечное соотношение N 2 O / CO 2 , как уменьшение внешней концентрации O 2 на 50%. Однако абсолютные значения отношения N 2 O / CO 2 не следует принимать как должное из-за ожидаемого повышения pH, вызванного восстановлением нитратов, которое изменяет растворимость CO 2 .

Рисунок 4. (A) Временные ряды отношения N 2 O / CO 2 , показанные как среднее (линии) и стандартное отклонение (заштрихованная область) для двух реплик малых агрегатов (сплошная) и крупных агрегатов ( пунктирная линия) при пяти различных исходных концентрациях O 2 . (B) Отношение потока электронов, отклоненных при денитрификации, и общего потока электронов, измеренных и смоделированных с помощью уравнения 1. На вставке показаны временные ряды потоков электронов для двух выбранных обработок (большие агрегаты при 2% O 2 , синий, и мелкие агрегаты при 7% O 2 , зеленый).

Более прямой подход к оценке активности денитрификации состоит в вычислении доли электронного потока, направляемого на акцепторы электронов для анаэробного дыхания (эденит-, включая NO3-, NO2-, NO) и общего дыхания (этал-, включая NO3-, NO2- , NO и O 2 ) (Bergaust et al., 2011). Временные ряды этих электронных потоков показаны для выбранных обработок на вставке на рис. 4В. Отношение кумулятивных электронных потоков в конце инкубации демонстрирует систематическую тенденцию (Рисунок 4B), которая описывается гиперболической зависимостью между отношением edenit- / etotal [%] и начальной концентрацией кислорода C O 2 [%]:

edenit − etotal− = 100 (1− (CO2100) a) b (1)

, где a и b — безразмерные подгоночные параметры.Значения подгоночных параметров показаны в таблице 1. Подбор по всем исследованным уровням кислорода был превосходным для агрегатов обоих размеров. Обратите внимание, что аналогичная модель формы [a / (a-CO2)] b также была способна воспроизвести резкое снижение коэффициента электронного потока только с немного большими ошибками, тогда как экспоненциальная модель привела к слишком плавному снижению (данные не показано). Хорошее соответствие модели в широком диапазоне содержания кислорода может позволить экстраполяцию в сторону более высоких концентраций O 2 .В условиях окружающей среды (21% O 2 ) небольшие агрегаты, вероятно, лишены аноксии, тогда как в крупных агрегатах примерно 2% электронного потока может быть направлено на денитрификацию. Внешний показатель степени b был увеличен примерно в два раза, так как диаметр агрегата был увеличен вдвое. Такое последовательное масштабирование показателя степени предполагает, что прогнозы для более крупных агрегатов возможны, но это не может быть подтверждено на наборе двух разных диаметров агрегатов. Потребуются дальнейшие эксперименты.

Таблица 1 . Параметры подгонки ( a , b ) для гиперболической зависимости между начальной концентрацией кислорода и соотношением потоков электронов (уравнение 1) для больших и малых агрегатов.

4.3. Последствия для выбросов парниковых газов из «горячих точек» в почве

Тонкий баланс между скоростью роста и кратковременным образованием аноксических центров привел к большому разнообразию динамики денитрификации, которая возникла в результате взаимодействия ряда диффузионных потоков, представленных на Рисунке 1A.Диффузионный поток кислорода в агрегаты и диффузионный поток конечных продуктов дыхания (CO 2 и N 2 O) из агрегатов можно рассматривать как однонаправленные процессы, которые зависят исключительно от градиентов концентрации, поскольку коэффициент диффузии не изменяется при постоянном (полном) насыщении. Точно так же диффузионный поток растворенного углеродного субстрата (сукцината) из менее активного, бескислородного агрегатного центра в более обедненный субстратом кислородный агрегатный край, а также диффузионный поток нитрата из скважины O 2 -поставленный агрегатный край в центр активно денитрифицирующего агрегата являются однонаправленными, но без какого-либо обмена с верхним пространством.Наконец, диффузия промежуточных продуктов (NO2-, NO) является двунаправленной и меняется во время инкубации. Поэтому может показаться удивительным, что довольно простая модель с двумя эмпирическими параметрами способна уловить поведение денитрификации для большого диапазона концентраций кислорода и различных размеров агрегатов. Однако это можно приписать тому факту, что (1) все кислородные обработки были одинаково ограничены электронодонорными, а не электронно-акцепторными ограничениями и (2) модель описывает кумулятивные потоки электронов, а не кинетику денитрификации.

Есть несколько причин, по которым наши находки нельзя напрямую перенести в естественные условия. Природные консорциумы и более сложный состав восстановленного углерода в почве приведут к сосуществованию и пространственно разделенным нишам, вызывающим пространственную и временную изменчивость аэробного дыхания и активности денитрификации (Вос и др., 2013; Кузяков, Благодатская, 2015), а также других N 2 Процессы образования O (например, нитрификация) должны происходить одновременно (Philippot et al., 2007; Stange et al., 2013). В то время как внезапное удаление кислорода, которое было вызвано аноксической обработкой, определенно могло произойти в естественных условиях, например, после сильного дождя, накопление токсичного NO не могло произойти в естественных консорциумах с определенной функциональной избыточностью (Schimel and Schaeffer, 2012 ). Более того, подвижный углеродный субстрат, такой как растворенное органическое вещество, вероятно, вызовет иной пространственно-временной паттерн в аэробном дыхании и денитрификации, чем неподвижный углеродный субстрат, такой как органическое вещество в виде твердых частиц (Ebrahimi and Or, 2015).Экспоненциально растущая культура, собирающая пищу на низкомолекулярном углеродном субстрате, как в наших экспериментах, также может происходить в естественных условиях, когда в почву добавляется легко разлагаемое органическое вещество (например, навоз, растительные остатки после уборки урожая или вспашки). Но этот сценарий скорее исключение, тогда как в почве обычно преобладает стационарное или постепенное изменение микробной активности. Тем не менее, динамический рост также представляет собой интересный случай для моделирования. Несмотря на то, что горячие точки микробной активности считаются доминирующими местами денитрификации в почве, их нелегко исследовать изолированно от окружающей почвенной матрицы, поскольку изменяющееся содержание воды в почвенной матрице играет важную роль в контроле над микроклиматической средой. условия в горячих точках.Изменение внешней концентрации O 2 вместо изменения содержания воды является лишь косвенным аналогом, поскольку не учитывает разбавление нитрата и углеродного субстрата, а также осмотические эффекты, вызванные повторным смачиванием (Fierer and Schimel, 2003; Гроффман и др., 2009). Более того, ненарушенная структура почвы обычно не проявляется в виде изолированных, хорошо отсортированных агрегатов, а представляет собой целостную матрицу почвы, пронизанную сложной сеткой пор (Rabot et al., 2018). Следовательно, размер агрегата следует скорее интерпретировать как типичное расстояние до ближайшей поры, заполненной воздухом (Schlüter and Vogel, 2016), а различные уровни кислорода, например, как глубинный градиент парциального давления O 2 в почве. профиль.Наконец, эксперименты в закрытых системах влияют на время пребывания газообразных промежуточных продуктов, что увеличивает вероятность того, что почва станет приемником NO и N 2 O (Chapius-Lardy et al., 2007).

Несмотря на эти ограничения, наш упрощенный эксперимент по инкубации может служить интересным случаем для изучения динамики денитрификации почвы как важного источника N 2 O. Таким образом, эксперименты с искусственными агрегатами могут предоставить полезный набор эталонных данных для физических экспериментов. диффузионно-реакционные модели микробной активности в модельных почвенных агрегатах.Новаторские исследования Леффелаара и Весселя (1988) и Араха и Смита (1989), которые предполагали упрощенные одномерные радиальные области, постепенно вытесняются пространственно явными трехмерными моделями порового пространства (Ebrahimi and Or, 2014, 2015; Falconer et al., 2015), которые могут быть получены непосредственно из рентгеновских компьютерных томографов, как показано на рисунке 1A. Эти модели могут по своей сути учитывать фрагментацию микробных ниш при нормальных гидравлических условиях из-за прерывистой водной фазы, а также повышенное распространение микробов после повторного заболачивания (Tecon and Or, 2017).У них есть потенциал для изучения микроскопических биохимических процессов, которые невозможно измерить напрямую, чтобы информировать или улучшать макроскопические модели выбросов парниковых газов, которые работают с эмерджентными свойствами в гораздо более крупных масштабах, таких как переходные бескислородные объемы почвы (Li et al. , 2000; Эбрахими, Ор, 2016). Разработка новой пространственно-явной, физически обоснованной модели кинетики денитрификации на основе модели Hron et al. (2015) в настоящее время ведется, но выходит за рамки исследования.

5. Выводы

Этот инкубационный эксперимент ясно демонстрирует, как денитрификация в полностью насыщенных агрегатах регулируется физическими ограничениями, которые вызывают временное образование аноксичных агрегатных центров. Пространственные градиенты растворенного кислорода, которые управляют диффузионным потоком, очень предсказуемо контролируются размером агрегата и внешней концентрацией кислорода. Лучшее снабжение кислородом небольших агрегатов приводит к более быстрому росту и более раннему началу эмиссии N 2 O, тогда как более крупные агрегаты имеют большее накопление N 2 O и большее отношение продукции N 2 O / CO 2 в долгосрочной перспективе.Основные выводы для физического моделирования заключаются в том, что в условиях динамического роста активность денитрификации можно предсказать, только если известны как размер агрегата, так и концентрация кислорода на поверхности агрегата.

Снижение внешней концентрации кислорода последовательно приводит к снижению аэробного дыхания, а также к увеличению активности денитрификации и производственного отношения N 2 O / CO 2 . Кумулятивное отклонение электронов от восстановленного углерода к N-оксианионам прекрасно описывается простой эмпирической моделью в широком диапазоне концентраций кислорода, что подтверждает доминирующую роль физических ограничений на выбросы N 2 O из этих агрегатов упрощенной модели, инокулированных единственный бактериальный штамм и простая питательная среда.

Инкубационные исследования с этими упрощенными почвенными агрегатами могут быть расширены до более реалистичных почвенных условий несколькими способами. В настоящее время мы работаем с экспериментальными установками, в которых агрегаты инокулируются различными бактериальными штаммами и встраиваются в явную геометрию в матрицу песчаной почвы, адаптированную к разному содержанию воды, чтобы учесть взаимодействие между горячими точками и изучить роль пространственного распределения горячих точек в теплице. выбросы газа.

Авторские взносы

SS, H-JV, MH, OI и PD разработали эксперимент.LB предоставила бактериальный штамм. SS, SH, LB и PD проводили эксперименты. SS, SH, JZ и PD проанализировали данные. Все авторы внесли свой вклад в написание рукописи.

Финансирование

Это исследование финансировалось Deutsche Forschungsgemeinschaft через исследовательское подразделение DFG-FOR 2337: Денитрификация в сельскохозяйственных почвах: комплексный контроль и моделирование в различных масштабах (DASIM).

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарим двух рецензентов за их комментарии, которые помогли улучшить качество рукописи.

Список литературы

Арах, Дж. Р. М., и Смит, К. А. (1989). Установившаяся денитрификация в агрегатных почвах: математическая модель. J. Soil Sci. 40, 139–149. DOI: 10.1111 / j.1365-2389.1989.tb01262.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бэк, С.-Х., и Шепли, Дж. П. (2005). Экспрессия редуктаз нитрита и оксида азота в свободноживущих и ассоциированных с растениями клетках Agrobacterium tumefaciens C58. Заявл. Environ. Microbiol. 71, 4427–4436. DOI: 10.1128 / AEM.71.8.4427-4436.2005

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баккен, Л. Р., Бергауст, Л., Лю, Б., и Фростегард, А. (2012). Регулирование денитрификации на клеточном уровне: ключ к пониманию выбросов N 2 O из почв. Philos. Пер. R. Soc. Лондон. B Biol. Sci. 367, 1226–1234. DOI: 10.1098 / rstb.2011.0321

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бергауст, Л., Баккен Л. Р. и Фростегард А. (2011). Регуляторный фенотип денитрификации, новый термин для характеристики денитрифицирующих бактерий. Biochem. Soc. Пер. 39, 207–212. DOI: 10.1042 / BST03

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бергауст Л., Шепли Дж., Фростегард Е. и Баккен Л. (2008). Транскрипция и активность редуктазы NO x в Agrobacterium tumefaciens : влияние нитрата, нитрита и доступности кислорода. Environ. Microbiol. 10, 3070–3081. DOI: 10.1111 / j.1462-2920.2007.01557.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chapius-Lardy, L., Wrage, N., Metay, A., Chotte, J.-L., and Bernoux, M. (2007). Грунты, мойка для N 2 O? Обзор. Glob. Сменить Биол. 13, 1–17. DOI: 10.1111 / j.1365-2486.2006.01280.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Доан, Т. А., и Хорват, В. Р. (2003). Спектрофотометрическое определение нитратов одним реагентом. Анал. Lett. 36, 2713–2722. DOI: 10.1081 / AL-120024647

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дёрш П., Бракер Г. и Баккен Л. Р. (2012). PH-реакция денитрификации в зависимости от сообщества: эксперименты с клетками, извлеченными из органических почв. FEMS Microbiol. Ecol. 79, 530–541. DOI: 10.1111 / j.1574-6941.2011.01233.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эбрахими А. и Ор Д. (2015). Процессы гидратации и диффузии формируют организацию и функционирование микробного сообщества в модельных агрегатах почвы. Водные ресурсы. Res. 51, 9804–9827. DOI: 10.1002 / 2015WR017565

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эбрахими А. и Ор Д. (2016). Динамика микробных сообществ в почвенных агрегатах формирует биогеохимические газовые потоки на основе почвенных профилей, увеличивая масштаб агрегированной биофизической модели. Glob. Сменить Биол. 22, 3141–3156. DOI: 10.1111 / gcb.13345

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эбрахими А. Н. и Ор Д. (2014).Дисперсия микробов в ненасыщенных пористых средах: характеристики движений подвижных бактериальных клеток в ненасыщенных угловых сетях пор. Водные ресурсы. Res. 50, 7406–7429. DOI: 10.1002 / 2014WR015897

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фальконер, Р. Э., Гийом, Б., Соня, С., Филипп, Б., Клэр, К., и Уилфред, О. (2015). Микромасштабная неоднородность объясняет экспериментальную изменчивость и нелинейность минерализации органического вещества почвы. PLoS ONE 10: e0123774.DOI: 10.1371 / journal.pone.0123774

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фирер Н. и Шимель Дж. П. (2003). Предлагаемый механизм импульса образования углекислого газа обычно наблюдается после быстрого повторного заболачивания сухой почвы. Почвоведение. Soc. Являюсь. J. 67, 798–805. DOI: 10.2136 / sssaj2003.7980

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Файерстоун, М. (1982). «Биологическая денитрификация», в Азот в сельскохозяйственных почвах , изд F.Дж. Стивенсон (Мэдисон, Висконсин: Американское агрономическое общество), 289–326.

Google Scholar

Гроффман П., Баттербах-Бал К., Фулвейлер Р., Голд А., Морс Дж., Стандер Э. и др. (2009). Проблемы, связанные с включением явных пространственных и временных явлений (горячих точек и горячих моментов) в модели денитрификации. Биогеохимия 93, 49–77. DOI: 10.1007 / s10533-008-9277-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Højberg, O., Revsbech, N.П. и Тидже Дж. М. (1994). Денитрификация в агрегатах почвы анализируется с помощью микросенсоров на закись азота и кислород. Почвоведение. Soc. Являюсь. J. 58, 1691–1698. DOI: 10.2136 / sssaj1994.03615995005800060016x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хрон П., Йост Д., Бастиан П., Галлерт К., Винтер Дж. И Иппиш О. (2015). Применение моделирования реактивного транспорта к росту и транспорту микроорганизмов в капиллярной кайме. Зона Вадос J. 14: vzj2014.07.0092. DOI: 10.2136 / vzj2014.07.0092

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джонс, К. М., и Холлин, С. (2010). Экологические и эволюционные факторы, лежащие в основе глобальной и локальной сборки сообществ денитрификаторов. ISME J. 4, 633. DOI: 10.1038 / ismej.2009.152

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кини Д. и Нельсон Д. В. (1982). «Азот — неорганические формы», в Методы анализа почв. Часть 2. Химические и микробиологические свойства , 2-е изд., ред. А. Л. Пейдж, Р. Х. Миллер и Д. Р. Кини (Мэдисон, Висконсин: Американское агрономическое общество), 643–698.

Google Scholar

Колб С., Хорн М. А. (2012). Микробиологическое потребление CH 4 и N 2 O на кислых заболоченных территориях. Фронт. Microbiol. 3:78. DOI: 10.3389 / fmicb.2012.00078

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кузяков Ю., Благодатская Е. (2015). Горячие точки микробов и горячие моменты в почве: концепция и обзор. Soil Biol. Biochem. 83, 184–199. DOI: 10.1016 / j.soilbio.2015.01.025

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Леффелаар П. и Вессель В. (1988). Денитрификация в однородной замкнутой системе: эксперимент и моделирование. Почвоведение. 146, 335–349.

Google Scholar

Li, C., Aber, J., Stange, F., Butterbach-Bahl, K., and Papen, H. (2000). Технологическая модель выбросов N 2 O и NO из лесных почв: 1.Разработка модели. J. Geophys. Res. Атмос. 105, 4369–4384. DOI: 10.1029 / 1999JD

9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Линн Д. и Доран Дж. (1984). Влияние водонаполненного порового пространства на образование углекислого газа и закиси азота в пахотных и необработанных почвах. Почвоведение. Soc. Являюсь. J. 48, 1267–1272. DOI: 10.2136 / sssaj1984.03615995004800060013x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю Б., Мёрквед П. Т., Фростегорд А.и Баккен Л. Р. (2010). Генофонд денитрификации, транскрипция и кинетика продукции NO, N 2 O и N 2 в зависимости от pH почвы. FEMS Microbiol. Ecol. 72, 407–417. DOI: 10.1111 / j.1574-6941.2010.00856.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Матье О., Левек Ж., Эно К., Миллу М.-Ж., Бизуар Ф. и Андре Ф. (2006). Выбросы и пространственная изменчивость N 2 O, N 2 и мольная доля закиси азота в масштабе месторождения, выявленная с помощью изотопных методов 15 N. Soil Biol. Biochem. 38, 941–951. DOI: 10.1016 / j.soilbio.2005.08.010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Молстад, Л., Дёрш, П., и Баккен, Л. Р. (2007). Роботизированная система инкубации для мониторинга газов (O 2 , NO, N 2 O, N 2 ) в денитрифицирующих культурах. J. Microbiol. Методы 71, 202–211. DOI: 10.1016 / j.mimet.2007.08.011

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мирольд Д.Д., и Тидже, Дж. М. (1985). Диффузионные ограничения на денитрификацию в почве. Почвоведение. Soc. Являюсь. J. 49, 651–657. DOI: 10.2136 / sssaj1985.03615995004

0025x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Паркин, Т. Б. (1987). Почвенные микросайты как источник изменчивости денитрификации. Почвоведение. Soc. Являюсь. J. 51, 1194–1199. DOI: 10.2136 / sssaj1987.03615995005100050019x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Филиппот, Л., Андерт, Дж., Джонс, К., Брю, Д., и Холлин, С. (2011). Важность денитрификаторов, у которых отсутствуют гены, кодирующие редуктазу закиси азота, для выбросов N 2 O из почвы. Glob. Сменить Биол. 17, 1497–1504. DOI: 10.1111 / j.1365-2486.2010.02334.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Филиппот, Л., Халлин, С., и Шлотер, М. (2007). «Экология денитрифицирующих прокариот в сельскохозяйственных почвах», в Advances in Agronomy , Vol. 96, Достижения в агрономии .(Academic Press), 249–305.

Google Scholar

Филиппот, Л., Спор, А., Эно, К., Брю, Д., Бизуар, Ф., Джонс, К. М. и др. (2013). Утрата микробного разнообразия влияет на круговорот азота в почве. ISME J 7, 1609–1619. DOI: 10.1038 / ismej.2013.34

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Rabot, E., Wiesmeier, M., Schlüter, S., and Vogel, H.-J. (2018). Структура почвы как индикатор функций почвы: обзор. Geoderma 314, 122–137.DOI: 10.1016 / j.geoderma.2017.11.009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рёвер, М., Хайнемейер, О., Мунк, Дж. К., и Кайзер, Э.-А. (1999). Пространственная неоднородность пахотного слоя: высокая изменчивость интенсивности выбросов N 2 O. Soil Biol. Biochem. 31, 167–173. DOI: 10.1016 / S0038-0717 (97) 00271-X

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Русер Р., Флесса Х., Руссов Р., Шмидт Г., Буггер Ф. и Мунк Дж. (2006).Выбросы N 2 O, N 2 и CO 2 из почвы, удобренной нитратами: эффект уплотнения, влажности почвы и повторного заболачивания. Soil Biol. Biochem. 38, 263–274. DOI: 10.1016 / j.soilbio.2005.05.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сексстоун, А. Дж., Ревсбех, Н. П., Паркин, Т. Б., и Тидже, Дж. М. (1985). Прямое измерение профилей кислорода и скорости денитрификации в почвенных агрегатах. Почвоведение. Soc. Являюсь. J. 49, 645–651.DOI: 10.2136 / sssaj1985.03615995004

0024x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шимек, М., Купер, Дж. Э. (2002). Влияние pH почвы на денитрификацию: прогресс в понимании этого взаимодействия за последние 50 лет. Eur. J. Почвоведение. 53, 345–354. DOI: 10.1046 / j.1365-2389.2002.00461.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Систром, В. Р. (1960). Потребность в натрии при росте rhodopseudomonas spheroides. Microbiology 22, 778–785.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Смит, К. А. (1990). Анаэробные зоны и денитрификация в почве: моделирование и измерение. Бостон, Массачусетс: Springer, 229–244.

Google Scholar

Штанге, К., Спотт, О., Арриага, Х., Менендес, С., Эставилло, Дж., И Мерино, П. (2013). Использование метода обратной численности для определения источников выбросов NO и N 2 O из лесных почв Испании в кислородных и гипоксических условиях. Soil Biol. Biochem. 57, 451–458. DOI: 10.1016 / j.soilbio.2012.10.006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вос, М., Вольф, А. Б., Дженнингс, С. Дж., И Ковальчук, Г. А. (2013). Микромасштабные детерминанты бактериального разнообразия в почве. FEMS Microbiol. Ред. 37, 936–954. DOI: 10.1111 / 1574-6976.12023

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zausig, J., Stepniewski, W., and Horn, R. (1993). Градиенты концентрации кислорода и окислительно-восстановительного потенциала в ненасыщенных агрегатах модельной почвы. Почвоведение. Soc. Являюсь. J. 57, 908–916. DOI: 10.2136 / sssaj1993.03615995005700040005x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вещества размера в смешанных и заполненных формах

Будь то плотная, мелкосортная смесь или смесь с зазором или асфальт с каменной матрицей, не забывайте об их влиянии на уплотнение.

Многие подрядчики учитывают температуру при рассмотрении потребностей в уплотнении. Тем не менее, некоторые внешние спецификации также оказывают значительное влияние на рабочую площадку.К ним относятся дизайн смеси и форма заполнителя.

Плотные смеси производятся из заполнителя непрерывной фракции. Другими словами, в конструкции присутствуют самые разные размеры агрегатов. В расчетную формулу входят асфальтобетон и мелочь. Обычно более крупные агрегаты окружены матрицей мастики, состоящей из асфальтобетона и мелких частиц. Асфальтовый цемент может быть модифицирован такими материалами, как полимер или латексный каучук, для придания ему дополнительной жесткости.

Поскольку более крупные заполнители окружены смесью асфальтобетона и мелочи, существует меньшая опасность повреждения заполнителей из-за использования большой силы уплотнения.В зависимости от толщины слоя при уплотнении плотных смесей часто выбирают среднюю или высокую амплитуду.

Смеси плотные

Нажмите, чтобы просмотреть увеличенное изображение

Смеси плотной фракции часто делятся на грубые и мелкие. Крупные смеси имеют максимальный размер заполнителя 19 мм (3/4 дюйма) или больше. Грубые смеси обычно укладываются довольно толстыми слоями толщиной 75 мм (3 дюйма) или более. Маты, состоящие из крупнозернистой смеси, с меньшей вероятностью будут перемещаться при высокой энергии уплотнения.Вы можете использовать вибрационные катки с более высоким диапазоном амплитуд и пневматические катки с более высоким давлением на грунт.

Некоторые смеси с плотной фракцией классифицируются как мелкие смеси. Мелкозернистые смеси имеют максимальный заполнитель до 13 мм (1/2 дюйма) и обычно содержат довольно большой процент мелких частиц и асфальтобетона. Некоторые мелкие смеси могут быть нестабильными в процессе уплотнения, особенно если толщина слоя превышает 50 мм (2 дюйма).

Статическое уплотнение может потребоваться для стабилизации тонкодисперсных смесей перед вибропроходами.Высокая энергия уплотнения может повредить слои тонкой смеси. Более легкие катки, стальные барабанные или пневматические, рекомендуются для использования с мелкодисперсными смесями.

Смеси открытого сорта

Нажмите, чтобы просмотреть увеличенное изображение

Смеси открытого типа имеют заполнитель относительно однородного размера, типичным примером которого является отсутствие частиц промежуточного размера. Типичные конструкции смеси для этой структуры — проницаемые слои трения и проницаемые основания, обработанные асфальтом.

Из-за их открытой структуры принимаются меры для сведения к минимуму стекания асфальтового цемента в нижнюю часть слоя за счет использования модифицированного асфальтового цемента, обычно латексного каучука или волокон.Контакт камня с камнем с тяжелым покрытием из частиц асфальтобетона типичен для открытых смесей.

Смесь с разрывом

Нажмите, чтобы просмотреть увеличенное изображение

В смесях с зазором используется градация заполнителя с частицами от крупных до мелких с отсутствием некоторых промежуточных размеров.

Смеси с прослойкой фракции также характеризуются контактом камня с камнем и более проницаемы, чем смеси с плотной структурой.

Каменно-матричный асфальт

Нажмите, чтобы просмотреть увеличенное изображение

Асфальт с каменной матрицей (SMA), как и другие смеси с открытой фракцией, не будет содержать заполнителей большинства промежуточных размеров.

Однако в асфальтобетонных смесях с каменной матрицей доля мелких частиц намного выше. Модифицированный асфальтовый цемент в сочетании с этой мелкой фракцией образует густое мастичное покрытие вокруг и между крупными частицами заполнителя.

Форма тоже имеет значение

Форма заполнителя также влияет на уплотнение. Форма агрегата определяет величину внутреннего трения между частицами.

Закругленные агрегаты имеют низкое внутреннее трение и перемещаются ближе друг к другу в слое с меньшей энергией уплотнения.Однако смеси с округлыми заполнителями имеют тенденцию быть нестабильными и перемещаться под весом уплотнителя. Поэтому, если вы знаете, что форма заполнителя округлая, выберите низкую амплитуду колебаний или легкий статический уплотнитель.

Угловые агрегаты, напротив, имеют высокое внутреннее трение. Когда они входят в контакт друг с другом, угловые агрегаты создают высокую прочность дорожного покрытия. Требуются более мощные и более тяжелые уплотнители, чтобы преодолеть внутреннее трение между изломами граней щебня.В большинстве проектов смесей с высокой проходимостью предусматривается использование дробленых заполнителей с определенным количеством и формой изломов граней.

Роль толщины

Независимо от типа смеси или проекта важным фактором является соотношение между размером самого крупного заполнителя в смеси и толщиной слоя. Это соотношение сильно влияет на способность мата воспринимать энергию уплотнения и достигать заданной плотности.

Например, толщину слоя 10 см (4 дюйма) и максимальный размер заполнителя 25 мм (1 дюйм) относительно легко уплотнить.Вы можете использовать высокие усилия уплотнения и не беспокоиться о повреждении агрегатов. При соотношении 4: 1 имеется достаточно места для движения агрегатов, позволяя агрегатам переориентироваться. Многие отделы общественных работ устанавливают соотношение как минимум 3: 1 для проекта с высокой проходимостью.

Когда отношение толщины слоя к размеру заполнителя меньше 3: 1, процесс уплотнения значительно усложняется. В частности, когда в слое имеются угловатые агрегаты, вполне вероятно, что эти агрегаты не переместятся в надлежащую уплотненную ориентацию без повреждения.

Оператор уплотнителя с большей вероятностью заметит подпрыгивание барабана или появление камня без покрытия на поверхности мата. Недостаточная плотность и поврежденные заполнители приведут к преждевременному разрушению мата. Когда отношение толщины слоя к размеру заполнителя меньше 3: 1, требуется низкая энергия уплотнения.

Таким образом, экипажам всегда нужно будет следить за температурой.

Но не забывайте, что то, что происходит еще до того, как смесь попадет на рабочую площадку, тоже имеет значение. v

Статья и фотографии любезно предоставлены Cat Paving.

(Примечание редактора: этот отрывок впервые появился в «Руководстве по продукции Cat для укладки асфальта для уплотнения асфальта». Книга доступна на Amazon.com и у участвующих дилеров Cat.) Прочность бетона | Огундипе

Хак М.Б., Тухин И.А. и М.С.С. Фарид. Влияние распределения агрегатов по размерам на прочность бетона на сжатие. SUST Journal of Science and Technology, Vol.19, № 5, 2012; П: 35-39.

Якуб М. и И. Бухари. Влияние размера крупного заполнителя на сжатие высокопрочного бетона. 31-я конференция «Наш мир в бетоне и конструкциях». 16-17 августа 2006 г., Сингапур.

Вуд А., Амоа Д.К., Агуба И.А., П. Баллоу. Влияние максимальной крупности заполнителя на прочность при сжатии бетона, производимого в Гане. Гражданские и экологические исследования, Том 7, № 5, Стр. 7-12.

Vilane B.R.T.и Н. Сабело. Влияние размера заполнителя на прочность бетона при сжатии. Журнал сельскохозяйственных наук и инженерии, Vol. 2, № 6, 2016, с. 66-69.

Пандуранган К., Рамакришна Г. и С. Котандараман. Влияние размера и формы крупного заполнителя на прочностные и реологические характеристики самоуплотняющегося бетона. ICI Journal, 2012, стр. 1-7.

Арум К. и Олотуах А.О. Изготовление прочного и долговечного бетона. Emirates Journal for Engineering Research, 11 (1), 2006, стр. 25–31.

Арслан Б. и Камас Т. Исследование влияния размеров агрегатов на поведение бетона при сжатии с помощью спектроскопии электромеханического и механического импеданса. Структурная целостность процедур, 5, 2016. Стр. 171-178. Doi: 10.1016 / j.prostr.2017.07.093.

Кришна А.В., Рао Б.К. и Раджагопал А. Влияние различных размеров грубого заполнителя на свойства NCC и SCC. Международный журнал инженерных наук и технологий, 2 (10), 2010, 5959-5965.

Ахмед Б.и Рахман М. Оценка прочности бетона на сжатие на основе комбинации различных размеров заполнителя. Международный журнал перспективных конструкций и геотехнической инженерии, 04 (03), 2015, стр. 148-152.

Ajamu S.O. и Иге Дж. Влияние типа крупнозернистого заполнителя и метода смешивания на свойства бетона из природных заполнителей в штате Огбомосо-Ойо, Нигерия. Международный журнал инженерии и технологий, 5 (7), 2015, стр. 426-433.

Гуадес Э.Дж., Тадуйо О.Г. и Собревига М.Д.Прочность геополимерного бетона при сжатии: влияние размера гравия. Международная конференция по достижениям инженерных наук и прикладной математики (ICAESAM’2016) 21–22 декабря 2016 г. Куала-Лумпур, Малайзия. Doi: 10.15242 / IIE.E1216009.

Абдуллахи М. Влияние типа заполнителя на прочность бетона при сжатии. Международный журнал гражданского строительства и строительства, 2 (3), 2012 г., стр. 791-800. DOI: 10.6088 / ijcser.00202030008.

Ниту и Раббани А.Влияние размера заполнителей на прочность бетона на сжатие. Международный журнал инженерных разработок и исследований. 5 (3), 2017, стр 27-30.

Ajamu S.O. и IgeJ.A. (б) Влияние крупного размера заполнителя на прочность на сжатие и прочность на изгиб бетонной балки. Int. Журнал инженерных исследований и приложений 5 (4), 2015, стр. 67-75.

Карагюлер М.Э. и Ятаган М.С. (2018) Влияние размера заполнителя на сдерживаемую усадку бетона и раствора.Министерство юстиции Civil Eng 4 (1), 2018, стр. 16-22. DOI: 10.15406 / mojce.2018.04.00092.

Салау М.А. и Бусари А.О. Влияние разной крупности крошки на прочностные характеристики лакового бетона. Материалы 2-й Международной конференции по инновационным материалам, конструкциям и технологиям. Стр. 1.8. DOI: 10.1088 / 1757-899X / 96/1/012079.

Муса М.Ф. и бин Саим А.А. Влияние размера заполнителя на прочность бетона. Коллоквиум 10 (2017), с. 9-11.

Британский стандарт.Испытания геометрических свойств заполнителей — определение гранулометрического состава (метод просеивания). Британский институт стандартов, Лондон, Великобритания (BS EN 933-1: 1997), 1997.

BSI. Испытания затвердевшего бетона. Прочность на сжатие образцов для испытаний. BS EN 12390-3: 2009.

RBS | Агрегат

Известняк сортируется по номинальной крупности; меньшие числа указывают на больший размер частиц, а большие числа указывают на меньший размер камня. Размеры больше 4–6 дюймов обозначаются такими названиями, как Rip-Rap и Gabion Stone.

Все продукты

Crusher Run имеют размеры меньше, чем указано в их названии; Дробилка размером 1-1 / 2 дюйма имеет максимальный размер 1-1 / 2 дюйма и примерно на 35% меньше дюйма.

Размеры меньше ”обозначаются числом отверстий на дюйм, через которые они проходят; размер ¼ ”- это # ​​4, 1/40 th ” — это # ​​40, а 1/200 th ”- это # ​​200.

AASHTO, Американская ассоциация государственных служащих автомобильных дорог и транспорта, определяет многие стандартные размеры щебня, используемые DOT многих штатов.Они обозначаются числами, такими как №1, №2, №57, №9 и т. Д., Но сильно отличаются от указанных выше размеров экрана с отверстиями на дюйм. Типичные варианты использования размеров AASHTO:

# 1, # 2, # 3, # 4; Используется на строительных площадках, лесозаготовках, фермах и в илистых местах в качестве основы для дорог. Эти размеры не позволяют плавно уклоняться, и по ним может быть трудно ходить. Меньший размер обычно используется для отделки верхней поверхности.

№ 57, 67, 7; Используется в бетонных и асфальтовых, септических и дренажных полях, под бетонными плитами, а также для засыпки без дренажа, неуплотненных конструкций, таких как стены подвала.

№ 8 и № 9; Используется для обработки поверхностей с асфальтовым покрытием, абразивных материалов во время снегопада и льда зимой, для укладки труб и для создания гладкой поверхности. Не такой стабильный, как у больших размеров.

Промышленный песок; Наименьший из доступных, это измельченный песок, а не встречающийся в природе, как в реке или на пляже. Доступны два вида: спецификация C33 для бетона и асфальта, а неспецифический песок — для подстилки, сельскохозяйственного использования и мелкой сортировки.

Crusher Run, # ”, 1-1 / 2”, ¾ ”и ½”; Все имеют верхний размер, как указано, вплоть до очень мелких размеров. При правильном уплотнении эти материалы обеспечивают гладкую, плотную и прочную поверхность. Эти размеры используются в основном в качестве дорожных покрытий и обочин, а также поверхностей готовых конструкций.

Рип-Рэп и Габион; Используется для защиты склонов и озеленения, размеры до 36 дюймов

Сельскохозяйственная известь грубого помола; Классификация по воздуху, 85% мин., Эквивалент CaCo3

Разница между мелким и крупным заполнителем

Заполнители являются важными компонентами бетона.Они действуют как инертный материал в бетоне. Мелкий заполнитель и крупный заполнитель — два основных типа заполнителей для бетона. Как видно из названия, они в основном классифицируются в зависимости от размеров частиц заполнителя.

Мелкий заполнитель и крупный заполнитель

Мелкий и крупный заполнители имеют некоторые существенные различия. Источниками основных различий между глубокими и неглубокими основаниями являются определение, размер частиц, материалы, источники, площадь поверхности, функция в бетоне, использование и т. Д.

В следующей таблице приведены основные различия между мелким и крупным заполнителем:

Области применения Мелкий заполнитель (FA) Крупный заполнитель (CA)
Определение Мелкозернистый заполнитель — это мелкий наполнитель в строительстве. Крупнозернистые заполнители — это наполнитель большего размера в строительстве.
2 Размер частиц Мелкие агрегаты — это частицы, которые проходят через 4.75 мм и оставьте на сите 0,075 мм. Крупные агрегаты — это частицы, которые задерживаются на сите 4,75 мм.
3 Материалы Песок, сурки, отсевы камня, обожженные глины, золы, летучая зола и т. Д. Используются в качестве мелкого заполнителя в бетоне. Кирпичная крошка (битый кирпич), каменная крошка (битый камень), гравий, галька, клинкер, шлак и т. Д. Используются в качестве крупного заполнителя в бетоне.
4 Источники Речной песок или машинный песок, щебень, гравийный песок являются основными источниками мелкого заполнителя. Заполнители доломита, щебень или щебень, естественное разрушение горных пород являются основными источниками крупного заполнителя.
5 Площадь поверхности Площадь поверхности мелких заполнителей выше.

Ответить

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *