Распространенные фракции составляющих почвы
Выделяют несколько группировок механического состава, но наиболее распространенной классификацией считается следующая:
- камни;
- гравий;
- песок – подразделяется на крупный, средний и мелкий;
- ил – делится на грубый, тонкий и коллоиды;
- пыль – крупная, средняя и мелкая.
Другое разделение гранулометрического состава земли выглядит следующим образом: песок рыхлый, песок связной, суглинок легкий, средний и тяжелый, супесь, глина легкая, средняя и тяжелая. В каждой группе содержится определенный процент физ.глины.
Почва изменяется постоянно, как следствие этого процесса гранулометрический состав почв тоже не остается прежним (например, из-за подзолообразования ил переносится из верхних горизонтов в нижние). От составляющих грунта зависит структура и пористость земли, её теплоемкость и связность, проницаемость воздуха и влагоемкость.
Определение гранулометрического состава ареометрическим методом
Зерновой состав грунта определяется при помощи замеров ареометром плотности суспензии во время ее отстаивания.
200 г средней пробы высушенного грунта просеивается через комплект сит с диаметром отверстий 1, 2, 5, 10 мм. Те элементы, которые задержались на ситах и упали в поддон, взвешиваются. Отдельно отбираются образцы грунта весом не меньше 15 г для подсчета их удельного веса и природной влажности.
Из тех частиц, которые прошли через сито с отверстиями в 1 мм, отбирается средняя проба и помещается в фарфоровую чашу (вес уже известен) и взвешиваются. Показатели для глинистых почвы должны быть – 20 г, суглинков – 30 г, супесей – 40 г.
Прежде чем испытывать образцы ареометрическим методом, выполняется испытание суспензии почвы на коагуляцию. Для этого проба грунта весом в 2 г растирается в фарфоровой емкости с 4-6 см³ дистиллированной воды, после чего в чашу добавляется еще 14-16 см³ воды и полученная смесь кипятится на протяжении 5-10 минут. Взвесь помещается в мерный цилиндр или пробирку объемом 100-150 см³, куда доливается дистиллированная вода в таком количестве, чтобы общий объем для глинистого грунта достигал 100 см³, для суглинков – 70см³, для супесей – 50см³. Смесь взбалтывается и отставляется на сутки. Если в это время произошла коагуляция, то жидкое содержимое должно быть прозрачным, а осадок иметь рыхлую структуру с хлопьевидными частицами.
Если суспензия не коагулирует, то для ее разбавления пробы используется дистиллированная вода с добавлением 25% аммиачного раствора в расчете 0,5см³ на 1 л жидкости. Полученная суспензия поддается кипячению на протяжении часа, после охлаждается при комнатной температуре.После коагуляции в суспензию доливается вода, все это взбалтывается и выливается в сито с отверстиями 0,1 мм. Те частицы, которые задержались на сите, помещаются в фарфоровую чашу и растираются. Образовавшаяся взвесь снова пропускается через сито с отверстиями 0,1 мм. Процедура повторяется до полного осветления воды над осадком, который скапливается на дне чаши.Частички, которые остались на сите в последний заход и осадок в чаше переносятся в заранее взвешенную емкость, отправляются на песчаную баню для выпаривания и высушиваются в сушильном шкафу до постоянного веса, после чего просеиваются через комплект сит с отверстиями 0,1, 0,25, 0,5 мм. Фракции грунта, которые остались на ситах, взвешиваются. Частицы грунта, которые прошли через сито с отверстиями 0,1 мм переносятся в цилиндр с коагулирующей суспензией, объем в мерном цилиндре доводится до 1 л.
Если проводится определение состава грунта, суспензия которого коагулирует, то до момента введения воды в пробирку добавляется 25см³4-6,7% пирофосфорнокислого натрия. Взвесь перемешивается до полного исчезновения осадка, момент завершения смешивания фиксируется секундомером. По таблице определяется время от завершения перемешивания до изучения плотности суспензии.
Диаметр частиц грунта, мм | Время от момента завершения перемешивания до момента замеров плотности взвеси |
До 0,05 | 1 мин |
От 0,01 | 30 мин |
До 0,005 | 3 ч |
За 10-12 секунд до начала определения плотности, в суспензию опускается ареометр, который не должен касаться стенок и дна емкости, после чего берется отсчет по данному прибору, что не должно превышать 5-7 секунд.
Температурный контроль суспензии выполняется за 5 минут до начала опыта, а также после каждого замера плотности взвеси ареометром. Если температура отличается от +20 градусов, то результаты ареометра рассматриваются с поправкой в соответствии со следующей таблицей:
Темпера- тура суспензии,С | Поправки к отсчету по ареометру R | Темпера- тура суспензии, °С | Поправки к отсчету по ареометру R | Темпера- тура суспензии, С | Поправки к отсчету по ареометру R |
10,0 | —1,2 | 17,0 | —0,5 | 24,0 | +0,8 |
10,5 | —1,2 | 17,5 | —0,4 | 24,5 | +0,9 |
11,0 | —1,2 | 18,0 | —0,3 | 25,0 | +1,0 |
11,5 | —1,1 | 18,5 | —0,3 | 25,5 | +1,1 |
12,0 | —1,1 | 19,0 | —0,2 | 26,0 | +1,3 |
12,5 | —1,0 | 19,5 | —0,1 | 26,5 | +1,4 |
13,0 | —1,0 | 20,0 | 0,0 | 27,0 | +1,5 |
13,5 | —0,9 | 20,5 | +0,1 | 27,5 | +1,6 |
14,0 | —0,9 | 21,0 | +0,2 | 28,0 | +1,8 |
14,5 | —0,8 | 21,5 | +0,3 | 28,5 | +1,9 |
15,0 | —0,8 | 22,0 | +0,4 | 29,0 | +2,1 |
15,5 | —0,7 | 22,5 | +0,5 | 29,5 | +2,2 |
16,0 | —0,6 | 23,0 | +0,6 | 30,0 | +2,3 |
16,5 | —0,6 | 23,5 | +0,7 |
Специалисты изучают результаты и оформляют отчетную документацию.
Компания «GeoCompani» в сжатые сроки и по выгодным ценам выполнит лабораторные исследования грунтов различными методами. Работаем в Москве и Московской области. Задать вопросы и подать заявку можно по телефону +7-495-777-65-35 или WhatsApp..
Методы гранулометрического анализа
Гранулометрический состав можно определить приближенно в полевых условиях по внешним признакам и на ощупь «сухим» или «мокрым» методом. Этими методами могут воспользоваться садоводы-огородники при определении доз внесения удобрений, количества песка, торфа, опилок для улучшения структуры почвы и создания более благоприятных условий для роста сельскохозяйственных культур.
«Сухой» метод
Сухой комочек или щепотку почвы/грунта кладут на ладонь и тщательно растирают пальцами. Механический состав определяется по ощущению при растирании. Глинистые почвы в сухом состоянии с большим трудом растираются между пальцами, но в растертом состоянии ощущается однородный тонкий порошок. Суглинистые почвы при растирании в сухом состоянии дают тонкий порошок, в котором прощупывается некоторое количество песчаных частиц. Песчаные почвы состоят только из песчаных зерен с небольшой примесью пылеватых и глинистых частиц. Пылеватые почвы и породы при растирании дают ощущение мягкости или «бархатистости»; песчанистые — жесткости, шероховатости; пылевато-песчанистые — мягкости, но и явного присутствия песчинок.
«Мокрый» метод
Образец растертой почвы или грунта увлажняют до тестообразного состояния, при котором почвы обладают наибольшей пластичностью. Затем пробуют на ладони скатать шарик и из него шнур толщиной около 3мм. Получившийся шнур пробуют свернуть в кольцо диаметром 2-3см. В зависимости от механического состава почвы/грунта показатели «мокрого» анализа будут различны. У рыхлых песков шарик не образуется; у связных песков — легко крошится; у супесей — имеет шероховатую поверхность; у суглинков — гладкую поверхность; у глинистых — гладкую, блестящую поверхность. Пески не образуют шнура; супеси дают зачатки шнура; у легких суглинков шнур образуется, но распадается на дольки; средние суглинки дают сплошной шнур, но при свертывании в кольцо он разламывается на дольки; тяжелый суглинок — шнур образуется сплошной, но при свертывании в кольцо трескается ; глины дают сплошной шнур, который свертывается в кольцо, не трескаясь.
Для точного установления гранулометрического состава применяют лабораторные методы, позволяющие находить количество всех групп механических элементов, слагающих почву или грунт.
При исследованиях гранулометрического состава почв/грунтов песчаного и крупнообломочного состава, реже в супесчаных, применяется ситовой метод (метод просеивания на ситах). Пробы грунта просеивают через набор сит с отверстиями разного диаметра: 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1. Каждую фракцию грунта, задержавшуюся на ситах, взвешивают и рассчитывают процентное содержание по отношению к общей массе грунта. При проведении гранулометрического анализа песков с размером частиц от 10 до 0,5 мм просеивание проводится без промывки, а от 10 до 0,1 мм с промывкой водой
Для исследования гранулометрического состава глинистых и суглинистых грунтов для частиц менее 0,1мм применяют ареометрический и пипеточный методы гранулометрического анализа. Эти методы основаны на зависимости, существующей между скоростями падения частиц и их размером. Если взмутить суспензию почвы/грунта и оставить ее в спокойном состоянии, то постепенно взмученные частицы осядут. Быстрее будут осаждаться более крупные по размеру и более тяжелые механические элементы, то есть плотность и механический состав суспензии будут изменяться с течением времени.
При ареометрическом методе производят измерения плотности отстаиваемой в цилиндре суспензии ареометром через определенные промежутки времени. Плотность, измеренная ареометром, зависит от содержания в суспензии взвешенных твердых частиц. Получив значения убывающей плотности через определенные промежутки времени, с помощью расчетных формул или по номограммам определяют процентное содержание частиц определенного размера.
Пипеточный метод предполагает отбор проб суспензии из цилиндра с определенных глубин через разные промежутки времени. Для производства анализа взмучивают грунтовую суспензию и оставляют ее в покое на определенное время, после чего специальной пипеткой с нужной глубины отбирают пробу суспензии. Такая проба содержит только те частицы, которые не успели осесть за указанное время отстаивания. При следующих пробах, взятых пипеткой через большие промежутки времени от начала отстаивания суспензии, получают более мелкие частицы. Определяя массу высушенных проб и зная размер отобранных частиц (вычисляемый по длительности отстаивания суспензии и глубине взятия проб), вычисляют процентное содержание этих частиц в образце почвы/грунта.
Гранулометрический анализ руд, продуктов обогащения и минералов
Современные методы гранулометрического анализа можно подразделить на три основные группы: ситовый анализ, седиментационный анализ, оптические и телевизионно-оптические методы.
Достоверность характеристики исходного материала по крупности зависит в первую очередь от массы пробы, метода ее отбора и точности метода анализа.
Максимальная масса M (кг) пробы руды для фанулометрического анализа рассчитывается по эмпирической формуле:
где d — размер максимального зерна, мм.
Ситовый анализ предусматривает рассев пробы на ситах с различными размерами ячеек ручным или механическим способами. Различают следующие способы: непрерывный рассев, разовый рассев, ручное перемещение. Непрерывный рассев предусматривает непрерывную загрузку рассеиваемого материала на просеивающую поверхность при одновременной разфузке. Разовый рассев — операция, при которой надрешетный и подрешетный продукты остаются на просеивающих поверхностях до завершения процесса рассева. Ручное перемещение — ориентирование вручную без усилий отдельных частиц руды или их групп относительно отверстий сита таким образом, чтобы они прошли через них или определенно остались на просеивающей поверхности.
Подрешетный продукт — совокупность кусков разных размеров, прошедших через сито с определенным размером отверстий.
Надрешетный продукт — совокупность кусков разных размеров, оставшихся на сите с определенным размером отверстий.
Классы крупности кусков определяются размерами отверстий сит, применяемых для выделения этих кусков.
Выход класса крупности — отношение массы данного класса к массе испытуемой пробы, выраженное в процентах.
Размер максимального куска определяется размером отверстий сита, на котором остается 1 кривые суммарных остатков выпуклые; при k = 1 — прямые; при k
Виды обломочных несцементированных грунтов
Исходя из неоднородного состава, существует определенная классификация, позволяющая соотносить исследуемые образцы к одной из категорий.
Выделяют такие виды обломочных несцементированных грунтов:
- песчаные;
- суглинки;
- супеси;
- крупнообломочные;
- глиняные.
В основе данной классификации лежит принцип фракционного размера обломков, от чего напрямую зависят свойства, в том числе степени водопоглощения и водорастворения.
Крупнообломочные
в результате воздействия водных потоков и ледников на скальные породы
В их составе свыше 50% частиц, диаметр которых превышает 2 мм.
Подразделяются на два вида: с высоким содержанием песчаных (свыше 40%) и глинистых (свыше 30%) частиц.
Они могут быть достаточно однородными, однако все они характеризуются степенью водонасыщения, текучестью и уровнем влажности.
Такие грунты образуются в результате сильного выветривания горных пород.
Щебенистые
Разновидность галечниковых грунтов плотностью от 1,2 до 3 г/см3, представляющие собой раздробленную в результате естественных причин скальную породу.
Частицы в виде щебеночных обломков, имеют размеры от 10 до 200 мм, причем разной формы (игловатая, пластинчатая). Данные грунты в сухом состоянии обладают крайне низкой способностью связываться между собой.
Грунт характеризуется низкой способностью к сжатию, давая эффективную основу для фундамента строений.
Дресвяные/гравийные
Дресвяные и гравийные грунты – это обломочная категория грунтовых составов, имеющая частицы окатанного типа, размером от 3 до 70 мм. Чаще всего такие грунты располагаются в поймах рек, рядом с озерами, прудами и морями.
Различный минералогический состав частиц, составляющих такие грунты, придает ему определенную скелетность, неплохую прочность и устойчивость.
Песчаные
Песчаные грунты – это смесевые частицы разрушенных твердых (горных) пород, включающих в себя зерна кварца и ряда других минералов.
В зависимости от особенностей входящих в состав такого грунта элементов он может иметь высокую, среднюю или низкую плотность. По характеристикам он относится к несвязному минеральному типу, размеры частиц которого составляют от 0,05 до 2 мм в объеме, не больше 50%.
Крупный и гравелистый песок
Достаточно схожими свойствами обладает крупный песок, где размеры песчинок составляют от 0,30 до 2 мм.
В состав обоих типов песка входят такие минералы, как полевой шпат (8%), кварц (70%), кальцит (3%) и прочие (11%).
Примечательно, что свойство грунта в плане хорошей несущей способности не зависит от объема влаги, присутствующей в составе гравелистого и крупного песка.
Средний и мелкий песок
Мелкий песок состоит из песчинок, размерами от 1,5 до 2,0, а средний – от 2,0 до 3,0 мм. Такие песчаные составы имеют в среднем плотность порядка 3-5 кг/см2, которая дает им высокую несущую способность.
В отличие от крупного и среднего, мелкий песок при насыщении влагой теряет свои прочностные свойства, которые уменьшаются в 2 раза.
Пылеватые частицы
По своему минеральному составу пылеватые частицы – это практически чистый кварц, реже — полевые шпаты с примесью других минералов. Размеры таких составов от 0,050 до 0,001 мм.
В сухом состоянии они обладают крайне слабой связанностью, имеют низкий уровень пластичности. Хороший капиллярный состав позволяет поднимать воду на высоту до 2,5-3 м.
Суглинок и глинистые частицы
Суглинок – рыхлая порода осадочного типа, содержащая в среднем от 10 до 30% глинистых веществ, размером менее 0,005 мм. В таком грунте может присутствовать супесь – песчаные частицы с содержанием глинистых примесей в объеме до 10%, которые по своим характеристикам очень схожи с песчаными грунтами.
В песчаных суглинках содержится в основном кварц с воднорастворимыми солями, а в глинистых – минералы монтмориллонит, иллит и каолинит.
АППАРАТУРА
2.1. Для проведения испытания используют следующую аппаратуру:
грохоты механические и анализаторы ситовые с набором сит, обеспечивающих разделение руды по классам крупности, сохранность пробы при рассеве и отклонение результатов анализа в пределах ±4% от результатов, полученных при ручном способе рассева той же пробы;
сита с сетками, имеющими квадратные отверстия по ГОСТ 2715-75;
анализатор шламовый для седиментационного анализа;
приставку для механического рассева мокрым способом (черт.1);
шкафы сушильные с электрообогревом и терморегулятором, обеспечивающие заданную температуру высушивания пробы (105±5) °С;
весы лабораторные с погрешностью взвешивания не более 0,5% от массы пробы;
хронометр или реле времени;
тару для хранения и доставки пробы (противни, ведра, банки, полиэтиленовые мешки и т.п.);
лопатки, совки, щетки.
Контрольные вопросы и задания
- Что называется механическими элементами?
- Назовите фракции механических элементов и их размер.
- В чем главные отличия фракций механических элементов по составу и свойствам?
- Одинаковы ли минералогический состав и свойства фракций механических элементов почв разных природных зон?
- Что такое гранулометрический состав почв и какие краткие его названия вы знаете?
- Как дается почве полное название по гранулометрическому составу?
- Какие почвы называют тяжелыми и легкими, теплыми и холодными и почему?
- Почему почвы разных типов почвообразования при одинаковом содержании физической глины могут отличаться по гранулометрическому составу?
- Какое влияние оказывает гранулометрический состав на плодородие почв, течение почвенных процессов и технологические особенности проведения агроприемов?
- Какой гранулометрический состав почв считают лучшим для земледелия и можно ли его регулировать?
ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ
4.1. Ситовый анализ материала крупностью свыше 3 мм
(Измененная редакция, Изм. N 1).
4.1.1. Навеску материала на рассев подают порциями или непрерывным потоком, не допуская перегрузки и повреждения сит. При периодическом (разовом) рассеве на верхнем сите должен образовываться слой материала толщиной, не превышающей трехкратного размера максимального куска.
При непрерывном рассеве загрузку верхнего сита следует производить так, чтобы материал на нем располагался толщиной не более чем в один слой, равный размеру максимального куска. Продолжительность разового рассева не менее 10 мин.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
4.2. Ситовый анализ материала крупностью менее 3 мм
4.2.2. При наличии в пробе значительного количества частиц крупностью до 0,074 мм и тонких глинистых частиц, налипающих на более крупные частицы, для большей точности анализа проводят предварительный отсев мелочи механически или вручную мокрым способом.
При ручном рассеве мокрым способом навеску помещают на сито с отверстиями сетки наименьшего размера и отмывают мелочь слабой струей воды или многократно погружают сито в бак с водой до тех пор, пока промывочная вода не будет прозрачной.
Механический рассев мокрым способом проводят на ситовом анализаторе с приставкой или установках аналогичного типа.
Материал для рассева помещают на сито, установленное в камере рассева. Камеру рассева герметически закрывают крышкой с гидроциклонными брызгалами и закрепляют в раме ситового анализатора. Затем одновременно включают электродвигатель анализатора и подают воду в брызгала. Расход воды 3 дм /мин.
Подрешетный продукт вместе с водой через патрубок поступает в специальную емкость.
При необходимости получения особо точных данных перед мокрым рассевом применяют диспергацию тонких частиц реагентами-диспергаторами, например, сочетанием соды и жидкого стекла, расходы которых подбирают опытным путем.
4.2-4.2.2. (Измененная редакция, Изм. N 1).
4.2.3. При применении мокрого способа рассева надрешетный продукт высушивают, взвешивают и по разности масс исходной навески и надрешетного продукта определяют массу отмытой мелочи. Надрешетный продукт подвергают рассеву сухим способом на ситовом анализаторе. При этом в набор сит включают и сито с наименьшим размером отверстий сетки, на котором проводилась отмывка. Взвешенную массу подрешетного продукта этого сита объединяют с массой, отмытой ранее мелочи.
4.2.4. При определении гранулометрического состава отмытой мелочи ее собирают в емкость, обезвоживают и подвергают седиментационному анализу.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
4.3. Седиментационный анализ материала крупностью менее 0,04 мм
(Измененная редакция, Изм. N 1).
4.3.1. Седиментационный анализ проводят в восходящем потоке воды на непрерывно действующем шламовом анализаторе, состоящем из батареи цилиндроконических (или пирамидальных) сосудов с разной площадью поперечного сечения (например, для батареи из четырех сосудов с соотношением площадей 1:4:16:64). Вода, подаваемая в первый сосуд снизу, поступает самотеком из верхней его части в нижнюю часть последующего и т.д.
4.3.2. Крупность зерен материала в каждом сосуде устанавливают по расходу воды, проходящей через аппарат.
4.3.3. Расход воды ( ) в кубических сантиметрах в минуту вычисляют по формуле
— скорость падения зерен в см/с, вычисляемая по формуле Стокса:
Методы определения состава грунтовой смеси
Для определения состава используется принцип расчленения грунтовой смеси на определенные группы, схожие по своему составу и специально отобранные для пробы. Размеры частиц определяется в миллиметрах, а вес – в граммах.
Существуют различные методики определения такого состава, главными из которых являются ситовой, ареометрический, пипеточный и отмучивание.
Ситовой
В его основе – использование набора сит с отверстиями, размерами 0,25; 0,1; 1; 0,5; 5; 2; 10 мм, а также специальной машины для просеивания с поддоном.
Благодаря такому просеиванию удается определить и визуально увидеть состав грунта, а также процентное соотношение имеющихся в нем минералов и компонентов.
Для получения объективного анализа следует внимательно отнестись к вычислению массы средней пробы грунта, которая должна иметь следующие значения:
- При частицах, размерами до 2 мм — 100 г.
- При частицах, размерами выше 2 мм (до 10% от общего веса) – 500 г.
- При частицах, размерами выше 2 мм (10-30% от общего веса) – 1000 г.
- При частицах, размерами выше 2 мм (свыше 30% от общего веса) – 2000 г.
Ареометрический
Основан на учете изменения плотности суспензии, которая замеряется по мере отстаивания с помощью специального прибора – ареометра.
Предварительно отбирается проба, где используется метод квартования, при котором смесь проходит дополнительно через сито, с диаметром отверстий до 1 мм.
Масса средней пробы составляет:
- Для супесей – 40 г.
- Для глин – 20 г.
- Для суглинков – 30 г.
После определения процентного содержания смесей грунта при помощи ареометра, вычисляют содержание каждой отдельной фракции. Здесь используют метод последовательного вычитания меньшей величины из большей. Пробу отбирают с учетом природной влажности.
Метод отмучивания
Суть методики заключается в определении содержания пылеобразных и глинистых частиц по изменению масса песка после предварительного отмучивания частиц. Для выполнения испытания используется сушильный шкаф, цилиндрическое ведро или сосуд и секундомер.
В ходе проведения испытания просеянный и высушенный до постоянной массы песок (1000 г) помещают в ведро и заливают водой, после чего выдерживают так 2 часа.
Цилиндрическое ведро
Параллельно из воды удаляются все посторонние частицы и глинистые примеси. Промывку производят несколько раз. После того, как вода в ходе промывки станет чистой, можно приступать к сливу суспензии через нижнее отверстие в сосуде.
Далее остается только вычислить содержание в песке отмучиваемых глинистых частиц по формуле:
где:
- m – вес высушенной навески до процесса отмучивания
- m1 — вес высушенной навески после процесса отмучивания
Пипеточный
При таком способе содержание глинистых и пылеобразных частиц определяется путем выпаривания суспензии (получаемой при промывке песка и взвешивании сухого остатка), отобранной с помощью пипетки.
Металлический цилиндр с пипеткой мерного типа
Спустя 1,5-2 минуты, когда осадок ляжет на дно. С помощью мерной пипетки берут пробу и выливают все содержимое на предварительно взвешенный стакан. Полученную суспензию выпаривают в специальном сушильном шкафу.
Результат обрабатывается по формуле:
где:
- m — масса навески песка, г;
- m 1- вес чашки для выпаривания жидкости, г;
- m 2- вес чашки с уже выпаренным порошком, г.
