Твердая фаза почвы состоит из частиц различных размеров, которые называются механическими элементами или гранулами. Относительное содержание в почве или грунте механических элементов называется механическим или гранулометрическим составом, а количественное определение их гранулометрическим или механическим анализом.
В соответствии с ГОСТ 27593-88 «Почвы. Термины и определения», гранулометрический состав – это содержание в почве механических элементов, объединенных по фракции.
Проведение гранулометрического анализа очень важно при определении физико-механических свойств почв/грунтов, таких как порозность, влагоемкость, водопроницаемость, плотность, пластичность, липкость, набухание и др., то есть тех свойств, которые напрямую влияют на плодородие почв или знание которых необходимо при проведении строительных работ.
Механические элементы в зависимости от размера подразделяют на фракции: больше 3мм-камни, 3-1мм — гравий, песок 1-0,05мм (крупный, средний, мелкий), пыль – 0,05-0,001 (крупная, средняя, мелкая), ил – 0,001-0,0001 (грубый, тонкий) и коллоиды меньше 0,0001. Сумму всех механических элементов почвы размером меньше 0,01мм называют физической глиной, а больше 0,01мм – физическим песком. Кроме того, выделяют мелкозем, в который входят частицы меньше 1мм, и почвенный скелет – частицы больше 1мм.
Соотношение физической глины и физического песка лежит в основе классификации почв по механическому составу. Все почвы и грунты по механическому составу объединяют в несколько групп с характерными для них физическими и химическими свойствами: песок, супесь, суглинок, глина. Каждая группа подразделяется на подгруппы в зависимости от крупности механических элементов и преобладающих фракций.
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.
Подробная информация об услуге в разделеАнализ почвы
«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.
Классификация почв по механическому составу (по Н.А. Качинскому)
| Название почвы по механическому составу |
Содержание физической глины (частиц < 0,01 мм) в % |
Содержание физического песка (частиц >0,01 мм) в % |
||||
| ПОЧВЫ | ||||||
| подзолистоготипа почвообразования (ненасыщ. основан.) |
степного типа почвообразования красноземы и желтоземы |
солонцы и сильно солонцеватые почвы |
подзолистоготипа почвообразования (ненасыщ. основан.) |
степного типа почвообразования красноземы и желтоземы |
солонцы и сильно солонцеватые почвы |
|
| песок рыхлый | 0-5 | 0-5 | 0-5 | 100-95 | 100-95 | 100-95 |
| песок связный | 5-10 | 5-10 | 5-10 | 95-90 | 95-90 | 95-90 |
| супесь | 10-20 | 10-20 | 10-15 | 90-80 | 90-80 | 90-85 |
| суглинок легкий | 20-30 | 20-30 | 15-20 | 80-70 | 80-70 | 85-80 |
| суглинок средний | 30-40 | 30-45 | 20-30 | 70-60 | 70-55 | 80-70 |
| суглинок тяжелый | 40-50 | 45-60 | 30-40 | 60-50 | 55-40 | 70-60 |
| глина легкая | 50-60 | 60-75 | 40-50 | 50-35 | 40-25 | 60-50 |
| глина средняя | 65-80 | 75-85 | 50-65 | 35-20 | 25-15 | 50-35 |
| глина тяжелая | >80 | >85 | >65 |
Гранулометрический состав грунта. Методы определения гранулометрического состава различных грунтов. Классификация грунтов по этому показателю
Предмет механики грунтов. Основные задачи дисциплины.
Механика грунтов – раздел механики сыпучих сред, изучающий напряженно-деформированные состояния, условия прочности и устойчивости, а также изменения свойств грунтов под влиянием внешних (механических) воздействий. Механика грунтов есть механика природных дисперсных (мелко раздробленных) материалов и составляет часть общей геомеханики.
- В основу механики грунтов положены как законы теоретической механики абсолютно несжимаемых тел, так и закономерности строительной механики деформируемых тел (законы упругости, пластичности, ползучести).
- Закономерности поведения грунтов также рассматриваются в механике (водопроницаемости, прочности, сопротивления сдвигу).
- Какие задачи ставятся в механике грунтов?
- Задачи прогноза механического поведения грунтов и грунтовых массивов. Для этого производятся:
- установление физических и механических свойств грунтов и возможности их использования в нужных целях, а, в случае необходимости,
- и улучшение строительных свойств грунтов;
- определение напряженно-деформированного состояния грунтовых массивов, возможного его изменения в последующем;
определение общей устойчивости этих массивов, взаимодействующих с инженерными сооружениями или непосредственно устойчивости их самих, если они являются сооружениями. Таким образом, основная задача — это оценка состояния в настоящий момент и прогноз дальнейшего поведения грунтов и массивов из них, прогноз происходящих в них процессов.
Грунт как дисперсно-фазовое образование. Фазовый состав грунта, свойства фаз грунта.
- Грунт – раздробленные материалы различной крупности, которые либо связаны между собой, либо нет.
- Грунт – трехфазная среда.
- Грунты состоят из:
- — твердых частиц (минералов, горных пород, органических остатков и др.);
- — воды в различных видах и состояниях (в том числе льда при нулевой или отрицательной температуре грунта);
- — газов (в том числе и воздуха).
Вода и газы находятся в порах между твердыми частицами (минеральными и органическими). Вода может содержать растворенные в ней газы, а газы могут содержать пары воды.
Жидкой фазой служит вода с растворами различных солей, газообразной — смесь воздуха, некоторых газов и водяного пара. Характерная особенность твердой фазы в ее дисперсности — раздробленности.
Твердая фаза состоит из мелких частиц, суммарная поверхность которых в единице объема велика, вследствие чего большое значение имеют процессы, происходящие на границах между твердой и жидкой фазами. Жидкая фаза покрывает минеральные частицы и разделяет их в зоне контакта.
Пленки и прослойки воды на минеральных частицах находятся в зоне действия межмолекулярных сил притяжения со стороны поверхности минеральных частиц. Эти силы изменяют структуру в тонких пленках, и ее свойства приближаются к свойствам твердых тел. Такая вода называется связанной.
При увеличении содержания жидкой фазы в грунтах толщина пленок возрастает, влияние сил межмолекулярного взаимодействия уменьшается Вода, не испытывающая влияния таких сил, называется свободной. Соотношение между жидкой и твердой фазами определяет основные свойства грунта. Важное значение имеет гранулометрический состав грунта — относительное содержание частиц (фракций) разной крупности по массе.
В результате взаимодействия частиц друг с другом и с водой грунты приобретают связность, что увеличивает усилия, необходимые для их деформирования или разрушения. Ввиду этого мелкие частицы образуют достаточно прочные грунтовые агрегаты.
Гранулометрический состав грунта. Методы определения гранулометрического состава различных грунтов. Классификация грунтов по этому показателю.
Определение гранулометрического состава заключается (ГОСТ 12536 — 79) в установлении процентного содержания в грунте по массе частиц того или иного размера.
Изменение размеров частиц или обломков, из которых состоят различные грунты, в сильной степени сказывается на физических, механических и других свойствах грунтов.
Особенно сильно размер и форма частиц обломочного материала сказываются на свойствах грунтов без жестких связей, при изучении которых размер обломков и их количественное соотношение в грунте (породе) являются одними из важнейших классификационных признаков.
В зависимости от преобладающего размера обломков различают следующие обломочные несцементированные грунты: крупнообломочные, пески, супеси, суглинки и глины.
Большое внимание уделяется классификации обломков осадочных пород (грунтов) по их размерам. В строительстве грунты подразделяют по размерам частиц на четыре фракции: гравийную (и галечниковую), песчаную, пылеватую и глинистую.
Гравийные (размером 2… 10 мм) и галечниковые (размером 10…200 мм) частицы представляют собой окатанные, а если не окатанные, то соответственно дресвяные и щебенистые обломки горных пород, не обладающих связностью в сухом состоянии. Минералогический состав частиц различный.
Песчаные частицы (размером 2,00…0,05 мм) представляют собой обычно окатанные обломки минералов, реже — обломки пород.
Пылеватые частицы (размером 0,050…0,001 мм) по минеральному составу представляют собой чистый кварц, реже — полевые шпаты и другие минералы.
Глинистые частицы (размером менее 0,001 мм) являются наиболее активной тонкодисперсной частью грунтов. Грунты, содержащие в большом количестве глинистые частицы, практически водонепроницаемы.
В практике лабораторных испытаний применяют методы анализа зернового состава грунтов, основанных на различных принципах. При этом наиболее широкое распространение в лабораториях получили следующие методы:
Метод просеивания на ситах(ситовой метод). По этому методу непосредственное разделение частиц грунта по размеру частиц производят путем просеивания его через набор сит с отверстиями разного диаметра: 25; 20; 15; 10; 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,51; 0,14 и 0,07 мм. Остатки на ситах взвешивают и определяют процентной отношение к общей массе грунта.
Метод отмучивания. Он основан на учете различной скорости падения частиц в воде после ее взмучивания. Чем больше диаметр частиц, тем быстрее они осаждаются в воде.
Количество же песчаных фракций (диаметром 0,05… 1 мм) определяется путем удаления из грунта глинистых и пылеватых частиц, т. е. его отмучиванием. Для этого порцию грунта помещают в мензурку с водой и энергично взбалтывают ее.
Затем после оседания на дно пробирки песчаных частиц мутную воду, содержащую во взвешенном состоянии пылеватые и глинистые частицы, сливают.
Процедуру повторяют несколько раз до полного просветления сливаемой жидкости, после чего замеряют объем песчаного осадка.
Содержание в грунте глинистых частиц х определяется по приращению объема навески грунта в воде за счет разбухания глины по специальной таблице 
или по формуле, где Vo — приращение объема на 1 см3 первоначально взятого объема грунта.
Метод отбора проб суспензии пипеткой (пипеточный метод). Пипеточный метод отбора проб суспензии с определенной глубины через определенные сроки также основан на учете скорости падения частиц в спокойной воде.
Для производства анализа взмучивают грунтовую суспензию и оставляют ее в покое на некоторое время, после чего пипеткой (объемом 20…30 см3) с определенной 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), после перерасчета получают данные о содержании частиц этого размера во всем объеме суспензии.
Ареометрический метод. При этом методе производят измерения плотности отстаиваемой 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 количество содержащихся в грунте частиц определенного размера.
Графические методы изображения зернового состава. Результаты гранулометрического анализа грунтов для большей наглядности, а также для облегчения соответствующих расчетов сводят в таблицу или строят по ним графики. Для построения кривой по оси ординат откладывают суммарный процент (от 0 до 100) содержания фракций, а по оси абсцисс — логарифмы диаметров частиц.
Поиск на сайте:
Ареометрический метод определения гранулометрического состава грунта | Статья ГеоКомпани
ООО «ГеоКомпани»
ул. Миклухо-Маклая, владение 8 строение 3
117198
Москва, Россия
ООО «ГеоКомпани»
+7-495-777-65-35,
[email protected]
Услуги
Калькулятор
Гранулометрический состав грунта показывает частицы каких фракций содержатся в общей массе и каков вес каждой группы по отношению к общему весу образца.
Такие исследования дают информацию о водорастворимых элементах грунта, помогают определить его свойства –пористость, пластичность, капиллярность, стойкость к усадке и сдвижению, сжатию.
Результаты изысканий используются при планировании строительных работ различного назначения.
За 3 скважины по 8 метров Стоимость действительна до 5 июля
Перезвоните мне
Рассчитать стоимость
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,0С |
Поправки к отсчету по ареометру R |
Темпера- тура суспензии, °С |
Поправки к отсчету по ареометру R |
Темпера- тура суспензии, 0С |
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..
Гранулометрический состав
Гранулометрическим составом почв и пород называется относительное содержание в почве механических элементов или фракций.
Механические элементы почвы (элементарные почвенные частицы) — это обособленные осколки горных пород, минералов, кристаллов, а также аморфных соединений, все элементы которых находятся в химической взаимосвязи. Частицы, близкие по размерам, объединяют во фракции. Различают следующие типы механических элементов: минеральные, органические и органоминеральные.
Сумму всех механических элементов почвы размером меньше 0,01 мм называют физической глиной, а больше 0,01 мм – физическим песком, кроме того, выделяют мелкозем, в который входят частицы менее 1 мм, и почвенный скелет – частицы больше 1 мм (Классификация механических элементов по размеру).
| Камни | >3 | Крупнозём (скелет почвы, хрящ) | ||
| Гравий | 3—1 | |||
| Песок | крупный | 1—0,5 | Физический песок >0,01 мм | Мелкозем |
| средний | 0,5—0,25 | |||
| мелкий | 0,25—0,05 | |||
| Пыль | крупная | 0,05—0,01 | ||
| средняя | 0,01—0,005 | Физическая глина 85 | >65 |
По этой классификации основное наименование по гранулометрическому составу производится по содержанию физического песка и физической глины и дополнительное – с учетом других преобладающих фракций.
Например, дерново-подзолистая почва содержит (в процентах): физической глины 28,1, песка 37,0, крупной пыли 34,9, средней и мелкой пыли 16, ила 12,1. Основное наименование гранулометрического состава этой почвы – легкосуглинистая, дополнительное – крупнопылевато-песчаная.
Дополнительное, уточняющее, название, как видим из примера, дается по двум преобладающим фракциям, из которых главной по величине является та, что стоит в определении на последнем месте.
Классификация составлена с учетом генетической природы почв, способности их глинистой фракции к агрегированию, что зависит от содержания гумуса, состава обменных катионов, минералогического состава.
Чем выше эта способность, тем слабее проявляются глинистые свойства при равном содержании физической глины.
Поэтому степные почвы, красноземы и желтоземы, как более структурные, переходят в категорию более тяжелых почв при большем содержании физической глины, чем солонцы и почвы подзолистого типа.
Сравнительный анализ методов определения гранулометрического состава почв
УДК: 631.425.5
Просмотров: 2909
Шкуропадская К. В., Пшеничная А. А., Болдырева В. Э., Морозов И. В.
Резюме Abstract | Скачать (701,37 KB)
- Цель исследования – сравнительный анализ результатов определения гранулометрического состава почв, полученных различными методами: полевым методом шнура, методом пипетки, а также регламентированными международным (ISO 11277:2009) и межгосударственным (ГОСТ 12536-2014) стандартами.
- Исследования гранулометрического состава чернозема обыкновенного карбонатного показали, что причины несоответствий полученных результатов анализов одних и тех же почвенных образцов с использованием метода пипетки и ареометрического метода по ГОСТ 12536–2014 и ISO 1127762009, связаны исключительно с различными подходами к подготовке почвенных образцов к лабораторным испытаниям и, прежде всего, различным соотношением навески почвы и объема диспергатора.
- Ключевые слова: гранулометрический состав, метод пипетки, ареометрический метод, классификация почв по гранулометрическому составу, чернозем обыкновенный карбонатный
Eng. Comparative analysis of methods for determining the particle size distribution of soils
Shkuropadskaya Kristina V., Pshenichnaya Alyona A., Boldyreva Veronika E., Morozov Igor V.
- Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia
- Abstract:
- The aim of the study is a comparative analysis of the results of determining the particle-size distribution of soils obtained by various methods: the field wet method, the pipette method, and also regulated by international (ISO 11277: 2009) and interstate (GOST 12536-2014) standards.
Investigations of the particle-size distribution for ordinary calcareous chernozems have shown that the causes of inconsistencies in the analyzes results of the same soil samples using the pipette-method and the areometric method according to GOST 12536–2014 and ISO 1127762009 are exclusively associated with different approaches to preparing soil samples for laboratory tests. First of all, the analyses data are depended on the ratio of the soil sample mass and the dispersant volume.
Keywords: soil texture, pipette-method, aerometric method, soil textural classification, ordinary calcareous chernozem
Введение
Гранулометрический состав, являясь одной из фундаментальных генетических характеристик почвы, определяет спектр исследований в области не только отдельных разделов почвоведения, связанных с изучением физических, химических, физико-химических свойств, процессов и режимов почв, но и учитывается при решении многих инженерных задач: мелиоративных, инженерно-геологических и инженерно-экологических.
Причем, в случае инженерных изысканий гранулометрический анализ почв и грунтов является обязательным. В свою очередь, обязательность выполнения того или иного анализа регламентирована соответствующими методами метрологии и стандартизации.
В случае гранулометрического состава сложилась парадоксальная ситуация: для решения научных задач российский исследователь вправе выбрать любой из имеющихся в почвоведении методов, а при решении инженерных задач только те методы, которые регламентированы межгосударственным стандартом «ГОСТ 12536-2014. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава» [1].
В настоящее временя в почвоведении отсутствуют стандартные методы, регламентирующие не только процедуру количественного учета фракций элементарных почвенных частиц (ЭПЧ), но весь этап подготовки почвенных образцов к анализу.
Многочисленные литературные источники показывают, что результаты исследований, полученные при разных способах количественного учета ЭПЧ и подготовки почвенных образцов к анализу, могут существенно отличаться по содержанию отдельных фракций и даже целых групп фракций в одной и той же почве, что отрицательно сказывается на решении не только научных, но и прикладных задач.
При отсутствии стандартных методов у исследователей может сложиться ложное представление о том, что выходом из создавшейся ситуации является использование методов, регламентированных ГОСТ 12536-2014 [1]. Анализу ошибочности такого подхода и посвящена данная работа.
Цель исследования – сравнительный анализ результатов определения гранулометрического состава почв, полученных различными методами: полевым методом шнура, методом пипетки, а также регламентированными международным (ISO 11277:2009) и межгосударственным (ГОСТ 12536-2014) стандартами [1, 2].
Объект исследования
Чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный слабогумусированный тяжелосуглинистый крупнопылевато-иловатый на желто-бурых лессовидных тяжелых суглинках (Ботанический сад, Южный федеральный университет, г. Ростов-на-Дону, Россия). Изучение гранулометрического анализа проводили по следующим почвенным горизонтам: Апах (0—14 см); Ап/пах (14—45 см); В1 (45—60 см); В2 (60—80); ВС/С (80—137 см).
Методы исследования
Для определения гранулометрического состава чернозема обыкновенного карбонатного нами использованы международный (ISO 11277:2009) и межгосударственный (ГОСТ 12536-2014) стандарты, которые используют аналитические испытательные лаборатории в Российской Федерации. Для исследования использовали ареометрический метод [1, 2].
В качестве метода сравнения использован метод пипетки с пирофосфатным способом подготовки почвенных образцов к анализу, принятый в почвоведении, а также грубо-эмпирический (полевой метод шнура) для предварительной оценки гранулометрического состава исследуемых почв [3].
Гранулометрический состав ареометрическим методом проводят путем измерения плотности суспензии ареометром в процессе ее отстаивания. Для определения гранулометрического состава чернозема обыкновенного в обоих стандартах был один и тот же набор средств измерения и посуды.
При этом этап подготовки почвенных образцов согласно международному и межгосударственному стандартам существенно различаются (таблица 1).
Таблица – 1 Особенности подготовки почвенных образцов к гранулометрическому анализу по ГОСТ 12536-2014 и ISO 11277:2009
| Основные характеристики | Подготовка почвенных образцов | ||
| ГОСТ 12536-2014 | ISO 11277:2009 | к методу пипетки с пирофосфатом натрия [3] | |
| Навеска средней пробы < 1 мм, в г | 30 г | 20 г для суглинков и глин | 10 г |
| Объем суспензии, в мл | 200 мл | См. Примечание* | – |
| Диспергатор, в см3 | 1 см3 25 %-ного раствора аммиака | 25 мл буферного раствора гексаметафосфата натрия | 20 см3 пирофосфата натрия (Na4H2O7) для суглинков и глин |
| Кипячение, в час | 1 час (суглинки, глины) | – | – |
| Объем стабилизатора коагуляции, в см3 | 5 см3 пирофосфата натрия (Na4H2O7) | – | – |
| Диаметр сита при переносе суспензии в цилиндр, в мм** | 0,1 мм | 0,063 мм | 0,25 мм |
| Объем суспензии для анализа в цилиндре, в л | 1 л | 1 л | 1 л |
*Примечание: Согласно международному стандарту ISO 11277:2009, требуется удаление легко- и труднорастворимых солей, а также органического вещества. Для разрушения органических остатков пробу оставляют на сутки, затем добавляют 30 мл 30% перекиси водорода.
В нашем случае почва вскипает по всему профилю, из-за чего происходила бурная реакция, которую контролируют добавлением октан-2-олом. После 24 часов взвесь кипятили до исключения барботажа.
Затем суспензию промывали водой до нужного нам значения электропроводности, доводя объем до 180–200 мл.
**Для каждого метода применяли различные классификационные шкалы ЭПЧ, согласно указанным в соответствующих стандартах (таблица 2), для метода пипетки использована классификация механических элементов Н. А. Качинского [3].
Таблица 2 – Набор сит с диаметром ячеек, применяемых при подготовке почвенных образцов к гранулометрическому анализу по ГОСТ 12536-2014 и ISO 11277:2009
| ГОСТ 12536-2014 | ISO 11277:2009 |
| Размер ячеек, мм | |
| 1,0 | 2,0 |
| 0,5 | 0,5 |
| 0,25 | 0,25 |
| 0,1 | 0,063 |
Согласно требованиям рассматриваемых стандартов, перед началом анализа в отобранных при естественной влажности почвенных образцах определены следующие показатели: плотность твердой фазы (или плотность частиц грунта), содержание органического углерода и гигроскопическая влажность (таблица 3).
Таблица 3 – Показатели гигроскопической влажности, плотности ЭПЧ и содержания органического углерода в черноземе обыкновенном карбонатном (Ботсад ЮФУ, г. Ростов-на-Дону, Россия)
| Горизонт и глубина взятия образца, см | Гигроскопическая влажность, в % | Плотность твердой фазы, г/см3 | Органическое вещество, % |
| Ап (0–14) | 4,3 | 2,40 | 3.9 |
| Ап/пах (14–45) | 4,3 | 2,60 | — |
| B1 (45–60) | 4,2 | 2,65 | — |
| B2 (60–80) | 4,1 | 2,65 | — |
| BC/С (80–137) | 3,5 | 2,70 | 1.3 |
Результаты исследований и их обсуждение
По результатам полевого определения установлено, что исследуемые черноземные почвы относятся к классу тяжелых суглинков. Согласно классификации почв по гранулометрическому составу (Качинский, 1965), содержание физической глины в этих почвах лежит в интервале 45—60 %.
При этом, определить содержание преобладающих фракций ЭПЧ и дать полное классификационное название почвы не представляется возможным. Однако, это обстоятельство не делает метод «плохим».
Данный метод полевой диагностики достаточно надежно и быстро (при наличии соответствующего опыта) позволяет разделить исследуемые объекты на большие группы. Например, разделить близкие по составу и свойствам классы почв и грунтов: легкие и средние суглинки, средние и тяжелые суглинки.
При этом, классы, резко различающиеся по содержанию и соотношению частиц (например, пески и глины), часто определяют методом визуальной диагностики.
- Особенно актуальным способ полевой диагностики представляется, если учесть, что данный метод дает очень высокую сходимость с другими методами: методом пипетки или методом определения гранулометрического состава по пластичности почв и грунтов.
- Результаты лабораторного определения гранулометрического состава почв, полученные методом пипетки и ареометрическим методом по ГОСТ 12536-2014 и ISO 11277:2009 представлены в таблицах 4–7.
- Таблица 4 – Результаты определения гранулометрического состава почв методом пипетки [3]
| Горизонт и глубина взятия образца, см | Содержание фракций в ЭПЧ, в % | *Класс по гранулометрическому составу | |||||||
| 1–0,25 | 0,25–0,05 | 0,05–0,01 | 0,01–0,005 | 0,005–0,001 | < 0,001 | > 0,01 | < 0,01 | ||
| Ап | 0,73 | 12,92 | 33,79 | 6,67 | 17,10 | 28,78 | 47,44 | 52,56 | Суглинок тяжелый |
| Ап/пах | 0,52 | 14,44 | 31,68 | 7,50 | 21,68 | 24,18 | 46,64 | 53,36 | Суглинок тяжелый |
| B1 | 0,80 | 15,85 | 25,42 | 10,42 | 18,75 | 28,75 | 42,08 | 57,92 | Суглинок тяжелый |
| B2 | 0,58 | 15,36 | 22,47 | 9,57 | 17,48 | 34,54 | 38,42 | 61,58 | Глина легкая |
| BC/С | 0,50 | 13,82 | 31,87 | 5,79 | 18,21 | 29,80 | 46,19 | 53,81 | Суглинок тяжелый |
*Примечание: Классификационное наименование приведено по классификации Н. А. Качинского: Чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный тяжелосуглинистый на желто-буром тяжелом лессовидном суглинке
Результаты определения гранулометрического состава с использованием метода пипетки (таблица 4), показали, что исследуемые черноземы обыкновенные карбонатные характеризуются относительно высоким содержанием физической глины (< 0,01 мм) в гор.
Апах – 52,6 %, что позволяет отнести данную почву к разновидности иловато-крупнопылеватых тяжелых суглинков, согласно Классификации почв и почвообразующих пород по механическому составу Н. А. Качинского [3].
Характерными признаками исследуемых почв по гранулометрическому составу являются следующие:
1) в гор. В2, где отмечается некоторое накопление илистой фракции 34,2 %, присутствует слабовыраженное оглинивание в нижней части профиля.
Отсутствует дифференциация фракций средней и мелкой пыли, в связи с чем, содержание физической глины увеличивается в гор. В2 до 61 %. Содержание средней пыли незначительно изменяется от 6,7 % в гор. Апах до 5,8 % в гор.BC/С.
Содержание же мелкой пыли имеет максимум в горизонте А1, составляя 21,7 % и минимум в горизонте BC/С, составляя 18,2 %.
2) высокое содержание фракции крупной пыли (0,05—0,01 мм) – в диапазоне от 22,5 – 25,4 % в гор. В1 и В2 до 31,9 % – 33,8 % в гор. BC/С, что позволяет диагностировать почвообразующую породу как лессовидную;
3) невысокое содержание фракции мелкого песка от 13,8 % в гор. ВС/С до 12 % – 14 % в верхних гор. Апах и А1 соответственно;
4) незначительное количество фракции крупного и среднего песка (1–0,25 мм), содержание которой составляет около 0,8 %.
Таким образом, полученные результаты определения гранулометрического состава чернозема обыкновенного карбонатного с использованием метода пипетки (пирофосфатная подготовка) не противоречат данным, представленным в научной литературе, и являются характерными для исследуемой разновидности черноземных почв.
Результаты исследования гранулометрического состава ареометрическим методом, представленные в таблице 5, показали, что исследуемый чернозем обыкновенный карбонатный характеризуется содержанием физической глины ( 0,01
< 0,01
*Примечание: Классификационное наименование приведено по классификации Н. А. Качинского: Чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный среднесуглинистый на желто-буром тяжелом лессовидном суглинке
Весьма равномерной в распределении частиц по профилю является фракция ила ( 0,01 мм) и физической глине (