Визначення структурного складу ґрунту за Н.І. Саввінова

1. Із зразка повітряно-сухого ґрунту відбирають методом квадратів середню пробу масою більше 500 г. Відбирають з ґрунту всі включення. Зважують на технічних терезах наважку в 500 г.

2. Ґрунт просіюють крізь колонку сит по 100-150 г.

3. Агрегати з сит переносять в окремі алюмінієві чашки і зважують кожну фракцію на терезах.

4. Обчислюють вміст у ґрунті агрегатів фракцій різного діаметру у відсотках за формулою:

,

де m₁ – маса агрегатів певного розміру, г; m₂ – маса ґрунту взятого для просіювання, г; 100 – коефіцієнт для переводу у відсотки.

6. Результати зважування та визначення вмісту агрегатів записують у таблицю 4.2.

Таблиця 4.2

Результати агрегатного аналізу

Розмір фракцій, мм	>10	10-7	7-5	5-3	3-2	2-1	1-0,5	0,5-0,25	<0,25	Сума фракцій 0,25-10 мм
Маса фракцій, г
Вміст фракцій, %

 

 

Визначення водотривкості агрегатів за методом Бакшеєва

 

1. Наважку ґрунту 25 г складають із відсіяних структурних фракцій. З кожної фракції відважують на терезах кількість структурних окремостей (в г), рівну 1/4 процентного вмісту даної фракції в ґрунті. Фракції менше 0,25 мм в середню пробу не включаються, але враховуються.

2. Зважують 6 алюмінієвих чашок на технічних терезах та заносять результати у таблицю 8.3.

3. Підготовлюють прибор Бакшеєва до аналізу. У циліндрів відгвинчують ковпачок, знімають кришку та наливають воду до середини обідка верхнього сита.

4. Середні проби висипають на центр верхнього сита в кожний циліндр.

5. Кришку циліндра загвинчують, а у верхній отвір доливають воду та закручують його.

6. Прибор включають в електромережу на 12 хвилин, протягом яких циліндри коливаються, а ґрунт на колонках сит просіюється.

7. Виключивши прибор, циліндри виймаються з гнізд у великі стакани, куди спускається з циліндрів вода.

8. З циліндрів, відкрутивши кришку, виймаються набори сит діаметром 7, 5, 3, 1, 0,5 та 0,25 мм. Фракції з кожного сита змиваються струмом води у зважені алюмінієві чашки, які випаровують на плитці, висушують в сушильній шафі при температурі 105 ºС до постійної маси та зважуються на терезах. Результати зважувань записують в таблицю 4.3.

Таблиця 4.3

Результати визначення водотривкості агрегатів

Розмір фракцій, мм	>7	7-5	5-3	3-1	1-0,5	0,5-0,25	<0,25	Всього
Номер чашки
Маса чашки, г
Маса чашки з ґрунтом, г
Маса фракцій, г
Вміст фракцій, %

 

9. Маса агрегатів фракцій визначається за різницею між масою чашки з агрегатами та маси чистої чашки, а вміст фракцій у відсотках розраховується множенням маси фракцій на 4.

 

Висновки: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Дайте визначення структурі ґрунту.

2. Дайте характеристику макроагрегатам ґрунту.

3. Як визначають агрегатний склад ґрунту при сухому просіюванні?

4. Як визначають агрегатний склад ґрунту при мокрому просіюванні?

5. Яка структура ґрунту вважається агрономічно цінною?

6. Яка структура ґрунту називається водотривкою?

7. Як розраховується коефіцієнт структурності ґрунту?

8. Чи вся водотривка структура є агрономічно цінною?

9. Назвіть причини втрати ґрунтом структури.

10. Які існують прийоми відновлення структури ґрунту?

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 5

Визначення гранулометричного складу ґрунту за методом Н.А. Качинського

МЕТА РОБОТИ: навчитись визначати механічний склад ґрунту в лабораторних умовах за методом Н.А. Качинського

 

ПРИЛАДИ ТА МАТЕРІАЛИ: зразок ґрунту, сита з отворами діаметром 1 та 0,25 мм, аналітичні терези, фарфорові чашки, етернітова плитка, сушильна шафа, секундомір, термометр, бюкси, скляна паличка, фільтри, лійки, пробірки, колба на 750 мл, мірний циліндр на 100 та 500 мл, піпетка Качинського, дистильована вода, 10-% розчин гідроксиду амонію NН₄ОН, 10-% розчин оцтової кислоти СН₃СООН, 10-% розчин щавлевокислого амонію (NН₄)₂С₂О₄, 5%-ний розчин азотнокислого срібла (АgNО₃), 10% розчин соляної кислоти НСl, 0,2 н. розчин НСl, 0,05 н. розчин НСl, 10%-ний розчин азотної кислоти НNO₃, 1 н. розчин гідроксиду натрію NаОН

 

ТЕОРЕТИЧНА ПІДГОТОВКА

 

Тверда фаза ґрунту складається із часток різних розмірів, які називаються механічними елементами або гранулами. Механічні елементи групуються за діаметром у фракції. Фракцією називають групу часток, діаметр яких знаходиться у визначених межах (таблиця 5.1).

Таблиця 5.1

Класифікація механічних елементів за Н.А. Качинським

№ п/п	Фракція часток	Діаметр часток, мм
	Каміння	> 3
	Гравій	3 - 1
	Пісок крупний	1,0 – 0,5
	Пісок середній	0,5 – 0,25
	Пісок мілкий	0,25 – 0,05
	Пил крупний	0,05 – 0,01
	Пил середній	0,01 – 0,005
	Пил мілкий	0,005 – 0,001
	Мул грубий	0,001 – 0,0005
	Мул тонкий	0,0005 – 0,0001
	Колоїди	< 0,0001

 

Суму всіх механічних елементів ґрунту розміром менше 0,01 мм називають фізичною глиною, а більше 0,01 мм – фізичним піском. Крім того, виділяють дрібнозем, в який входять частки менше 1 мм, і ґрунтовий скелет – частки більше 1 мм.

Відносний вміст в ґрунті або породі механічних елементів називається механічним або гранулометричним складом, а кількісне їх визначення – механічним або гранулометричним аналізом. Для характеристики механічного складу ґрунту найбільш широко використовується класифікація Н.А. Качинського, заснована на співвідношенні кількості фізичного піску та фізичної глини в ґрунті (Додаток А).

Ціль механічного аналізу ґрунту зводиться до розподілу дрібнозему ґрунту на 6 фракцій елементарних ґрунтових часток:

1) 1-0,25 мм - середній пісок;

2) 0,25-0,05 мм - мілкий пісок;

3) 0,05-0,01 мм - крупний пил;

4) 0,01-0,005 мм - середній пил;

5) 0,005-0,001 мм - мілкий пил;

6) менше 0,001 мм - мул.

Гранулометричний аналіз складається з двох етапів: 1) підготовки ґрунту до аналізу; 2) розподілу ґрунтових часток на фракції та визначення їх вмісту.

Підготовка ґрунту до гранулометричного аналізу полягає в диспергуванні макро- та мікроагрегатів ґрунту до елементарних ґрунтових часток за допомогою механічного та хімічного впливу на ґрунт: розтирання, кип’ятіння з водою, струшування, обробки розбавленими розчинами кислот для руйнування карбонатів та витіснення поглинених катіонів Са²⁺ та Мg²⁺, диспергування гідроксидом натрію.

Для розподілу ґрунтових часток на фракції ЕГЧ розміром менше 0,05 мм використовують седиментацію, тобто осідання часток у воді. В основі даного методу лежить закон Стокса, що описує закономірність падіння твердих часток в воді. Визначення вмісту фракцій ЕГЧ за розмірами здійснюється методом піпетки, суть якого полягає у відборі ґрунтової суспензії визначеного об’єму з даної глибини через певний час після початку седиментації за допомогою спеціальної піпетки.

 

ХІД РОБОТИ

Підготовка ґрунту

1. Відібраний у полі зразок ґрунту просушують до повітряно-сухого стану. Методом квадратів відбирають середню пробу масою 100 - 150 г, яку просівають через сито з отворами 1 мм. Просіяний ґрунт розсипають тонким шаром на папері, ділять на 10 квадратів і совочком рівномірно з кожного квадрату відбирають ґрунт для складення середньої проби для аналізу.

2. Із середньої проби ґрунту відважують на аналітичних вагах з точністю до 0,001 г дві наважки по 5 г для суглинкових ґрунтів і по 10 г для піщаних і супіщаних. Одну наважку для приготування аналізованої суспензії переносять на фарфорову чашку, іншу - для визначення гігроскопічної вологи в бюкс.

3. Перевіряють ґрунт на наявність карбонатів. Для цього наважку ґрунту у чашці змочують декількома краплями 10%-ого розчину НС1. Присутність карбонатів відмічають виділенням вуглекислого газу.

4. Якщо містяться карбонати, то для їх руйнування ґрунт в чашці необхідно обробити невеликими порціями 0,2 н. НС1 до повного припинення виділення СО₂. Після руйнування карбонатів рідину з чашок зливають у лійки з щільним фільтром і обробляють ґрунт 0,05 н. НС1 для витіснення з неї поглинених основ. Якщо в ґрунті карбонати відсутні, її відразу обробляють 0,05 н. НС1, як вказано в пункті 5.

5. Наливають в чашки приблизно до половини 0,05 н. НС1, ґрунт взмучують скляною паличкою і суспензію переносять на той же фільтр, на який зливали рідину після руйнування вільних карбонатів. Операцію повторюють 4 - 5 разів, а потім, взмучуючи ґрунт з 0,05 н. НС1, переносять його з чашок на фільтр.

6. Ґрунт на фільтрах обробляють 0,05 н. НС1 до зникнення реакції на кальцій. Для визначення цього моменту набирають в пробірку безпосередньо з-під лійки 3 мл фільтрату. Підливають до нього декілька крапель 10% NH₄OH до слабкого запаху, підкисляють 10%-ний СН₃СООН, додають 3 мл 4%-ного розчину щавлевокислого амонію (NH₄)₂C₂O₄ і нагрівають суміш до кипіння. За наявності кальцію з'явиться біла муть або кристалічний осад щавлевокислого кальцію (СаС₂О₄). За відсутності муті обробку ґрунту 0,05 н. НС1 закінчують.

7. Ґрунт на фільтрах відмивають від НС1 дистильованою водою до зникнення реакції на хлор. Для визначення кінця промивання набирають в пробірку з-під лійки 3-5 мл фільтрату, підкисляють його 10%-ним HNO₃ і додають декілька крапель 5%-ного AgNO₃. Відсутність білої муті вказує на кінець промивання. За наявності білої муті промивання продовжують. Але якщо фільтрат помутніє (це свідчить про наявність рухомих колоїдів), промивання припиняють. Об'єм витраченого фільтрату необхідно врахувати при визначенні загального об'єму фільтрату.

8. Ґрунт з фільтру змивають дистильованою водою з промивалки через лійку у конічну колбу ємкістю 750 см³. У колбу з суспензією додають дистильовану воду до третини об'єму та 0,5 - 3 мл 1 н. NaOH. Колбу протягом 2 годин збовтують через кожні 15 хвилин.

9. Потім колбу з суспензією кип'ятять на плитці протягом 1 години, закривши колбу лійкою.

10. Зважують на аналітичних терезах 6 фарфорових чашок попередньо висушених в сушильній шафі при температурі 105ºС до постійної маси. Результати зважування (номер фарфорової чашки та її масу) записати в таблицю 2.3.

11. Прокип'ячену і охолоджену до кімнатної температури суспензію ґрунту пропускають через сито з отворами 0,25 мм, яке встановлюють на скляній лійці, вставленій в мірний циліндр на 500 мл. Ґрунт на ситі промивають дистильованою водою з промивалки. Потрібно стежити, щоб води в циліндрі не набралося більше вказаного об'єму.

12. Залишок з сита (частинки розміром 1 - 0,25 мм) змивають у наперед зважену фарфорову чашку; воду, що відстоялася, зливають, залишок випаровують на етернітовій плитці, потім висушують в сушильній шафі при 105°С до постійної маси.

13. Об'єм суспензії в циліндрі доводять дистильованою водою до 500 мл і звідси беруть 4 проби спеціальною піпеткою на 25 мл з різної глибини для різних груп механічних елементів в наступній послідовності.

№ проби	Глибина відбору, см	Розмір частинок, мм
І		< 0,05 мм
ІІ		< 0,01 мм
ІІІ		< 0,005 мм
IV		< 0,001 мм

 

14. Час відбору проб із суспензії після початку відстоювання необхідно визначити в залежності від щільності твердої фази ґрунту і температури за таблицею 5.2.

Таблиця 5.2.

Інтервали часу для відбору проб ґрунтової суспензії в залежності від її температури та щільності твердої фази ґрунту (d_v= 2,60)

Діаметр часток, мм	Глибина відбору, см	Час відстоювання при різних температурах, ºС
≤ 0,05		149 с	130 с	115 с	92 с
≤ 0,01		24 хв 52 с	21 хв 45 с	19 хв 14 с	15 хв 17 с
≤ 0,005		1 год 39 хв 27 с	1 год 26 хв 59 с	1 год 16 хв 55 с	1 год 01 хв 10 с
≤ 0,001		29 год 0 хв	25 год 22 хв	22 год 25 хв	15 год 50 хв

 

Температуру суспензії визначають під час аналізу термометром, розміщеним у такому ж циліндрі з водою, як той, де відстоюється суспензія. Попередньо визначається питома маса твердої фази ґрунту або ж використовують табличні дані.

15. Підготовлену суспензію перед відбором проб необхідно збовтати на протязі 1 хвилини до повного скаламучення осаду із дна циліндра, не допускаючи виливання суспензії, а потім залишити циліндр у спокої до моменту відбору проб.

16. При відборі проби піпетку у закритому положенні необхідно підняти по штативу, а потім опустити в центр циліндра з суспензією. Поворотом крану, що з'єднує піпетку з аспіратором засмоктати суспензію у піпетку до вимірювальної межі.

Кран необхідно закрити, піпетку витягнути і відвести її в бік від циліндра, опустивши її вниз до упорного кільця та перенести суспензію у раніше зважену фарфорову чашку. Піпетку необхідно промити невеликими порціями дистильованої води, змиваючи її у ту ж саму чашку (для уникнення втрат).

17. Проби в чашках необхідно випарювати на плитці, висушувати до постійної ваги при температурі 105 °С, охолоджувати в ексикаторі та зважувати на аналітичних вагах.

18. Вимірюють загальний об’єм фільтрату, отриманого після обробки ґрунту на фільтрі 0,05 н. НСl і дистильованою водою. Відбирають 25 мл фільтрату мірним циліндром у фарфорову чашку, яку випаровують на етернітовій плитці, висушують в сушильній шафі при температурі 105 °С до постійної маси та зважують.

Результати зважувань записувати у робочу таблицю 5.3.

Таблиця 5.3

Допоміжна таблиця для розрахунку результатів гранулометричного аналізу

Показники	Втрати при обробці	Крупний та середній пісок (1-0,25 мм)	Проба
І	ІІ	ІІІ	IV
розмір часток, мм
< 0,05	< 0,01	< 0,005	< 0,001
Номер чашки
Маса чашки
Маса чашки з пробами
Маса проб, часток
Загальний об’єм фільтрату після обробки ґрунту
Вміст часток, %

 

Опрацювання результатів

1. Втрати при обробітку визначають за формулою:

=

де х – втрата при обробці, %; а – маса речовини, що відповідає втратам при обробці у взятому для випаровування об’ємі фільтрату, г; 100 – коефіцієнт перерахунку на 100 г ґрунту; V – загальний об’єм фільтрату, мл; V₁ – об’єм фільтрату взятого для випаровування, мл; С – наважка повітряно-сухого ґрунту, взята для механічного аналізу, г; К_Н2О – коефіцієнт перерахунку на сухий ґрунт.

2. Вміст крупного та середнього піску (1 – 0,25 мм) розраховують за формулою:

=

де Р – кількість крупного та середнього піску, %; b – маса часток, що залишилися на ситі, г; 100 – коефіцієнт перерахунку на 100 г ґрунту; К_Н2О – коефіцієнт перерахунку на сухий ґрунт.

3. Фракцію часток 0,25 - 0,05 мм знаходять за різницею у масі всієї наважки, яку брали для аналізу, та сумарною масою всіх визначених фракцій, з обліком втрат на розчинення:

=

де m – кількість мілкого піску, %; p – кількість крупного та середнього піску; n₁ – кількість часток І проби, %; x – втрати при обробці ґрунту НСl та Н₂О, %.

4. Розраховуємо вміст фракцій часток І проби, ІІ проби, ІІІ проби та IV проби за формулою:

,

де n_i - фракція, що визначається у вагових процентах; К - вага фракції, знайдена при відборі відповідної проби, г; V – об’єм суспензії в циліндрі, мл; 100 - коефіцієнт перерахунку на 100 г ґрунту; V₁ - об'єм взятої проби, мл; С – наважка повітряно-сухого ґрунту, взята для механічного аналізу, г; К_Н2О – коефіцієнт перерахунку на сухий ґрунт.

=

=

=

=

5. Вміст крупного пилу (0,05 – 0,01 мм) розраховується за формулою:

% крупного пилу

де n₁ – вміст часток І проби, %; n₂ – вміст часток ІІ проби, %.

6. Вміст середнього пилу (0,01 – 0,005 мм) розраховується за формулою:

% середнього пилу =

де n₂ – вміст часток ІІ проби, %; n₃ – вміст часток ІІІ проби, %.

7. Вміст дрібного пилу (0,005-0,001мм) розраховується за формулою:

% дрібного пилу =

де n₂ – вміст часток ІІІ проба, %; n₃ – вміст часток ІV проби, %.

8. Вміст мулу (< 0,001 мм) дорівнює кількості часток ІV проби в процентах.

Результати аналізу необхідно подати у вигляді таблиці 5.4, в якій вказується процентний вміст у ґрунті фракцій.

Таблиця 5.4.

Результати гранулометричного аналізу профілю ґрунту

Генетичний горизонт	Гігроскопічна волога, %	Втрати при обробці, %	Розмір механічних елементів, мм, та їх вміст, %	Назва ґрунту за гранулометрич-ним складом
1 – 0,25	0,25 – 0,05	0,05 – 0,01	0,01 – 0,005	0,005 – 0,001	< 0,001	< 0,01

 

9. На основі отриманих результатів визначається механічний склад зразка ґрунту за класифікацією Н.А. Качинського (Додаток А).

 

 

Висновки: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Що називають механічними елементами ґрунту?

2. Що називають фракцією часток ґрунту?

3. На які фракції за Качинським Н.А. поділяють частки ґрунту?

4. Що називають фізичною глиною?

5. Які частки називають фізичним піском?

6. На які види поділяють ґрунти за механічним складом?

7. Як визначити механічний склад ґрунту в полі за сухим методом?

8. Як визначити механічний склад ґрунту в полі за мокрим методом?

9. Вплив механічного складу на агрономічні властивості ґрунту.

10. Вплив механічного складу на повітряні, теплові та водно-фізичні властивості ґрунту.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 6