Вивчення фільтраційної здатності ґрунту

№ зразка	Зразки з
кальцієм	магнієм	натрієм	воднем
загал.	по різн.	загал.	по різн.	загал.	по різн.	загал.	по різн.

 

Визначення характеру поверхні ґрунту.

1. Візуально оцінюють характер поверхні ґрунту (без змін, з тріщинами, заплила) до промивання його водою і після цього. Результати записують у таблицю 15.

2. Скляною паличкою визначають щільність ґрунту у вологому стані: щільний, ущільнений, пухкий. Результати записують у таблицю 15. Роблять висновки.

 

3. Визначення реакції середовища ґрунту:

4.

1. Беруть у скляночку наважку ґрунту приблизно 10 г і доливають 25 мл дистильованої води.

2. Перемішують паличкою 2-3 хвилини і лакмусовим папірцем оцінюють реакцію середовища (кисла – рН менше 6, нейтральна – рН 6-7, лужна – рН більше 7). Роблять висновки.

 

Таблиця 2

Зразок насиче-ний	Стан поверхні	Фільтрувальна здатність, мл/хв	Колір фільтрату	Реакція середови-ща	Процеси, які прохо-дять в ГПК	Ґрунт – аналог в природі
сухої	Воло-гої
Са							чорнозем
Mg							чорнозем каштано-вий солонець
Na							солонець
H							Підзоли-стий ґрунт

 

Робимо загальні висновки по роботі.

 

Контрольні запитання

1. Що таке обмінні катіони?

2. Які основні обмінні катіони в ґрунті?

3. Які обмінні катіони переважають у чорноземі, підзолистому ґрунті, солонці?

4. Як впливає Са на властивості ґрунту?

5. Як впливає Nа на властивості ґрунту?

6. Як впливає Н на властивості ґрунту?

Лабораторна робота №10

Тема: Гранулометричний склад грунту(кількісне визначення).

Мета: Вивчити методику та кількісно визначити гранулометричний склад грунту.

Обладнання: Піпетка Качинського – 1 шт.; мірний циліндр на 500 мл; фарфорові або алюмінієві бюкси – 7 шт.; мішалка – 1 шт.; сито з отворами Ø 0,25 мм – 1 шт.; фільтри щільні – 2 шт.; промивала – 1 шт.; скляна паличка, пробірка – по 1 шт.; етернітова плитка, сушильна шафа; колба на 750-1000 мл; секундомір; лійки Ø 8-10 см – 2 шт.; лійки Ø 16-20 см – 1 шт.

Реактиви: 10 % НСІ в крапельниці; 0,2 н НСІ – 0,5 л; 0,05 н НСІ – 1 л; 10 % аміак в крапельниці; 10 % СН₃СООН в крапельниці; 4 % (NH₄)₂C₂O₄ – 20 мл; 10 % HNO₃ в крапельниці; 1 н NаОН – 5 мл.

 

Теоретичні відомості

 

Тверда фаза ґрунту складається з частинок різної величини, які називаються механічними елементами або гранулами. У таблиці наводиться класифікація механічних елементів ґрунту за Н.А Качинським.

 

Таблиця 1

 

Класифікація механічних елементів ґрунту за розмірами

Назва механічних елементів	Розмір механічних елементів, мм
Каміння	Більше 3
Гравій	3-1
Пісок крупний	1-0,5
Пісок середній	0,5-0,25
Пісок дрібний	0,25-0,05
Пил крупний	0,05-0,01
Пил середній	0,01-0,005
Пил дрібний	0,005-0,001
Мул грубий	0,001-0,0005
Мул тонкий	0,0005-0,0001
колоїди	менше 0,0001

 

Суму всіх механічних елементів ґрунту розміром менше 0,01 мм називають фізичною глиною, а більше 0,01 мм – фізичним піском. Крім цього, виділяють мілкозем, у який входять частинки по 1 мм, і ґрунтовий скелет – частинки понад 1 мм.

Окремі групи механічних елементів по-різному впливають на властивості ґрунту. Це пояснюється неоднаковим їх мінералогічним і хімічним складом і різними фізико-хімічними властивостями.

Відносний вміст в ґрунті чи породі механічних елементів називається гранулометричним складом, а кількісне їх визначення – механічним аналізом.

Усі ґрунти за гранскладом можна об’єднати в кілька груп з характерними для них фізичними і хімічними властивостями. Тепер широко розповсюджена класифікація проф. Н.А. Качинського. У цій класифікації (табл.1), крім підрозділу ґрунту в залежності від вмісту фізичної глини і фізичного піску, введено поняття переважаючих фракцій. Таких фракцій виділено 5: гравелиста (3-1 мм), піщана (1-0,05 мм), крупно пилувата (0,05-0,01 мм), пилувата (0,01-0,001 мм), мулиста (менше 0,001 мм).

 

Таблиця 2

Класифікація ґрунтів за гранулометричним складом

 

Назва ґрунту	Вміст фізичної глини (частинок більших 0,01 мм), %
Ґрунти
Підзолистого типу ґрунтоутворення (ненасичені основами)	Степового типу ґрунтоутворення чорноземи, жовтоземи	Солонці і сильно солонцюваті
Пісок пухкий	0-5	0-5	0-5
Пісок зв’язаний	5-10	5-10	5-10
Супісок	10-20	10-20	10-15
Суглинок легкий	20-30	20-30	15-20
Суглинок середній	30-40	30-45	20-30
Суглинок важкий	40-50	45-60	30-40
Глина легка	50-65	60-75	40-50
Глина середня	65-80	75-85	50-65
Глина важка

 

У залежності від того, яка фракція переважає, до основного найменування ґрунту, яка вказується в таблиці, додають назву цієї фракції. Наприклад, дерново-підзолистий ґрунт має фізичної глини 28,1 %, піску 37,0 %, крупного пилу 34,9%, середнього і дрібного пилу 16,0 і мулу 12,1 %. У цьому ґрунті першою переважаючою фракцією буде пісок, на другому місці – крупний пил, на третьому – пил та мул. Цей ґрунт за механічним складом повинен називатися суглинком легким крупнопилувато-піщаним.

 

Принцип механічного аналізу

 

При механічному аналізі ґрунтовий скелет (>1 мм) розділяють на ситах, а мілкозем (<1 мм) – різними методами (відмочування, аерометричний метод, метод піпетки). Широко застосовується метод піпетки у варіанті Н.А. Качинського.

Механічні елементи, особливо суглинистих і глинистих ґрунтів, знаходяться в агрегатному стані. Щоб визначити механічний склад ґрунту, необхідно зруйнувати агрегати і перевести всі механічні елементи в роздільно-частковий стан. Це здійснюється хімічним і механічним впливом на ґрунт при підготовці до аналізу.

Хімічний вплив полягає в тому, що в ґрунті поглинені двовалентні катіони кальцію та магнію заміщуються одновалентними. Це призводить до диспергування ґрунту, яке ще більше збільшується при кип’ятінні з водою.

Наважку мілкозему (<1 мм) після хімічної обробки і кип’ятіння пропускають через сито з отворами 0,25 мм. Частинки, які залишились на ситі, висушують, зважують і визначають їх вміст. Механічні елементи, які пройшли через сито з отворами 0,25 мм, збирають у циліндр у вигляді суспензії. З неї піпеткою беруть проби, на основі яких розраховують вміст механічних елементів менше 0,25 мм.

Принцип методу піпетки ґрунтується на залежності, яка існує між швидкостями падіння частинок і їх розміром. Якщо скаламутити суспензію і залишити її в стані спокою, то поступово зважені частики осядуть. Скоріше будуть осідати більші за розміром механічні елементи.

Швидкість падіння різних за розміром частинок розраховують за формулою:

,

де V – швидкість падіння частинок (см/сек.),

r – радіус падіння частини кулевидної форми (см),

d₁ – густина падаючої частини,

d₂ – густина рідини, в якій осідає частинка,

g – прискорення сили тяжіння при вільному падінні тіла,

I – в’язкість рідини.

 

Знаючи, з якою швидкістю осідають механічні елементи різного діаметру, можна брати проби ґрунтової суспензії з певної глибини (по закінченню різних строків після скаламучування) і визначити вміст механічних елементів.

 

Хід роботи

 

1. Із повітряно-сухого ґрунту, просіяного через сито з отворами 1 мм, відважують на аналітичних вагах з точністю до 0,001 г три наважки. Одна служить для приготування суспензії, друга – для визначення втрат при обробці НСІ і третя – для визначення гігроскопічної вологи. Якщо гігроскопічну вологу вже визначили, то другий раз її встановлювати не треба. Першу і другу наважки беруть по 5 г для суглинистих ґрунтів і по 10 г для піщаних і супіщаних. Потім їх переносять у фарфорові чашки.

2. Щоб вияснити, чи є в ґрунті карбонати, на ґрунт в фарфоровій чашці діють кількома крапельками 10 % НСІ. При наявності карбонатів ґрунт буде закипати (виділяються бульбашки СО₂), при відсутності карбонатів закипання не проходить.

3. Якщо в ґрунті є карбонати, то для їх руйнування ґрунт необхідно обробити невеликими порціями 0,2 н НСІ до повного припинення виділення СО₂. При руйнування карбонатів рідину з чашок зливають на лійку зі щільним фільтром і обробляють ґрунт 0,05 н НСІ для витіснення з нього поглинених Са та Mg, як вказано в п. 4.

4. Рідину з чашки, у якій визначають втрати при обробці, зливають на лійку з попередньо зваженим фільтром. Якщо у ґрунті карбонати відсутні, його зразу обробляють 0,05 н НСІ, ґрунт скаламучується скляною паличкою і суспензію переносять на той же фільтр, на який зливали рідину після руйнування незв’язаних карбонатів. Операцію повторюють 4-5 разів, а потім, збовтавши ґрунт з 0,05 н НСІ, переносять його з чашок на фільтр.

5. Ґрунт на фільтрах обробляють 0,05 н НСІ до припинення реакції на кальцій. Для визначення цього моменту набирають у пробірку безпосередньо з-під лійки біля 3 мл фільтрату. Доливають до нього кілька крапель 10 % аміаку до слабкого запаху, підкислюють 10 % оцтовою кислотою, додають 3 мл 4% розчину щавлевокислого амонію і нагрівають суміш до кипіння. При наявності кальцію з’являється білий осад або каламуть щавлевокислого кальцію. При відсутності каламуті ґрунт закінчують обробляти 0,05 н НСІ.

6. Ґрунт на фільтрах відмивають від НСІ дистильованою водою до зникнення реакції і на СІ^-. Для визначення кінця промивання набирають у пробірку з-під лійки 3-5 мл фільтрату, підкислюють його 10 % НNO₃ і додають кілька крапель 5 % розчину азотнокислого срібла. Відсутність білої каламуті вказує на кінець промивання. При наявності білої каламуті промивання продовжується. Але через фільтр можуть проходити колоїди ґрунту і з лійки може витікати каламутний фільтрат, тоді припиняють промивання, навіть якщо хлор не відмитий до кінця.

7. Ґрунт зі зваженим фільтром після обробки НСІ та Н₂О переносять у зважену склянку (можна в алюмінієвий бюкс) і просушують при температурі 105 ^оС. Визначають страти при обробці ґрунту.

8. Вологий ґрунт з незваженого фільтру переносять у конічну колбу ємністю 750 мл. При цьому фільтр з ґрунтом розвертають у великій лійці, яка встановлена у цю колбу. Ґрунт з фільтру дуже ретельно змивають струмочком води з промивалки в колбу. Частина найбільш дрібних частинок ґрунту залишається в порах фільтру. Щоб їх вимити, фільтр змочують водою і віджимають у фарфорову чашку. Рідину з чашки переносять у цю ж колбу через сито з отворами 0,25 мм (сито затримує волокна фільтру). Об’єм рідини в колбі доводять дистильованою водою приблизно до 250 мл, додають 0,5-3 мл 1 н NаОН і залишають на 2 години, струшуючи колбу через кожні 15 хвилин. Лужний розчин додають для диспергування ґрунту і його кількість залежить від ємності поглинання, від ємності поглинання, від суми поглинених лужноземельних катіонів і визначають так: 1 мл 1 н NаОН на 5 г ґрунту.

9. Після двогодинного відстоювання в колбу вставляють лієчку і кип’ятять на помірному вогні 1 годину.

10. Прокип’ячену і охолоджену до кімнатної температури суспензію ґрунту пропускають через сито з отворами 0,25 мм, яке встановлюють на скляній великій лійці, встановленій у мірний циліндр на 500 мл. Ґрунт на ситі злегка розтирають пальцем і промивають водою з промивали. Треба простежити, щоб вода в циліндрі не перевищила вказаний об’єм.

11. Рештки з сита (частинки розміром 1-0,25 мм) змивають у фарфорову чашку, з якої методом декантації переносять кількісно в раніше зважену склянку. Відстояну воду з нього зливають, рештки випаровують на етернітовій плиті, потім висушують у сушильній шафі при 105 ^оС до постійної маси.

12. Об’єм суспензії у циліндрі доводять дистильованою водою до 500 мл і звідти беруть проби піпеткою для визначення механічних елементів розміром менше 0,25 мм. Проби з циліндра беруть піпеткою на 25 мл з різної глибини для різних груп механічних елементів. Всього беруть 4 проби в такій послідовності:

І проба з глибини 25 см; частинки £ 0,05 мм,

ІІ проба з глибини 10 см; частинки £ 0,01 мм,

ІІІ проба з глибини 10 см; частинки £ 0,005 мм,

ІV проба з глибини 7 см; частинки £ 0,001 мм.

У таблиці показані терміни, в які беруть проби за Н.А. Качинським для ґрунту зі щільністю твердої фази 2,60 г/см³. При визначення часу відстоювання треба враховувати щільність твердої фази, яка в різних ґрунтах та в різних горизонтах буває різною.

Таблиця 3

 

Діаметр частинок (мм)	Глибина занурення піпетки в суспензію (см) для взяття проб	Час відстоювання при різних температурах
10^оС	15 ^оС	20^оС	30 ^оС
£ 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. 1 хв. 10 с
£ 0,001		29 год.	25 год. 22 хв.	22 год. 26 хв.	15 год 50 хв.

 

Проби беруть таким чином. Збовтують ґрунтову суспензію. Слід подбати, щоб на дні циліндра не залишалось частинок ґрунту, які прилипли. Після останнього обороту циліндр ставлять на стіл і зразу ж рахують час відстоювання. Якщо використовують циліндр без корка, то суспензію збовтують мішалкою швидкими рухами протягом хвилини „вгору-вниз”. За хвилину до закінчення строку відстоювання циліндр ставлять під піпетку і обережно опускають її на задану глибину.

Засмоктування проб у піпетку треба проводити 20-30 секунд. Набирають суспензію в піпетку, обережно виймають з циліндра і суспензію з неї зливають у попередньо зважену склянку.

13. Взяту пробу випарюють на етернітовій плитці до повного висихання, висушують у сушильній шафі при 105 ^оС до постійної маси, зважують на аналітичній вазі.

14. Взявши першу пробу, суспензію в циліндрі знову збовтують і по закінченні терміну беруть другу пробу і т. ін. Час відстоювання розраховують після кожного збовтування. Доливати циліндр водою після взяття проб не дозволяється.