Гранулометрический состав грунта: цели определения, популярные методы, такие как ситовый или ареометрический, расчет степени неоднородности

Гранулометрический состав грунта: цели определения, популярные методы, такие как ситовый или ареометрический, расчет степени неоднородностиТвердая 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 песков

В составе инженерно-геологических изысканий проводят лабораторные исследования, по определению гранулометрического состава песчаных грунтов.

Образец песка, 100 грамм, просеивают через сита с отверстиями,-10 ;5; 2,5; 1,0; 0,5; 0,25;0,10 миллиметров, разделяя на фракции.

Потом каждую фракцию отдельно взвешивают, и по процентному соотношению частиц,  пески разделяют на гравелистые,  крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые.

Также в определение физических характеристик песчаных грунтов входит   определение влажности, удельного и объемного веса, и плотности.

Гранулометрический состав грунта: цели определения, популярные методы, такие как ситовый или ареометрический, расчет степени неоднородности

гранулометрический состав песчаных грунтов

Определение  крупности песков, очень важная задача для будущего строительства, так как от этого показателя зависит несущая способность грунтов основания. Чем крупнее состав фракций песчаных грунтов, тем больше его  несущая способность.

Пылеватые и мелкие пески в насыщенные водой, при низкой плотности сложения — являются плывунами. Наличие таких грунтов в основании фундамента проектируемого сооружения,  зачастую приводит к неравномерным осадкам здания или сооружения, возникновению и развитию трещин как в основании фундаментов, так и в стенах сооружения.

Поэтому изучение гранулометрического состава песчаных грунтов, очень важная задача для проектирования  будущего строительства зданий и сооружений.

Так же песок используется как  строительный материал, для строительства насыпей железных и автомобильных дорог, входит в состав цемента, бетона, является основой для производства стекла и стеклянных изделий. Цели его использования различны, но для всех них необходимы точные значения гранулометрического состава.

Гранулометрический (зерновой, механический) состав песков — процентное, весовое содержание в породе различных по величине фракций —  это совокупность одинаковых зерен и частиц

Для определения гранулометрического состава  осадочных пород чаще всего применяют следующую классификацию обломков (размер обломков в мм): валуны крупные > 500, средние 500 — 250, мелкие 250 — 100; галька (щебень) крупная 100 — 50, средняя 50 — 25, мелкая 25 — 10; гравий  крупный 10 — 5, мелкий 5 — 2; песок очень крупный 2 — 1, крупный 1 — 0,5, средний 0,5 — 0,25, мелкий 0,25 — 0,10, тонкозернистый 0,10 — 0,05, пыль 0,05 — 0,005; глина 10

Читайте также:  Вальмовая крыша своими руками - способы возведения, пошаговая инструкция по строительству и цена монтажа: как правильно сделать вентиляцию чердака и другие элементы?
>50 гравийный  (при  не окатанных гранях — дресвяный) >2 >50 Пески:                        гравелистый >2 >25 крупный >0,50 >0,50 средней крупности >0,25 >0,50 мелкий >0,10 75 и св. пылеватый >0,10 менее 75

При наличии в крупнообломочных грунтах песчаного заполнителя более 40% или глинистого заполнителя более 30% от общей массы воздушно-сухого грунта в наименовании крупнообломочного грунта добавляется наименование вида заполнителя и указывается характеристика его состояния. Вид заполнителя устанавливается после удаления из крупнообломочного грунта частиц крупнее 2 мм.

По степени неоднородности гранулометрического состава С_u, крупнообломочные грунты и пески подразделяют на:

однородный грунт С_u 3.

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, geocompany2009@ya.ru

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 22 июня 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 глинистогогрунта 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..

Анализ гранулометрического состава почвы

Твердая часть грунта включает в себя неоднородные частицы, называемые механическими компонентами. Гранулометрический состав пород позволяет узнать относительное содержание в земле таких веществ. Исследования выполняются в соответствии с положениями ГОСТ 27593-88.

Профессиональный гранулометрический анализ необходимо выполнять для установления физико-механических характеристик почвы. Среди ключевых параметров водопроницаемость, порозность, набухание, пластичность, влагоемкость, липкость и плотность. Эти показатели напрямую влияют на:

  • Качество образцов.
  • Степень плодородности.
  • Пригодность для выполнения строительных работ.

Цель определения механического состава почвы

Для классификации почв необходимо узнать соотношение количества песка и глины. Каждая выделенная группа образцов отличается особенными свойствами и объединяется во фракции.

В зависимости от размерных параметров компоненты классифицируют на следующие фракции:

  • Камни от 3 мм. Основополагающая категория, представленная в виде обломков первичных минералов с низкой проницаемостью и влагоемкостью. Препятствуют росту растительности, поскольку частицы мешают доставлять питательные вещества.
  • Гравий в пределах 1-3 мм.
  • Песок 0,05-1 мм. Бывает мелкий, средний и крупный. Обломки минералов с высоким содержанием кварца и полевых шпатов. Характеризуется достаточной водопроницаемостью. Показатель его влагоемкости до 10%.
  • Ил 0,001-0,0001 мм. Делится на тонкий и грубый. В составе минимальное содержание минеральных элементов. В нем обнаружены вторичные и гумусовые вещества. Состав богат оксидами алюминия и железа. Представляет собой источник жизнедеятельности многих представителей флоры. Компоненты отличаются доставочной влагоемкостью.
  • Глина меньше 0,01 мм.
  • Физический песок, мелкозем, почвенный скелет.

Описанные механические характеристики грунта важны для представителей агрономии. Они позволяют выявить ключевые свойства образцов и сделать объективные выводы об их пригодности для конкретных целей. Анализ гранулированной структуры помогает повысить плодородие, содержание минеральных элементов, скорректировать и структурировать процессы питания и восстановления.

Как определить гранулометрический состав почвы

Эксперты опираются на положения ГОСТ 27593-88 при исследовании проб. Существует система методов определения гранулометрического состава грунтов. Давайте подробнее рассмотрим самые популярные способы анализа.

Полевой метод

Подразумевает исследование в естественных условиях. Эксперты изучают внешние признаки почвенных материалов.

Читайте также:  Копка траншеи экскаватором под фундамент: как правильно выбрать машину, технология, плюсы и минусы метода, средняя стоимость

Мокрый метод

Полезен, когда требуется рассчитать объем удобрений для внесения перед началом посадки растений. По итогам результатов исследований можно узнать оптимальное количество опилок, торфа и песка для улучшения структуры земли и повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Мокрый метод предполагает увлажнение проб до тестообразной консистенции. В таком виде материал получает максимальную пластичность. Специалист лаборатории скатывает земляной шарик и шнур толщиной до 3 мм. Затем его пробуют скомпоновать в кольцо диаметром 2-3 см. Результаты таких экспериментов будут отличаться в зависимости от механического состава грунта.

Если почва рыхлая, то шарик не формируется. Если пески связные, они крошатся, не образуют шнура. Супеси обладают шероховатой поверхностью, есть зачатки шнура. Суглинка образует фигурки с гладкой поверхностью, шнур быстро делится на доли или разламывается при свертывании в кольцо. Из глинистой почвы формируют гладкие блестящие элементы, шнур и кольцо не трескаются.

Сухой метод

Для изучения используют сухой комок, который располагают на ладони и растирают. Механический анализ выполняется по ощущениям в процессе измельчения пальцами. Глинистые материалы растираются тяжело, они становятся однородным тонким порошком. Суглинистые вещества образуют тонкий порошок с песчаными включениями. Песок включает в себя зерна с пылеватыми и глинистыми компонентами.

При растирании пылеватых почв возникает мягкое или «бархатистое» ощущение на пальцах. Песчанистые составы дают чувство шероховатости и жесткости. Пылевато-песчанистые материалы вызывают мягкость с явным наличием мелких песчинок.

Ареометрический метод

Устанавливается плотность отстаиваемой суспензии. Исследование проводится с помощью ареометра. Эксперты фиксируют показатели в цилиндре через определенные временные промежутки. Плотность материала связана с наличием внутри взвешенных твердых частиц.

В ходе предварительного отбора проб применяют методику квантования. Смесь просеивают через сито с диаметром отверстий до 1 мм. Масса образцов составляет порядка 20-40 г.

Вычислив процентную концентрацию смесей ареометром, определяют объем каждой отдельной фракции. Эта задача решается посредством вычитания меньшей величины из большей. Важно принимать во внимание природную влажность сред.

Пипеточный метод

Происходит отбор проб суспензии из цилиндра. Образцы получают с определенных глубин через разные промежутки времени. Грунтовую суспензию взмучивают и оставляют отстаиваться. Затем отбирают пробу для изучения с помощью специальной пипетки.

В образцах земли содержатся частицы, которые не успели осесть. При последующих отборах исследуют более мелкие элементы. Масса и размер отобранных компонентов помогают узнать процентное содержание частиц.

Ситовый метод

Образцы почвы просеивают ситом с отверстиями диаметром от 10 до 0,1 мм. Задержанные элементы взвешивают и уточняют их процентное содержание. Ситовой метод выполняется с промывкой и без промывки водой.

Метод отмучивания

Применяется в отношении пылеобразных и глинистых компонентов. Необходимо использовать цилиндрическое ведро, секундомер и сушильный шкаф.

Просеянный и высушенный песок пересыпают в ведро с водой. Смесь выдерживается на протяжении 2-х часов. Промывку осуществляют несколько раз. Когда вода будет чистой, суспензию сливают через нижнее отверстие.

Классификация по гранулометрическому составу

Агрономы предлагают несколько классификаций почв по гранулометрическому составу. По признаку фракционного размера обломков они бывают водопоглощающие и водорастворимые. В зависимости от содержания земли можно делить на:

  • Крупнообломочные. Включают в себя несвязные крупнодисперсные фракции. Возникают как результат выветривания гор или влияния водных потоков и ледников на скальные породы. В составе более половины элементов от 2 мм в диаметре. Бывают с содержанием песчаных и глинистых частиц. Однородный текучий водонасыщенный материал.
  • Щебенистые. Отнесены в подвиду галечниковых. В них частицы плотностью от 1,2-3 г/см3. Содержат раздробленную естественным образом скальную породу. Размер компонентов варьируется в пределах от 10 до 200 мм. Элементы имеют пластинчатую или игловатую форму. Не склонны к сжатию или скатыванию. Хорошо подходят для организации фундамента при капитальном строительстве.
  • Дресвяные или гравийные. Включают части размером от 3 до 70 мм. Обломочная категория грунтового материала находится в поймах рек по соседству с морями, прудами и озерами. В сухом виде земля отличается низкой связностью. Имеет богатый минералогический состав частиц. Элементы создают высокую скелетность и прочность.
  • Песчаные. Смесевые вещества из горных пород с минерами и кварцев. Обладают высокой, средней или низкой плотностью.

Крупный и гравелистый песок содержит частицы размером от 0,28 до 5-6 мм. Средние элементы 2,0 до 3,0 мм. Мелкий песок содержит компоненты размером от 1,5 до 2,0 мм.

  • Пылеватые частицы. Минимальный размер элементов от 0,050 до 0,001 мм. Низкая пластичность, водопроницаемость.
  • Суглинок и глина. Частицы размером до 0,005 мм. Рыхлая осадочная порода с воднорастворимыми солями и минералами.

Сравнительный анализ методов определения гранулометрического состава почв

УДК: 631.425.5

Просмотров: 1455

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.

  1. Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia
  2. Abstract:
  3. 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.

Читайте также:  Обшивка цоколя свайно-винтового фундамента: чем заделать цокольный этаж дома на сваях, как обшить свайную конструкцию снаружи дешево и красиво, цена материала

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

Ап 0,2 1,5 3,8 5,7 57,1 27,1 4,6 68,3 31,7 Суглинок средний Ап/пах 0,1 0,9 2,5 6,7 46,0 14,4 29,3 56,3 43,7 Суглинок средний B1 0,0 0,8 2,4 5,4 51,7 20,7 19,0 60,3 39,7 Суглинок средний B2 0,1 0,8 1,9 10,2 49,2 7,4 30,3 62,2 37,8 Суглинок средний BC/С 0,0 0,7 2,2 9,2 37,6 17,7 32,5 49,8 50,2 Суглинок тяжелый

*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 (

Оставьте комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *