Как изменить гранулометрический состав

Почва по составу представляет собой совокупность частиц различного размера. Процентное содержание в почве минеральных частичек различной крупности называется механическим, или гранулометрическим, составом. От него во многом зависит плодородие почв, поэтому агрономам стоит учитывать этот показатель при выборе культур для севооборота, определении сроков сельхозработ, времени и объема внесения минеральных и органических удобрений.

Составляющие почвы

Частицы почвы сильно различаются по размерам. От их размера и содержания в почве органических веществ зависит способность почвы удерживать влагу и отдавать ее растениям. Точно зная механический состав почвы, можно определять, сколько воды доступно растениям и как скоро полю понадобится полив.

Из самых мелких частиц — менее 0,002 миллиметра — состоит глина. Глинистые пластины связывают питательные вещества (калий, кальций и магний и другие), поэтому почвы с высоким содержанием глины обычно более плодородны, чем песчаные, однако растениям тяжело получать воду из этого вида почв. Кроме того, тяжелые глинистые почвы сложнее обрабатывать: во влажном состоянии они вязкие, а при высыхании становятся твердыми.

Частицы ила размером от 0,002 до 0,05 мм. Ил связывает мало питательных веществ, однако его частицы хорошо сохраняют воду и легко высвобождают ее для растений.

Размер песка — от 0,05 до 2 мм. Песок не связывает каких-либо питательных веществ, а пространство между песчинками легко пропускает воду, поэтому легкие почвы считают бедными и сухими. Однако песок обеспечивает хороший дренаж и доступ кислорода, а на вспашку почв с высоким содержанием песка требуется меньше затрат горючего. Кроме того, весной песчаные почвы быстрее прогреваются, что позволяет раньше начать сев сельскохозяйственных культур. Это особенно ценится в северных регионах с коротким летом и недостатком тепла.

В зависимости от гранулометрического состава типы почв можно разделить на песок, суглинистый песок, песчанистый суглинок, песчанистую глину, глинистый суглинок, суглинок, глино-илистый суглинок, суглинок илистый, глино-илистую почву, глину и ил. Такую классификацию, отображенную в треугольнике Ферре, использует Министерство сельского хозяйства США (USDA).

Как повысить плодородие почвы?

Рост сельскохозяйственных культур на почвах различного механического состава может существенно различаться в зависимости от погодных условий. Так, во время засухи на песчаных и супесчаных почвах значительно снижается урожайность за счет малого запас воды и слабого капиллярного подъема. В условиях хорошего увлажнения такие почвы лучше аэрируются, чем тяжелые глинистые, поэтому условия для роста растений на них благоприятнее. Однако при избыточном увлажнении на данном виде почв происходит вымывание питательных элементов из пахотного горизонта.

Изменить гранулометрический состав — соотношение частиц глины, ила и песка — очень трудно, однако аграрии могут повысить плодородие почвы. Низкий запас питательных веществ в легких почвах можно компенсировать внесением удобрений. Очень эффективно выращивание сидератов (люпина, сераделлы, редьки масличной и др.) для запахивания: повышается содержание гумуса и азота в почве, улучшается структура земли, растет влагоемкость. Для улучшения свойств песчаных почв также проводят глинование.

Чтобы повысить плодородие почвы с высоким содержанием глины, в первую очередь необходимо улучшить ее водно-физические свойства. В этом также может помочь регулярное внесение органических удобрений, которые улучают структуру и рыхлость этих почв.

Агроному следует учитывать, что различные сельхозкультуры неодинаково относятся к механическому составу почвы. Легкие песчаные предпочитают картофель, кукуруза, гречиха, просо, люпин, сераделла и сорго. Пшеница, ячмень, капуста и свекла стабильно дают высокие урожаи на среднесуглинистых почвах, а овес хорошо растет даже на тяжелосуглинистых и глинистых почвах.

Уплотнение почвы

От механического состава также зависит склонность почвы к расслаиванию и уплотнению поверхности. Поле, почва которого преимущественно состоит из ила, глины или песка, не подвержена поверхностному уплотнению, потому что эти частицы не могут расслаиваться. Поверхность земли, содержащей все три вида частиц, могут подвергаться поверхностному уплотнению.

Чтобы снизить риск поверхностного уплотнения, рекомендуется обрабатывать почву в сухих условиях и избегать слишком поверхностного посева. Внесение органических удобрений и кальция также уменьшит восприимчивость к поверхностному уплотнению и повысит обрабатываемость, как на песчаных, так и на глинистых почвах, а также поможет удерживать воду.

Анализы почвы: какой предпочесть?

Гранулометрический состав почвы можно определить с помощью полевых и лабораторных методов. В полевых условиях горсть земли увлажняют и скатывают из нее шнур, который затем скручивают в кольцо. Оценку состава почвы делают в зависимости от результата: песчаную и супесчаную почвы скрутить в шнур либо не удается, либо он распадается на части. Горсть земли с большим содержанием глины можно скрутить в шнур, а затем соединить его концы в кольцо.

Многие лабораторные методы исследования механического состава основаны на различной скорости осаждения частиц почвы разного размера в стоячей воде. Этот метод более точен, однако результаты все равно имеют погрешность, связанную с человеческим фактором во время проведения анализа и качества предварительной обработки образцов.

Наиболее точным способом определить состав почвы является технология NIRS — спектроскопия ближнего инфракрасного излучения, или спектральный анализ. При NIRS-исследовании на образец оказывается воздействие ближним инфракрасным излучением. Современное оборудование за несколько секунд измеряет, волны какой длины отражаются от исследуемого материала, а какой — поглощаются. Совокупность отраженных волн, иначе говоря, спектр, содержит точную информацию о составе образца.

Гранулометрический состав грунтов

Гранулометрический состав грунтов – это процентное соотношение не связанных в агрегаты первичных частиц материала. От него зависят многие свойства – пористость, плотность, просадочность, водопроницаемость. Эта характеристика лежит в основе ряда классификаций. Зная гранулометрический состав грунта, можно приблизительно представить его свойства и определить сферу применения.

Основные элементы грунта

Элементы грунта – это частицы, которые соединены между собой прочными химическими связями. Они могут представлять собой кристаллы или аморфные соединения. Размеры частиц колеблются от тысячных долей миллиметра до десятков сантиметров. Зерна с приблизительно одинаковым диаметром объединяются во фракции.

По составу элементы грунта разделяются на:

• Минеральные частицы
  Состоят из первичных и вторичных минералов. Первые – это частицы горной породы (песок, гравий). Вторые образовались в процессе химического выветривания (вторичные глинистые минералы). Химические элементы могут быть связаны кристаллическими, аморфными или коллоидными связями.
• Органоминеральные частицы
  В их состав входят органические и минеральные вещества (сапропель, ил, заторфованный грунт).
• Органические частицы
  Это частицы почвы, состоящие из гумуса и полуразложившихся растений (торф).

По форме зерен частицы разделяются на:

• Окатанные
  Поверхность их зерен гладкая. Обычно это происходит из-за того, что грунт долгое время находился в воде и постепенно отшлифовывался.
• Неокатанные
  Поверхность шероховатая, с острыми углами и сколами. Чаще всего это зерна горных пород, отколовшиеся от основного монолита из-за процессов выветривания.

В таблице приведена классификация элементов грунта в зависимости от их диаметра, с учетом формы зерен.

В упрощенном варианте все частицы с диаметром более 0,01 мм принято называть физическим песком, а с размером до 0,01 мм – физической глиной. В почвах зерна с размерами больше 1 мм называют скелетом (хрящом), а физическую глину и песок – мелкоземом.

Агрегатный состав грунта

Элементарные частицы грунта могут скрепляться между собой, образуя агрегаты разного размера. Это значительно изменяет структуру и некоторые свойства грунта. Например, повышается водопроницаемость, уменьшается просадочность. В почве благодаря агрегатной структуре усиливаются процессы разложения органики, улучшается аэрация, повышается плодородие.

В минеральных (строительных) грунтах в роли цементирующего вещества выступают мергели, оксиды железа, карбонаты. Они сцепляют между собой крупные обломки, мелкие песчаные, пылевидные и глинистые частицы. В почве элементы грунта склеиваются полисахаридами, гуминовыми веществами.

Агрегаты разделяются по размеру на:

• Макроагрегаты – больше 0,25 мм в диаметре.
• Микроагрегаты – до 0,25 мм в диаметре.

Макроагрегаты

К макроагрегатам минерального грунта относятся конгломераты и брекчии. Конгломераты – это сцепленные между собой окатанные частицы (галька, гравий). Брекчии – угловатые обломки породы. Агрегаты состоят из одной или нескольких пород.

По диаметру они разделяются на:

• Валунные конгломераты (глыбовые брекчии) – 10-100 см
• Крупногалечные конгломераты (крупнощебенистые брекчии) – 5-10 см
• Среднегалечные конгломераты (среднещебенистые брекчии) – 2,5-5 см
• Мелкогалечные конгломераты (мелкощебенистые брекчии) – 1-2,5 см

Макроагрегаты почвы разделяются на типы и роды:

1. Кубовидный тип с плохо выраженными гранями и слабо оформленными агрегатами (роды):
   — Глыбистый – 5-10 см и больше
   — Комковый – 1-5 см
   — Пылеватый – до 0,5 см
2. Кубовидный тип с хорошо оформленными агрегатами и выраженными гранями (роды):
   — Ореховатый – 7-10 мм
   — Зернистый – 0,5-5 мм
3. Призмовидный тип (роды):
   — Столбовидный (с плохо выраженными гранями) – 3-5 см
   — Столбчатый (с хорошо выраженными гранями) – 3-5 см
   — Призматический – 1-5 см
4. Плитовидный тип (роды):
   — Плиточный – 1-5 мм
   — Чешуйчатый – 1-3 мм

Оптимальной для почвы считается ореховатая и зернистая структура. Именно такие агрегаты встречаются в черноземе.

Микроагрегаты

В состав микроагрегатов входят пылевидные и глинистые частицы. Они сцепляются между собой коллоидными и цементирующими связями. В качестве склеивающих компонентов выступают гумус, полисахариды, минеральные вещества (карбонаты, оксиды железа, глинистые минералы).

Микроагрегатный состав нестабильный, он зависит от условий внешней среды. При увлажнении грунта количество агрегатов увеличивается. При высушивании они распадаются на элементарные частицы.

Для определения микроагрегатного состава пробу грунта просевают через серию сит. Частицы, задержавшиеся на сите с ячейками 0,1 мм, промывают до чистой воды. Все элементы, которые останутся после промывки, считаются микроагрегатами. Их просушивают и взвешивают. Для получения точных результатов пробы предварительно замачивают в воде и кипятят в течении часа.

Микроагрегатный анализ грунта дополняет гранулометрический. Он позволяет точнее определить структуру и дисперсность материала. Микроагрегаты в некоторых грунтах, особенно глинистых, занимают большую часть объема. Это изменяет свойства материала, глина по своим характеристикам становится похожей на мелкий песок.

Классификация грунтов по гранулометрическому составу

По гранулометрическому составу грунты разделяют на 3 основные группы:

1. Крупнообломочные
2. Песчаные
3. Глинистые

Крупнообломочные

Так называют грунты с диаметром зерен, превышающим 2 мм. В таблице подана их классификация.

Если в крупнообломочном грунте содержится больше 40% песка или 30% глины, то эти материалы включаются в название. Например, дресвяно-песчаный, щебенисто-глинистый грунт, песчано-гравийная смесь. Когда в грунте присутствует больше 50% ракушки, то его называют ракушечным, при наличии 25-50% таких примесей – с ракушкой.

Песчаные

В песчаных грунтах содержатся частицы с диаметром 0,1-2 мм и выше. Их разновидности представлены в таблице.

Крупнообломочные и песчаные грунты разделяются по степени неоднородности (Cu) на:

• Однородные (Cu меньше 3)
• Неоднородные (Cu больше 3)

Степень неоднородности определяется по формуле: Cu=d60/d10, где d60 и d10 – диаметр частиц, меньше которого в грунте находится 60% и 10% зерен соответственно.

Глинистые

Глинистые грунты состоят из частиц с диаметром менее 0,01 мм. Но в них практически всегда есть примеси песка.

В таблице поданы виды глинистых грунтов в зависимости от количества песчаных частиц в них.

Супесь, суглинок и глина классифицируются также по числу пластичности. У супесей оно равно 1-7, у легких суглинков 7-12, у тяжелых – 12-17, у легкой глины 17-27, у тяжелой превышает 27.

В глинистых грунтах могут присутствовать частицы с диаметром более 2 мм. В таблице поданы их особенности.

Дальше мы расскажем о том, как определяется гранулометрический состав разных грунтов.

Методы определения гранулометрического состава грунтов

Существуют прямые и непрямые методы определения гранулометрического состава грунта. К прямым относится непосредственное измерение частиц. Если в крупнообломочных материалах это сделать можно, то для глинистых и песчаных грунтов приходится использовать дорогое оборудование (электронные или световые микроскопы). Поэтому на практике чаще используют непрямые методики.

В большинстве случаев определить гранулометрический состав можно только в лабораторных условиях. Однако есть и более простые способы, которыми можно воспользоваться, не имея под рукой специальных приспособлений. Обо всем этом мы расскажем далее.

Лабораторные методы

Гранулометрический состав грунтов определяют такими методами:

• Ситовым
• Ареометрическим
• Пипеточным

Детальнее о них вы можете прочитать дальше.

Ситовый метод

Ситовый метод используется для определения гранулометрического состава крупнообломочных и песчаных грунтов. Размеры большинства зерен в них превышают 0,1 мм.

При ситовом методе пробу грунта просеивают через серию сит с диаметром отверстий 10, 5, 2, 1, 0,5, 0,25 и 0,1 мм. Предварительно образец растирают в ступе, чтобы избавиться от комков и выделить все элементарные частицы.

При анализе грунта с частицами от 10 мм до 0,1 мм используют промывку водой. Пробу выкладывают на сито с диаметром ячеек 0,1 мм. Струей промывают ее, пока вода не станет чистой. Затем оставшиеся частицы высушивают и разделяют на фракции.

При ситовом методе выделяют следующие фракции грунта:

• Более 10 мм
• 10-5
• 5-2
• 2-1
• 1-0,5
• 0,5-0,25
• 0,25-0,1

Для определения гранулометрического состава каждую фракцию взвешивают. Затем вычисляют ее процентное содержание – вес фракции разделяют на общий вес пробы и умножают на 100.

Ареометрический метод

Ареометрический метод определения гранулометрического состава используется для грунтов с диаметром частиц менее 0,1 мм. Его суть – в измерении плотности суспензии грунта через определенные промежутки времени с помощью прибора ареометра.

Пробу грунта измельчают и просеивают через сита с разным диаметром. Частицы, которые остались на сите 0,1 мм, дополнительно смывают водой. Смешивают пробу весом около 30 г, которая прошла через самое мелкое сито, и разбавляют ее дистиллированной водой (около 200 мл). Добавляют в полученную суспензию 25% раствор аммиака и кипятят смесь 30 минут (пески и супеси) или 1 час (суглинки).

Когда проба остынет, к ней добавляют стабилизатор — пирофосфорнокислый натрий (4% или 6,7% раствор). Суспензию взбалтывают и опускают в нее ареометр.

Замеры делают с определенными промежутками времени:

• 1 минута (для частиц с диаметром менее 0,05 мм)
• 30 минут (для частиц с диаметром более 0,01 мм)
• 11 часов (для частиц с диаметром более 0,02 мм)

Данные замеров фиксируют в специальном журнале. Затем по формуле вычисляют процентное содержание каждой фракции. Для зерен размером до 0,1 мм это делают так же, как при ситовом методе. Для фракций 0,1-0,05, 0,05-0,01, 0,01-0,002 используется формула, в которой учитываются плотность воды, плотность частиц, масса зерен с диаметром менее 0,1 мм и процентное содержание частиц с диаметром более 1 мм.

Пипеточный метод

При пипеточном методе суспензия из мелких частиц грунта готовится так же, как и при ареометрическом. Измерение объема частиц с разным диаметром делают с помощью специальной пипетки с боковыми отверстиями. Она имеет трехходовой канал, который соединяется с аспиратором и колбой с дистиллированной водой.

Перед взятием проб колоба с суспензией взбалтывается на протяжении 1 минуты. Когда частицы осядут в нее опускается пипетка. В верхних слоях концентрируются микрочастицы с диаметром 0,001-0,002 мм. В нижних оседают более крупные зерна.

Пипетка опускается на разную глубину, где и проводятся заборы проб:

• На 7 см в течение 30 с – частицы менее 0,001 и 0,002 мм
• На 10 см в течение 10-15 с – частицы менее 0,005 и 0,01 мм
• На 25 см в течение 25 с – частицы менее 0,05 мм

После забора проб их высушивают и взвешивают. Затем по формуле высчитывают процентное содержание.

Определение гранулометрического состава грунта в домашних условиях

Самостоятельно можно лишь приблизительно определить гранулометрический состав, отличить один вид грунта от другого. Чаще всего это делается для мелкозернистых глинистых и песчаных грунтов.

Вот несколько методов:

1. Чтобы отличить глину, суглинок и супесь, образец смачивают, затем делают шнур или шар. Супесь быстро распадается, не держит формы. Суглинок скатывается в шнур, но по его краям появляются трещины, он быстро распадается при подсушивании. Глина хорошо держит форму, сохраняет ее даже после высушивания.
2. Образец грунта размачивают в стакане с водой. На дно будут оседать крупные песчинки, а мелкие частицы расположатся вверху. Обычной линейкой измеряют высоту осадка, а затем по объему вычисляют процентное содержание глинистых и песчаных частиц. Например, высота осадка 10 см. Из этого 3 см занимает песок, а 6 см глина. Значит в грунте около 30% песчаных частиц и до 60% глинистых. Скорее всего вы имеете дело с суглинком.
3. Различить разные виды грунтов можно на ощупь. Глина с трудом растирается, частицы тонкие, мягкие. В суглинке ощущаются песчинки, а в супеси лишь слегка прощупываются пылевидные и глинистые частички.

Повторим, эти три способа позволяют определить гранулометрический состав лишь примерно. Перед началом ответственных работ стоит заказать анализ в лаборатории. В каких случаях стоит знать гранулометрический состав грунта, мы опишем дальше.

Влияние гранулометрического состава на область применения грунтов

Гранулометрический состав грунта влияет на многие его свойства – водопроницаемость, влагоемкость, плотность, прочность, просадочность. Поэтому при выборе материала или оценке грунта на участке важно ориентироваться на этот показатель.

Вот несколько рекомендаций по выбору грунта:

• Для устройства основания под фундаментами и дорожным полотном
  Основанием может служить природный грунт на участке или привозной. Второй вариант используют в тех случаях, когда грунт приходится укреплять, частично или полностью заменять. На участках чаще всего попадаются глинистые или песчаные грунты, гораздо реже – скальный с разной степенью выветривания.
  Одно из самых надежных оснований – галечниковый или щебенистый грунт. Он хорошо пропускает воду, крупные зерна прочные и выдерживают большие нагрузки. Желательно, чтобы грунт был неоднородным. Тогда он лучше уплотняется, менее подвержен сдвигу (мелкие зерна заклинивают крупные). Хорошей прочностью обладает глина. Мелкие частицы соединяются между собой коллоидными связями, образуя сплошной твердый массив с низкой водопроницаемостью. Но глинистые грунты склонны к набуханию и морозному пучению.
  Не лучшим основанием будет мелкий песок и грунт с большим содержанием пылевидных частиц (лес и лессовидный суглинок). Эти материалы обладают высокой просадочностью. Такой грунт на участке нужно либо заменять, либо укреплять скалой, щебнем, гравием.
  Подробнее об этом читайте в статье Грунт для фундамента.
• Для выравнивания участков
  Для выравнивания участков лучше всего использовать мелкозернистый грунт с однородным гранулометрическим составом. Подойдет песок, суглинок, супесь. Также с этой целью можно использовать мелкий гравий или дресву (фракция 2-5), без крупных включений.
• Для засыпки пазух фундамента
  Пазухи фундамента нужно засыпать материалом, который пропускает воду так же или меньше, чем основной грунт на участке. Лучше всего брать мелкозернистый суглинок, глину или супесь.
• Для гидроизоляции
  Грунт для гидроизоляции используют при оборудовании колодцев. Лучше всего в этом случае подойдет глина. Ее мелкие зерна хорошо утрамбовываются и образуют водонепроницаемый слой за счет коллоидных связей.
• Для засыпки ям, траншей, котлованов
  Для засыпки ям, траншей и котлованов можно брать грунт с любым гранулометрическим составом. Здесь в первую очередь обращают на стоимость материала. Часто используют котлованный грунт. Если в ямах и траншеях проложены коммуникации, лучше засыпать их песком, дресвой или гравием. Эти грунты хорошо пропускают воду, не набухают и не пучинятся.
  Подробнее об этом читайте в статье Грунт для обратной засыпки.
• Для засыпки временных и грунтовых дорог, ремонта дорог
  Для грунтовых дорог следует использовать материалы со средним размером зерен 2-10 мм (гравий, галечник, дресву). Желательно, чтобы в них не было включений глины и мелкого песка. Такие частицы быстро смываются водой, дорога разрушается. Временные проезды можно засыпать песком или супесью. Если по временной дороге будет ездить тяжелая техника, лучше использовать крупнообломочный грунт, как и на грунтовках.
• Для обустройства обочин и насыпей
  Для обочин и насыпей можно использовать как крупнообломочные грунты, так и песчаные или глинистые. Очень важно, чтобы частицы материала имели шероховатую поверхность. Окатанные зерна плохо сцепляются между собой, поэтому насыпи становятся неустойчивыми.
• Для укрепления грунта
  Грунт укрепляют, чтобы увеличить его прочность и уменьшить просадочность. Лучше всего для этого подходят крупнообломочные разновидности – галечник, щебень, гравий. Гранулометрический состав их может быть неоднородным – частицы разного размера при трамбовке создают эффект расклинцовки и образуют прочный слой, устойчивый к сдвигам и вертикальным нагрузкам.
• Для изготовления бетона низких марок
  Для изготовления бетона используют крупнообломочные грунты – гравий, щебень. В них не должно быть пылевидных и глинистых частиц, которые создают пленку на поверхности крупных зерен и ухудшают адгезию. Включения песка вполне приемлемы. Песчаные грунты без примесей глины также используются в качестве наполнителя для бетона.

Гранулометрический состав грунта – это лишь одна из характеристик, на которую стоит ориентироваться при выборе материала. Но от нее зависят многие другие свойства. Уже по названию грунта вы можете сориентироваться, из каких зерен он состоит. Но в ряде случаев лучше воспользоваться услугами специалистов, чтобы точно определить гранулометрический состав. В первую очередь это касается грунтов под фундаментами, для возведения насыпей или изготовления бетона.

Влияние гранулометрического состава на свойства почв и пород

Гранулометрический
состав определяет многие физические
свойства и водно-воздушный режим почв,
а также химические, физико-химические
и биологические свойства.

Меньший
диаметр частиц означает большую удельную
поверхность, а это, в свою очередь —
большие величины ёмкости катионного
обмена, водоудерживающей способности,
лучшую агрегированность, но меньшую
порозность. Тяжёлые почвы могут иметь
проблемы с воздухосодержанием, лёгкие
— с водным режимом.

Разные
фракции обычно представлены различными
минералами. Так, в крупных преобладает
кварц, в мелких — каолинит, монтмориллонит.
По фракциям различается способность
образовывать с гумусом органоминеральные
соединения.

Влияние гранулометрического состава на продуктивность растений

Продуктивность
растений на почвах различного
гранулометрического состава может
существенно различаться, что объясняется
различием в свойствах почв. Оптимальный
гранулометрический состав зависит от
условий влагообеспеченности и технологии
возделывания. В засушливых условиях
низкий запас влаги в лёгких почвах
(супесях и песках) и слабый капиллярный
подъём приводят к существенному снижению
урожайности. В условиях хорошего и
избыточного увлажнения такие почвы
лучше аэрируются и растения на них
чувствуют себя лучше. Низкий запас
элементов питания в лёгких почвах можно
легко устранить при внесении удобрений,
которые имеют высокую эффективность
на таких почвах вследствие малой
буферности.

Знание
гранулометрического состава почв
позволяет определять оптимальные
сроки сельскохозяйственных работ, нормы
и сроки внесения удобрений и весь
комплекс работ по наиболее рациональному
использованию и охране почв.

Кроме
того, различные сельскохозяйственные
культуры неодинаково относятся к
гранулометрическому составу почв. Так,
люпин, сераделла, сорго, картофель,
кукуруза, гречиха, просо предпочитают
легкие почвы. Пшеница, ячмень, свекла,
капуста дают устойчивые урожаи на
среднесуглинистых почвах, а овес — даже
на тяжелосуглинистых и глинистых.

Химический состав почв органогенные и зольные элементы

ОРГАНОГЕННЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ (органогены), главнейшие
четыре элемента, участвующие в построении
химич. соединений,.., входящих в состав
организма, а именно: углерод, водород,
кислород и азот. Углерод и водород входят
во все органические соединения,
встречающиеся в организме; в важнейшие
соединения, как жиры, углеводы, входит
еще кислород, а в белковые вещества
кроме того азот.

Кислород
в свободном состоянии находится в
почвенном воздухе, а в связанном входит
в состав воды, окислов, гидратов,
кислородных кислот и их солей. Он имеет
важное значение, как элемент, необходимый
для дыхания растений и животных, и как
элемент-органоген.

Азот
— исключительно важный для питания
растений, элемент- органоген, входящий
в состав молекулы белков основы
растительной и животной клетки,
Встречается в почве в форме различных
органических соединений, аммиачных
солей и солей азотной и азотистой кислот.

Водород
важен для растений как органоген.
Входит в состав воды, гидратов,
разнообразных свободных кислот и их
кислых солей.

Углерод
входит в состав растительных остатков
и составляет в среднем 45 % их массы. Как
основа всех органических соединений
он имеет исключительно большое значение.
Встречается в почве также и в форме
минеральных соединений углекислого
газа и солей угольной кислоты.

Зольные
элементы — вещества, необходимые для
поддержания нормальной жизнедеятельности
растений. Они отложены в почве в форме
органических соединений почвенного
перегноя и в минеральной части почвы
(в труднодоступном для растений виде).
Накопление зольных элементов в доступной
форме происходит в результате
жизнедеятельности организмов. Бактерии,
грибы, лишайники и мхи, особенно сфагновые,
содержат мало золы, высшие деревянистые
растения — больше, а наболее богаты
зольными элементами травянистые
растения.

В
состав почв входят почти все элементы
периодической системы Менделеева.
Однако подавляющее их большинство
встречается в почвах в очень малых
количествах, поэтому в практике приходится
иметь дело всего с 15 элементами. К ним
принадлежат прежде всего четыре элемента
органогена, т. е. С, N, О и Н, как входящие
в состав органических веществ, затем
из неметаллов S, Р, Si и С1, а из металлов
Na, К, Са, Mg, AI, Fe и Мn.

Перечисленные
15 элементов, составляя основу химического
состава литосферы в целом, в то же время
входят в зольную часть растительных и
животных остатков, которая, в свою
очередь, образуется за счет элементов,
рассеянных в массе почвы. Количественное
содержание в почве этих элементов
различно: на первое место надо поставить
О и Si, на второе — А1 и Fe, на третье — Са
и Mg, а затем — К и все остальные.

Нормальный
рост растений обусловлен содержанием
в почве доступных форм зольных элементов
и азота. Обычно растения усваивают из
почвы N, Р, К, S, Са, Mg, Fe, Na, Si в достаточно
больших количествах и эти элементы
называются макроэлементами, а В, Mn, Mo,
Сu, Zn, Со, F используются в ничтожных
количествах и называются микроэлементами.

Элементы
питания, содержащиеся в почвах, находятся
в различных минеральных и органических
соединениях большая часть их находится
в форме, не доступной для растений: азот
— в органическом веществе, фосфор — в
фосфатах, железо, алюминий, кальций,
калий — в поглощенном состоянии, кальций
и магний — в форме карбонатов, т. е. в не
растворимой в воде форме.

Элементы
входят в состав почв в форме различных
химических соединений, характеризующих
тип почвы, и имеют разное биологическое
значение.

Кремний
входит в состав силикатов, т. е. солей
кремниевых, алюмокремниевых и
феррокремниевых кислот, а также
встречается в виде кремнезема, как
кристаллического (кварц), так и аморфного.
Биологическое значение кремния не
выяснено, но он всегда содержится в золе
растений (в особенности камыша и
тростника) и, по-видимому, необходим для
образования клеток и тканей более
твердых частей организмов.

Алюминий
входит в состав алюмосиликатов,
глинозема и гидратов глинозема.
Биологического значения он не имеет.

Железо
входит в состав ферросиликатов и других
солей, как окисных, так и закисных, а
также в состав гидратов железа.
Биологическое значение его велико: с
ним связано образование хлорофилла в
зеленых растениях.

Кальций
встречается преимущественно в виде
солей разных кислот, чаще всего угольной.
Он очень важен для растений, так как
входит в состав стеблей, и обычно
находится в растительных клетках в виде
кристаллов щавелевокислого кальция.

Магний,
как и кальций, встречается в виде
аналогичных соединений. Он важен для
растений, так как входит в состав
хлорофилла.

Натрий
и калий входят в состав солей различных
кислот, причем натрий биологического
значения не имеет, тогда как калий
является одним из основных элементов
питания растений и, в частности, играет
большую роль в крахмалообразовании.

Фосфор
входит в состав почвы в виде фосфатов
и в виде различных органических
соединений. Он содержится в ядре
растительных клеток. Известно, что
недостаток в почве фосфора отражается
на качестве зерна. Он является одним из
основных питательных элементов и
необходим для развития растений так
же, как и азот.

Сера
также входит в состав молекулы белков.
В почвах встречается в форме сульфатов,
сернистых солей, сероводорода и различных
органических соединений.

Хлор
биологического значения не имеет. В
почве встречается в виде хлористых
солей.

Марганец,
как предполагают, играет роль катализатора.
Определенное биологическое значение
имеют также и многие другие химические
элементы, встречающиеся в почвах в очень
малых количествах (например, медь, цинк,
фтор, бор и другие), так называемые
микроэлементы. Некоторые из них
используются в качестве минеральных
удобрений. Однако наибольшее значение
для питания растений имеют соли калия,
кальция, магния, железа и кислот —
азотной, фосфорной, серной и угольной.

Для
характеристики плодородия почвы
наибольшее значение имеет содержание
гумуса, азота, фосфора и калия. Определение
содержания в почве тех или других
химических элементов и форм их соединений
является задачей химического анализа
почв.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Определение гранулометрического состава грунта

Гранулометрический состав грунта – это определенное содержание по весу разнофракционных частиц, выражающееся в их процентном отношении к массе сухих проб, взятых для анализа.

Отборы конкретных образцов осуществляют согласно требований ГОСТа 12071-2000, где микроагрегатный состав определяется по весовому содержанию твердых водостойких составляющих частиц.

Методы анализа гранулометрического состава изложены в межгосударственном стандарте — ГОСТе 12536-79.

Цели исследования

Актуальность определения гранулометрического состава грунта обуславливается широким спектром работ, для выполнения которых необходимы сведения о водорастворяемых частицах.

Такой анализ проводится для решения следующих вопросов:

• определения классификации грунтов на определенной территории;
• оценки пригодности грунтового состава для применения в качестве насыпных сооружений для земляных плотин, дамб и дорог;
• расчета обратных фильтров;
• вычисления степени водопроницаемости несвязанных и рыхлых смесей;
  
• выбора наиболее подходящих отверстий для установки фильтров скважин бурового типа;
• оценки грунтов для возможности их использования как наполнителя при изготовлении цементно-бетонных смесей и стройматериалов;
• вычисления потенциально возможного проседания почвы в фильтрующих плотинах, выемках и котлованах.

Гранулометрический анализ позволяет вычислить важнейшие характеристики грунта: степень усадки, пористость, сопротивление сдвигу, пластичность, сжимаемость и капиллярность.

Виды обломочных несцементированных грунтов

Исходя из неоднородного состава, существует определенная классификация, позволяющая соотносить исследуемые образцы к одной из категорий.

Выделяют такие виды обломочных несцементированных грунтов:

• песчаные;
• суглинки;
• супеси;
• крупнообломочные;
• глиняные.

В основе данной классификации лежит принцип фракционного размера обломков, от чего напрямую зависят свойства, в том числе степени водопоглощения и водорастворения.

Крупнообломочные

Это несвязные крупнодисперсные фракции, сформированные в результате воздействия водных потоков и ледников на скальные породы.

В их составе свыше 50% частиц, диаметр которых превышает 2 мм.

Подразделяются на два вида: с высоким содержанием песчаных (свыше 40%) и глинистых (свыше 30%) частиц.

Они могут быть достаточно однородными, однако все они характеризуются степенью водонасыщения, текучестью и уровнем влажности.

Такие грунты образуются в результате сильного выветривания горных пород.

Щебенистые

Разновидность галечниковых грунтов плотностью от 1,2 до 3 г/см3, представляющие собой раздробленную в результате естественных причин скальную породу.

Частицы в виде щебеночных обломков, имеют размеры от 10 до 200 мм, причем разной формы (игловатая, пластинчатая). Данные грунты в сухом состоянии обладают крайне низкой способностью связываться между собой.

Грунт характеризуется низкой способностью к сжатию, давая эффективную основу для фундамента строений.

Дресвяные/гравийные

Дресвяные и гравийные грунты – это обломочная категория грунтовых составов, имеющая частицы окатанного типа, размером от 3 до 70 мм. Чаще всего такие грунты располагаются в поймах рек, рядом с озерами, прудами и морями.

В сухом состоянии они обладают очень маленьким процентом связности.

Различный минералогический состав частиц, составляющих такие грунты, придает ему определенную скелетность, неплохую прочность и устойчивость.

Песчаные

Песчаные грунты – это смесевые частицы разрушенных твердых (горных) пород, включающих в себя зерна кварца и ряда других минералов.

В зависимости от особенностей входящих в состав такого грунта элементов он может иметь высокую, среднюю или низкую плотность. По характеристикам он относится к несвязному минеральному типу, размеры частиц которого составляют от 0,05 до 2 мм в объеме, не больше 50%.

Крупный и гравелистый песок

Песок гравелистого типа состоит из песчинок, размерами от 0,28 мм до 5-6 мм и обладает хорошей несущей способностью за счет плотности 5,5-6,5 кг/см2.

Достаточно схожими свойствами обладает крупный песок, где размеры песчинок составляют от 0,30 до 2 мм.

В состав обоих типов песка входят такие минералы, как полевой шпат (8%), кварц (70%), кальцит (3%) и прочие (11%).

Примечательно, что свойство грунта в плане хорошей несущей способности не зависит от объема влаги, присутствующей в составе гравелистого и крупного песка.

Средний и мелкий песок

Мелкий песок состоит из песчинок, размерами от 1,5 до 2,0, а средний – от 2,0 до 3,0 мм. Такие песчаные составы имеют в среднем плотность порядка 3-5 кг/см2, которая дает им высокую несущую способность.

В отличие от крупного и среднего, мелкий песок при насыщении влагой теряет свои прочностные свойства, которые уменьшаются в 2 раза.

Пылеватые частицы

По своему минеральному составу пылеватые частицы – это практически чистый кварц, реже — полевые шпаты с примесью других минералов. Размеры таких составов от 0,050 до 0,001 мм.

В сухом состоянии они обладают крайне слабой связанностью, имеют низкий уровень пластичности. Хороший капиллярный состав позволяет поднимать воду на высоту до 2,5-3 м.

Водопроницаемость таких грунтов крайне низкая. Пылеватые частицы при соприкосновении с влагой способны принимать состояние плывунов.

Суглинок и глинистые частицы

Суглинок – рыхлая порода осадочного типа, содержащая в среднем от 10 до 30% глинистых веществ, размером менее 0,005 мм. В таком грунте может присутствовать супесь – песчаные частицы с содержанием глинистых примесей в объеме до 10%, которые по своим характеристикам очень схожи с песчаными грунтами.

В песчаных суглинках содержится в основном кварц с воднорастворимыми солями, а в глинистых – минералы монтмориллонит, иллит и каолинит.

Методы определения состава грунтовой смеси

Для определения состава используется принцип расчленения грунтовой смеси на определенные группы, схожие по своему составу и специально отобранные для пробы. Размеры частиц определяется в миллиметрах, а вес – в граммах.

Существуют различные методики определения такого состава, главными из которых являются ситовой, ареометрический, пипеточный и отмучивание.

Ситовой

В его основе – использование набора сит с отверстиями, размерами 0,25; 0,1; 1; 0,5; 5; 2; 10 мм, а также специальной машины для просеивания с поддоном.

Благодаря такому просеиванию удается определить и визуально увидеть состав грунта, а также процентное соотношение имеющихся в нем минералов и компонентов.

Для получения объективного анализа следует внимательно отнестись к вычислению массы средней пробы грунта, которая должна иметь следующие значения:

• При частицах, размерами до 2 мм — 100 г.
• При частицах, размерами выше 2 мм (до 10% от общего веса) – 500 г.
• При частицах, размерами выше 2 мм (10-30% от общего веса) – 1000 г.
• При частицах, размерами выше 2 мм (свыше 30% от общего веса) – 2000 г.

Для будущего анализа среднюю пробу определяют методом квартования (разделения взятых проб).

Ареометрический

Основан на учете изменения плотности суспензии, которая замеряется по мере отстаивания с помощью специального прибора – ареометра.

Предварительно отбирается проба, где используется метод квартования, при котором смесь проходит дополнительно через сито, с диаметром отверстий до 1 мм.

Масса средней пробы составляет:

• Для супесей – 40 г.
• Для глин – 20 г.
• Для суглинков – 30 г.

После определения процентного содержания смесей грунта при помощи ареометра, вычисляют содержание каждой отдельной фракции. Здесь используют метод последовательного вычитания меньшей величины из большей. Пробу отбирают с учетом природной влажности.

Метод отмучивания

Суть методики заключается в определении содержания пылеобразных и глинистых частиц по изменению масса песка после предварительного отмучивания частиц. Для выполнения испытания используется сушильный шкаф, цилиндрическое ведро или сосуд и секундомер.

В ходе проведения испытания просеянный и высушенный до постоянной массы песок (1000 г) помещают в ведро и заливают водой, после чего выдерживают так 2 часа.

Цилиндрическое ведро

Параллельно из воды удаляются все посторонние частицы и глинистые примеси. Промывку производят несколько раз. После того, как вода в ходе промывки станет чистой, можно приступать к сливу суспензии через нижнее отверстие в сосуде.

Далее остается только вычислить содержание в песке отмучиваемых глинистых частиц по формуле:

где:

• m – вес высушенной навески до процесса отмучивания
• m1 — вес высушенной навески после процесса отмучивания

Пипеточный

При таком способе содержание глинистых и пылеобразных частиц определяется путем выпаривания суспензии (получаемой при промывке песка и взвешивании сухого остатка), отобранной с помощью пипетки.

Метод заключается в перемешивании песка, залитого водой в специальном сосуде, а также ополаскиванием путем переливания суспензии во второе ведро.

Металлический цилиндр с пипеткой мерного типа

Спустя 1,5-2 минуты, когда осадок ляжет на дно. С помощью мерной пипетки берут пробу и выливают все содержимое на предварительно взвешенный стакан. Полученную суспензию выпаривают в специальном сушильном шкафу.

Результат обрабатывается по формуле:

где:

• m — масса навески песка, г;
• m 1- вес чашки для выпаривания жидкости, г;
• m 2- вес чашки с уже выпаренным порошком, г.

Расчет степени неоднородности гранулометрического состава песчаного грунта

С целью определения пригодности песчаного грунта для выполнения тех или иных работ часто требуется просчет степени неоднородности его гранулометрического состава.

Для этого существует специальная формула:

где:

• d60 – диаметр частиц, которых в данной смеси содержится меньше 60% по массе;
• d10 – диаметр частиц, которых в данной смеси содержится меньше 10% по массе

Если получившееся в результате расчета значение Сu≥3, то к наименованию песчаного грунта добавляют такое слово, как «неоднородный». Если же Сu<3, то слово «однородный».

Полезное видео

Смотрите интересный видеоматериал, в котором наглядно показан один из методов определения гранулометрического состава грунта.

Заключение

Чтобы получить объективные данные относительно гранулометрического состава исследуемого грунта используют разные методы расчета. Это позволяет исключить вероятность ошибок при получении результатов, добившись максимальной точности в плане выявления процентного соотношения сухого остатка, плотности и размера внутренних фракций.