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上壤机械分析,就是把上粒按它的粒径大小分成若干级,并左出各级的量,从而行岀丄壤的机械组成。
对粒径>0.25亳米的砂粒,一般采用过筛的方法,将它们逐级分离开来。
对粒径小的上粒,则用分散剂将其充分分散,再使分散的上粒在一立容积的悬液中自由沉降,一物质粒径愈大下沉愈快。
根据司笃克斯(G.G.Stokes)立律,不同粒径的颗粒在重力的作用下其下降速度与球体(上粒)的半径平方(F)成正比,与分散介质的粘滞系数成反比的原理。
即
2_d-dl
¥
二一一一
9n
式中:
V—上粒在介质中沉降速度(cm/s):
g—重力加速度(980cm/s'
);
d—土粒比重,平均值为2.65(g/cm5)dl—介质比重(g/cm5.):
n—介质粘带系数(g/cm•s):
r—土粒半径(cm)o
可见,当温度一泄时,上粒愈大下降愈快,反之则慢。
因此,在一泄深度,不同下降的时间内,可以测岀某种大小的土粒含童。
使用的方法有:
吸管法一一直接吸取悬液洪干称重;
比重计法一一测其比重,然后换算出各粒级的含量。
比重计法的原理是:
比重计所排开的悬液体积等于其重量时,它浮在一定位置上,而在比重计上刻有相应的数字。
为了免去复杂的计算,鲍尤考斯设计一种所谓甲种比重计,它可以从浮标尺上直接读岀悬液某一深度所含有的土粒浓度(g/l)(以下简称比重计)。
由于温度影响悬液的比重的比重计的体积也影响土粒的比重和水的粘度等。
一般甲种比重计的刻度是以20°
C为标准的,低于或高于这一温度,都需要进行读数值校正(校正值见表1-3),
所以每测一次比重后,必须测一次温度。
如采用常用比重计法,要进行十三次读数,方能汁算出各级颗粒的百分数。
这种办法费时多、速度慢。
甲种比重讣法,即按不同温度下上粒沉降时间,直接测左所需务粒径上粒的含量。
此法精确度较吸管法和常用比重计法差些,但对于一般性了解上壤质地来说,还是可靠边的。
特別适用于土壤普査大批量的质地测定工作。
三、试剂
根据土壤pH,分别选用下列三种分散剂:
(1)石灰性土攘:
加0.5N偏磷酸钠60亳升,称取51克偏磷酸钠溶于约900亳升水中,加入1NNaOH溶液,调节pH值至8-9,加水至1升。
(2)中性上壤:
加0.5N草酸钠20亳升,称取33.5克草酸钠溶于1升水稀释之。
(3)酸性上壤:
加0.5N氢氧化钠40亳升,称取20克氢氧化钠溶于水并稀释至1升。
四、仪器
1.瓷蒸发皿:
2.带橡皮头圆棒;
3.1升量筒,100亳升量简;
4.搅动杆:
是一根长半米,直径为7亳米的玻璃棒,上装有直径为5厘米的橡皮片上打有8个直径各为3亳米的圆孔。
5.甲种上壤比重计(也称鲍氏)比重计,使用范囤为0〜60,读数代表比重il•所处深度上的丄壤悬液的平均比重,单位为每升克数。
新购的比重计必须进行一次刻度核准即校对比重计的刻度是否合乎规左。
校准的方法是将比重计悬浮在19.4S的纯水中读取水平而与比重计相交处的实际读数A:
如刻度无误,此读数应等于零,如不等于零则此读数与0的读差为刻度的校准值。
A在0点以下为正值,在0点以上为负值,将来应于测定读数中减去它。
五、操作步骤
1.用粗天平称取过1mm筛孔的上样50克垃瓷碗中,先加0.5mol/LNa0H约20ml左右,使其分散呈稠糊状,然后用研棒研磨5〜10分钟(一般砂上、壤上5分钟,粘上10分钟)。
再将剩余的NaOH全部倒入瓷碗中,再继续研磨1分钟。
2.用烧杯装自来水将瓷碗中分散处理后的上样,少量多次的洗入1000ml量简中。
最后泄容至刻度1000mlo
3.先测泄空白量筒中的液温或室内温度,根据温度查表3-1,<
0.01mm一栏所列的温度、时间和粒径的关系。
实际上就是我们比重计读取数据的时间,时间确定后用搅动杆搅动悬液1分钟(上、下约30次,搅动时不要将搅动杆底板蕊出液而,以免产生气泡影响读数)。
然后立即记录开始静宜时间。
读取比重计数据时,必须提前完成15-20秒,将比重计轻轻的放入悬液中。
静置时间一结束,立即读岀比重计数据,数据经过校正计算后就得出了所求粒级的上粒%含量。
4.空白校正:
在实验桌的一側有一个加了40ml0.5mol/LNaOH和水的1000ml量筒,用来
做空白测定既分散剂校正值的测泄(方法同3)o
5.结果计算
校正后读数二实际读数+温度校正值-(刻度校正值+空白校正值)
校正后读数
物理性粘粒(<0.01mm)%=*100
W(土重)
物理性砂粒OO.Olmm)V100%—物理性粘粒%
查《上壤地理学》第52页1—14表草原上及红黄壤类,得出质地剑称。
六、注释
[.在加入分散剂后,上样还须进行物理分散处理,以保证上粒的充分分散,上述介绍的研磨法,要求设备简单,费时也短,但一个人不能同时处理许多样品,除此以外,还有下列二种处理方法:
a.煮沸法:
将称好的上样放在500亳升三角瓶中,加人分散剂,再加纯水至约300亳升,摇匀后静宜两个小时,并每隔15分钟左右摇动一次。
随后将三角瓶装上回流装宜,放在电炉上加热煮沸1小时后停止。
在未沸前,不时摇动,以防土粒沉积在积在瓶底结成硬块。
一方而影响分散,还可能使瓶底因受热不匀,而产生破裂。
B.振荡法:
将称好上样放在振荡瓶中,加分散剂和纯水达150亳升左右,放在振荡机上振荡1个小时。
2.搅动杆搅动悬液时应上下速度均匀,向下时应触及筒底使上粒能搅起;
向上时不能需出液而,使胶板或铜片在液面下3厘米左右即可,否则使空气压入悬液,形成气泡,影响读数。
3.比重汁的刻度是以悬液的水平面为准,但在土壤悬液中读数时,因土液混浊而不能读取此读数,因而改读比重计与弯月而顶部相切处的读数,所以在读取弯月而的数值后,应加上弯月而顶部至悬液水平而的一段距离,可改正为水平而的读数。
此即弯月而的校准。
由于悬浮液中加了一泄的分散剂,所用的不是纯水而是普通的水及水温的改变,均会影响比重计的读数,也应进行校准,这几个校准合在一起做,于每次使用前进行。
表3・1小于某粒径颗粒沉降时间表(常见比重计用法)
温度
(回)
<
0.05mn
0.01mn
0.005mn
0.001mn
时
分
秒
4
1
32
43
2
55
48
5
30
42
50
6
25
40
7
23
38
45
8
20
37
9
18
36
10
35
11
15
34
12
33
13
14
31
16
29
17
28
27
19
58
26
21
56
22
54
24
53
51
46
44
39
表3・2甲种比重计温度校正值
温度(回)
校正值
温度(3)
温度(0)
0.0-8.5
-2.2
18.5
-0.4
26.5
+2.2
9.0-9.5
-2.1
19.0
-0.3
27.0
+2.5
10.0-10.5
19.5
-0.1
27.5
+2.6
11.0
-1.9
20.0
2&
+2.9
11.5-12.0
-1.8
20.5
+0.15
28.5
+3.1
12.5
-1.7
21.0
+0.3
29.0
+3.3
13.0
-1.6
21.5
+0.45
29.5
+3.5
13.5
-1.5
22.0
+0.6
30.0
+3.7
14.0-14.5
-1.4
22.5
+0.8
30.5
+3.8
15.0
-1.2
23.0
+0.9
31.0
+4.0
15.5
-1.1
23.5
+1.1
31.5
+4.2
16.0
-1.0
24.0
+13
32.0
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