北方偉業(yè)計量集團有限公司
凡此種種,不僅手續(xù)繁雜費時,且在稀HCI淋洗中,也可能淋出一部分粘粒的組分,如無定形的二三氧化物和水合氧化硅等。因此需要收集稀HCI淋洗液進行化學分析測定。更重要的是腐殖質和碳酸鹽也是土壤固相的一部分,若去除它們則與田間情況不一致。因此近來常對供分析的土樣直接投入可固定Ca2+, Al3+離子的Na鹽,通常是酸性土壤加氫氧化鈉,中性土壤加草酸鈉,堿性土壤加六偏磷酸鈉。然后用各種機械的方法進行攪拌,使其分散完全。常用的方法是煮沸法。也有用震蕩法或高于大氣壓的氣流激蕩的方法。由于土樣的分散處理尚無統(tǒng)一規(guī)定,因此分析報告中必須說明。
(2)粗土粒的篩分 粒徑大于0.6mm的粗土粒,用孔徑粗細不同的篩相繼篩分經分散處理的土樣懸液,可得到不同較徑的土粒數(shù)量。根據(jù)標準篩的情況,篩孔>0.6mm允許5%的篩孔偏離規(guī)定值,篩孔孔徑在0.6 mm~0.125mm之間為7.5%,篩孔孔徑<0.125 mm則可高達10%。所以,常規(guī)粒徑分析應該只對>0.25 mm的土粒進行篩分,但由于>0.1mm的土壤粒在水中沉降速度太快,用吸管吸取懸液常常得不到較好的結果,因此篩分范圍可放寬到0.1mm,即對>0.1mm的土粒進行篩分。
(3)細土粒的沉降分離
①吸管法沉降分離原理
無法篩分的細土較(<0.1mm)依據(jù)司篤克斯(G. G. Stokes)定律,按土粒在水中沉降的快慢區(qū)分不同粒徑的土粒。顆粒在真空中沉降不受任何阻力,只是受重力作用而呈現(xiàn)自由落體運動。在水中沉降除重力作用外還受與重力作用方向相反的摩擦力作用,G. G. Stokes指出,摩擦力Fr應等于:
Fr=6πηrv
1式中:η一水的粘滯度(g/cm·s);一顆粒半徑((cm);v一顆粒沉降速度((cm/s)。
顆粒開始沉降,沉降速度隨時間增大,摩擦力Fr也隨之增加,當顆粒所受摩擦力與所受重力在數(shù)量上相等時,這時沉降速度不再增加,顆粒以均速沉降速度沉降,這時的沉降速度稱為終端速度。顆粒所受重力Fg可由下式計算:
2式中: ps為顆粒密度(g/cm3);Pf為流體(水)的密度(g/cm3);
g為重力加速度(981 cm/s2)。
當Fr=Fg時可得:
3式中,V1為終端速度;d為顆粒直徑(mm)。
假定沉降速度幾乎在終端過程一開始就立即達到,則可計算一定直徑顆粒沉降到深度L(cm)所需時間(s),得4式:
利用沉降法進行粒徑分析,應注意以下幾點假設:
(1)顆粒是堅固的球體且表面光滑;
(2)所有顆粒密度相同。
(3)顆粒直徑應大到不受流體(水)布朗運動的影響;
(4)供沉降分析的懸液必須稀釋到顆粒沉降互不干擾,即每一個顆粒的沉降都不受相鄰顆粒的影響;
(5)環(huán)繞顆粒的流體(水)保持層流運動,沒有顆粒的過快沉降引起流體的紊流運動。
以上幾點,除((3),(4)可以大致滿足外,(5)很難完全保證,(1),(2)兩條根本無法滿足。細土粒不是球形的(大多為扁平狀),表面也不光滑,其密度也不相同,只有大多數(shù)硅酸鹽的密度在2.6~2.7之間,其他重礦物和氧化鐵的密度可達到5.0g/cm3或更高。所以粒徑分析只能給出近似的結果。
具體測定各級細土粒的方法,可根據(jù)Stokes定律,按4公式計算某一粒徑的土粒沉降到深度L (L一般取10cm)所需的時間。在測定前用特制的攪拌棒均勻地攪拌顆粒懸液,在沉降一開始記時,按式計算的沉降時間用移液管在深度L處緩慢吸取一定容量的懸液,烘干稱重,由此可計算小于某一相應粒徑土粒的累積量。
兩次測定的累積量相減可得某一粒徑范圍的土粒量。
②比重計法沉降原理
比重計法也是以Stokes定律為依據(jù)的,用特制的甲種土壤比重計(鮑氏比重計)于不同時間內,測定h深處((h為變數(shù))土壤懸液的密度,可得小于某位徑土粒的含量:
校正后讀數(shù)的確定見附錄。
由于比重計浮泡體積中心在懸液中的深度隨著懸液密度的不同而變動,所以即使在規(guī)定時間進行測定,也不能確定該粒級土粒粒徑的大小。比重計法的土粒粒徑必須根據(jù)比重計測定數(shù)據(jù)《比重計讀數(shù))、測定深度(懸液液面至比重計浮泡體積中心)和測定時間,根據(jù)Stokes定律求得。由4公式,得:
式中:d——土粒直徑,mm;
η——水的粘滯系數(shù),g· cm-1·s-1;
L——土粒沉降深度,cm;
g——重力加速度,g=981cm·S-2;
Ps——土粒密度,g·cm-3;
Pf——水的密度.g ·cm-3;
t——沉降時間.S。
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