机械组成

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制盐工业手册》第140页（5831字）

(一)机械组成分析

1．机械组成分析原理

根据司托克(Stokes)定律，球体在液体中自由下沉的速度，与球体半径平方成正比，而与粘度成反比。其关系式如下：

式中 v——土粒的下沉速度(cm／s)

g——重力加速度(cm／s²)

ρ_s——土粒密度(g／cm³)

ρ_w——介质(水)的密度(g／cm³)

r——土粒半径(cm)

η——介质(水)的粘度〔g／(cm·s)〕

土粒下沉深度即土粒下沉时所经过的距离，应等于速度和时间的乘积。

S=vt (2－2－2)

式中 S——土粒下沉时的距离(cm)

v——速度(cm／s)

t——时间(s)

将式(2－2－1)代入(2－2－2)即可求出不同粒径的土粒、相对密度重、取样深度，在不同温度下吸取土液所需的时间(表2－2－2)。按照不同直径大小的土粒和吸液深度定时吸取的土液经烘干、称重，通过计算便可求出各粒级所占百分数。

表2－2－2 土壤机械分析时吸取悬液的间隔时间、深度及其和土粒相对密度和水温的关系

2．机械组成分析方法(吸管法)

吸管法是采用筛分与浮沉原理相结合的方法(图2－2－3)。其试验步骤是：

图2－2－3 吸液装置

1－吸管(25m1) 2－盛水三角瓶 3－通气橡皮管 4－细口瓶(4a及4b) 5－支架 6－搅拌棒(不锈金属制成) 7－沉降筒(1000ml量筒，直径6cm．高45cm) 8－开关 9－三向开关

(1)土样的制备 取盐田具有代表性的扰动土样，经风干、研细等处理，过1mm筛；未通过1mm筛的土样，继续用硬木棒碾压过筛；如有大的砾石(＞1～3mm)，切勿研碎，将其筛出，并烘干称其重量，计算出占全部绝对干土重的百分数，供机械组成分析土样换算成校正后各粒级占绝对干土重百分数用。

(2)称取土样 用分析天平(感量0．0001g)称取制备妥的风干土样四份。

水溶盐的测定(测定方法见土壤常规分析)。

吸湿水的测定(测定方法见土壤常规分析)。

盐酸处理洗失量 称取表面皿，皿内再称取风干土样约10g。

制备机械组成分析的悬液，称取方法与盐酸处理洗失量相同。

(3)去除碳酸盐及交换性钙、镁离子 将测定盐酸处理洗失量和制备机械组成分析悬液用的两份土样，分别滴加0．2N HCl约1ml，使皿内土样浸湿，再继续加0．2N HCl，直至无气泡发生为止。

再将0．2N HCl处理后的两份土样，用0．05N HCl分别冲至滤纸上(盐酸处理洗失量的滤纸须事先称重，而供机械组成分析的滤纸无须称重)过滤，再续继用0．05N HCl反复淋洗土样，以淋去胶体表面上含有的交换性钙、镁离子。直洗至滤液中无钙离子后，再用蒸馏水冲洗多余的HCl，洗至滤液中无氯离子为止。

(4)测定盐酸处理洗失量 将盐酸处理后的土样连同滤纸一并移入表面皿上，在105～110℃烘箱内烘烤6小时；取出，放在干燥器内冷却后称其重量，从中减去滤纸烘干重和表面皿重，即为盐酸淋洗后的烘干土重。

将开始称取供测定盐酸洗失量的风干土重，换算成烘干土样重，然后再扣除土中的水溶盐，即绝对干土重。绝对干土重减去盐酸淋洗后的烘干土样重，即得土样中因盐酸处理而损失的重量。再把它换算成占绝对干土重的百分数，即可求出盐酸处理后的洗失量%。

(5)制备机械组成的悬液试样 把制备机械组成分析滤纸上的土样，用洗瓶冲洗滤纸，将纸上的全部土样洗入500ml干净的三角瓶中，使其瓶内的土液量约为200～250m1。在三角瓶中加入0．5N(NaPO₃)₆10m1分散剂，摇匀后静止2小时。

将三角瓶上放一漏斗，置电炉上加热至沸腾1小时后停止。在加热过程中，尤其在未沸腾前，应随时摇动三角瓶，以免土粒沉于瓶底结块，影响土粒分散，或因瓶底受热不均而破裂。

把0．25mm的小铜筛放在大漏斗上，漏斗搁在1000ml的量筒上，把冷却后的三角瓶内的土液用蒸馏水全部洗在筛子上，并用蒸馏水冲洗留在筛子上的土粒，直洗至土粒不能再通过筛孔为止。把留在筛子上的土粒洗入已称重的称量瓶中，放在电炉上将水蒸至近干，再放在105～110℃的烘箱中烘烤6小时，取出后放在干燥器中，冷却后称其重量，从中减去称量瓶的重量，即为1～0．25mm粗、中砂粒的重量，然后换算成占绝对干土重的百分数。

将量筒内的土壤悬液加蒸馏水至1000m1，放在温度变化不大的地方。附近另置一量筒，筒内放水，藉以代表土粒下降过程中的悬液温度。根据悬液的温度、土粒密度(在土粒密度未知的情况下可按2．65计)、粒径大小及取样深度，查表2－2－2确定吸取悬液的时间。

用搅拌棒在量筒中返往搅动悬液1分钟，搅拌完毕后，立刻开动秒表计时。关闭吸液管8和9，并按规定时间及深度，提前30秒将吸液管轻轻放入悬液中。

将5～10L的细口瓶4b放在低处，当规定吸液时间到达前12秒时，转动三向开关9，使4a和吸管接通。由于4a瓶内空气减压，悬液便自动地吸入吸管内。吸取25ml悬液所需的时间控制在25秒左右。当悬液吸至25ml刻度处，即关闭三向开关9。

将4b瓶放在高处，吸液管取出，在吸管口放置已称重的称量瓶，然后转动开关9，4b瓶内的水又流回4a瓶，吸管内的悬液被排入称量瓶内，再用装有蒸馏水的三角瓶(或洗瓶)，将吸管内的悬液全部洗入称量瓶内。将装有悬液的称量瓶，放在电炉上蒸至近干，再放入105～110℃烘箱中烘至恒重，并称其重量。

根据25m1悬液中各粒级的重量，再计算1000ml各级土粒占绝对干土重的累计百分数和各级土粒占绝对干土重的百分数。在盐田土壤机械组成分析时，如有大于1～3mm以上的砾石，则应将以上各粒级百分数乘以(1－砾石%)校正系数。

各级土粒百分数中，凡＜0．01mm%和HCl处理洗失量%，归入物理性粘粒含量；凡＞0．01mm%，归入物理性砂粒含量。根据物理性砂粒和物理性粘粒的含量比值，查表2－2－4来确定上壤质地名称。

计算方法：

(1)将风干土折合烘干土重，再扣除水溶盐重，即得绝对干土重。

绝对干土重(g)=烘干土重(g)－烘干土重×盐分% (2－2－4)

(2)砾石(＞1～3mm)百分数

(3)计称HCI处理洗失量百分数

(4)计算粗、中砂粒(1～0．25mm)百分数

(5)求出直径＜0．25mm各级土粒累计百分数

式中 X_d——直径＜d(mm)的粒级%

A_d——吸出直径＜d(mm)的粒级烘干土重(g)

B_d——吸出直径＜d(mm)的粒级悬液25ml

m——机械组成分析用绝对干土重(g)

(6)计算各粒级所占绝对干土重%

细砂粒(0．25～0．05mm)%=100－(盐酸处理洗失量%+粗、中砂粒%+粗粉粒%+中粉粒%+细粉粒%+粘粒%) (2－2－9)

粗粉粒(0．05～0．01mm)%=X_0．05－X_0．01 (2－2－10)

中粉粒(0．01～0．005mm)%=X_0．01－X_0．005 (2－2－11)

细粉粒(0．005～0．001mm)%=X_0．005－X_0．001 (2－2－12)

粘粒(＜0．001mm)%==X_0．001－

注意事项：

(1)因盐土中含有大量的碳酸盐。在用盐酸中和时，会产生很多水分，以致后加入的0．2N HCl的浓度不足以再分解碳酸盐。为了克服上述情况，可适当提高HCl的度或在淋洗过程中先用较高浓度的HCl淋洗1～2次后，再用0．05N HC1淋洗。

(2)在洗氯离子的过程中，滤液常出现浑浊现象。这是由于电解质洗失后，土粒趋于分散，胶粒通过滤纸进入滤液所致。遇此情况应立即停止淋洗。

(3)土液在瓶中加热时，尤其在未沸腾前应不断摇动瓶子，以免土粒沉于瓶底(盐田粘性土最易产生这种现象)。对于盐田含砂量较大的土壤，在加热时，三角瓶易产生剧烈的振动，应严加注意。

(4)制备妥的土液倒入大量筒后，严防用大量蒸馏水冲洗筛上的土粒，以免筒中的水超过1000m1。

(5)量筒内的水温应保持均匀一致，不可将量筒放在日光下或热源附近，否则因水中温度不均匀而产生对流，引起较大的误差。

(6)吸液操作应事先熟练掌握，防止多吸、少吸、过时或提前吸。

(7)悬液用搅拌棒搅动，使筒内悬液浓度上下均匀一致方可开始计时吸液。

(8)称量瓶蒸煮时要放在垫有石棉网的电炉上，注意要蒸至近干，切勿将瓶中的水全部蒸干，以免称量瓶破坏，影响整个试验。

(9)测定水溶盐和含水量的土样，应与盐酸洗失量和制备机械组成悬液的两份土样同时称出。在淋洗盐酸洗失量和制备机械组成悬液的两份土样过程中，可同时进行水溶盐、含水量土样的测定，这样可以节省时间，提高工作效率。

(二)土壤粒径分级

我国盐田机械组成分析通常采用表2－2－3所列标准。

表2－2－3 土壤粒径分级标准

(三)土壤质地分类

根据土壤粒级组成，将我国盐田土壤划分为3组9种质地名称(表2－2－4)。

表2－2－4 盐田土壤质地分类

各质地组的土壤特性：

砂土组：土壤颗粒组成较粗，物理性砂粒含量在85%以上，保卤性能弱，透水性能强，池板抗压强度高。

壤土组：土壤质地较均匀，物理性砂粒含量超过60%，而物理性粘粒含量不低于15%，物理性能良好，“晾晒时，干不起龟裂，湿不起泥浆”，抗压强度高，保卤性能强，是盐田生产最理想的土壤。

粘土组：土壤颗粒组成以物理性粘粒为主，质地粘重，物理性粘粒在40%以上，结构致密，结持力大，保卤能力强，长期被卤水浸泡，池板易于渲软、泥烂，抗压强度低，面层水稳性差。