3.1. Щільність твердої фази ґрунту

Під щільністю твердої фази ґрунту розуміють відношення маси твердої фази ґрунту (ґрунту без шпарин) до одиниці об’єму. Якщо шматок сухого ґрунту здавити так, щоб не було шпарин, то відношення маси взятого ґрунту до одержаного об’єму і буде щільністю твердої фази. Вона залежить від хімічного, мінералогічного складу і визначається се­редньою щільністю речовин, які складають даний ґрунт, та їх відносним вмістом.

До складу мінеральної частини ґрунту як основні мінералів входять кварц, польові шпати, глинисті мінерали, які мають щільність в межах 2,40–2,80 г/см³ (табл. 15). Рідше зустрічаються мінерали, які містять залізо, з щільністю до 4,0.

15. Щільність деяких мінералів та їх склад

Мінерал	Склад	Щільність, г/см3
Кварц	SiO2	2,65–2,66
Ортоклаз	K2Al2Si6O16	2,50–2,62
Плагіоклази:
Альбіт	Na2Al2Si6O16	2,62–2,65
Мікроклін	K2AlSi3O8	2,54–2,57
Каолініт	Al4(OH8)[Si4O10]	2,60–2,63
Мусковіт	KAl2(OH, Fe)2 [AlSi3O16]	2,76–3,00
Лимоніт	Fe2O3 2O	3,40–4,00
Кальцит	CaCO3	2,60–2,80
Гіпс	CaSO4 2O	2,31–2,33
Монтморилоніт	Al2(OH)2[Si4O10] 2O	близько 2,00
Нонтроніт	Fe2(OH)2[Si4O10] 2O	2,27–2,29

Щільність гумусу становить 1,20–1,40 г/см³. Тому у ґрунтах малогумусованих і в нижніх горизонтах гумусованих ґрунтів щільність ко­ливається в межах 2,60—2,80 і до 3,0 в червоноземних ґрунтах. Чим багатше на гумус ґрунт або горизонт, тим менше щільність твердої фази (2,40–2,50 г/см³).

3.1.1. Визначення щільності твердої фази ґрунту пікнометричним методом

Щільність твердої фази ґрунту частіше за все визначається за допомогою пікнометра. Принцип пікнометричного методу полягає у визна­ченні об’єму води або інертної рідини, який відповідає об’єму ґрунту, взятого для аналізу.

Пікнометр – мірна посудина, яка дозволяє визначати об’єм рідини з великою точністю. Як грубий пікнометр може використовуватися звичайна мірна колба. На рис. зображені найбільш поширені види пікнометрів. Найчастіше використовуються пікнометри об’ємом 100 і 50 см³; в геологічній практиці при визначенні щільності мінералів, які рідко зустрічаються, користуються мікропікнометрами. Найбільш зручним вважається пікнометр об’ємом 100 см³ висотою 8 см і діаметром 4 см. Добре притерта масивна пробка має тонкокапілярний отвір, через який виділяється надлишок рідини під час наповнення посудини. Цим забезпечується точність у роботі.

При визначенні щільності твердої фази незасолених ґрунтів викорис­товують дистильовану воду без повітря, засолених, які містять легко­розчинні солі більше 0,5%— неполярні рідини (бензол, бензин, толуол, ксилол, гас).

На практиці найбільш поширеним методом визначення щільності твердої фази ґрунту є метод Н. А. Качинського. Він полягає у визначенні об’єму пікнометра (рис. 3), у підготовці ґрунту до аналізу та у визначенні щільності твердої фази.

Визначення об’єму пікнометра. Пікнометр чисто миють, споліску­ють дистильованою водою і висушують в сушильній шафі при темпе­ратурі не вище 60°С. Можна також сполоснути його етиловим спиртом або ефіром і просушити за допомогою гумової груші. Сухий пікнометр разом з пробкою зважують з точністю до 0,001 г. Воду для аналізу готують напередодні. В колбі місткістю 2—3 л дистильовану воду кип’ятять на протязі двох годин. В гарячому стані її пере­ливають у прогріті склянки (до верху) і закривають пробками з хлоркальцієвими трубками, на­повненими натронним вапном.

Рис. 4. Пікнометри для визначення щільності твердої фази ґрунту

Зберігати прокип’ячену воду зручніше у склянках великого об’єму (2–З л), а під час роботи використовувати склянки меншого об’єму (500 см³). Цією водою заповнюють і крапельницю.

Пікнометр слід зберігати у кристалізаторі або у дерев’яному лотку з гніздами і менше торкатися його руками. Якщо необхідно взяти пікно­метр, треба завернути його в рушник і брати двома пальцями зверху.

Для визначення об’єму пікнометр заповнюють прокип’яченою дис­тильованою водою доверху, так, щоб при закриванні пробкою з капіляра вийшли одна-дві краплини води, закривають пікнометр пробкою, яка ретельно притирається. Під пробкою і в капілярі не повинно бути буль­бочок повітря. Записують температуру води.

Пікнометр ретельно витирають сухим рушником, ставлять в сухий кристалізатор і переносять у вагову кімнату. Через 20–25 хв. зважують на аналітичних терезах з точністю до 0,001 г. Об’єм пікнометра обчис­люють за формулою:

(19)

(V — об’єм пікнометра, см³; а, — маса пікнометра з водою, г; а — маса сухого пікнометра, г; D — щільність води при даній температурі, г/см³).

Заповнення пікнометра і визначення об’єму слід повторити двічі- тричі і за кінцевий результат прийняти середнє з усіх визначень (табл. 16). Середній об’єм потім використовують в подальшій роботі.