含水量試驗

含水量試驗

含水量試驗烘乾法、酒精燃燒法和中子測量法等對土壤中含水量進行測定的試驗方法。 含水量定義為土中自由水的質量與土粒質量之比的百分數,它隨時在變化之中,不是一個常數。一般認為在100℃-110℃溫度下能將土中自由水蒸發掉。

目的意義

進行土壤含水量的測定有兩個目的:一是為了解田間土壤的實際含水情況,以便及時進行播種、灌排、保墒措施,以保證作物的正常生長;或聯繫作物長相長勢及耕作栽培措施,總結豐產的水肥條件。二是風乾土樣水分的測定,是各項分析結果計算的基礎。

土壤含水量的測定方法很多,如烘乾法、酒精燃燒法和中子測量法等,其中烘乾法是目前國際上土壤水分測定的標準方法,雖然需要採集土樣,並且乾燥時間較長但是因為它比較準確,且便於大批測定,故為常用的方法。

試樣製備

試樣製備方法:試樣製備分為乾法和濕法兩種。

1、乾法製備試樣應按下列步驟進行,用四分法取代表性土樣20g(重型為50kg),風乾碾碎,過5mm(重型過20mm或40mm)篩,將篩下土樣拌勻,並測定土樣的風乾含水率。根據土的塑限預估最優含水率,並按本標準第3.1.6條4、5款的步驟製備5個不同含水率的一組試樣,相鄰2個含水率的差值宜為2%。

輕型擊實中5個含水率中應有2個大於塑限,2個小於塑限,1個接近塑限。

2、濕法製備試樣應按下列步驟進行,取天然含水率的代表性土樣20kg(重型為50kg)碾碎,過5mm篩(重型過20mm或40mm),將篩下土樣拌勻,並測定土樣的天然含水率。根據土樣的塑限預估最優含水率,按本條1注的原則選擇至少5個含水率的土樣,分別將天然含水率的土樣風乾或加水進行製備,應使製備好的土樣水分均勻分布。 試樣製備應按下列步驟進行:

1、將擊實儀平穩置於剛性基礎上,擊實筒與底座聯接好,安裝好護筒,在擊實筒內壁均勻塗一薄層潤滑油。稱取一定量試樣,倒入擊實筒內,分層擊實,輕型擊實試樣為25kg,分3層,每層25擊;重型擊實試樣為4-10kg,分5層,每層56擊,若分3層,每層94擊。每層試樣高度宜相等,兩層交界處的土面應刨毛,擊實完成時,超出擊實筒頂的試樣高度應小於6mm。

2、卸下護筒,用直刮刀修平擊實筒頂部的試樣,拆除底板,試樣底部若超出筒外,也應修平,擦淨筒外壁,稱筒與試樣的總質量,準確至1g,並計算試樣的濕密度。

3、用推土器將試樣從擊實筒中推出,取2個代表性試樣測定含水率,2個含水率的差值應不大於1%。

4、對不同含水率的試樣依次擊實。

土壤自然含水量的測定常用方法

土壤自然含水量是指田間土壤中實際的含水量,它隨時在變化之中,不是一個常數。

烘乾法

1.方法原理

將土壤樣品放在105℃±2℃的烘箱中烘至恆重,求出土壤失水重量占烘乾重量的百分數。在此溫度下,包括吸濕水(土粒表面從空氣中吸取活動力強的水汽分子而成的一種水分)在內的所有水分烘掉,而一般土壤有機質不致分解。

2.操作步驟

(1)將鋁盒擦淨,烘乾冷卻,在1/100天平上稱重,並記下鋁盒號碼(A)。

(2)在田間取有代表性的土樣(0~20cm)20g左右,迅速裝入鋁盒中,蓋好盒蓋,帶回室內(注意鋁盒不可倒置,以免樣品撒落),在天平上稱重(B),每個樣品至少重複測3份。

(3)將打開蓋子的鋁盒(蓋子放在鋁盒旁側或蓋子平放在盒下),放人105℃±2℃的恆溫箱中烘6~8小時。

(4)待烘箱溫度下降至50℃左右時,蓋好蓋子,置鋁盒於乾燥器中30分鐘左右,冷卻至室溫,稱重(C),如無乾燥器,亦可將蓋好的鋁盒放在磁碟或木盤中,待至不燙手時稱重。

(5)然後,啟開盒蓋,再烘4小時,冷卻後稱重,一直到前後兩次稱重相差不超過1%時為止(C)。

3.結果計算

含水量試驗 含水量試驗

土壤含水量(%)

式中:

A — 鋁盒重(g)

B — 鋁盒加濕土重(g)

C — 鋁盒加烘乾土重(g)

4.注意事項

(1)烘箱溫度以105℃±2℃為宜,溫度過高,土壤有機質易碳化逸失。在烘箱中,一般土壤烘乾6小時即可烘至恆重,質地較輕的土壤烘的時間可較短,約5~6小時即可。

(2)乾燥器內的乾燥劑(氯化鈣或變色矽膠)要經常更換或處理。變色矽膠在乾燥時呈藍色,吸濕後呈紅色。如呈紅色後,須重新放在烘箱中烘到藍色再放回乾燥器使用。

(3)在計算時要以烘乾土重為基數,因為:

①只有以烘乾土重為基數,才能給土壤水變化的清晰概念。

②化學分析換算要以烘乾土重為基數。

③能使不同土壤的分析結果相互比較。因各地的土壤濕度不同,但烘乾土的重量是不變的。

(4)本法須進行三次平行測定,取其算術平均值,以一位小數(%)表示,其平行差值不得大於1%。

(5)本法測定本身的誤差取決於所用天平的精確度和取樣的代表性。所以,在田間取樣時,需要注意取樣點的代表性,在大範圍內測定時需多點重複。

5.儀器設備

鋁盒、烘箱、乾燥器、分析天平(1/100)、土鑽、小刀。

酒精燃燒法

1.方法原理

本方法主要是利用酒精和水互相溶解和酒精在土中燃燒,使其水分蒸發,由燃燒前后土樣的減重算出土壤含水量。

酒精在土面上燃燒,在未達到燃點之前即將氣化,使火焰與土面保持2~3cm的距離,此時土樣溫度約在70~80℃之間。但是,在火焰將熄滅前的幾秒鐘,火焰與土面接觸,使土溫上升到180~200℃以後溫度很快地下降到85~90℃,並緩慢地冷卻。即使再度燃燒,土樣最高溫度也不會超過200~220℃,並且高溫階段的時間甚短,所以土樣中的有機質及鹽類損失甚微(有機質含量高於50g·kg的樣品不適用本方法)。據研究,本法較用烘乾法測定土壤含水率的差值一般在0.5~0.8%左右。

用酒精燃燒法測定土壤含水量,全過程只需20分鐘,它是一種快速測定方法,很適合于田間進行。

2.操作步驟

(1) 將烘乾冷卻的鋁盒用1/100分析天平稱重(A)。

(2) 用鋁盒稱土樣10g左右,注意操作迅速,取樣均勻。稱重(B)。

(3) 用滴管向鋁盒滴加酒精,至盒中呈現自由液面時為止(約用7mL酒精)稍加振盪,使土樣均勻分布於盒中。

(4) 點燃酒精(注意勿使火柴屑掉入土樣中),經數分鐘後熄滅,待土樣冷卻後,再滴加酒精(2~3mL)進行第二次燃燒。一般情況下,樣品經3~4次燃燒後,即可達恆重。然後稱重(C),精確到0.01g。

3.結果計算

含水量試驗 含水量試驗

土壤含水量(%)

式中:

A——鋁盒重(g);

B——濕土加鋁盒重(g);

C——乾土加鋁盒重(g)。

4.儀器與試劑

天平(感量0.01g)、蒸發皿、酒精(純度96%以上)、火柴、滴管、量筒(10mL)。

土壤吸濕水的測定

土壤吸濕水的測定主要是運用烘乾法。

(1)方法原理

與土壤自然含水量測定相同,即將土壤樣品放在105℃±2℃的烘箱中烘至恆重,求出土壤失水重量占烘乾重量的百分數。在此溫度下,包括吸濕水(土粒表面從空氣中吸取活動力強的水汽分子而成的一種水分)在內的所有水分烘掉,而一般土壤有機質不致分解。。

(2)操作步驟

1.取洗淨的有編號的鋁盒,放在105℃±2℃的烘箱中烘之恆重,帶手套取出放入乾燥器中冷卻,在分析天平(感量0.0001g)上稱得其恆重(A)。

2.用鋁盒稱5g左右的風乾土樣均勻地平鋪於盒中,準確稱重(B)。

3.將鋁盒放入105℃±2℃的恆溫烘箱中烘6小時左右,鋁盒蓋放在鋁盒旁則或傾斜放在鋁盒上。

4.帶手套將鋁盒取出,蓋上蓋子,置鋁盒於乾燥器中20~30分鐘,使冷卻至室溫,稱重。啟開鋁盒蓋,再烘2小時,冷卻,稱至恆重(C),前後兩次稱重之差不大於3mg。

(3)結果計算

含水量試驗 含水量試驗

土壤含水量(%)

式中:

A — 鋁盒重(g)

B — 風乾土加鋁盒重(g)

C 一 烘乾土加鋁盒重(g)。

(4)儀器

分析天平(感量0.0001g)、角勺、鋁盒、烘箱、手套、乾燥器。

含水量的其他測試方法

1. 紅外線照射法

標準烘乾法和非標準法的區別在於烘千方式的不同。紅外線照射法系將上樣置於紅外線燈光之下烘千,通常將土樣放於距光源5-15咖距離內照射約1h左右即可乾燥。試驗證明, 用此法所得結果較烘乾含水量略大1%左右。紅外乾燥箱體積小,有商業產品。

2. 炒乾法用鍋將試樣炒乾,適用於砂上及含礫較多的土。

3. 實容積法

此法是利用根據波義耳一馬略特定律設計的土壤水分速測儀,它通過測定土中固相、液相的體積,按土的經驗比重值換算出土的含水量,適用於粘性土。對於少量的試樣測試快,而對批量試樣則操作過於繁雜。

4,微波加熱法

微波是一種超高頻的電磁波,微波加熱就是通過微波發生器產生微波能,再把這個微波能用波導輸送到微波加熱器中,加熱器中物體受到微波作用後就自身發熱。對於土中的水分子來說,其電荷分正、負兩種,在微波場作用下不斷快速排列和換向,這種運動使水分子本身發熱、蒸發。

微波加熱器可用商業產品家用微波爐,一批土樣一般兒分鐘就可烘乾。經試驗對比多數土的測試結果與標準烘乾法相對誤差小於1.5%。但對一些含金屬礦物質的土不適用,因為一些金屬物質本身在微波作用下發熱,其溫度會超過:100℃,從而損壞微波爐。

5.碳化鈣氣壓法

碳化鈣為吸水劑。將一定量的濕土樣和碳化鈣置於體積一定的密封容器中,吸水劑與土中的水發生化學反應,產生乙炔氣體,乙炔氣體在密封容器中產生的壓強與土中水分子質量成

美國1967年就將此法列入公路規程,我國現行《公路土工試驗規程》也列入了此法。此法的缺點是要求一種性能穩定的電石粉,而這種要求對試驗需求量小,商業社會的今天不易達到。

特殊土的含水量測試方法

1.含石膏土和有機質土的含水量測試法

含石膏土和有機質土的烘乾溫度在110℃時,對含石膏土會失去結晶水,對含有機質土其有機成分會燃燒,測試結果將與含水量定義不符。這種試樣的乾燥宜用真空乾燥箱在近乎1個大氣壓力作用下將土乾燥,或將烘箱溫度控制在75℃-80℃,乾燥8h以上為好。

2.元機結合料穩定土的含水量測試法

無機結合料在國外常稱為水硬性結合料。它主要指水泥。石灰。粉煤灰和石灰或水泥粉煤灰,所用術語水泥穩定土、石灰穩定土、石灰粉煤灰穩定土等都是總稱。

如水泥與水拌和就要發生水化作用,在較高溫度下水化作用發生較快。因此,需將水泥混合料放在原為室溫的烘箱內,再啟動烘箱升溫,則在升溫過程中水泥與水的水化作用發生較快,而烘乾法又不能除去已與水泥發生水化作用的水,這樣得出的含水量往往偏小,所以應提前將烘箱升溫到110℃,使放人的水泥混合料一開始就能在:105℃-110℃的環境下烘乾。另外.烘乾後冷卻時套用矽膠作乾燥劑。

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