Содержание органики

Нормативная документация:

1. ГОСТ 23740-2016 - «Грунты. Методы определения содержания органических веществ»

2. ГОСТ 11306-2013 - «Торф и продукты его переработки. Методы определения зольности»

3. ГОСТ 10650-2013 - «Торф. Методы определения степени разложения»

---

Введение

Органическое вещество в грунтах (гумус, растительные остатки, торфяные компоненты) существенно влияет на их ключевые инженерно-геологические свойства: сжимаемость, водопроницаемость, несущую способность и склонность к биодеградации.

Содержание органики выражается через массовую долю органического углерода (I_r) или гумуса в процентах от массы абсолютно сухого грунта, что критично для классификации органоминеральных грунтов по ГОСТ 25100-2011 и оценки их пригодности в строительстве.

---

Метод определения растительных остатков (PS_OSTR)

ГОСТ 23740-2016, раздел 5.1

1.1 Краткое описание

Применяется для торфяных грунтов с целью выделения недеградировавших растительных фрагментов. Основан на ручном отделении частиц размером >0.25 мм из подготовленной пробы.

1.2 Вычисляемые параметры:
- Iᵣ (д.е.) — массовая доля растительных остатков

1.3 Теоретические основы
Растительные остатки — неразложившиеся фрагменты корней, мхов и листьев. Их содержание влияет на водопроницаемость и сжимаемость грунтов. Параметр Iᵣ рассчитывается как отношение массы остатков к массе сухой пробы.

Методика

1. Подготовка пробы:

• Отбирают среднюю пробу грунта массой ≥25 г методом квадратов

• Параллельно определяют гигроскопическую влажность по ГОСТ 5180

2. Сухой способ (основной):

• Пробу рассыпают тонким слоем на стекле с контрастным фоном

• Растительные остатки отбирают пинцетом под лупой

• Для ускорения используют наэлектризованную пластинку из органического стекла:

• Пластинку натирают шерстяной тканью

• Держат на высоте 5 см над пробой

• Растительные остатки притягиваются к пластинке

3. Мокрый способ (при большом количестве остатков):

• Пробу замачивают в воде, растирают пестиком с резиновым наконечником

• Последовательно промывают через сита так, чтобы песок не попал на сита

• Сначала через сито №1 (ячейки ~0.25 мм)

• Затем через сито №0.25 (ячейки ~0.05 мм)

• Растительные остатки собирают с обоих сит

4. Сушка и взвешивание:

• Выделенные остатки сушат при 105°C до постоянной массы

• Взвешивают с точностью ±0.01 г

5. Расчет результатов:

I_r = (m_ост / m_сух) × 100%  

где:
- m_ост - масса сухих растительных остатков (г)
- m_сух = m_возд × K
- K = (100 - W)/100 - поправочный коэффициент на влажность
- W - гигроскопическая влажность (%)

---

Метод прокаливания до постоянной массы (PS_CMAS)

ГОСТ 23740-2016, раздел 5.2 ГОСТ 11306-2013

2.1 Краткое описание

Основной метод для определения зольности и содержания органики. Основан на удалении органических веществ при прокаливании при высоких температурах.

2.2 Вычисляемые параметры:

• Iᵣ (д.е.) — Содержание органического вещества
• A^a (д.е.) — зольность торфа в воздушно-сухом состоянии
• A^d (д.е.) — зольность абсолютно сухого торфа
• A^r (д.е.) — зольность в природном состоянии
• O` (д.е.) — массовая доля органического вещества

Методика

Подготовка пробы грунта к анализу:

1. Доведение до воздушно-сухого состояния:

• Образцы грунта предварительно очищают от растительных остатков
• Проба должна достичь воздушно-сухого состояния
• Минимальная масса пробы: 50 г

2. Измельчение и просеивание:

• Грунт измельчают и просеивают через сито с отверстиями 0,25 мм
• Просеивание продолжают до полного прохождения всей пробы через сито
• Тщательно перемешивают полученный материал
• Методом квартования отбирают 20-30 г материала, помещают в бюксы для хранения

3. Подготовка к непосредственному анализу:

• Грунт из бюкса высыпают на чистую поверхность (стекло, пластик, полиэтилен), распределяют тонким равномерным слоем
• Шпателем или ложечкой отбирают не менее 5 точечных проб из разных мест

2. Предварительная обработка :

• Подготовка тиглей: Чистые, сухие, пронумерованные тигли прокаливают в муфельной печи при температуре (525 ± 25) °С. охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием и взвешивают с погрешностью не более 0,001 г. Проводят повторное прокаливание и взвешивание до установления постоянной массы. Тигли хранят в эксикаторе с хлористым кальцием, периодически проверяя их массу.
• Удаление хлоридов: Пробу промывают подкисленной водой (H₂SO₄, pH=5) до отрицательной реакции на хлор. Высушивают и взвешивают для определения коэффициента K₁ = m₁/m₂.
• Удаление карбонатов: Пробу обрабатывают 5% H₂SO₄ до прекращения выделения CO₂. Нейтрализуют NaOH до pH=6.5, выпаривают и высушивают. Определяют K₂ = m₁/m₂.

3. Определение сухой массы:
- Навеску высушивают при 105°C до постоянной массы (±0.001 г).

4. Прокаливание:
- Схема А (органоминеральные грунты голоцена): 350±10°C, 3 ч.
- Схема Б (минеральные грунты): 450±10°C, 3 ч.
- Схема В (торфы, сапропели): 525±25°C, 3 ч (+ повторное прокаливание с H₂O₂ при необходимости).
- Прокаливание проводят до постоянной массы (разница между взвешиваниями ≤0.005 г).

Расчет органического вещества Iᵣ (д.е.):

I<sub>r</sub> = (m – m<sub>1<\sub>)  / m 

где:
- m — масса сухого грунта
- m₁ — масса после прокаливания

Примечание: Метод не применим для грунтов с высоким содержанием гипса или легкоразлагаемых солей.

Расчет зольности и органического вещества торфов

ГОСТ 11306-2013

1. Зольность аналитической пробы (A^a)

Рассчитывается как отношение массы зольного остатка к массе навески торфа: A^a = m₁/m_вс Где: m₁ - масса зольного остатка m_вс - масса воздушно-сухой навески испытуемого торфа

2. Зольность абсолютно сухого торфа (A^d)

Вычисляется с учетом влажности аналитической пробы:

A^d = A^a * (1/(1 - W))

где W - влажность аналитической пробы (д.е.)

3. Зольность в рабочем состоянии (Aʳ)

Определяется с учетом естественной влажности пробы:

A^r = A^d * (1 + w^r) где W^r - общая влажность пробы в естественном состоянии (д.е.)

4. Содержание органического вещества (O)

Рассчитывается как разность между 100% и зольностью абсолютно сухого торфа:

O = 1 - A^d

Требования к точности измерений

Допустимые расхождения между параллельными определениями:

Зольность, д.е.	В одной лаборатории	В разных лабораториях
До 0,08	0,3%	0,5%
0,08 – 0,2	0,5%	0,8%
Более 0,2	1,0%	1,5%

Порядок действий при превышении допустимых расхождений:

• Проводят третье определение
• Принимают среднее значение двух наиболее близких результатов
• Если все три результата находятся в пределах допустимых расхождений, используют среднее всех трех определений

Точность расчетов: Все вычисления проводятся с точностью до 0,01%

Важные примечания: - Окончательный результат представляет собой среднее арифметическое двух допустимых параллельных определений - Метод обеспечивает определение зольности с погрешностью 0,2-1,5% при доверительной вероятности P=0,9

Метод центрифугирования (PS_CENT)

ГОСТ 10650-2013, раздел 6

3.1 Краткое описание

Экспресс-метод для оценки степени разложения торфов. Основан на разделении фракций под действием центробежной силы.

3.2 Вычисляемые параметры:
D_dp (%) — степень разложения с поправкой на зольность

3.3 Теоретические основы
Высокогидролизованный торф образует мелкодисперсную фракцию, которая легче выделяется при центрифугировании. Поправка на зольность исключает влияние минеральных примесей.

Методика

1. Подготовка пробы:

• Для торфа с влажностью ≥65%: пробу отбирают пробоотборником из 10-12 точек слоя толщиной 3-4 мм.
• Для торфа с влажностью <65%: пробу замачивают в растворе щелочи (NaOH/KOH) на 24-30 ч до получения однородной массы.

2. Проведение испытания:

• Пробу помещают в малую пробирку, добавляют воду и **2-3 капли FeCl₃ ** для коагуляции гумуса.
• Центрифугируют 2 мин при 1000 об/мин.
• Измеряют объем осадка в малой пробирке (должен быть 0.7–1.5 см³).
• Суспензию переносят на сито, установленное над большой пробиркой.
• Центрифугируют большую пробирку 2 мин при 1000 об/мин.
• Измеряют объем осадка в большой пробирке.

3. Для низковлажного торфа (<65%):

• Пробу обрабатывают соляной кислотой до прекращения реакции нейтрализации.
• Далее процедура аналогична п. 2.

4. Интерпретация результатов:

• Степень разложения определяют по номограмме (Приложение 1 ГОСТ):
• По оси X: объем осадка в малой пробирке
• По оси Y: объем осадка в большой пробирке

Рис. 1 Приложение А. Номограмма для определения степени разложения торфа ГОСТ 10650—2013

• Для зольности >15% вводят поправки (Таблица 1 ГОСТ):

Зольность, %	Поправка, %
До 15	—
15–25	2
25–35	3
35–45	4
45–55	5

5. Точность метода:

• Проводят 4 параллельных определения.

Таблица 2 - Погрешность определения степени разложения торфа

Массовая доля общей влаги, %	Погрешность определения, %, при степени разложения торфа До 30 % включ.	Погрешность определения, %, при степени разложения торфа Св. 30 до 50 % включительно	Погрешность определения, %, при степени разложения торфа Св. 50 %
65 и более	±2	±3	±5
Менее 65	±3	±5	±5

Таблица 3 - Допускаемые расхождения степени разложения торфа

Массовая доля общей влаги, %	Допускаемые расхождения, %, при степени разложения торфа До 30 % включ.	Допускаемые расхождения, %, при степени разложения торфа Св. 30 до 50 % включительно	Допускаемые расхождения, %, при степени разложения торфа Св. 50 %
65 и более	6	9	15
Менее 65	9	15	15

---

Микроскопический метод (PS_MICR)

ГОСТ 10650-2013, раздел 7

4.1 Краткое описание

Точный метод для оценки степени разложения через визуальный анализ микроструктуры. Требует подготовки шлифов.

4.2 Вычисляемые параметры:
D_dp (%) — степень разложения торфа

4.3 Теоретические основы

Степень разложения — отношение площади деградировавших растительных клеток к общей площади в микроскопическом препарате.

Методика

1. Подготовка препарата:

• Для торфа с влажностью ≥65%: пробу отбирают в 10-12 точках, помещают на предметное стекло. При наличии карбонатов обрабатывают 10% HCl.
• Для торфа с влажностью <65%: пробу замачивают в 5% растворе NaOH/KOH на 24 ч (или нагревают для ускорения) до получения однородной массы.
• Готовят 3 препарата на предметных стеклах, разбавляя пробу водой до тонкого прозрачного слоя.

2. Проведение микроскопии:

• Препараты исследуют под микроскопом при увеличении 56–140×.
• На каждом стекле анализируют 10 полей зрения.
• Оценивают процентное соотношение площадей:
  Бесструктурная часть (разложившийся материал)
  Растительные остатки (сохранившие клеточную структуру).

3. Расчет степени разложения:

• Для каждого поля зрения определяют долю бесструктурной части:

D_поле = (S_{бесструкт} / S_общ) × 100%

• Результат по пробе: среднее арифметическое из 30 измерений (3 стекла × 10 полей), округленное до 5%.

4. Точность метода:

• Допустимое расхождение между разными исполнителями: ≤10%.
• Метод применим для торфов с любой зольностью.

---

Сокращенный ситовой анализ (PS_SSIT)

ГОСТ 10650-2013, раздел 8

5.1 Краткое описание

Ускоренный метод для оценки степени разложения через рассев на ситах. Применим при A^d < 25%.

5.2 Вычисляемые параметры:

D_dp (%) — степень разложения торфа

5.3 Теоретические основы
Низкая степень разложения коррелирует с высоким содержанием крупных фракций (>1 мм). Метод использует зависимость: D_dp≈ 100% – X_{>1 мм}.

Методика

1. Подготовка пробы:
- Навеску торфа массой 15 г замачивают в 150-200 мл дистиллированной воды на 24 часа.
- Параллельно определяют содержание сухого вещества в такой же навеске.
- Суспензию переносят в колбу (800-1000 мл), встряхивают 3-10 мин до однородности.

2. Проведение анализа:
- Суспензию пропускают через сито с размером ячеек 0.25×0.25 мм.
- Остаток промывают в кристаллизаторе водопроводной водой (6-10 мин) до исчезновения мути.
- Дополнительно промывают дистиллированной водой.
- Остаток переносят в чашку Петри, высушивают при 145-150°C.

3. Расчет и интерпретация:
- Вычисляют долю фракции <250 мкм:

P₂₅₀ = 100 × (m_c - m_ост) / m_c

где:
- m_c — масса сухого вещества в исходной навеске (г)
- m_ост — масса сухого вещества в остатке на сите (г)
- Степень разложения определяют по Таблице 4 ГОСТ, используя полученное значение P₂₅₀.

Степень разложения торфа Таблица 4 ГОСТ 10650—2013 - Степень разложения торфа

P\250(%)	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
10	4,8	5,2	5,5	5,8	6,1	6,5	6,8	7,2	7,6	7,9
20	8,3	8,7	9,1	9,5	9,9	10,3	10,5	10,7	11,5	11,9
30	12,3	12,8	13,3	13,8	14,3	14,8	15,3	15,8	16,3	16,8
40	17,3	17,8	18,3	18,9	19,5	20,1	20,7	21,3	21,9	22,5
50	23,1	23,7	24,3	25	25,7	26,4	27,1	27,8	28,5	29,5
60	29,9	30,6	31,3	32	32,8	33,6	34,4	35,2	36	36,8
70	37,6	38,4	39,3	40,2	41,1	42	42,9	43,8	44,7	45,6
80	46,5	47,5	48,5	49,5	50,5	51,5	52,5	53,5	54,5	55,5
90	56,5	57,6	58,7	59,8	60,9	62	63,2	64,4	65,6	66,8

---