Testování metody založené na měření tlaku suspenze a standardní hustoměrné metody zrnitostního rozboru

Sára Poláchová

Bachelor's thesis

Testing of integral suspension pressure method and standard hydrometer method for determination of particle size distribution

Abstract:

Obsahem této bakalářské práce je testování a charakterizace vybraných metod zrnitostního rozboru, a to metody hustoměrné, metody ISP (The integral suspension pressure method) a ISP+ (The improved integral suspension pressure method). Výše uvedené metody byly prověřovány z hlediska přesnosti, časové náročnosti a náročnosti na obsluhu. Měření byla provedena na dvou půdních druzích s kontrastní zrnitostí, a to na vzorcích prachovité hlíny a hlinitého písku, které mají zhruba šedesátiprocentní rozdíl v obsahu písčité frakce. Pro všechny vzorky byl použit stejný způsob jejich přípravy. U hustoměrné metody bylo provedeno také zhodnocení vlivu uvažované hustoty referenčního roztoku na výsledek zrnitostního rozboru. Za kontrolní hustotu byla považována hustota uvažující obsah rozpuštěného dispergačního činidla a proměnlivou hustotu vody v závislosti na teplotě. Kontrolní hustota referenčního roztoku byla stanovena výpočtem. Větší shoda ve stanoveném procentuálním zastoupení půdních frakcí byla zjištěna mezi metodou ISP+ a hustoměrnou metodou. Metoda ISP v porovnání s metodou hustoměrnou, jež byla uvažována jako referenční, systematicky podhodnocuje zastoupení jílovité frakce a nadhodnocuje zastoupení frakce prachu. Nadhodnocení a podhodnocení těchto frakcí bylo v případě porovnání s hustoměrnou metodou větší, než uvádějí současné studie porovnávající metodu ISP s metodou pipetovací. Odchylka ve stanovení frakce jílu v porovnání s hustoměrnou metodou činila -6,5 % u vzorku prachovité hlíny a -5,6 % u vzorku hlinitého písku. Metoda ISP+ v porovnání s metodou hustoměrnou lehce nadhodnocuje frakci jílu. Na základě provedených měření je možné říci, že tyto metody všeobecně vykazují při určení zastoupení půdních frakcí dobrou shodu. Odchylka ve stanovení jílovité frakce činila +1 % u vzorku prachovité hlíny a +1,4 % u vzorku hlinitého písku. Použití pouze proměnlivé hustoty vody v závislosti na teplotě jako uvažované hustoty referenčního roztoku se ukázalo jako nepřesné v porovnání s kontrolní hustotou uvažující obsah rozpuštěného dispergačního činidla (u vzorku prachovité hlíny došlo k nadhodnocení jílové frakce o 7 %, u vzorku hlinitého písku o 7,5 %). Uvažování konstantní hustoty vody (1 g/cm3) se ukázalo jako vhodnější ovšem zavádí také chyby do stanovení zastoupení půdních frakcí (u vzorku prachovité hlíny došlo k podhodnocení jílové frakce o 3,5 %, u vzorku hlinitého písku o 2,5 %).

Abstract:

In this bachelor thesis, selected methods of particle size distribution measurement were tested and described, namely the hydrometer method, the integral suspension pressure (ISP) method and the improved integral suspension pressure (ISP+) method. The above-mentioned methods were evaluated in terms of accuracy, time consumption and skilled operator demands. The measurements were performed on two soil samples with contrasting soil textures, namely loamy sand and silty loam with approximately 60% difference in content of sand fraction. The same pretreatment of soil samples was used. The hydrometer measurements were also used to evaluate the influence of considered density of reference solution on the particle size analysis results. The control density was the density considering the content of dissolved dispersant and the variable density of water as a function of temperature. The control density of the reference solution was determined by calculation. The better agreement was found out between the ISP+ method and hydrometer method rather than with ISP method. The ISP method seems to systematically underestimate clay fraction and overestimate silt fraction in comparison to hydrometer method, which served as the reference method. The observed over and underestimation was even higher than shown in recent studies, which compare the ISP method to the pipette method. The deviations of the identified clay fractions were -6,5 % in case of sample of silty loam and -5,6 % in case of sample of loamy sand. The ISP+ method seems to slightly overestimate clay fraction in comparison to reference hydrometer method. According to performed measurement, the overall agreement between these methods is good. The deviations of the identified clay fractions from those of the hydrometer method were +1,0 % in case of sample of silty loam and +1,4 % in case of sample of loamy sand. The using of variable density of water due to temperature changes as reference density was proven to be inaccurate in comparison with control density considering content of dissolved dispersant (for silty loam overestimation of clay fraction was 7 %, for loamy sand overestimation was 7,5 %). The using of constant density of water (1 g/cm3) was proven to be more suitable but also introduce errors to estimated mass fractions of the texture classes (for sample of silty loam underestimation of clay fraction by 3,5 %, for sample of loamy sand underestimation by 2,5 %).

Keywords

zrnitostní rozbor půdy, velikost částic, sedimentační metody, textura půdy, srovnání přesnosti a efektivity, hustoměr, Pario

Keywords

particle size distribution analysis, particle size, sedimentation methods, soil texture, comparison of accuracy and efficiency, hydrometer, Pario

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 3. 2022

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Lukáš Jačka, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Bachelor programme / field:
Landscaping / Water management