X Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ МИКРОСКОПИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Карякина А.А. 1

---

1МБОУ "Школа № 41 "Гармония" с углубленным изучением отдельных предметов г.о.Самара

Пивоварова Л.В. 1

---

1МБОУ "Школа № 41 "Гармония" г.о.Самара

Работа в формате PDF

557.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Свою работу над глиной я начала летом 2016 года, изучив такие вопросы как, что же из себя представляет глина, её виды, происхождение, применение. В 2017 году, продолжая работать над этой темой я исследовала такие вопросы как, какими свойствами обладает глина, каким образом необходимо подготовить глину для лепки. В 2018 году я изучила гончарный промысел в Самарской области. В 2019 году я изучила гранулометрический состав глин Самарской области. В 2020 году я поставила цель изучить структуру глинистых пород микроскопическим методом, который заключается в определении строения материала путем просмотра его с помощью бинокуляра, через лупу или невооруженным глазом. При этом можно определить нарушение сплошности, неоднородность, характер включений и строение пор. Микроскопические поры требуют микроскопического способа исследования, который позволяет быстро, достоверно и наглядно зафиксировать особенности структурного строения как внутреннего, так и поверхностного слоев в образцах строительных материалов. Количественное соотношение порового пространства и составляющего твердого тела в строительном материале является частью петрографической характеристики, которая позволяет предположить условия формирования материала, его пористость и вещественный состав.

Задачами моей работы в 2020 году является:

1.Изучить методику микроскопического исследования глинистых пород.

2. Провести лабораторное исследование структуры глинистых пород Самарской области микроскопическим методом.

Объектом исследования выступают собранные образцы глины.

Предметом исследования структураглинистых пород по внешним признакам.

Методы исследования:

1. Теоретические;

2. Экспериментальные;

3. Наблюдение.

Глава 1. Теоретические аспекты представления о глине

История глины довольно занимательна и интересна. Пожалуй, она начинается с легенд о сотворении мира. И первая легенда касается появления человека, ведь как известно, первого человека — Адама — Бог вылепил именно из глины, а потом вдохнул в него жизнь. Возможно, как раз по этой причине очень долгое время фигурки богов лепились именно из глины, а уже затем стали делаться из камня.

С точки зрения геологии, глина [1]– это тонкозернистая осадочная горная порода, плотная в сухом виде, пластичная при увлажнении, продукт выветривания земной коры. Основным источником глинистых пород служит полевой шпат. Некоторые глины осадочного происхождения образуются в процессе местного накопления минералов, но большинство из них представляют собой наносы, оставленные в далёком геологическом прошлом водными потоками.

Размеры частиц глины меньше 5 микрон (мкм), т.е человеческим глазом неразличимы. Глина, так легко раскисающая на поверхности земли от дождей и превращающаяся в непролазную грязь, в недрах земли создает водоупорные пласты.

В природе глины распространены очень широко, поскольку могут отлагаться как в континентальных, так и в морских условиях.

Будучи материалом пластич­ным, глина использовалась практически во всех сферах и облас­тях жизни [3]. Даже пять тысяч лет тому назад, когда была изобретена письменность, первая бума­га представляла собой тонкие глиняные пластины, на которых писали заостренными палочками. Затем таблички сушили на солнце и хранили.

В Древней Руси гончары ле­пили из глины чаши, кувшины, печные горшки и все это расписывали тоже гли­ной, но уже цветной [6]. Эта краска носила название керамической. Но изобретена глиняная краска, конечно же, была намного раньше, еще первобытными племенами, которые расписывали свои тела цветной глиной для устрашения врагов и совер­шения некоторых ритуалов. До сих пор глина является основой для красок, и замену ей еще не нашли.

Глина была незаменима и как лекарственное целебное средство [1]. Из желтой глины, разведенной в уксусе, делали пластырь для лечения растяжений. При болях в пояснице и суставах применялся пластырь из глины, разведенной в горячей воде с добавлением керосина.

Шла глина в ход и при ворожбе, лечении сглаза, лихорадки [2]. В глиняных сосудах готовили снадобья, хранили растительное сырье, а маленькие горшочки ис­пользовали для лечения простуды в качестве обычных медицинских банок.

Да и первая грелка тоже была глиняной. Она представляла собой кувшин с узень­ким горлышком, в который заливали горячую воду. Затем горлышко плотно закрывали, а грелку подкладывали под больное место.

Глава 2. Исследование гранулометрического состава глинистых пород Самарской области

§ 2.1. Виды методов определения гранулометрического состава глинистых пород

Определение гранулометрического состава грунтов является важной составляющей лабораторных исследований при проведении инженерно-геологических изысканий. Оценка грансостава имеет большое значение для изучения многих особенностей грунтов.

Гранулометрический (зерновой) состав грунта определяют по суммарному содержанию в нем частиц различной крупности, выраженных в процентах по отношению к массе сухой пробы грунта, взятой для анализа. Определение гранулометрического состава грунта заключается в его разделении на фракции и установлении их процентного содержания. Выбор метода определения гранулометрического состава существенно зависит от вида пробы, целей определения, необходимой точности результатов.

Эти методы можно разделить на ситовые, седиментационные, полуэмпирические, оптические (счетной микроскопии), лазерной дифрактометрии.

Для грунтов в настоящее время основным методом является ситовой. Этот метод позволяет определять содержание в грунте фракций диаметром > 0,1 мм, не требует применения сложной аппаратуры, прост для использования.

Этим методом мы и решили воспользоваться. В 2016 году образцы глины для исследования я собирала на своей улице Осипенко возле своего дома, когда копали траншею, в районе дачи в районе Старосемейкино. Глину, которую я отобрала была светло- и темно-коричневая. Также я взяла образец из района Красной Глинки. Данный образец был светло-серого цвета почти белого. Также я посетила село Сарбай Самарской области. Здесь мною был взят образец глины кофейного цвета — среднего между светло-коричневого и темно-коричневого. Свойства данных образцов я определяла в работах предыдущих лет. Я исследовала образцы ситовым методом.

§ 2.2. Лабораторное исследование

Целью выполнения исследования являлось получение практических навыков по определению гранулометрического состава глинистых пород Самарской области ситовым методом исследования, так как я посчитала его наиболее приемлимым на данном этапе.

Ситовой метод характеризуется следующими особенностями:

данный метод подходит только для проб, не обладающих связностью;

наименьший размер частиц, анализируемых с помощью этого метода, составляет 0,10-0,05 мм (это связано с тем, что технологически сделать сито с меньшим диаметром ячеек очень сложно и дорого; к тому же пропустить частицы через сито диаметром менее 0,05 мм практически невозможно);

размер и форма ячеек сита зависит от размера структурных элементов пробы, а также от требований к результатам;

размер и форма самих сит, а также время проведения испытаний существенно зависят от вида пробы и способа пробоподготовки.

Итак, свое исследование я проводила на кафедре «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» Самарского государственного архитектурно-строительного университета. В проведении исследования мне помогала ассистент кафедры Петрова Екатерина Валерьевна.

ЭКСПЕРИМЕНТ 1. Свое исследование я начала с того, что поочередно взвесила все 4 образца на весах с целью определения веса образцов. Вес образца № 1 составил 119,5 гр. Вес образца № 2 составил 141,5 гр. Вес образца № 3 составил 112,7 гр. Вес образца № 4 составил 163,9 гр. Мною были отобраны сита с размерами ячеек 0,16; 0,35; 0,63; 1,25; 2,5; 5,0; 10,0. Данные образцы были просеяны через эти сита. Мы получили следующие результаты, показанные в таблице (Приложение 7, таблица 1). Данное исследование показало, что образец № 4 содержит в основном крупные фракции глины (75,22 % от всего веса глины), так как они были отсеяны ситом с диаметром ячеек 10 мм. Затем у образца № 4 идет почти равномерное отсеивание ситами с более мелким диаметром ячеек. Так, ситом с диаметром ячеек 5 мм было отсеяно глины 8,84%. Ситом с диаметром ячеек 2,5 мм было отсеяно глины 4,45 %. Ситом с диаметром ячеек 1,25 мм было отсеяно глины 1,25%. Ситом с диаметром ячеек 0,63 мм было отсеяно глины 1,03%. Ситом с диаметром ячеек 0,315 мм было отсеяно глины 1,76%. Ситом с диаметром ячеек 0,16 мм было отсеяно глины 3,11%.

Образец № 3 содержит крупных фракций глины 27,95 % от всего веса глины, так как они были отсеяны ситом с диаметром ячеек 10 мм. Ситом с диаметром ячеек 5 мм было отсеяно глины 15,08%. Ситом с диаметром ячеек 2,5 мм было отсеяно глины 18,98 %. Ситом с диаметром ячеек 1,25 мм было отсеяно глины 14,28%. Ситом с диаметром ячеек 0,63 мм было отсеяно глины 12,51%. Ситом с диаметром ячеек 0,315 мм было отсеяно глины 7,18%. Ситом с диаметром ячеек 0,16 мм было отсеяно глины 1,59%.

Образец № 2 содержит крупных фракций глины 20,9 % от всего веса глины, так как они были отсеяны ситом с диаметром ячеек 10 мм. Ситом с диаметром ячеек 5 мм было отсеяно глины 16,39%. Ситом с диаметром ячеек 2,5 мм было отсеяно глины 19,43 %. Ситом с диаметром ячеек 1,25 мм было отсеяно глины 14,48%. Ситом с диаметром ячеек 0,63 мм было отсеяно глины 5,01%. Ситом с диаметром ячеек 0,315 мм было отсеяно глины 9,96%. Ситом с диаметром ячеек 0,16 мм было отсеяно глины 3,6%.

Образец № 1 содержит крупных фракций глины 10,37 % от всего веса глины, так как они были отсеяны ситом с диаметром ячеек 10 мм. Ситом с диаметром ячеек 5 мм было отсеяно глины 26,61%. Ситом с диаметром ячеек 2,5 мм было отсеяно глины 23,09 %. Ситом с диаметром ячеек 1,25 мм было отсеяно глины 13,72%. Ситом с диаметром ячеек 0,63 мм было отсеяно глины 11,29%. Ситом с диаметром ячеек 0,315 мм было отсеяно глины 7,86%. Ситом с диаметром ячеек 0,16 мм было отсеяно глины 2,67%.

ЭКСПЕРИМЕНТ 2. Так как глина очень легко разминалась, мы пришли к тому, что данные образцы необходимо было размять в ступке пестиком и просеять через другие сита. Данный эсксперимент состоял в следующем. В фарфоровую ступку нами были положены поочередно образцы глинистых пород. Пестиком были размельчаны данные образцы.

Вес образца № 1 составил 120,7 гр. Вес образца № 2 составил 146,7 гр. Вес образца № 3 составил 112,7 гр. Вес образца № 4 составил 167,7 гр. Затем образцы были просеяны через сита с размерами ячеек 0,1; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10,0. В результате мы получили следующие результаты, показанные в таблице (Приложение 7, таблица 2).

В результате исследования мы получили следующие данные.

Образец № 1 не содержит крупных фракций глины, которые были отсеяны ситом с диаметром ячеек 10 мм. Ситом с диаметром ячеек 5 мм было отсеяно глины 8,53%. Ситом с диаметром ячеек 2,0 мм было отсеяно глины 41,17 %. Ситом с диаметром ячеек 1,0 мм было отсеяно глины 39,27%. Ситом с диаметром ячеек 0,5 мм было отсеяно глины 6,29%. Ситом с диаметром ячеек 0,1 мм было отсеяно глины 6,73%.

Образец № 2 не содержит крупных фракций глины, которые были отсеяны ситом с диаметром ячеек 10 мм. Ситом с диаметром ячеек 5 мм было отсеяно глины 7,9%. Ситом с диаметром ячеек 2,0 мм было отсеяно глины 33,06 %. Ситом с диаметром ячеек 1,0 мм было отсеяно глины 40,76%. Ситом с диаметром ячеек 0,5 мм было отсеяно глины 5,99%. Ситом с диаметром ячеек 0,1 мм было отсеяно глины 20,72%.

Образец № 3 содержит крупных фракций глины 4,6 % от всего веса глины, так как они были отсеяны ситом с диаметром ячеек 10 мм. Ситом с диаметром ячеек 5 мм было отсеяно глины 3,63%. Ситом с диаметром ячеек 2,0 мм было отсеяно глины 23,6 %. Ситом с диаметром ячеек 1,0 мм было отсеяно глины 41,88%. Ситом с диаметром ячеек 0,5 мм было отсеяно глины 9,13%. Ситом с диаметром ячеек 0,1 мм было отсеяно глины 29,9%.

Образец № 4 не содержит крупных фракций глины, которые могли бы быть отсеяны ситом с диаметром ячеек 10 мм. Ситом с диаметром ячеек 5 мм было отсеяно глины 5,84%. Ситом с диаметром ячеек 2,0 мм было отсеяно глины 21,34 %. Ситом с диаметром ячеек 1,0 мм было отсеяно глины 12,82%. Ситом с диаметром ячеек 0,5 мм было отсеяно глины 5,12%. Ситом с диаметром ячеек 0,1 мм было отсеяно глины 47,16%.

Проведя данные исследования, мною сделаны следующие выводы.

1. Ситовой метод исследования гранулометрического состава глинистых пород Самарской области не совсем подходящий для определения точного гранулометрического состава именно глинистых пород. Глина легко разминается, поэтому при небольшом лишь надавливании на образец, он легко просеивается через любую ячейку того или иного сита. Следовательно, достоверным данный метод для исследования гранулометрического состава глинистых пород назвать нельзя.

2. Учитывая то, что пластичность глин напрямую зависит и от гранулометрического состава, в результате 1 эксперимента можно сделать вывод, что образцы глины № 1 и № 3 более пластичные, т. к. содержат глинистые породы с размером зерна менее 1,25 мм 35,54% и 35,56% соответственно.

3. Но природную пластичность глины можно увеличить искусственно, подвергая ее предельному измельчению механической обработкой, растиранию, проминке, что было сделано при проведении 2 эксперимента. В результате, мы получили, что образцы № 3 (39,03% с размером зерна менее 0,5 мм) и № 4 (52,28% с размером зерна менее 0,5 мм) более пластичные.

Глава 3. Исследование глинистых пород микроскопическим методом

§ 3.1. Микроскопия глин Самарской области

Для исследования в 2020 году было отобрано пробы от 4 образцов. Свойства их определялись в работах предыдущих лет.

Микроскопическая характеристика глин осуществлялась по внешним признакам, а именно: по форме зерен, характеру поверхности, вторичным образованиям, излому, прозрачности, блеску, цвету.

Исследование производилось на бинокулярном микроскопе при увеличении 12 крат, а фотографирование выполнено на микроскопе «USB DIGITAL MICROSCOPE» при увеличениях 15-25 крат.

Бинокулярный микроскоп состоит из двух самостоятельных оптических систем, каждая из которых имеет объектив, призмы и окуляры. Оси обеих систем расположены под небольшим углом друг к другу. Вершина этого угла совпадает с плоскостью исследуемого предмета. Каждая система дает отдельное изображение. Благодаря этому при наблюдении обоими глазами создается объемное представление о предмете – стереоскопический эффект.

Наиболее распространенной отечественной моделью является БМ-52-2.

Конструктивно этот микроскоп (рис. 1) состоит из основания или предметного столика (1), диска (2), кронштейна (7), двух тубусов (6) с призмами и окулярами (5).

Объективы обеих систем находятся в небольшой общей оправе, укрепленной в нижней части кронштейна.

Призмы каждой оптической системы смонтированы в отдельных корпусах, на верхних крышках которых находятся окуляры. Для установки удобного для глаз расстояния между окулярами каждый тубус можно поворачивать на небольшой угол вокруг оси системы.

Конструкция микроскопа позволяет перемещать кронштейн с оптической головкой по стойке при помощи зажимного винта (4). Точная фокусировка на резкость изображения осуществляется вращением маховичков (3).

§ 3.2. Лабораторное исследование.

Образец № 1. Общая масса рыхлая, состоит из зерен различного размера (преобладает фракция от 1 до 5мм). Цвет темно-коричневый с включениями зерен белого и единичными - черного цвета (рис. 2.). Белые зерна бурно реагируют на 10% раствор соляной кислоты, что диагностирует кальцит (рис. 3). Черные зерна имеют блеск и оплавленную поверхность, что диагностирует битум или озокерит.

Образец №2. Основная масса представлена фракцией от 2 до 10 мм. Цвет зерен охристо-коричневатый с очень мелкими включениями белого цвета и единичными изолированными зернами черного цвета с матовым блеском и неровной поверхностью, что указывает на угольные образования (рис. 4). После действия кислотой наблюдается разъедание всей поверхности охристых зерен с образованием отдельных пустот на месте белых включений, что указывает на кальцит (рис. 5).

Образец №3. Преобладающая масса зерен имеет светло-охристый цвет с белыми включениями, а более рыхлая и мелкая масса имеет темно-коричневый цвет с землистой поверхностью (рис. 6). Отдельные белые зерна активно реагируют вскипанием 10% раствора соляной кислоты, что указывает на кальцит (рис. 7).

Образец №4. Проба имеет однородный бежевый цвет и представлена, преимущественно, мелкой фракцией (от 0,1 до 2.0мм) с многочисленными тонкими растительными образованиями белого и черного цвета (рис. 8). На поверхности крупных зерен различаются очень мелкие включения белого цвета, вероятно, кальцит, т.к. на действие 10% раствора соляной кислоты идет длительное бурное вскипание с образованием однородной разрыхленной массы (рис. 9).

Используя микроскопический метод исследования особенностей структурного состава 4 образцов глинистых пород Самарской области мы пришли в выводу о том, что данный метод в отличие от гранулометрического метода является информативным, который позволяет определить состав включений и получить достоверные сведения о структурном составе глины.

Заключение

При сборе образцов мне попалась глина разных оттенков — светло-коричневая, темно-коричневая и белая. В ходе исследования опытным путём я изучила свойства местной глины — глин Самарской области и выяснила, что она жирная, с высокой пластичностью, относится к гончарным глинам, даёт усадку, может менять цвет. Это позволяет сделать вывод, что глина пригодна для ручной лепки.

Изучая специальную литературу, побеседовав со специалистами гончарного производства, исследовав всю технологию доведения глиняного теста до нужного состояния, которое необходимо для производства глиняных изделий, я сама правильно подготовила глину для ручной лепки и изготовила горшочек как в домашних условиях так и на специальном гончарном оборудовании. Собрала интересный фото-материал.

Также я провела исследование гранулометрического состава глинистых пород Самарской области ситовым методом и микроскопическим методом в лабораторных условиях.

В каждом доме и сейчас много керамики, она стала модным атрибутом каждой современной квартиры (отделочные материалы, сантехника, кухонная утварь, декор интерьера). Глину широко используют в строительстве – производство кирпича и цемента. Глина сопровождает человека с начала времён, даёт ему крышу над головой, кормит, лечит, служит материалом для многих производств и народных промыслов.

Глина широко распространена и доступна и каждый может найти этот материал на берегах рек и озёр. Глина проста в обработке и не требует больших затрат на оборудование. Свойства глины позволяют лепить из неё и небольшие поделки и огромные горшки. Глина – это отличный материал для творчества и игры.

Любой человек может сам сделать гончарное изделие, если приложит немного сил и усердия. И мой практический опыт тому подтверждение.

Мне кажется в настоящее время свойства глины еще не до конца изучены. И вскоре мы узнаем о ней и о ее свойствах еще много нового и интересного!

Библиографический список

Алмонд Е. Глина. - М., 2015.

Казаков В.М. Дозорная книга.-М.,1995.

Каменева Е. Волшебная глина. - М., 1983.

Козлов В.А. Шатурская Мещёра.-Шатура,1997.

Лельчук А.М. Глина с характером. - М, 2011.

Мирошникова Е.С. Соль, глина, медь. - М., 1999.

Федотов Г.Я. Глина и керамика.-М.,2001.

Энциклопедия для детей. Геология./ ред.коллегия: М. Аксёнов, В. Володин, Е.Ананьева и др.- М.,2009.

Mяздриков, O.A. Дифференциальные методы гранулометрии.- M., 1974.

Сравнительная таблица результатов экспериментов

Сравнительная таблица результатов экспериментов исследования гранулометрического состава

Эксперимент 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД МИКРОСКОПИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

РИС.1 Рис.1. Общий вид бинокулярного микроскопа

1 - основание или предметный столик, 2 - диск, 3 - маховичок,

4 - зажимной винт, 5 - окуляры, 6. - тубусы, 7 - кронштейн,8 - клемма

РИС.2 Рис. 2. Внешний вид пробы №2

РИС.3 Рис. 3. Вид белого зерна после реакции с 10% раствором соляной кислотой

РИС.4 Рис. 4. Внешний вид пробы № 2.

РИС.5 Рис. 5. Вид зерен после реакции 10% раствора соляной кислоты

РИС. 6 Рис. 6. Внешний вид пробы №7.

РИС.7 Рис. 7. Вид включений кальцита после действия 10% раствора соляной кислоты.

РИС. 8 Рис. 8. Внешний вид пробы №4 с растительными палочками.

РИС 9 Рис. 9. Вид пробы после действия 10% раствора соляной кислоты.