VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование гранулометрического состава глинистых пород Самарской области

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Карякина А.А. 1

---

1МБОУ «Школа 41 «Гармония» городского округа Самара

Пивоварова Л.В. 1

---

1МБОУ «Школа 41 «Гармония» городского округа Самара

Работа в формате PDF

118.8 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 поставила цель изучить гранулометрический состав глин Самарской области как одного из самых распространенных природных образований путем проведения лабораторного исследования. Гранулометрический состав является одним из важнейших классификационных признаков грунтов, напрямую зависящим от их генезиса, возраста и условий формирования породы. С другой стороны, он во многом обусловливает физические, физико-химические и физико-механические свойства осадочных пород, которые чаще всего являются основаниями сооружений и объектами изучения в процессе проведения инженерно-геологических изысканий.

Задачами моей работы является:

1.Изучить виды методов определения гранулометрического состава глинистых пород.

2. Проведение лабораторного исследования гранулометрического состава глинистых пород Самарской области ситовым методом.

Объектом исследования выступают собранные образцы глины.

Предметом исследования гранулометрический составобразцов глины.

Методы исследования:

1. Теоретические;

2. Экспериментальные;

3. Наблюдение.

Глава 1. Теоретические аспекты представления о глине

§ 1.1 Происхождение глины

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.

§ 1.2 Виды и свойства глины

Существуют несколько видов классификаций глин в зависимости от выбранных критериев.

1. Различают несколько разновидностей глины в зависимости от сферы использования, и каждая из глин используется по-своему назначению [6].

Большинство добываемых глин составляет каолин, который находит своё применение в промышленности, в таких отраслях: как целлюлозно-бумажной, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, пищевой, текстильной, мыловаренной, парфюмерной, карандашной. Вторая разновидность глины являются обычная строительная глина и глинистый сланец.

Третья разновидность огнеупорная глина, с чрезвычайно высокой точкой плавления, идёт на изготовление огнеупорного кирпича и других жаропрочных изделий. Большинство глин имеет охристый цвет, но есть глины белого, жёлтого, красного, синего, коричневого, лилового, зелёного и чёрного цвета [2].

На территории Самарской области есть несколько мест, где можно взять разные образцы глины. Например, свои образцы я брала в районе с.Старосемейкино, где у меня расположена дача, в центральном районе г.Самары, Красноглинском районе г. Самары, с. Сарбай Самарской области.

Основной цвет глин, преобладающий в Самарской области, это коричневый, но разных оттенков. Однако слои светло-серых глин я обнаружила в Красноглинском районе г. Самары.

Свойства глины зависят от химического и минерального состава, от величины составляющих её частиц [2]. Важнейшими свойствами глины являются:

Способность набухать в воде.

Пластичность глиняного теста, т. е. способность его принимать и сохранять любую форму в сыром виде.

Способность сохранять эту форму и после высыхания с уменьшением объёма.

Клейкость.

Водоупорность, т.е. способность после насыщения определённым количеством воды не пропускать через себя воду.

Способность твердеть после обжига, давая материал, не размокающий в воде и непроницаемый для неё.

Глава 2. Анализ эмпирического исследования свойств глинистых пород Самарской области

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. Для экспериментов я взяла несколько кусочков каждой из этих глин. Часть поместила в ёмкости, налила немного воды и закрыла пакетами, другую высушила на солнце. В результате я получила глиняное тесто 4 разных оттенков и 4 куска глины, твёрдых как камень.

§ 2.1. Определение свойств различных видов глины

опытным путем

Теперь мне нужно было убедиться - пригодна ли эта глина для лепки. Глина для изготовления поделок должна обладать определёнными свойствами, быть пластичной, быть средней жирности, давать малую усадку при сушке и обжиге, сохранять форму во время сушки и после обжига. Для изучения свойств глины необходимо провести следующие эксперименты:

- определение сжимаемости глины в разных состояниях;

- определение изменения цвета в разных состояниях;

- определение пластичности;

- исследование структуры глины;

- изменение веса глины во время сушки и обжига;

- установление времени высыхания и температуры.

Для проведения экспериментов я взяла образцы в виде глиняного теста.

Эксперимент 1. Определение сжимаемости ( усадки ) глины.

Для этого опыта я скатала четыре шарика из 4 видов глин и замерила их диаметр.

Образец № 1. Диаметр шарика в мокром состоянии составил 3,5 см., в сухом состоянии — 3,0 см. Время сушки составило около 3 суток. Температура комнатная -25 °C. Во время сушки диаметр шарика из глины уменьшился на 0,5 см.

Образец № 2. Диаметр шарика в мокром состоянии составил 3,5 см., в сухом состоянии — 3,1 см. Время сушки составило около 3 суток. Температура комнатная -25 °C. Во время сушки диаметр шарика из глины уменьшился на 0,4 см.

Образец № 3. Диаметр шарика в мокром состоянии составил 3,0 см., в сухом состоянии — 2,7 см. Время сушки составило около 3 суток. Температура комнатная -25 °C. Во время сушки диаметр шарика из глины уменьшился на 0,3 см.

Образец № 4. Диаметр шарика в мокром состоянии составил 4,0 см., в сухом состоянии — 3,6 см. Время сушки составило около 3 суток. Температура комнатная -25 °C. Во время сушки диаметр шарика из глины уменьшился на 0,4 см.

Можно сделать вывод, что все образцы глины дают усадку, во время сушки диаметр шариков уменьшился приблизительно около 0,5 см Время сушки — 3 суток. Температура — комнатная — 25 ͦ C (Приложение 1, рисунок 1-4).

Эксперимент 2. Изменение цвета в разных состояниях (сухом, влажном).

Работая с разными образцами глины, я заметила, что глина во влажном состоянии насыщенного коричневого и белого соответственно образцам цветов, высыхая цвет становится бледным, тусклым.

Эксперимент 3. Определение пластичности.

Для её определения я скатала колбаску из каждого из четырех образцов толщиной 1см и свернула каждый из них в кольцо. Пластичность глины определяется по наличию на кольце трещин. В моём случае трещинок на кольце каждого образца нет. Следовательно, делаю вывод, что глина высокой пластичности.

Эксперимент 4. Исследование структуры глины.

Фактуру глины я определяла на ощупь. Мои образцы - блестящие и скользкие на ощупь; смоченные водой, плохо с водой размешиваются и сильно липнут к рукам. Из опыта делаю вывод глина жирная.

Эксперимент 5. Изменение веса глины во время сушки.

Для этого опыта я взяла по кусочку глины каждого из четырех образцов.

Образец № 1. Вес глины во вланом состоянии составил 25 гр. Вес глины в сухом состоянии — 20 гр. Время сушки примерно около 3 суток. Образец глины потерял в весе во время сушки около 25%.

Образец № 2. Вес глины во вланом состоянии составил 28 гр. Вес глины в сухом состоянии — 21 гр. Время сушки примерно около 3 суток. Образец глины потерял в весе во время сушки около 25%.

Образец № 3. Вес глины во вланом состоянии составил 25 гр. Вес глины в сухом состоянии — 20 гр. Время сушки примерно около 3 суток. Образец глины потерял в весе во время сушки около 25%.

Образец № 4. Вес глины во вланом состоянии составил 30 гр. Вес глины в сухом состоянии — 22 гр. Время сушки примерно около 3 суток. Образец глины потерял в весе во время сушки около 26%.

Из опыта я сделал вывод что глина теряет в весе после сушки в среднем около 25 %.

Эксперимент 6. Установление режима высыхания.

Я сушила сделанные мной фигурки из глины в естественных условиях (в прохладном месте, в тени) и заметила, что для полной просушки нужно около 4 дней. Температура воздуха была — комнатная — 25 ͦ C по домашнему градуснику. Если фигурки высушить быстро, например, на батарее центрального отопления, то появятся трещины.

Таким образом, в результате данного исследования я установила, что образцы глины имеют высокую пластичность, жирные, меняют цвет при сушке, дают усадку, время сушки 3-4 дня.

На основании изложенного я сделала вывод о том, что глины пригодна для лепки. И я решила изготовить небольшую вазу из глины. Для этого я решила узнать как правильно подготовить глину для лепки.

Сравнительная таблица результатов экспериментов

§ 2.2. Подготовка глины для лепки

Для того, чтобы правильно подготовить глину к лепке, необходимо:

- глина замачивается и выдерживается как можно дольше по времени.

- из глины нужно удалить мелкие камушки и промять.

- непосредственно перед лепкой, чтобы удалить из вылежавшейся глины пузырьки воздуха, и повысить её однородность, глиняное тесто надо довольно долго переминать.

- если глина слишком сухая, её перед каждым перемином сбрызгивают водой.

- заготовки в виде небольших шариков хранят в деревянных ящиках, накрытых влажной тканью, а затем полиэтиленом.

Глава 3. Исследование гранулометрического состава глинистых пород Самарской области

§ 3.1. 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.

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. Свое исследование я начала с применением ситового метода без промывки водой.

§ 3.2. Лабораторное исследование

Целью выполнения исследования является 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.

С учетом полученных в результате экспериментов данных в дальнейшем мною планируется изучить гранулометрический состав глинистых пород Самарской области с помощью других методов исследования данного состава глины, которые наиболее точно определят гранулометрический состав глин Самарской области, а также изучить химический состав глинистых пород Самарской области, т. к. он также влияет на прочностные показатели глины.

Сравнительная таблица результатов экспериментов

Эксперимент 1

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 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.