Под степенью разложения торфа, как уже было отмечено, понимается процентное содержание в нем бесструктурной массы, заключающей наряду с гуминовыми веществ; ми также и мелкие частицы негумифицированных остатков.
Целый ряд физических и химических свойств торфа связан со степенью разложения; с ее увеличением более ярко выступают в торфе его коллоидальные свойства необратимости: высушенный торф сильно сокращается в объеме и после этого даже при продолжительном пребывании в воде не набухает до своего исходного состояния. Указанное обстоятельство весьма важно, так как позволяет сохранять высушенные торфяные кирпичи на открытом воздухе.
Связаны со степенью разложения и такие свойства торфа, как теплота сгорания, плотность, связность, прочность, вязкость и др. Существует несколько методов определения степени разложения торфа: глазомерный, глазомерно-процентный макро — и микроскопический, метод центрифугирования и др.
При определении степени разложения глазомерным методом принимались во внимание пластичность торфа, количество и сохранность растительного волокна, количество и степень окрашенности отжимаемой воды. Пользуясь им, торф подразделяли на:
слабо разложившийся — торфяная масса не продавливается между пальцами при сжатии в руке; после сжатия поверхность торфа шероховата от остатков растений; вода прозрачная или желтого цвета, отжимается в большом количестве;
средне разложившийся — масса почти не продавливается в руке; остатки растений заметны; вода коричневой или светло-коричневой окраски, отжимается немного; сильно разложившийся — масса продавливается между пальцами; в торфе заметны лишь некоторые растительные остатки; вода темно-коричневого цвета, отжимается в небольшом количестве или совсем не отжимается.
Метод этот сугубо субъективный, и показатели степени разложения одного и того же торфа у разных авторов дают иногда значительные расхождения.
Макроскопический метод определения степени разложения торфа предложен П. Д. Варлыгиным. Он рекомендует определять степень разложения непосредственно в челноке бура, не нарушая структуры образца торфа. Рассматривая торф, можно различить в нем сохранившиеся растительные остатки и темное вещество — торфяной гумус.
Определяя макроскопически степень разложения, устанавливают одновременно тип торфа, руководствуясь при этом главным образом его окраской, структурой (при высокой степени разложения) и наличием характерных растительных остатков.
В окраске низинных торфов преобладают серые оттенки, переходящие в землисто-черный цвет при высокой степени разложения торфа; в окраске верховых торфов — оттенки от желтого (при малой степени разложения) до темно-коричневого (при высокой степени разложения торфа).
Структура низинного торфа высокой степени разложения зернисто-комковатая, верховой торф в свежем виде на ощупь пластичен или имеет тонкозернистую структуру.
Для низинного торфа характерно присутствие в нем каких-либо растительных остатков: нитевидных светлых корешков осок, блестящих черных пленок хвоща, бронзово-коричневых стеблей и листочков гипновых мхов, оливковых остатков корневищ тростника, чечевицеобразных семян вахты и белых остатков коры березы.
В верховом торфе могут различаться на глаз следующие характерные растительные остатки: стебли и листочки сфагновых мхов, волокна и корешки пушицы, блестящие пленки шейхцерии, корешки кустарников, нередко остатки древесины и коры сосны.
Торф разной степени разложения кроме объемного соотношения гумуса и неразложившихся растительных остатков отличается целым рядом других внешних признаков (степень сохранности растительных остатков, окраска и прозрачность отжимаемой воды и легкость отжатия ее из торфа и др.).
Микроскопический метод заключается в определений в поле зрения под микроскопом площади, занятой темным веществом (гумусом), по отношению к общей площади поля зрения, занятой частицами торфа. На микрофотографиях ясно видны обрывки сохранившихся растительных остатков и различные по площади включения темного вещества — гумуса.
Чтобы определить степень разложения одного образца торфа, следует произвести по десяти отсчетов в отдельных полях зрения для трех препаратов данной пробы. Из всех 30 определений для данного образца торфа выводится среднее арифметическое с округлением до 5, которое и дает среднюю степень разложения торфа.
Определение степени разложения под микроскопом нужно проводить при увеличении в 100—140 раз. Этим методом лучше определять степень разложения торфа-сырца. Если торф подсушен, его необходимо предварительно разварить в 5%-ном растворе щелочи (КОН или NaOH) до получения кашицеобразной консистенции средней густоты. Точность определения для подсушенного торфа будет значительно меньше.
Глазомерно-процентный метод определения степени разложения торфа — новый этап в разработке точного метода определения степени разложения и значительно более совершенен. Оба глазомерно-процентных метода П. Д. Варлыгина — макроскопический и микроскопический — хорошо увязаны между собой. Микроскопический метод всегда служит контролем проведенного в поле макроскопического определения степени разложения. Правда, они имеют тот недостаток, что при определении по ним степени разложения неизбежна доля субъективизма. Но
при достаточной практике вырабатывается навыки, позволяющие вести определения с достаточной точностью. В СССР пользуются в основном процентными методами, что обеспечивает сравнимость получаемых цифр. Применение различных методов привело бы к значительным расхождениям в качественной оценке торфа у разных авторов.
Метод отмучивания предложен Центральной торфяной опытной станцией и применим для торфа-сырца. Сущность метода заключается в том, что из пробы торфа отмывается мелкодисперсная часть и о степени разложения судят по количеству этого отмытого вещества.
Предварительно удалив из торфа-сырца крупные древесные остатки, образец торфа весом 100 г делят на две равные половины. Для одной половины торфа определяют естественную влажность высушиванием. Другую подвергают отмучиванию в сите струей воды из водопровода, осторожно перебирая шпателем торфяную массу. Отмучивание ведется до тех пор, пока стекающая через сито вода не будет совсем прозрачной. Отмучивание производится через сито с отверстиями 0,25 мм. Затем определяют влажность оставшегося в сите растительного волокна. Вес сухого волокна, отнесенный к весу сухого торфа, дает процентное содержание волокна; вычитанием его из 100 устанавливается степень разложения торфа. Как правило, определение методом отмучивания на сите с отверстиями 0,25 мм дает повышение степени разложения по сравнению с микроскопическим методом в 1,5—2 раза вследствие того, что частицы растительного волокна в процессе отмучивания подвергаются измельчению и проходят через отверстия сита.
П. Д. Варлыгин и Ц. И. Минкина рекомендуют вести отмучивание через сито с отверстиями 0,1—0,15 мм, что дает более точные результаты в параллельных определениях.
Для определения степени гумификации существует ряд химических методов. Более точным из них является аммиачный метод, который заключается в экстрагировании гуминовых веществ и последующем весовом определении их количества.
При применении этого метода необходима предварительная обработка пробы торфа эфиром для удаления смолы, обволакивающей частицы торфа, и холодной кислотой для удаления железа. Обработанная таким образом проба торфа подвергается действию аммиака, который в соединении с гуминовыми кислотами дает растворенные, проходящие через фильтр, гуматы; из них действием кислот можно осадить гуминовые кислоты в виде геля и взвешиванием определить их количество.
Метод мазков состоит в следующем: комочек торфа размером в горошину помещается на страницу полевого журнала рядом со стратиграфическим разрезом залежи и быстрым движением пальца размазывается по бумаге. На ней остается широкая полоска — след размазанного торфа. В зависимости от клеящей способности гумуса торф высокой степени разложения оставляет густой плотный темноокрашенный мазок. Мазок слабо разложившегося торфа — рыхлый, слабоокрашенный. К достоинствам метода мазков относится быстрота определения степени разложения и фиксация в полевом журнале мазков, сохраняющихся долгое время.
Серия мазков в полевом журнале рядом со стратиграфическим разрезом залежи дает наглядную иллюстрацию общего хода изменения степени разложения в толще торфяной залежи. Постраничный обзор полевого стратиграфического журнала позволяет легко выявить прослойки повышенной степени разложения и, в частности, пограничный горизонт, установить границы участков с иным послойным распределением степени разложения торфа. Недостатком метода является необходимость предварительного изготовления для сопоставления шкалы мазков. Поскольку гумус верховых и низинных торфов обладает различной клеящей способностью, гаммы мазков для тех и других торфов несопоставимы, и возникает необходимость создания двух шкал; мазки слабо разложившихся торфов почти не оставляют следа на бумаге.
В поисках объективного метода определения степени разложения торфа исследовательская мысль обратилась к вещественному разделению торфа на составляющие компоненты и строгому количественному их учету, т. е. к разделению торфа на две фракции: разложившуюся и неразложившуюся. Но при одном и том же количественном соотношении между ними, т. е. при одной и той же степени разложения, максимум содержания в пределах разложившейся фракции может быть в одном случае сдвинут в сторону частиц меньшего размера, в другом — в сторону частиц большего размера. Производственное поведение двух таких разностей торфов будет различно. Неразложившаяся структурная фракция торфа также может состоять из частиц различного размера при одной и той же общей их массе, и это не может не сказаться на технических свойствах торфа (влагоемкости, пористости, усадке, прочности).
К числу косвенных объективных методов относится объемно-весовой метод, исходящий из твердо установленной в науке и практике прямой корреляционной связи между показателями объемной массы торфа и его степени разложения. Метод состоит в определении объемного (насыпного) веса измельченного сухого торфа и нахождении по специально отработанной шкале (номограмме) или же по расчету (формуле) соответствующего показателя степени разложения торфа. Разработкой этого метода независимо друг от друга занимались Н. И. Пьявченко и Г. С. Дьячков.
В последнее время Геолторфразведкой и Государственной инспекцией по качеству торфа разработан стандарт, устанавливающий степень разложения торфа-сырца с содержанием влаги свыше 65% (ГОСТ 10650—72). Сущность метода заключается в отделении гумуса торфа от волокна в водной среде центрифугированием с последующим определением степени разложения торфа с помощью номограммы. При определении применяются: центрифуга электрическая ЦЛК-1, в которой заводской пробиркодержатель заменен специальным пробиркодержателем; пробирки большие и малые с градуировкой до 1,5 мл и ценой деления шкалы 0,01 мл; стаканчики стеклянные с ситами размером отверстий 0,25 X 0,25 мм; пробоотборник с поршеньком, нижний конец которого является режущей частью.
Пробу торфа весом 100—200 г отобранного от испытуемого образца, расплющивают ровным слоем (толщиной 3—4 мм) и просекают пробоотборником на всю глубину в 10—12 точках, равномерно расположенных по площади. Отобранную порцию торфа выталкивают из пробоотборника поршеньком, помещают в малую пробирку, заливают водой и взбалтывают встряхиванием до получения однородной суспензии. Затем для коагуляции гумуса в пробирку добавляют одну-две капли 10%-ного хлорного железа и несколько раз встряхивают ее. Пробирку с содержимым вставляют в центрифугу и в течение 2 мин вращают со скоростью 1000 об/мин. После полной остановки центрифуги пробирку вынимают и замеряют объем образовавшегося осадка по шкале с точностью до 0,01 мл. Если поверхность осадка негоризонтальна, отсчет производят по средней линии между верхней и нижней точками поверхности. Осадок должен быть четко ограничен, жидкость над ним не должна иметь взвеси.
Содержимое малой пробирки взбалтывают и переносят в стаканчик с ситом, который держат над большой пробиркой. Частицы торфа, оставшиеся на стенках малой пробирки, переносят также в стаканчик, смывая пробирку водой.
Большую пробирку с содержимым вставляют в центрифугу и в течение 2 мин вращают со скоростью 1000 об/мин. После полной остановки центрифуги стаканчик с ситом вынимают из большой пробирки и замеряют объем осадки подситовой фракции с точностью 0,01 мл. По каждой пробе торфа надо проводить четыре параллельных испытания. Для подсчета результатов испытания ведется журнал, где должны быть записаны номера пробирок, объем осадков в малой и большой пробирках и степень разложения торфа. При этом степень разложения определяют по графику, где на оси абсцисс откладывают значение осадка в малой пробирке и на оси ординат — значение осадка в большой пробирке. По прямой графика находят значение степени разложения торфа.
Расхождения между максимальным и минимальным значениями степени разложения торфа в четырех параллельных определениях не должны превышать: 4, 6, 9 и 15% для торфа со степенью разложения соответственно до 15, от 16 до 30, от 31 до 50 и более 50%.
При превышении указанных пределов испытания повторяются.