天然硫酸鹽漬土鹽-凍脹性試驗研究

那 姝 姝

(新疆華宇建科工程勘察設(shè)計有限公司，新疆 烏魯木齊 830011)

天然硫酸鹽漬土鹽-凍脹性試驗研究

那 姝 姝

(新疆華宇建科工程勘察設(shè)計有限公司，新疆 烏魯木齊 830011)

以天然硫酸鹽漬土為研究對象，對天然硫酸鹽漬土進(jìn)行了室內(nèi)研究，試驗在凍融循環(huán)條件下進(jìn)行，試驗結(jié)果顯示，天然硫酸鹽漬土的鹽-凍脹量隨著凍融循環(huán)次數(shù)及含水率的增加而增大；相同含水率時，鹽-凍脹量隨干密度的增加鹽-凍脹率相差并不大，含水率更能影響土樣的鹽-凍脹性；硫酸鹽漬土在第3次凍融循環(huán)時表現(xiàn)出最大的鹽-凍脹增量。

鹽漬土，鹽-凍脹量，凍融循環(huán)

鹽漬土的固相和液相組成不同于非鹽漬土，鹽漬土中易溶鹽受溫度、含鹽量及含水量的影響，可以由液相、固相及液固相的混合形式存在，且存在形式在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)換，使得鹽漬土有著不同于非鹽漬土的工程特性[1，2]。硫酸鹽漬土的鹽-凍脹作用是由鹽漬土中Na2SO4的含量、黏土礦物含量、土密實度、溫度及含水率等因素綜合作用的結(jié)果[3,4]。外界溫度升高或降低時，鹽漬土土體中的硫酸鈉(Na2SO4)的存在形式會不同。在平時的建(構(gòu))筑物的建設(shè)中，因鹽漬土的鹽-凍脹問題而引起的道路、建(構(gòu))筑物破壞的事例不在少數(shù)，所以對鹽漬土的鹽-凍脹性的研究有著深遠(yuǎn)的實際意義。

1 鹽-凍脹性試驗

1.1 試樣制備

根據(jù)不同含水率要求，充分混合水及鹽漬土，拌勻后放入塑料袋內(nèi)浸潤24 h，采用室內(nèi)擊樣法制備成所需的壓實度試樣[5]。為了保證土樣均勻的密實度，試樣的制備采用了密度控制法對土樣進(jìn)行分層擊實。

1.2 試驗方法

考慮模擬新疆地區(qū)冬季平均氣溫，選擇試驗溫度為-20 ℃和28 ℃，試驗時將土樣放置恒溫-20 ℃冰箱中24 h后，取出放置恒溫28 ℃的實驗室中24 h，進(jìn)行試驗。因季節(jié)的不同和取樣地點的不同，鹽漬土的密度及含水率會有差別，因此在試驗中考慮了密度和含水率對硫酸鹽鹽-凍脹性的影響，將硫酸鹽漬土土樣在初始含水率為10%，13%，16%和初始干密度為1.4 g/cm3，1.6 g/cm3，1.7 g/cm3條件下制樣并進(jìn)行試驗，分組情況見表1。

表1 試驗分組

2 試驗結(jié)果分析

2.1 初始含水率不同時硫酸鹽漬土的累加鹽-凍脹量變化規(guī)律

初始含水率不同時硫酸鹽漬土的累加鹽-凍脹規(guī)律見圖1～圖3。從圖中可以看到，隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加和含水率的提高，硫酸鹽漬土的鹽-凍脹率均不斷增加。土樣經(jīng)24 h在-20 ℃冰箱的低溫環(huán)境中，硫酸鹽漬土中硫酸鈉溶液由28 ℃逐漸降低至-20 ℃，隨溫度的逐漸降低，Na2SO4吸水結(jié)晶轉(zhuǎn)化為Na2SO4·10H2O。因硫酸鈉晶體體積大于硫酸鈉溶液中硫酸鈉和10個水分子的4倍左右，在硫酸鹽漬土土樣溫度降低過程中，體積不斷增加，即鹽-凍脹率不斷增大；隨凍融循環(huán)次數(shù)的增多，土樣中的硫酸鈉向硫酸鈉晶體轉(zhuǎn)換的數(shù)量慢慢增多，鹽-凍脹率增加。

硫酸鈉溶液中硫酸鈉需吸收10個水分子轉(zhuǎn)換為硫酸鈉晶體，試驗土樣的含水率分別為10%，13%和16%，含水率較高的土樣，其中硫酸鈉可以吸收的水分子更充足；且在溫度逐漸降低至-20 ℃過程中，鹽漬土中的自由水會轉(zhuǎn)換成冰，此時土樣同時發(fā)生凍脹現(xiàn)象，土樣體積同樣增加；在鹽脹和凍脹的共同作用下，土樣的鹽-凍脹率隨含水率的增大而不斷增大。

2.2 初始干密度不同時硫酸鹽漬土的累加鹽-凍脹量變化規(guī)律

初始干密度不同時硫酸鹽漬土累加鹽-凍脹率變化規(guī)律見圖4～圖6。由圖可以看出，在凍融循環(huán)試驗次數(shù)的增加過程中，含水率不同的硫酸鹽漬土隨凍融次數(shù)的增大，其累加鹽-凍脹率不斷遞增，但當(dāng)鹽-凍脹率值增大到一定值后增大趨勢逐漸趨緩；干密度的增加，對累加鹽-凍脹率的影響作用不大，含水率不同干密度條件相同時，累加鹽-凍脹率差異顯著，故鹽漬土的含水率較干密度對其鹽-凍脹率的影響作用更大。相同含水率時密度較小的硫酸鹽漬土土樣中的孔隙較多，孔隙中的易溶鹽溶液較多，當(dāng)溫度逐漸減小過程中，鹽脹、鹽-凍脹陸續(xù)引起土體體積增加，累加鹽-凍脹率呈增大趨勢；相反當(dāng)土樣密度較大時，此時硫酸鹽鹽漬土土樣中的孔隙較小，孔隙中的易溶鹽溶液較少，因此密度較大的1.7 g/cm3的土樣，其累加鹽-凍脹率小于密度為1.5 g/cm3和1.6 g/cm3的鹽漬土土樣。故在鹽漬土地區(qū)可以通過增加土體密度的方法，來降低鹽-凍脹對建(構(gòu))筑物的危害。

2.3 初始含水率不同時硫酸鹽漬土的累加鹽-凍脹量變化規(guī)律

初始含水率不同的硫酸鹽漬土鹽-凍脹增量變化規(guī)律見圖7～圖9，由圖可知，初始含水率相同、干密度不同條件時硫酸鹽漬土鹽-凍脹增量規(guī)律基本相同即：含水率的增加，影響鹽-凍脹增量逐漸增加。鹽漬土土樣在含水率較大時，鹽-凍脹增量表現(xiàn)的越突出。硫酸鹽漬土土樣在凍融循環(huán)進(jìn)行至第3次時表現(xiàn)出最大的鹽-凍脹增量。凍融次數(shù)增加，鹽-凍脹增量逐漸增加，當(dāng)增量增加到一定值后，開始逐次減小。土樣在初始凍時，隨著溫度降低逐漸產(chǎn)生的硫酸鈉結(jié)晶體填充土樣孔隙及土體骨架，使得土樣體積膨脹；土樣融化過程中隨溫度的升高硫酸鈉晶體由晶體轉(zhuǎn)化為液態(tài)，此時土樣體積較土樣原始體積大，隨土樣的融化，土樣中有自由水的蒸發(fā)，導(dǎo)致土體中易溶鹽溶液含量濃度增大。第2次凍土樣時，鹽晶體的析出量較第1次多，故鹽-凍脹增量增大。土樣再次融化，水分不斷蒸發(fā)，土體中易溶鹽溶液濃度繼續(xù)增加，凍融循環(huán)第3次時，土樣中硫酸鈉結(jié)晶體更多，鹽-凍脹增量更大。3次凍融循環(huán)使土樣中的水分大量蒸發(fā)，土樣含水率大大降低，硫酸鈉結(jié)晶體開始減少，鹽-凍脹增量開始降低。

3 結(jié)語

通過凍融循環(huán)方法對天然硫酸鹽漬土進(jìn)行試驗，可得以下結(jié)論：

1)硫酸鹽漬土隨凍融循環(huán)次數(shù)、含水率的增大，鹽-凍脹率增大。2)相同含水率時，干密度的增大，鹽-凍脹率差異不大，含水率更能影響土樣的鹽-凍脹率。3)第3次凍融循環(huán)時硫酸鹽漬土呈現(xiàn)出最大鹽-凍脹增量。

[1] 李 芳，李 斌.中國公路鹽漬土的分區(qū)方案[J].長安大學(xué)學(xué)報，2006，26(6):13-14.

[2] 徐攸在.鹽漬土地基[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1993：78-82.

[3] 王俊臣.新疆水磨河細(xì)土平原區(qū)硫酸(亞硫酸)鹽漬土填土鹽脹和凍脹研究[D].長春：吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，2005：48-100.

[4] 賈 磊，候 征，王維早.凍融條件下硫酸鹽漬土的膨脹機(jī)理及抑制措施[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37(7)：3330-3334.

[5] JTGE 40—2007，公路土工試驗規(guī)程[S].

Research on salt-frost heave test of natural sulphate saline soil

Na Shushu

(XinjiangHuayuArchitecturalScienceEngineeringSurveyandDesignCo.,Ltd,Urumqi830011,China)

Taking the natural sulphate saline soil as the research object, the paper undertakes the indoor research on the soil under the freezing and thawing cycles, proves by the test result that the salt-frost heave increases along with the added times of freezing and thawing cycles and water contents; the differences in the salt-frost heave is slight with the increasing dry density in the circumstances of the same water content, so the water content has more impact on the salt-frost; and the sulphate saline soil bears the maximal salt-frost heave volume in the third freezing and thawing cycle. Key words: saline soil, salt-frost volume, freezing and thawing cycle

2015-08-23

那姝姝(1987- )，女，碩士，工程師

1009-6825(2015)31-0069-02

TU411

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