堿污染紅黏土土工試驗(yàn)方法溫度效應(yīng)影響研究

崔雷

【摘 要】通過(guò)對(duì)堿污染紅黏土土工試驗(yàn)方法溫度效應(yīng)影響的研究，研究結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，溫度效應(yīng)主要是通過(guò)對(duì)初期侵蝕和中期膠結(jié)堿土作用來(lái)影響土工試驗(yàn)方法的，因而在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)采用低溫風(fēng)干然后再烘干的方式進(jìn)行含水率和限界含水率測(cè)定，同時(shí)應(yīng)采用先風(fēng)干后烘干方法和中性液體真空抽氣方法對(duì)比重進(jìn)行測(cè)定。

【Abstract】 Through the research of the influence of temperature effect on the soil test method of alkali contaminated red clay， the research results show that， in the process of experiment， the temperature effect affects the soil test method mainly from affecting the initial erosion and medium-term cementation of alkali soil. Therefore， in the experiment， moisture content and clearance moisture content should be measured by low temperature drying and then drying. Meanwhile， the specific gravity should be determined by the method of air drying and then drying and vacuum extraction of neutral liquid.

【關(guān)鍵詞】堿污染；紅黏土；土工試驗(yàn)；溫度效應(yīng)

【Keywords】 alkaline pollution； red clay； soil test； temperature effect

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU447 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）08-0125-02

1 引言

在城市化進(jìn)程和工業(yè)化進(jìn)程不斷加速的過(guò)程中，“三廢”排放量也呈現(xiàn)出顯著增加的趨勢(shì)，進(jìn)而導(dǎo)致環(huán)境污染日益嚴(yán)重。其中，巖土體污染問(wèn)題日益成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。污染土研究是環(huán)境巖土工程中的新興邊緣學(xué)科，在研究過(guò)程中，涉及的學(xué)科主要有生態(tài)學(xué)、土壤科學(xué)、環(huán)境工程、巖土工程以及測(cè)試技術(shù)等等。目前，污染土研究已經(jīng)成為熱門(mén)的研究領(lǐng)域。污染土對(duì)溫度具有較高的敏感性，在溫度變化較大的區(qū)域，應(yīng)對(duì)土和污染物中的溫度效應(yīng)給予高度的關(guān)注和重視。堿土污染研究是污染土研究的重要內(nèi)容。依據(jù)現(xiàn)行土工試驗(yàn)規(guī)程中的相關(guān)規(guī)定，在對(duì)含水率、比重等進(jìn)行測(cè)定的過(guò)程中，溫度效應(yīng)對(duì)土工試驗(yàn)方法中相應(yīng)的參數(shù)有一定的影響，進(jìn)而導(dǎo)致準(zhǔn)確率不高[1]。因此，本研究通過(guò)對(duì)不同濃度堿液拌合紅黏土在不同溫度下的含水率等進(jìn)行了試驗(yàn)，以探討堿土作用溫度效應(yīng)對(duì)土工試驗(yàn)方法的影響。

2 試驗(yàn)方案

本研究以某項(xiàng)目工程為例，選取的紅黏土化學(xué)成分主要有SiO2、Al2O3、CaO、MgO、MnO、CO2、LOSS等，含量依次分別為40.23%、22.35%、1.16%、1.63%、0.15%、1.48%、14.07%。在紅黏土土工試驗(yàn)的過(guò)程中，烘干法、比重瓶法是較常使用的一種試驗(yàn)方法。在本文的研究過(guò)程中，具體步驟如下：首先將紅黏土風(fēng)干，并搗碎，并選擇0.550mm篩過(guò)一遍。然后，配置污染堿液的濃度，NaOH的溶液比例分別為0.70%、3.80%、7.00%、14.00%、21.00%，冷卻后以備用。蒸餾水配置0.00%的NaOH溶液。其中，蒸餾水配置的土樣是標(biāo)準(zhǔn)樣，是堿土作用參照標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，依據(jù)紅黏土天然含水率的分布規(guī)律，預(yù)制中高低三種含水率建污染紅黏土，其中，高中低的預(yù)制含水率分別為36%、56%、76%。同時(shí)，將三種預(yù)制含水率放置保濕器中進(jìn)行保濕，保濕時(shí)間為24h，然后進(jìn)行含水率試驗(yàn)、界限含水率試驗(yàn)以及比重試驗(yàn)。

在本試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)溫度控制范圍在20℃至100℃之間。其中，20℃表示的是自然風(fēng)干的溫度。在對(duì)其他溫度進(jìn)行控制的過(guò)程中，采用的是烘箱進(jìn)行控制，烘箱型號(hào)為DHG-9140B。采用比重瓶法進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中，溫度控制范圍在150℃至200℃之間。

3 含水率試驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

在進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中，試驗(yàn)步驟如下：①取出具有代表性的試樣25g，將其放置在統(tǒng)一規(guī)定的塑料盒中，稱(chēng)盒子加濕土質(zhì)量，并將準(zhǔn)確度控制在0.01g。②將土樣分別放置在不同的環(huán)境下進(jìn)行烘干，溫度分別為20℃、30℃、60℃、90℃、110℃。③統(tǒng)一烘干標(biāo)準(zhǔn)，即24h內(nèi)質(zhì)量在0.1g后，將試樣放置于溫度為110℃恒溫下烘8h以上，然后進(jìn)行衡量。④將試樣放置在干燥容器內(nèi)，冷卻后，稱(chēng)量和加干土質(zhì)量，并將準(zhǔn)確度控制在0.01g。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)比較和分析36%、56%、76%低中高預(yù)制含水率，試驗(yàn)結(jié)果表明：①在低含水率的過(guò)程中，堿液濃度在7.00%以?xún)?nèi)時(shí)，土的含水率整體偏低，且溫度變化對(duì)含水率測(cè)定值沒(méi)有較大的影響。堿液濃度在7.00%以上時(shí)，溫度60℃是分界線。當(dāng)溫度在60℃以?xún)?nèi)時(shí)，含水率變大，隨著濃度的增加，增長(zhǎng)的幅度也加大。當(dāng)溫度在60℃以上時(shí)，與60℃以?xún)?nèi)的情況相反。②在中含水率的過(guò)程中，將其與標(biāo)準(zhǔn)樣相比，含水率整體是偏大的。同時(shí)，在溫度不斷升高的情況下，含水率整體偏大的程度也在加大。在拌和堿液濃度不斷增加的過(guò)程中，與①結(jié)果類(lèi)似。堿液濃度在7.00%以上時(shí)，隨著堿液濃度的加大，溫度對(duì)含水率測(cè)定值的影響也呈現(xiàn)加大的趨勢(shì)。③在高含水率的過(guò)程中，相比于標(biāo)準(zhǔn)樣，含水率呈現(xiàn)的趨勢(shì)是整體偏大的。伴隨溫度的升高，含水率偏大的程度也在逐漸加大。拌和堿液濃度增加時(shí)，14.00%是分界點(diǎn)，呈現(xiàn)的趨勢(shì)是先增后減[2]。

4 界限含水率試驗(yàn)

4.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是無(wú)污染紅黏土液塑限分布規(guī)律，并采用預(yù)制含水率為36%的堿液拌和紅黏土，風(fēng)干后，搗碎并過(guò)篩，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)步驟如下：①樣土200g，并使用純水，將樣土調(diào)和成均勻的膏狀，然后放置于器皿中，濕潤(rùn)過(guò)夜。②使用調(diào)土刀，將試樣攪拌均勻，并填在試樣杯中。③將試樣杯放在聯(lián)合測(cè)定儀上，并調(diào)節(jié)聯(lián)合測(cè)定儀，然后進(jìn)行試驗(yàn)。④試驗(yàn)3次，然后取平均值。⑤取樣土15g，將土樣分別放置在不同的環(huán)境下進(jìn)行烘干，溫度分別為20℃、30℃、60℃、90℃、110℃。⑥對(duì)界限含水率進(jìn)行測(cè)量。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

在試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)結(jié)果顯示：①溫度對(duì)減污染土的界限含水率有影響。其中，溫度對(duì)塑限的影響不到，但對(duì)液限的影響較大。在溫度不斷升高的過(guò)程中，液限測(cè)定值是降低的。②溫度對(duì)減污染土的塑性指數(shù)也有影響。在溫度升高的過(guò)程中，土的塑性指數(shù)降低。

5 比重試驗(yàn)

5.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

在進(jìn)行比重試驗(yàn)的過(guò)程中，步驟如下：①樣土風(fēng)干并搗碎過(guò)篩；②在110℃烘箱中烘干，時(shí)間為8h。③采用煮沸法和煤油真空抽氣方法進(jìn)行排氣。同時(shí)，進(jìn)行測(cè)量和稱(chēng)重。

5.2 試驗(yàn)結(jié)果

在試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)結(jié)果顯示：溫度效應(yīng)對(duì)減污染紅黏土額度比重有很大的影響。采用風(fēng)干煮沸排氣方法，比重會(huì)隨著堿液濃度的增加而呈現(xiàn)出波動(dòng)性增加的趨勢(shì)。采用真空抽氣方法進(jìn)行測(cè)定，溫度效應(yīng)不存在，且不存在液溢等不良現(xiàn)象[3]。

6堿污染紅黏土土工試驗(yàn)方法溫度效應(yīng)影響的機(jī)制

目前，堿土作用的機(jī)制還不是十分的明確。本研究從堿土作用的四個(gè)過(guò)程（即前期水解過(guò)程、初期侵蝕過(guò)程、中期膠結(jié)過(guò)程、后期溶解過(guò)程）分析了溫度效應(yīng)對(duì)含水率、比重以及液塑限土工試驗(yàn)方法的影響。通過(guò)研究，研究表明，在含水率測(cè)定的過(guò)程中。初期侵蝕作用的水被蒸發(fā)，從而影響了含水率。在液塑限測(cè)定的過(guò)程中，風(fēng)干過(guò)程緩慢，在進(jìn)行加熱的過(guò)程中，中期膠結(jié)作用充分發(fā)揮，且塑限本身含水率低，反應(yīng)不充分，因而影響較小。在進(jìn)行比重測(cè)量的過(guò)程中，煮沸排氣過(guò)程中，中期膠結(jié)發(fā)揮重要作用，導(dǎo)致土液黏稠，因而難以澄清，比重偏低。這就是溫度效應(yīng)的影響機(jī)制。

7 結(jié)論

減污染堿土作用過(guò)程中，其對(duì)溫度的變化具有較大的影響。在本文的研究中，通過(guò)對(duì)含水率、界限含水率以及比重的實(shí)驗(yàn)，研究表明，各個(gè)測(cè)定值會(huì)隨著溫度的升高而發(fā)生變化，其中，含水率值是偏高的，塑性值和液限值是減小的。在預(yù)制含水率不同的情況下，其在變化規(guī)律方面也是有很大的差異的，堿液濃度越大，偏差也就越大。在比重測(cè)定的過(guò)程中，比重會(huì)受到取土和煮沸排氣的影響，直接將土進(jìn)行烘干，比重會(huì)偏大，采用煮沸排氣將土進(jìn)行風(fēng)干，比重會(huì)偏小。同時(shí)，在本文的研究中，研究還表明，溫度效應(yīng)主要是通過(guò)對(duì)初期侵蝕和中期膠結(jié)堿土作用來(lái)影響土工試驗(yàn)方法的，因而在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)采用低溫風(fēng)干然后再烘干的方式進(jìn)行含水率和限界含水率測(cè)定，同時(shí)應(yīng)采用先風(fēng)干后烘干方法和中性液體真空抽氣方法對(duì)比重進(jìn)行測(cè)定。希望本文的研究能夠?yàn)闇囟刃?yīng)的污染土研究奠定基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】王麒，陳筠，趙鵬，等.堿污染紅黏土物理性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2017，13（6）：1483-1492.

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【3】陳筠，趙鵬，何維鋒，等.堿污染紅黏土抗剪強(qiáng)度特性室內(nèi)試驗(yàn)研究[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2017，34（12）：94-100.