【摘要】本文分析了硫酸鹽漬土鹽脹率隨含水量、硫酸鈉含量、初始干容重、溫度和CL―/SO42―五因素變化的規(guī)律。指出了含鹽量、含水量、初始密度對(duì)鹽脹影響程度不同且具有交互作用。對(duì)硫酸鹽漬土地區(qū)的基礎(chǔ)處理提供參考。

【關(guān)鍵字】硫酸鹽漬土，鹽脹率，影響因素

我國(guó)西北地區(qū)的新疆、青海、甘肅等地有大面積含鹽量較高的鹽漬土。鹽漬土的固相和液相組成和非鹽漬土不同，土中易溶鹽受溫度、含鹽量、含水量的影響可以以液相、固相、液相和固相混合形式存在。在四季氣溫周期性變化過程中， 鹽漬土中鹽分的遷移和聚集，反復(fù)結(jié)晶與溶解，使土的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生劇烈的變化，給這些地區(qū)的交通、工業(yè)與民用建筑帶來嚴(yán)重的危害。硫酸漬土中硫酸鈉結(jié)晶引起土體鹽脹和凍脹造成工程破壞的例子屢見不鮮，而隨著西部大開發(fā)的進(jìn)一步深入，在鹽漬土上修筑的工程進(jìn)一步增多，深入展開硫酸鹽漬土鹽脹及抑制技術(shù)研究為保證工程建筑安全運(yùn)行有著十分重要的意義。

硫酸鹽漬土鹽脹隨含水量、硫酸鈉含量、初始干容重、溫度和Cl-/SO42-比值等因素的改變而變化，且有一定規(guī)律性[1]。分析硫酸鹽漬土的鹽脹在各因素影響下的變化規(guī)律，對(duì)防治建筑工程的鹽脹危害有重要指導(dǎo)意義。

1.含水量對(duì)鹽脹的影響

實(shí)驗(yàn)研究表明[2]，硫酸鹽漬土最大膨脹值，基本上以該土的最佳含水量為界限，如圖1（試件最佳含水量為15%）。當(dāng)土中含水量小于或大于此數(shù)值（不包括吸附水），膨脹量都有不同程度的降低。這是因?yàn)樵谧罴押繒r(shí)，容易達(dá)到最佳夯實(shí)密度，此時(shí)土的孔隙率較小，一旦發(fā)生鹽脹，土即隨之發(fā)生變形，而小于或大于最佳含水量時(shí)，土的夯實(shí)密度不易達(dá)到最佳密度，孔隙率相應(yīng)較大，使鹽脹變形受到限制。

2. 含鹽量對(duì)鹽脹的影響

圖2表示了含鹽量對(duì)鹽脹的影響[3]?？梢钥闯鳆}脹率在含鹽量增加的最初顯著增大，隨后趨勢(shì)變緩。這是因?yàn)橥馏w的鹽脹是土中硫酸鈉吸水結(jié)晶所致，因此，隨著土體中鹽分的增加，土體可能的鹽脹程度便會(huì)加大，但當(dāng)鹽分增加到不能被土中水分完全溶解時(shí)，多余的鹽分將不直接參與鹽脹。

3. 初始干密度對(duì)鹽脹的影響

在相同含水量、含鹽量和降溫速率的條件下，最終鹽脹率起初隨初始干密度的變大而降低，當(dāng)達(dá)到最小值以后，最終鹽脹率起初隨初始干密度的變大而增大，初始干密度與其最終鹽脹率的關(guān)系大致為倒二次拋物線型（如圖3）[3]，存在一個(gè)最低鹽脹值區(qū)間。試驗(yàn)用的的硫酸鹽漬土最佳含水量為15.5%、最大干密度1.89g/cm3。從圖中四條曲線可以看出最佳含水量時(shí)硫酸鹽漬土膨脹值最大，符合上述含水量對(duì)鹽脹的影響規(guī)律。在最佳含水量曲線中，最小值點(diǎn)的初始干密度處于1.8g/cm3附近（該壓實(shí)干密度約為最佳干密度的95%），但當(dāng)初始干密度為最佳干密度時(shí)鹽脹率急劇增加。

硫酸鹽漬土在初始干密度小于臨界值時(shí)，鹽脹量隨初始干密度增加而減小的鹽脹機(jī)理是：一方面土中水溶液的位置逐漸發(fā)生了變化，從粒間轉(zhuǎn)移到了孔隙中，使結(jié)晶體對(duì)土體的體積膨脹作用減小了；另一方面土粒間的約束力的增加，也對(duì)土體中晶體的膨脹起到了一定的限制作用，宏觀表現(xiàn)出隨著初始干密度的增加，鹽脹率下降。

當(dāng)初始干密度超過臨界值時(shí)，鹽脹量隨初始干密度增加而增加的鹽脹機(jī)理是：當(dāng)初始干密度超過臨界值后，孔隙基本被鹽溶液充滿，這時(shí)鹽脹的機(jī)制就發(fā)生了很大的變化。隨著溫度降低，孔隙中晶體析出，使得孔隙體積增大，土粒間的液體量增多；隨著溫度的進(jìn)一步降低，土粒間開始結(jié)晶，造成土體體積膨脹。同時(shí)，孔隙中的晶體也有一部分向粒間發(fā)展，進(jìn)一步加劇了土體鹽脹量。雖然這時(shí)土體的初始干密度增大，土粒間的相互約束力較大，但該約束力無法抵抗硫酸鈉晶體的鹽脹力，因而此時(shí)隨著初始干密度的繼續(xù)增加，鹽脹值不斷增大。

4.降溫過程中的鹽脹規(guī)律

將在不同含水量、含鹽量條件下拌合好的土樣按一定干密度成型并逐級(jí)降溫，分別測(cè)定每級(jí)溫度下的鹽脹率.試驗(yàn)結(jié)果如圖4、圖5、圖6所示。

由此3個(gè)圖可以看出，隨著試件溫度的降低，鹽脹首先表現(xiàn)出較為緩慢的增長(zhǎng)階段，而后，在一定的溫度范圍內(nèi)則表現(xiàn)出較為劇烈的鹽脹過程。當(dāng)試件溫度進(jìn)一步降低時(shí)，土體鹽脹過程則表現(xiàn)出較為緩慢的增長(zhǎng)，最后達(dá)到某一峰值.這一規(guī)律又因試樣的含水量、含鹽量及干密度的不同各有其特點(diǎn)。

對(duì)此規(guī)律可作如下解釋：

a. 隨著溫度的降低，最初鹽脹表現(xiàn)為緩慢的增長(zhǎng)，是因?yàn)榱蛩徕c溶解度降低，使土體中硫酸鈉溶液計(jì)算濃度大于硫酸鈉溶解度，溶液中的硫酸鈉結(jié)晶析出，又因?yàn)楸籒a2SO4·10H2O從溶液中帶走的水分還不是太多，所以硫酸鈉溶液濃度變化小、硫酸鈉結(jié)晶析出速度穩(wěn)定；隨著硫酸鈉結(jié)晶析出，Na2SO4·10H2O從溶液中帶走大量的水分，硫酸鈉溶液濃度迅速變大、硫酸鈉結(jié)晶析出速度急劇增大，且土中固相體積增大4.18倍，故表現(xiàn)為劇烈的鹽脹過程。試樣凍結(jié)前土體產(chǎn)生的膨脹是鹽脹。

b. 隨著溫度進(jìn)一步的降低，當(dāng)土體達(dá)到凍結(jié)溫度時(shí)，土體中水開始結(jié)冰，體積膨脹1.09倍，土體中液態(tài)水含量減少，溶液中的硫酸鈉繼續(xù)結(jié)晶析出，但此時(shí)硫酸鈉結(jié)晶析出量已經(jīng)很小， 故土體鹽脹過程表現(xiàn)為緩慢的增長(zhǎng)。土體凍結(jié)后產(chǎn)生的膨脹是鹽脹和凍脹。

5 結(jié)束語(yǔ)

影響鹽漬土鹽脹率的因素很多，對(duì)鹽脹造成影響的主要因素有：含水量、含鹽量、初始干密度及溫度。含水量對(duì)鹽脹的影響是以該土的最佳含水量為界限，小于或大于此值時(shí)，膨脹量都有不同程度的降低。含鹽量對(duì)鹽脹的影響為：鹽脹率在含鹽量增加的最初顯著增大，隨后趨勢(shì)變緩。干密度與鹽脹率的關(guān)系大致為倒二次拋物線型，存在一個(gè)最低鹽脹值區(qū)間。其它條件相同的鹽漬土，在降溫時(shí)，鹽脹表現(xiàn)為先緩慢增長(zhǎng)再劇烈增長(zhǎng)，最后再趨緩慢。

參考文獻(xiàn)

[1]鐵道部第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院. 鹽漬土地區(qū)鐵道工程[M].北京.中國(guó)鐵道出版社.1988.37 41

[2]李 芳，高江平.硫酸鹽漬土鹽脹與低層建筑[J].西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1998（2）：25 27.

[3]楊麗英，李 斌. 氯與硫酸根比值對(duì)硫酸鹽漬土工程性質(zhì)的影響[J].冰川凍土，1997（1）：84 89.