付智勇，李 浩，高 強(qiáng)，陳 仙，孫 毅

(四川水井坊股份有限公司，四川成都 610036)

中國白酒具有數(shù)千年的悠久歷史，是典型的民族傳統(tǒng)工業(yè)，是中華民族的瑰寶。作為世界著名的六大蒸餾酒之一，中國白酒因其獨特的釀造環(huán)境、酒曲種類、發(fā)酵設(shè)備和生產(chǎn)工藝等的區(qū)別形成了以醬香、濃香、清香、米香為主，多種衍生香型并存的白酒格局[1]。泥基窖池（分為全泥基窖池與部分泥基窖泥）作為多種香型白酒生產(chǎn)的關(guān)鍵發(fā)酵設(shè)備，如全泥基建造的濃香、鳳香、藥香型白酒窖池，部分泥基建造的醬、兼香型白酒窖池，窖池建造所選黏土質(zhì)量與窖底與（或）窖墻壓實效果直接關(guān)系所建窖池質(zhì)量與使用壽命，進(jìn)而影響白酒生產(chǎn)質(zhì)量，以濃香型白酒的全泥基窖池為典型代表[2]。

濃香型白酒窖池的窖底與窖墻等主體結(jié)構(gòu)多采用優(yōu)質(zhì)黏土夯筑而成，具有保水防漏等功能，如果所用泥土含沙量高、毛細(xì)作用強(qiáng)、保水能力差，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行以及發(fā)酵過程中產(chǎn)生的黃漿水持續(xù)浸泡，可能發(fā)生窖池坍塌、崩解、沉降、穿孔等質(zhì)量缺陷問題，嚴(yán)重影響白酒的正常發(fā)酵，甚至對釀酒工人造成人身傷害[3-4]。目前，各酒廠（尤其是中小型酒廠）對泥基窖池的建造選土標(biāo)準(zhǔn)與夯筑質(zhì)量多依據(jù)傳統(tǒng)經(jīng)驗判斷，對影響泥土壓實效果的因素尚無深入的探究，本研究將從實際的工程應(yīng)用角度，對建窖用土的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、壓實方法與效果進(jìn)行研究，以期為泥基窖池的高質(zhì)量建造提供科學(xué)、實用的應(yīng)用依據(jù)。

1 泥基窖池建造用土選擇與壓實機(jī)理

1.1 感官質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

濃香型白酒全泥基窖池的窖底、窖墻不僅需要保證較強(qiáng)的承載強(qiáng)度，更要具備保水防漏的容器功能，故建造所選用的土壤質(zhì)量直接影響窖池的建造質(zhì)量和使用壽命。楊官榮[5]、何宏魁[6]所述傳統(tǒng)經(jīng)驗要求所選土壤為距表層30 cm 以下，無砂石并具有良好黏性；楊軍山等[7]從建窖用土的各項理化指標(biāo)入手，對所選土壤的黏性、含水率、液塑限等理化指標(biāo)進(jìn)行了深入研究。對上述感官經(jīng)驗或指標(biāo)的實際應(yīng)用，或易受主觀判別能力影響，或跨學(xué)科專業(yè)知識不易理解，或受委托外檢周期長、成本高等因素制約，不利于規(guī)?；ń压こ虘?yīng)用時用土質(zhì)量的過程監(jiān)管與質(zhì)量控制。

我司契合行業(yè)傳統(tǒng)經(jīng)驗并參考土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[8]，將優(yōu)質(zhì)建窖用土內(nèi)控質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)定義為“土黃色，無臭味，無砂石、樹葉、草根、垃圾等雜質(zhì)，土質(zhì)細(xì)膩、黏性好（持水能力等級達(dá)到1 級），重金屬與農(nóng)殘指標(biāo)符合農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)”?；诂F(xiàn)有專業(yè)研究，土壤黏性與其持水能力呈正相關(guān)性，即黏性越大的土，持水性能越好[7]，對內(nèi)控質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵的性能指標(biāo)、主觀性較強(qiáng)的感官描述性標(biāo)準(zhǔn)——黏性好，通過定義土壤持水能力等級的方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)量化與判定程序固化，可有效規(guī)避感官識別困難或錯誤，同時，此檢定方法具有操作便捷，重現(xiàn)性與再現(xiàn)性較好的優(yōu)點，已由我司申請?zhí)峤粐野l(fā)明專利并已進(jìn)入實質(zhì)審核程序。

1.2 泥基壓實機(jī)理

土是三相體，土粒為骨架，顆粒之間的孔隙被水分和空氣所占據(jù)，土壤在壓實功的作用下使土粒重新排列，彼此擠緊，形成密實整體[9]。當(dāng)土的實際含水量小于其特征最佳含水量時，水起潤滑作用，土粒間摩阻力減小，施加壓實功后，孔隙被擠緊減小，單位體積內(nèi)絕對土粒含量隨含水量的增加而增大，即干密度逐漸增大；當(dāng)土的實際含水量大于特征最佳含水量時，土的內(nèi)摩阻力在減小，但單位體積內(nèi)空氣體積（孔隙）已減到最小限度，水的體積卻在不斷增加，由于水是不可壓縮的，且水比土粒輕，在同樣壓實功作用下，單位體積內(nèi)絕對土粒含量隨含水量的增加而減少，即其干密度逐漸減小。理論上，不同土樣在其特征最佳含水量時，皆可獲得特征最大干密度，即壓實系數(shù)在理論上能夠達(dá)到1（壓實系數(shù)=土樣的實際干密度/特征最大干密度，是土壤密實程度的指標(biāo)反映）。

1.3 1級持水等級黏土的最佳含水量測定

參考GB/T 50123《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》對我司選用的1 級持水等級黏土的最佳含水量進(jìn)行實驗測定，測定方法包括密度試驗、擊實試驗以及含水量試驗（標(biāo)準(zhǔn)中為含水率試驗，兩者區(qū)別在于計算基準(zhǔn)不同，含水量值以土樣濕重為計算基準(zhǔn)，而含水率值以土樣干重為計算基準(zhǔn)），以壓實系數(shù)表征黏土密實度[10]。

如圖1 所示，在同等擊實試驗條件下，1 級持水等級黏土在不同含水量水平上可以獲得不同的壓實系數(shù)，在含水量19 %時達(dá)到最大壓實系數(shù)，即1級持水等級黏土最優(yōu)含水量為19 %，對應(yīng)干密度最大。

圖1 1級持水等級黏土的擊實曲線

1.4 工程應(yīng)用指標(biāo)

理論上，欲使泥基窖池建造壓實系數(shù)達(dá)到或接近1，需保證建造用土達(dá)到最優(yōu)含水量水平并按照最接近擊實試驗的方法進(jìn)行壓實，但在規(guī)模化建窖工程中對黏土的需求巨大，實際含水量難以精細(xì)調(diào)控至最優(yōu)含水量水平，同時考慮壓實成本與效率（如壓實機(jī)械的選擇、壓實的方法等），以及壓實過程對窖池車間建筑物結(jié)構(gòu)安全等的影響，我司參照道路工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范[9，11]，經(jīng)充分研判，將1 級持水等級黏土壓實工程應(yīng)用含水量確定在17 %～21 %范圍（最優(yōu)含水量±2 %），且泥基壓實系數(shù)的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)確定為≥0.92，以此作為窖池建造用土與工程質(zhì)量的控制指標(biāo)。

2 材料與方法

2.1 試驗材料與設(shè)備

取自本地的1 級持水等級黏土，洛陽路通LT626SD 型壓路機(jī)（工作質(zhì)量25.5 t，振動頻率28/35 Hz，激振力460/360 KN），滄州億軒YDZ-II 型多功能電動擊實儀，Mettler-Toledo HE53 型鹵素水分儀，環(huán)刀取樣設(shè)備，自制噴水設(shè)備等。

2.2 實驗方法

以黏土持水等級、含水量、壓路機(jī)工作質(zhì)量、壓路機(jī)行進(jìn)速度為固定因子，開展全因子實驗考察碾壓方法(A)，黏土壓實前平鋪厚度(B)對壓實系數(shù)的影響，各因子參數(shù)與水平見表1。

表1 影響因子與因子水平

2.3 統(tǒng)計分析

對各實驗處理及驗證實驗?zāi)雺簩訙y定6 個不同位點壓實系數(shù)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用Minitab 15 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，在0.05 水平進(jìn)行最小顯著差數(shù)法（least significant difference，LSD）測驗。

3 結(jié)果與分析

3.1 因子分析

根據(jù)各實驗處理條件下所測壓實系數(shù)，分析可變因子對泥基窖池建造壓實質(zhì)量的影響，全因子實驗結(jié)果見表2。

表2 全因子實驗結(jié)果

對于黏土的壓實系數(shù)（“望大型”指標(biāo)），比較各可變因子的極差，可見因子B（平鋪厚度）的變化對壓實系數(shù)具有主效應(yīng)（效應(yīng)值為0.019），因子A（碾壓方法）相較于B，其變化對壓實系數(shù)的影響較弱（效應(yīng)值為0.005）。比較同一因子不同水平，因子A 使用碾壓方法1 進(jìn)行碾壓時，壓實系數(shù)為0.922，略高于碾壓方法2（壓實系數(shù)為0.917），說明碾壓方法1 有利于提升黏土壓實效果；因子B 平鋪厚度為0.4 m時，壓實系數(shù)為0.930，優(yōu)于平鋪厚度為0.2 m、0.3 m 水平的壓實系數(shù)（分別為0.917、0.912），與填土厚度太薄產(chǎn)生“疊皮”現(xiàn)象有關(guān)。

3.3 最佳工程應(yīng)用方案確定

本研究以1.4 中工程應(yīng)用階段泥基壓實系數(shù)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)≥0.92 為目標(biāo)評估壓實條件是否充分，使用Minitab 15 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對各實驗處理響應(yīng)變量——壓實系數(shù)的渴求函數(shù)進(jìn)行合意性分析，合意性d 值越接近1，說明越接近目標(biāo)。由圖2 可知，在黏土持水等級、含水量等固定因子相對穩(wěn)定的前提下，控制黏土壓實前平鋪厚度為0.4 m左右，采用碾壓方法1“靜壓-強(qiáng)振-強(qiáng)振-弱振-弱振-靜壓”的順序，可以達(dá)到最優(yōu)壓實系數(shù)值0.9422，合意性d值為1，完全符合內(nèi)控壓實系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 響應(yīng)變量優(yōu)化器輸出結(jié)果圖

綜上，確定泥基窖池建造壓實的最佳工程應(yīng)用方案：黏土持水等級為1 級，含水量控制在17%～21 %范圍內(nèi)，壓路機(jī)工作質(zhì)量約為26 t，行進(jìn)速度2.5 km/h（壓路機(jī)最低行進(jìn)速度），壓實前黏土平鋪厚度為0.4 m 左右，碾壓方法采用“靜壓-強(qiáng)振-強(qiáng)振-弱振-弱振-靜壓”順序，在工程應(yīng)用中泥基壓實系數(shù)可滿足內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 最佳工程應(yīng)用方案驗證實驗

考慮到泥基窖池都是以窖底為夯筑基礎(chǔ)面，并按逐層疊加的方式進(jìn)行夯筑，本次驗證分三層進(jìn)行逐層碾壓，每層測定6 個不同位點壓實系數(shù)，驗證實驗所用1 級持水等級黏土含水量為20.94 %，壓路機(jī)及其他碾壓條件按照最佳工程應(yīng)用方案布置，如圖3 所示，第1 層基礎(chǔ)面平均壓實系數(shù)為0.952，疊加的第2 層、第3 層平均壓實系數(shù)分別為0.935、0.938，皆顯著高于內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)0.92(P＜0.05)，說明采用最佳工程應(yīng)用方案，各層黏土皆可達(dá)到預(yù)期壓實效果。

圖3 三層碾壓壓實系數(shù)箱線圖

4 結(jié)論

本研究從滿足泥基窖池保水防漏基本功能的角度，首先確認(rèn)建造用土質(zhì)量要求需達(dá)到1 級持水等級，通過解析泥基壓實機(jī)理、評估規(guī)?；猛了挚刂茖嶋H難度，確定所用黏土含水量應(yīng)維持在17%～21%范圍，同時考慮壓實工程成本、施工效率、碾壓過程對窖池車間建筑物結(jié)構(gòu)安全等的影響，通過全因子實驗對影響壓實效果的可變因子（碾壓方法與平鋪厚度）及其水平進(jìn)行了分析，最終確定最佳工程應(yīng)用方案，即控制黏土壓實前平鋪厚度為0.4 m 左右，采用“靜壓-強(qiáng)振-強(qiáng)振-弱振-弱振-靜壓”的碾壓順序，可使泥基窖池各層黏土達(dá)到內(nèi)控壓實標(biāo)準(zhǔn)0.92 以上。通過本文的研究，可為白酒生產(chǎn)企業(yè)提供建窖工程方案參考與質(zhì)量控制思路，以期建造牢固耐用的泥基窖池。