盐渍土盐胀机理分析

【摘要】本文分析了硫酸盐渍土盐胀率随含水量、硫酸钠含量、初始干容重、温度和CL―/SO42―五因素变化的规律。指出了含盐量、含水量、初始密度对盐胀影响程度不同且具有交互作用。对硫酸盐渍土地区的基础处理提供参考。

【关键字】硫酸盐渍土，盐胀率，影响因素

我国西北地区的新疆、青海、甘肃等地有大面积含盐量较高的盐渍土。盐渍土的固相和液相组成和非盐渍土不同，土中易溶盐受温度、含盐量、含水量的影响可以以液相、固相、液相和固相混合形式存在。在四季气温周期性变化过程中， 盐渍土中盐分的迁移和聚集，反复结晶与溶解，使土的物理力学性质发生剧烈的变化，给这些地区的交通、工业与民用建筑带来严重的危害。硫酸渍土中硫酸钠结晶引起土体盐胀和冻胀造成工程破坏的例子屡见不鲜，而随着西部大开发的进一步深入，在盐渍土上修筑的工程进一步增多，深入展开硫酸盐渍土盐胀及抑制技术研究为保证工程建筑安全运行有着十分重要的意义。

硫酸盐渍土盐胀随含水量、硫酸钠含量、初始干容重、温度和Cl-/SO42-比值等因素的改变而变化，且有一定规律性[1]。分析硫酸盐渍土的盐胀在各因素影响下的变化规律，对防治建筑工程的盐胀危害有重要指导意义。

1.含水量对盐胀的影响

实验研究表明[2]，硫酸盐渍土最大膨胀值，基本上以该土的最佳含水量为界限，如图1（试件最佳含水量为15%）。当土中含水量小于或大于此数值（不包括吸附水），膨胀量都有不同程度的降低。这是因为在最佳含水量时，容易达到最佳夯实密度，此时土的孔隙率较小，一旦发生盐胀，土即随之发生变形，而小于或大于最佳含水量时，土的夯实密度不易达到最佳密度，孔隙率相应较大，使盐胀变形受到限制。

2. 含盐量对盐胀的影响

图2表示了含盐量对盐胀的影响[3]。可以看出盐胀率在含盐量增加的最初显著增大，随后趋势变缓。这是因为土体的盐胀是土中硫酸钠吸水结晶所致，因此，随着土体中盐分的增加，土体可能的盐胀程度便会加大，但当盐分增加到不能被土中水分完全溶解时，多余的盐分将不直接参与盐胀。

3. 初始干密度对盐胀的影响

在相同含水量、含盐量和降温速率的条件下，最终盐胀率起初随初始干密度的变大而降低，当达到最小值以后，最终盐胀率起初随初始干密度的变大而增大，初始干密度与其最终盐胀率的关系大致为倒二次抛物线型（如图3）[3]，存在一个最低盐胀值区间。试验用的的硫酸盐渍土最佳含水量为15.5%、最大干密度1.89g/cm3。从图中四条曲线可以看出最佳含水量时硫酸盐渍土膨胀值最大，符合上述含水量对盐胀的影响规律。在最佳含水量曲线中，最小值点的初始干密度处于1.8g/cm3附近（该压实干密度约为最佳干密度的95%），但当初始干密度为最佳干密度时盐胀率急剧增加。

硫酸盐渍土在初始干密度小于临界值时，盐胀量随初始干密度增加而减小的盐胀机理是：一方面土中水溶液的位置逐渐发生了变化，从粒间转移到了孔隙中，使结晶体对土体的体积膨胀作用减小了；另一方面土粒间的约束力的增加，也对土体中晶体的膨胀起到了一定的限制作用，宏观表现出随着初始干密度的增加，盐胀率下降。

当初始干密度超过临界值时，盐胀量随初始干密度增加而增加的盐胀机理是：当初始干密度超过临界值后，孔隙基本被盐溶液充满，这时盐胀的机制就发生了很大的变化。随着温度降低，孔隙中晶体析出，使得孔隙体积增大，土粒间的液体量增多；随着温度的进一步降低，土粒间开始结晶，造成土体体积膨胀。同时，孔隙中的晶体也有一部分向粒间发展，进一步加剧了土体盐胀量。虽然这时土体的初始干密度增大，土粒间的相互约束力较大，但该约束力无法抵抗硫酸钠晶体的盐胀力，因而此时随着初始干密度的继续增加，盐胀值不断增大。

4.降温过程中的盐胀规律

将在不同含水量、含盐量条件下拌合好的土样按一定干密度成型并逐级降温，分别测定每级温度下的盐胀率.试验结果如图4、图5、图6所示。

由此3个图可以看出，随着试件温度的降低，盐胀首先表现出较为缓慢的增长阶段，而后，在一定的温度范围内则表现出较为剧烈的盐胀过程。当试件温度进一步降低时，土体盐胀过程则表现出较为缓慢的增长，最后达到某一峰值.这一规律又因试样的含水量、含盐量及干密度的不同各有其特点。

对此规律可作如下解释：

a. 随着温度的降低，最初盐胀表现为缓慢的增长，是因为硫酸钠溶解度降低，使土体中硫酸钠溶液计算浓度大于硫酸钠溶解度，溶液中的硫酸钠结晶析出，又因为被Na2SO4·10H2O从溶液中带走的水分还不是太多，所以硫酸钠溶液浓度变化小、硫酸钠结晶析出速度稳定；随着硫酸钠结晶析出，Na2SO4·10H2O从溶液中带走大量的水分，硫酸钠溶液浓度迅速变大、硫酸钠结晶析出速度急剧增大，且土中固相体积增大4.18倍，故表现为剧烈的盐胀过程。试样冻结前土体产生的膨胀是盐胀。

b. 随着温度进一步的降低，当土体达到冻结温度时，土体中水开始结冰，体积膨胀1.09倍，土体中液态水含量减少，溶液中的硫酸钠继续结晶析出，但此时硫酸钠结晶析出量已经很小， 故土体盐胀过程表现为缓慢的增长。土体冻结后产生的膨胀是盐胀和冻胀。

5 结束语

影响盐渍土盐胀率的因素很多，对盐胀造成影响的主要因素有：含水量、含盐量、初始干密度及温度。含水量对盐胀的影响是以该土的最佳含水量为界限，小于或大于此值时，膨胀量都有不同程度的降低。含盐量对盐胀的影响为：盐胀率在含盐量增加的最初显著增大，随后趋势变缓。干密度与盐胀率的关系大致为倒二次抛物线型，存在一个最低盐胀值区间。其它条件相同的盐渍土，在降温时，盐胀表现为先缓慢增长再剧烈增长，最后再趋缓慢。

参考文献

[1]铁道部第一勘测设计院. 盐渍土地区铁道工程[M].北京.中国铁道出版社.1988.37 41

[2]李 芳，高江平.硫酸盐渍土盐胀与低层建筑[J].西安公路交通大学学报，1998（2）：25 27.

[3]杨丽英，李 斌. 氯与硫酸根比值对硫酸盐渍土工程性质的影响[J].冰川冻土，1997（1）：84 89.