盐渍土中硫酸钠的计算

发表时间:2019/6/13   来源:《建筑细部》2018年第23期   作者:谷圆圆
[导读] 我国西北内陆盐渍土地区的建筑、公路、铁路、机场、管线等工程建设中广泛涉及到盐渍土的问题。

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        摘要:我国西北内陆盐渍土地区的建筑、公路、铁路、机场、管线等工程建设中广泛涉及到盐渍土的问题。了解盐渍土的成因和其生成物对工程的影响是十分重要的,新疆属于昼夜温差较大的地区,硫酸盐盐渍土的盐胀特性对建筑工程的影响盐十分显著,因此,对盐渍土的硫酸钠的结合成盐的过程就要有清晰的认识,明白其成盐机理。
        关键词:盐渍土;硫酸钠;离子;成盐计算
       
       
        引言
        盐渍土成分不同,对建筑物的影响也有所不同。如,氯化物盐渍土具有溶解度大、有明显吸湿性,从溶液中结晶时,体积不发生变化且能使冰点显著降低的特点。而硫酸盐盐渍土虽然没有吸湿性,但Na2SO4结晶时生成结晶化合物Na2SO4·10H2O,体积约增大3.1倍,脱水时又放出水分,体积随之减小,并且温度的改变会影响其溶解度,对地基的宏观主要表现形式为盐胀现象。我国西北内陆盐渍土地区的建筑、公路、铁路、机场、管线等工程建设中广泛涉及到盐渍土的问题。而新疆又属于昼夜温差较大的地区,硫酸盐盐渍土的盐胀特性对建筑工程的影响就更为显著。
        为了更好的了解盐渍土的形成过程,我们需要对盐渍土中各种盐类的成盐方式进行熟知。
        一、我国盐渍土的成因
        盐渍土成因类型及影响因素都多种多样,不同的成因类型,对工程的影响不同。结合我国复杂的自然情况,认为盐渍土的成因一般有:含盐地表水造成;含盐地下水造成;海水造成;盐湖、沼泽退化生成;人类经济活动造成以及其他成因。大致可分为三种不同类型:现代的、残余的以及潜在的盐渍土。现代的指目前盐类还在积累的土壤。残余的指地质历史时期积累了大量的盐类,经过后期地壳运动及气候原因得以保留的土。潜在的盐渍土一般指两种类型,一类是在干旱地区,具底层盐化特征的土经过溶解而上升,形成现代盐渍土。另一类是具盐渍化特征的平原区域,水位上升形成盐渍土。影响盐渍土的因素有内因和外因,内因指岩土母质、盐分类型与活性;外因指气候素、地形、地貌、地下水、地面水文、生物作用以及人类活动等。
        二、盐分类型及活性的影响
        盐渍土中盐分类型及活性是是分析其对工程影响的重要因素。盐按溶解度排序:氯化钙、氯化钠、氯化镁、硫酸镁、氯化钾、碳酸钠、碳酸氢钙、硫酸钠、碳酸氢钠。盐在水中的扩散规律:高浓度至低浓度、高温至低温扩散。整体上来说,盐渍土受外部因素(气候、空间上)影响最大的是在我国的青海、新疆、西藏等省。
        三、易溶盐的成盐计算
        一般盐类在水中都是成离子状态存在的,因此测得的盐分结果都是离子含量,而且以离子的质量摩尔浓度(mmol/kg)表示各离子间的化合关系。
        我们在试验室测得的离子有阳离子K+、Na+、Mg2+、Ca2+,阴离子有Cl-、SO42-、CO32-、HCO3-。各种离子的结合,一般按上列离子排列顺序,依次达到满足。试验中我们一般用差减法测量钾钠的总量,而可溶盐中以钠盐的活性最大,因此我们一般对测定的钾钠总量按钠离子考虑来进行分析。
        四、盐渍土中硫酸钠含量计算
        因硫酸钠对工程性质较大,在盐渍土分析时经常要考虑盐渍土的盐胀性,其判定依据就是盐渍土中硫酸钠的含量。在此,我们以钠离子的结合原则来描述易溶盐的成盐情况。



        对于活性较大的钠盐,一般结合情况可以分为三种情况:
        1.Na+<Cl-,首先全部Na+与Cl-结合成NaCl,不可能有其它钠盐,而多余的Cl-离子则依次与Mg2+、Ca2+结合。
        2.Cl- <Na+<Cl-+ SO42-,则首先Na+与Cl-结合成NaCl,剩余的Na+与SO42-结合成Na2SO4,多余的SO42-离子则依次与Mg2+、Ca2+结合。
        3.Na+>Cl-+ SO42-,而又有CO32-存在时,Na+首先满足与Cl-、SO42-结合成NaCl、Na2SO4,多余的Na+与CO32-结合成Na CO3。
        因此计算硫酸钠含量,首先要判断易溶盐含量中采用Na+还是作为标准进行计算。确定的标准是根据电荷平衡原理,即将阳离子与阴离子进行结合来判定。若Na+<Cl-,根据离子活性,即结合的顺序为氯根、碳酸氢根、碳酸根、硫酸根。若氯根< Na+<氯根+2硫酸根,首先将Na+与氯根结合,再将剩余Na+和硫酸根结合,剩余的再依次与镁离子、钙离子结合。如果Na+>氯根+2硫酸根,首先结合成NaCl和Na2SO4,剩余再和碳酸氢根、碳酸根结合。因此,经过成盐分析我们知道,计算硫酸钠含量时,仅有Na+、氯根和硫酸根。计算步骤如下:
        计算Na+、氯根、硫酸根及硫酸钠的摩尔质量;
        将Na+、氯根、硫酸根质量m换算为摩尔数;
        根据计算的摩尔数,求取硫酸钠的含量。其结果可能出现以下三种情况:
        a)Na+摩尔数<氯根摩尔数,即Na+全部与氯根结合,硫酸钠含量等于0,也就是不存在硫酸钠。
        b)氯根<Na+<氯根+2硫酸根,和氯根结合后剩余的Na+才会和硫酸根结合为硫酸钠,剩余的Na+将会结合一半的剩余的Na+摩尔的硫酸根,即Na+摩尔数与氯根之差的1/2,硫酸钠的含量就为142×Na+摩尔数与氯根之差的1/2/10000。
        c)Na+>氯根+2硫酸根,所有的碳酸根将都被结合成硫酸钠,其含量为142×硫酸根摩尔数/10000。
        五、实例计算
        (1)假定某勘察点离子摩尔数分别为:n(氯根)=50,n(Na+)=147,n(硫酸根)=80,下面我们来计算硫酸钠含量。分析可知,n(氯根)+2n(硫酸根)=210>n(Na+),因此,满足上述b)的情况,即硫酸钠的含量为:142×Na+摩尔数与氯根之差的1/2/10000=142×(147-50)/20000=0.687%,相应的硫酸钠的质量为:142×(147-50)/2=6887。
        (2)假定某勘察点离子摩尔数分别为:n(氯根)=80,n(Na+)=220,n(硫酸根)=58,下面我们来计算硫酸钠含量。分析可知,n(氯根)+2n(硫酸根)=196<n(Na+)=220,满足上述c)的情况,即硫酸钠的含量为:142×硫酸根摩尔数/10000=142×58/10000=0.8263%。
        通过以上分析,我们得到了盐渍土中硫酸钠含量的计算方法。
        六、结束语
        (1)分析总结出我国盐渍土成因及影响因素,认为成因包括含盐地表水造成;含盐地下水造成;海水造成;盐湖、沼泽退化生成;人类经济活动造成等。影响因素分为内因和外因。
        (2)对盐渍土的盐分类型及其活性有了明确的认识。
        (3)根据成盐时的离子结合过程,分析了钠盐的三种结合情况,并举例说明了盐渍土中硫酸钠含量的计算方法。
       
        参考文献:
        [1]赵天宇,张虎元,王志硕,王发旺.含氯硫酸盐渍土中硫酸钠结晶量理论分析研究[J].岩土工程学报,2015,37(07):1340-1347.
        [2]游富洋,崔月娥,徐善良.盐渍土中硫酸钠含量的计算方法探讨[J].煤炭工程,2010(07):72-74.

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