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70Industrial Construction Vol. 41， No. 7， 2011工业建筑2011 年第 41 卷第 7 期 酸碱度值对土体液、 塑限的影响 * 师林朱大勇陈龙飞 合肥工业大学土木与水利工程学院， 合肥230009 摘要采用室内浸泡方法， 研究污染土的液、 塑限以及塑性指数随酸碱度值的变化规律。用不同酸碱 度值的盐酸和氢氧化钠溶液浸泡土样， 测定浸泡前、 后土样的液、 塑限值， 总结其变化规律。试验表明 随着酸 碱度值的增大， 液限和塑性指数逐渐增大而塑限呈现两端大中间小; 在酸碱度值一定的情况下， 随着浸泡时 间的增长， 土样有液限值逐渐减小、 塑限值逐渐增大的趋势。最后， 对上述变化的原因进行分析。 关键词污染土; 酸碱度值; 液限; 塑限; 塑性指数 EFFECTS OF PH VALUE ON LIQUID LIMIT AND PLASTIC LIMIT OF SOIL Shi LinZhu DayongChen Longfei School of Civil Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009， China Abstract By using the of soaking in laboratory，the change laws between the liquid limit，plastic limit and plasticity index of the polluted soil and the pH value were studied． The values of the liquid limit and plastic limit of the soil samples were measured before and after soaking in the hydrochloric acid and sodium hydroxide solution with respective pH value． Then，the change laws indicate that，with the pH value increasing，the liquid limit and the plasticity index increase while the plastic limit presents that both ends are big and the middle is small;when fixing the pH value，the liquid limit is increasing proportional to the time of soaking，while the plastic limit is diminishing． Finally，the reasons causing these change laws were analyzed． Keywords contaminated soil;pH value;liquid limit;plastic limit;plasticity index *国家自 然 科 学 基 金 面 上 项 目 40772172 ; 国 家 973 计 划 项 目 2008CB425801 ;国 家“十 一 五 ”科 技 支 撑 计 划 项 目 专 题 2006BAC04B05 ; 安徽省人才开发基金 2008Z015 。 第一作者 师林， 男， 1986 年出生， 硕士研究生。 E － mail shilin20053321 163． com 收稿日期 2011 － 02 － 26 工业废水常具有一定的酸碱性， 一旦处理不当 渗入地基， 与原状土发生化学作用就可能改变原状 土的基本性质， 进而影响原状土的物理和力学指标， 从而影响建筑物的整体稳定性， 给工程建设造成不 同程度的损失 ［1］。因此， 研究酸碱度值 pH 值 对 土体基本物理指标的影响具有重要工程意义。 李琦 ［2］的研究表明， 土体被 pH 值为 13. 4 的碱 液污染后， 液、 塑限值均有所增大; 侍倩 ［3］通过对经 不同浓度的酸、 碱溶液浸泡后土样的试验研究， 得出 酸使土体液限降低、 对土体塑限无影响， 碱溶液对土 体液限 影 响 无 规 律， 增 大 土 体 塑 限 的 结 论; 李 相 然 ［4］对济南典型污染土分析后指出， 酸碱均会降低 土体的液、 塑限指标; 刘汉龙 ［5］测试了经不同浓度 的酸、 碱溶液浸泡后淤泥质黏土的液、 塑限， 结果表 明， 随着酸浓度的增加， 土体塑限增大而液限降低; 随着碱浓度增加土体液、 塑限同时增大。 纵观已有的研究成果可以看出， 不同学者得到 的结论并不一致， 有进一步详细研究的必要。故本 研究通过人工制备不同 pH 值的污染土， 测定污染 前、 后的土样的液、 塑限值， 尝试总结 pH 值对土体 液、 塑限及相关指标的影响规律。 1酸、 碱污染土样的制备 1. 1土样的选取 本试验选取粉质黏土 土样 1 和淤泥质土 土 样 2 两种不同土质来制备污染土样。在制备污染 土样前首先测定土样的各项性质指标， 见表 1。 1. 2酸、 碱污染溶液的配置 试验中将浓盐酸和纯氢氧化钠晶体分别配制成 pH 值分别为 3、 4、 5、 6 的盐酸溶液和 pH 值分别为 8、 9、 10、 11 的氢氧化钠溶液。以上述 8 种溶液制备 土样来模拟土样的污染情况。 1. 3污染土样的制备 为方便试验将每个 pH 值下的土样 1 分别配置 酸碱度值对土体液、 塑限的影响 师林， 等71 表 1土样物理性质指标 Table 1Index of physical property of soil specimens 试样 编号 土颗粒 相对密度 重力密度 / kNm － 3 含水 量 / 液限 / 塑限 / 颗粒组成百分比 / 0. 25 ～ 0. 075 mm 0. 075 ～ 0. 005 mm＜ 0. 005 mm 不均匀 系数 Cu 曲率系 数 Cc 土样 12. 725 26. 7055. 428189. 20380. 74710. 0508. 862. 46 土样 22. 835 27. 7837. 3292117. 11672. 66010. 2248. 892. 47 a第 2 d; b第 4 d; c第 7 d; d第 8 d; e第 10 d; f第 15 d ◆土样 1 塑限值;■土样 1 液限值;▲土样 2 塑限值; 土样 2 液限值 图 1液、 塑限值随 pH 值的变化关系 Fig． 1Curves of change in values of liquid and plastic limits with pH value 成含水量为 20 、 25 和 30 ， 而土样 2 分别配置 成含水量为 23 、 27 和 31 ， 各含水量的土样制 取试件数均为 18 份， 这样根据不同污染溶液， 不同 含水量， 每个土样进行液、 塑限试验至少需要 27 份 土， 同时考虑试验中存在误差， 需做平行试验。在平 行试验中通过控制试验数据的变异系数小于 0. 1 来 进行数据的取用， 当液、 塑限值的变异系数大于 0. 1 时须弃用重新测定， 当满足变异系数要求时取其均 值作为试验结果。结合前人的研究成果对比同一试 样在三种不同含水量情况下的液、 塑限值， 发现含水 量的变化对试件液、 塑限值影响微小， 可以忽略不 计， 在数据取用时按腐蚀时间取其均值。另外， 为了 便于向土样中添加酸、 碱污染液， 将每份干土样定量 为1 810 g， 使用电子称分别称取所需污染溶液加入 土样中充分搅拌均匀。具体操作如下 将土样风干 后碾碎过筛呈粉末状， 然后称取1 810 g土样， 量取 配置对应含水量试样所需污染溶液， 将所取溶液放 入干燥雾状喷水器中， 对所取土样整体加湿， 边洒水 边搅拌， 使土样受水均匀， 待土样加湿搅拌完毕后将 其放入保鲜袋中闷料， 闷料养护结束后从试件不同 部位取 5 ～ 6 份微小土体测定其含水量， 当各份土体 含水量和所需配置含水量误差均在 1 范围内时 认为土样拌和已均匀， 并将各份微小土体含水量的 平均值作为试件实际含水量。 1. 4试样的养护方法 试样制作完成后， 用塑料保鲜袋将试样密封并 编号记录后在自然条件下养护 48 h， 养护温度控制 在 20 5℃ 。 2酸、 碱污染土的液、 塑限试验结果分析 2. 1pH 值对液、 塑限值的影响规律 将土样分份并用不同 pH 值的酸碱溶液浸泡后 测定各土样的液、 塑限值， 根据得到的液、 塑限值以 及塑性指数将其变化情况绘于图 1 和图 2 中。图 1 和图 2 给出了不同 pH 值的溶液浸泡前、 后土样的 液、 塑限及塑性指数的试验数据， 数据虽然有些波 动， 但仍存在如下变化趋势 随着 pH 值的增大， 液 限和塑性指数逐渐增大而塑限呈现两端大中间小的 变化规律， 这一结论与文献［ 2， 5］ 相一致。 根据双电层理论， pH 值可以影响双电层厚度， 文献［ 6］指出 pH 值决定着双电层的热力学电位， 从而影响到双电层中扩散层的厚度。当溶液的 pH 值较大， 即氢氧根离子浓度逐渐增大， 热力学电位变 大， 扩散层变厚， 也即是结合水膜变厚。由于黏性土 72工业建筑2011 年第 41 卷第 7 期 a第 2 d; b第 4 d; c第 7 d; d第 8 d; e第 10 d; f第 15 d ◆土样 1 塑限值;■土样 2 塑限值 图 2塑性指数随 pH 值的变化规律 Fig． 2The law of change in plasticity index with pH value 的可塑性强弱是由结合水膜的厚薄决定的， 因此， 土 体的液、 塑限以及塑性指数都增大; 若溶液的 pH 值 较小， 即氢离子浓度增高， 热力学电位小， 扩散层变 薄， 即结合水膜变薄， 土体的液、 塑限以及塑性指数 都降低。同时， 文献［ 5］还指出， 在塑限时， 溶解于 酸溶液的胶体离子析出， 发挥胶结作用使得塑限增 大， 增大幅度大于结合水膜变薄所造成的减小幅度; 而在液限时， 由于土中存在较多的水， 胶体离子不析 出， 不会影响到土的液限。因而， pH 值越小， 液限、 塑性指数逐渐减小， 而塑限增减增大。 另外， 塑性指数常用于土的分类， 由于 pH 值对 其影响较大， 这就有可能对污染土类型造成误判， 在 实际应用中应予以慎重。 2. 2土样液、 塑限值及塑性指数随浸泡时间的变化 规律 已有的相关研究均未研究基本物理性质指标随 污染时间的变化规律 ［7］， 本次试验还测试了土样经 历不同浸泡时间后的液、 塑限值， 讨论土样的液、 塑 限值和塑性指数值随着酸碱液浸泡时间的变化情 况， 试验结果如图 3 和图 4 所示。 由图 3 可知， 随着浸泡时间的增加， 土样有液限 值逐渐减小、 塑限值逐渐增大的趋势， 且随着时间的 推移逐渐趋于稳定。以 pH 值为 5 时土样 2 为例， 第 1 d 的液限值为 30 ， 第 15 d 为 27 ， 减小约 10 ; 而第 1 d 的塑限值为 18 ， 第 15 d 为 18. 5 ， 增幅为 2. 8 。 由图 4 可见， 土样的塑性指数随着浸泡时间的 增长而逐渐减小， 且变化幅度非常明显。仍以 pH apH 值为 4; bpH 值为 5; cpH 值为 10; dpH 值为 11 ◆土样 1 塑限值;■土样 1 液限值; ▲土样 2 塑限值; 土样 2 液限值 图 3土样液、 塑限值随浸泡时间的变化规律 Fig． 3The law of change in values of liquid and plastic limits of soil specimens 值为 5 时土样 2 为例， 第 1 d 的塑性指数为 12， 第 15 d 为 8. 5， 降幅达 29. 2 。 酸碱度值对土体液、 塑限的影响 师林， 等73 apH 值为 4; bpH 值为 5; cpH 值为 10; dpH 值为 11 ◆土样 1 塑性指数;■土样 2 塑性指数 图 4土样塑性指数随浸泡时间变化规律 Fig． 4The law of change in plasticity index of soil specimens with soaking time 3结语 1随着 pH 值的增大， 液限和塑性指数逐渐增 大而塑限呈现两端大中间小的变化规律。 2随着浸泡时间的增加， 土样的液限值有逐渐 减小的趋势， 而土样的塑限值却有逐渐增大的趋势。 3 由于试验条件的限制， 本试验未能对污染 前、 后的土样进行电镜扫描， 无法准确测定污染前、 后土样矿物成分的变化情况， 并且试验分析存在一 定误差。 参考文献 ［ 1］顾季威． 酸碱废液侵蚀地基土对工程质量的影响［J］． 岩土工 程学报，1988，10 4 72 － 78. ［ 2］李琦，施斌，王有诚． 造纸厂废碱液污染土的环境岩土工程 研究［J］． 环境污染与防治，1999，19 5 16 － 18. ［ 3］侍倩， 李翠华． 酸、 碱对黏土物理性质的影响的试验研究［J］． 武汉大学学报 工学版 ，2001，34 5 84 － 87. ［ 4］李相然， 姚志祥， 曹振斌． 济南典型地区地基土污染腐蚀性质 变异研究［J］． 岩土力学， 2004， 25 8 1229 － 1233. ［ 5］刘汉龙， 朱春鹏， 张晓璐． 酸碱污染土基本物理性质的室内测 试研究［J］． 岩土工程学报，2008， 30 8 1213 － 1217. ［ 6］唐大雄， 刘佑荣． 工程岩土学［M］． 2 版． 北京 地质出版社， 1999 32 － 37. ［ 7］朱春鹏， 刘汉龙． 污染土的工程性质研究发展［J］． 岩土力学， 2007， 28 3 625 － 639. ［ 8］吴道祥， 蓝天鹏， 刘秋燕， 等． 土的结构研究现状与展望［J］． 合 肥工业大学学报 自然科学版， 2009， 32 12 1904 － 1910. ［ 9］Kooper W F，Mangnus G A． Contaminated Soil ［M］． Boston Martinus Nijhoff Publishers，1986 25 － 27 上接第 95 页 果和降温曲线。图中曲线趋向表明， 基础底板在混 凝土浇筑后 3 ～ 4 d 升至温度峰值， 随着混凝土养护 时间的延长， 整个降温过程趋于平稳， 各测试位置的 相邻测点温差均未超过监测报警温差 25 ℃ ， 没有产 生较大的温度梯度 ［9 － 10］。整个底板施工完成后未 产生裂缝， 混凝土裂缝得到了有效控制。 3结语 本文着重介绍大体积混凝土浇筑时为预防水化 热的影响， 主要从原材料选择及配合比优化设计， 混 凝土浇筑方案， 混凝土的泌水和表面处理， 混凝土养 护几个方面重点论述了大体积混凝土超长无缝施工 技术， 解决了控制大体积超长混凝土结构裂缝的产 生， 为类似工程施工提供了经验。 参考文献 ［ 1］王寿华， 王家隽， 朱维益， 等． 建筑施工手册 缩印本 ［M］． 4 版． 北京 中国建筑工业出版社， 2003． ［ 2］李尊忠， 何宁， 崔冬． 某电厂储煤筒仓基础大体积混凝土施工 技术［J］． 工业建筑， 1999， 29 12 68 － 71． ［ 3］JGJ 552000普通混凝土配合比设计规程［S］． ［ 4］GB 501192003混凝土外加剂应用技术规范［S］． ［ 5］GBJ 14690粉煤灰混凝土应用技术规范［S］． ［ 6］林兴军， 董义光． 核岛厂房底板大体积混凝土裂缝控制的几项 技术［J］． 建筑技术， 2002， 33 4 283 － 289． ［ 7］中国建筑第八工程局． 混凝土结构工程施工技术标准 ZJQ 08SGJB 2042005 ，建筑工程施工技术标准［M］． 北京 中国建筑工业出版社， 2005． ［ 8］韩国平， 刘志宏， 熊明安， 等． 大体积承台混凝土施工技术探讨 ［J］． 工业建筑， 2008， 38 增刊 909 － 910． ［ 9］闫小军． 浅谈混凝土裂缝的原因及灌浆处理［J］． 建筑科学， 2010， 31 67 － 67． ［ 10］ 钱华懋， 蔡晓萌． 大体积混凝土温度裂缝的成因及控制［J］． 工业建筑， 2008，38 增刊 919 － 921．