溫度及pH值對鹽漬土導電率影響的試驗研究

王興為，王 旭,2，張延杰，李建東，蔣代軍，劉德仁

(1. 蘭州交通大學 土木工程學院，蘭州 730070；2. 蘭州交通大學 道橋工程災害防治技術國家地方聯合工程實驗室，蘭州 730070)

鹽漬土對工程建設的影響，主要取決于鹽漬土所含易溶鹽的成分及含量.近幾十年來，在巖土工程和公路工程領域，國內學者從易溶鹽浸出液的制備效率、檢測方法和測定精度等方面入手，研究了土體中易溶鹽含量的檢測方法.鹽漬土地區易溶鹽測試方法有溶液滴定法[1]、烘干質量法[2-3]、離子色譜儀法[4-5]、和溶液電導率法[6].溶液滴定法、烘干質量法、離子色譜儀法操作過程復雜、成本高、周期長，測試局限于室內，不能滿足現場快速測試需要.電導率法具有便捷快速的特點，而且隨科技發展，便攜式電導率測定儀精度日益提高，該方法的推廣使用，加速了鹽漬土的現場檢測速度，滿足快速施工的要求.電導率法是通過測試土體浸出液的電導率來標定土體可溶鹽含量.在測試時將兩個電極板放入待測溶液中，在極板兩端加上一定的電勢，兩極板和外界溶液形成閉合回路，回路中產生電流.外界條件一定時，土體浸出液中自由移動的離子濃度越大、離子所帶電荷數越多，溶液導電能力越強，通過測定電導率，建立起電導率與被測定溶液的濃度的關系，進而標定土體可溶鹽含量.

田巍巍[7]結合統計分析軟件，研究了羅布泊地區的鹽漬土樣，發現鹽漬土中的易溶鹽含量與電導率具有較高的相關性.潘國勇等[8]考慮浸出液土水比、溶解時間、震蕩時間等因素，采用電導率法對古黃土樣品中的易溶鹽總量進行了測定.趙星潔[9]發現電導率法測定土壤易溶鹽含量的相對誤差較小、復現性較好.張曉琴等[10]采用電導率法對硫酸鹽土壤含鹽量測試中發現，當單位質量土體中的易溶鹽含量偏低或偏高時，電導率與含鹽量存在不同的相關性.Cai等[11]通過試驗發現，濱海鹽漬土的電導率與含鹽量之間存在定量關系.郭青林等[12]采用電導率法測定土遺址易溶鹽含量，實驗結果表明電導率法具有較高的精度，能夠滿足現場快速測定的要求.于興詳等[13]采用電導率法測定了蘭新二線沿途鹽漬土地區570個土樣含鹽量，得出了鹽漬土含鹽量快速分析的經驗公式.

鹽漬土地區氣候條件特殊，夏季炎熱，冬季干冷，晝夜溫差大，溫度起伏劇烈，最高溫度超40 ℃.規范[14]中規定電導率儀測試環境溫度參比值或范圍為23 ℃，容差為±2 ℃.在現場采用電導率法進行易溶鹽含量測試時，溫度很難維持在規范規定范圍內.此外，因鹽漬土鹽漬化程度不同、易溶鹽組成不同、電解質產生的易溶鹽溶液中的氫離子與氫氧根離子濃度(酸堿度)不同而導致鹽漬土pH值不同.鑒于此，采用模擬試驗方法，研究溫度和pH值對易溶鹽溶液電導率測定結果的影響規律，能為鹽漬土地區電導率法的工程應用和推廣提供參考.

1 試驗簡介

1.1 試驗目的

通過室內試驗測試不同類型、不同濃度鹽溶液電導率隨溫度和pH值變化規律，研究環境溫度和鹽漬土pH值變化對土樣浸出液電導率測定結果產生的影響.

1.2 試驗方案

1.2.1 實驗設備

采用哈納HI8733電導率測定儀，電導率量程為0.00～19.99 mS/cm、0.00～199.9 mS/cm，使用環境為0～50 ℃，測量精度±1% F.S.,手動單點校準.試驗參照規范[15]執行.

1.2.2 試樣制備

實驗一：選取西北地區鹽漬土中常見的3種易溶鹽NaCl、K2SO4及Na2CO3，分別配制濃度為0.1～1.9 g/L(濃度梯度0.2 g/L)10組溶液，在恒溫水浴鍋中加熱至所需溫度后測定其在3 ℃、8 ℃、12 ℃、17 ℃、23 ℃、28 ℃、33 ℃、38 ℃下的電導率，以探求溫度對易溶鹽溶液電導率的影響規律.

2 實驗結果分析

2.1 溫度對溶液電導率影響

按照實驗一，不同濃度易溶鹽溶液電導率隨溫度變化規律如圖1所示.

由圖1可知，隨溫度升高，不同濃度的各種易溶鹽溶液及現場鹽漬土浸出液的電導率線性增大，溶液溫度與電導率均呈現出線性正相關.當濃度較低，為0.1 g/L時，溫度對電導率的影響不甚明顯.當易溶鹽濃度增大為0.3～0.9 g/L時，溫度對電導率的影響增大.當易溶鹽濃度繼續增大到1.1～1.9 g/L范圍時，溫度對電導率的影響顯著增大，且隨著各種易溶鹽溶液濃度增大，電導率隨溫度變化曲線的斜率增大.原因是當溫度增大時，電解質溶液中的離子或分子動能增大，導電物質運移速率加快，使得易溶鹽溶液的電導率隨溫度的增大而增大.在濃度較小的溶液中，由于溶液中離子或分子總量有限，溫度升高對于溶液導電能力增加并不明顯，當濃度低于0.1 g/L，電導率隨溫度增加不甚明顯，在測量溶液電導率時可以不予考慮.隨易溶鹽濃度增大，電導率隨溫度變化加劇，在測量時需考慮溫度對于電導率測量的影響.

圖1 溫度對易溶鹽溶液電導率的影響Fig.1 Effect of temperature on conductivity of soluble salt solution

2.2 溶液pH值對電導率的影響

調整后各種易溶鹽溶液、模擬液、現場鹽漬土浸出液的pH值與其電導率的關系如圖2所示.分析試驗結果可知，在NaCl、K2SO4、Na2CO3溶液中加入適量酸或堿溶液調整pH值后，由于溶液中自由移動的離子濃度增大，其電導率比原溶液增大.當原溶液濃度較低，小于2 g/L時，電導率增加幅度很小，可以忽略不計，隨濃度增大，電導率隨pH值變化幅度加劇.

由圖2(a)可知，對于NaCl溶液，pH值在4～11變化時，pH值與電導率關系曲線近似為一條直線，pH值小于4或大于11時，電導率隨pH降低或增大而增大.由圖2(b)可知，對于K2SO4溶液，pH值在5～11間變化時，pH值與電導率關系曲線近似為一條直線，pH值低于5大于11時，電導率隨pH降低或增大而增大.由圖2(c)可知，對于不同濃度的Na2CO3溶液，在濃度低于4 g/L時，其電導率隨pH值的變化曲線近似為一條直線，大于4 g/L時，電導率隨pH值曲線呈現先減小后增大趨勢.

由圖2(d)和圖2(e)可知，對于氯鹽模擬液、硫酸鹽模擬液和現場取樣鹽漬土浸出液，其電導率隨pH值的增大均呈現出先減小、再保持不變，最后增大的變化規律.當溶液pH值在4～11范圍變化時，其電導率也接近一定值，這表明實驗采用模擬液模擬現場鹽漬土溶液是可行的.對于室內制備的模擬液和現場取樣制備的氯鹽漬土溶液和硫酸鹽漬土溶液，當溶液pH值介于4～10范圍內時，溶液電導率變化可以忽略不計.對于模擬堿性鹽漬土，隨pH值的增加或減少而持續變化.

圖2 pH值對易溶鹽溶液電導率的影響Fig.2 Effect of pH value on conductivity of soluble salt solution

3 結論

1) 隨著溫度升高，各種易溶鹽溶液的電導率線性增大，溶液溫度與其電導率呈現出線性正相關，且溫度對溶液電導率的影響隨易溶鹽濃度的增大而增大.在溶液濃度低于0.1 g/L時，溫度對于電導率影響并不大，可以忽略溫度對電導率測試結果的影響.

2) 當易溶鹽溶液濃度較低，小于2 g/L時，電導率隨pH值變化很小，可以忽略pH值對電導率影響，隨溶液濃度增大，電導率隨pH值變化幅度增大.當pH值在5～10范圍內時，pH值對硫酸鹽和氯鹽電導率的影響不明顯，不影響易溶鹽含量測定結果.但對于堿性鹽漬土，電導率隨pH值的變化而持續變化，在測定過程中需要考慮溶液pH值對電導率的影響.