盐渍土中硫酸钠的计算

盐渍土中硫酸钠的计算

谷圆圆

新疆城乡试验检测有限公司新疆乌鲁木齐830000

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NaCO3。

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.