李亞軍，張蕊，徐鐵錚，李睿豪

（1.陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院勘察分院,陜西 咸陽 721000；2.西安科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,陜西臨潼 710600）

0 前言

土的顆粒大小和各種粒組所占的比例與土的物理力學(xué)等工程性質(zhì)有著一定關(guān)系,根據(jù)土的顆粒組成,可以大致判定土的透水性、可塑性、收縮、膨脹等性質(zhì)。土體中粘粒含量的多少更密切影響著其工程特性,隨著粘粒含量的增加,土體的透水性下降,在含水率發(fā)生變化時(shí)容易發(fā)生較大的脹縮?！端姽こ烫烊唤ㄖ牧峡辈煲?guī)程》（SL 251-2015）中明確規(guī)定均質(zhì)土壩土料粘粒含量宜為10%～30%,防滲體土料粘粒含量宜為15%～40%[1]。因此,準(zhǔn)確測定土體顆粒的組成具有重要的研究意義和實(shí)用價(jià)值。

測定土體顆粒級配采用篩析法、密度計(jì)法、移液管法或聯(lián)合法,由于黃土的顆粒主要以粉粒為主,所以一般采用適用于粒徑小于0.075 mm的密度計(jì)法或移液管法,在試驗(yàn)室內(nèi)多采用密度計(jì)法。密度計(jì)法是依據(jù)斯托克斯（Stokes）原理,即采用密度計(jì)測量顆粒在土水懸液中顆粒的沉降速度來反映顆粒粒度的分布。黃土中由于富含有碳酸鹽膠結(jié)物而具有獨(dú)特的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu),為了使土顆粒在土水懸液中充分分散,需要對土粒進(jìn)行分散處理。目前,我國多采用半分散法,該方法是用煮沸加化學(xué)分散劑來進(jìn)行顆粒分散,這樣既能將土粒分散,又不破壞土的原級顆粒及其聚合體[2-4]。近些年來對于紅粘土分散劑的研究較多[5-7],黃土分散劑的相關(guān)研究較少。本文采用六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉、草酸鈉、氫氧化鈉、氨水等作為分散劑,研究不同分散劑種類對黃土顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果的影響,從而確定適宜于黃土顆粒分析的分散劑。

1 試驗(yàn)材料與研究方法

1.1 土樣及分散劑

（1）土樣

本試驗(yàn)采用陜西省境內(nèi)的在建和已建成土壩水庫所用土料,共20 個(gè)水庫的22 組土樣。

土樣物理化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及定名見表 1。

表1 土樣物理化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及定名

從表1可以看出,22個(gè)土樣的顆粒相對密度在2.70～2.72之間,液限在25.0%～44.1%之間,塑限在12.8%～20.9%之間,塑性指數(shù)在10.5～23.3之間,pH位于7.41～8.31之間,土壤酸堿度屬中性偏弱堿性；電導(dǎo)率71.9 μS/cm～327 μS/cm 之間,鹽分含量＜1000 μS/cm,不用洗鹽。按照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123-2019）,供試土樣均屬于低液限粘土（CL）。

（2）分散劑

分散劑種類很多,根據(jù)土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 50123-2019）[8]、公路土工試驗(yàn)規(guī)程（JTG E40-2007）[9]本次試驗(yàn)選用5種常用分散劑。分散劑分別是4%六偏磷酸鈉（Na6P6O18）、4%焦磷酸鈉（ Na4P4O7）、3.4%草酸鈉（Na2C2O4）、4%氫氧化鈉（NaOH）、25%氨水（NH4OH）。

1.2 研究方法

采用《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123-2019）規(guī)定的步驟進(jìn)行[8]。所有試驗(yàn)采用同一支甲種土壤密度計(jì),開始前一次性加入10 mL分散劑,攪拌均勻,1 min往復(fù)30次,所有過程盡量一致。試驗(yàn)平行2 次,取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。為使試驗(yàn)結(jié)果具有可比性,采用《分散性土研究》[10]一書介紹方法,研究了土樣在不加分散劑不煮沸的條件下的顆粒級配情況,作為對照試驗(yàn)。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

土樣不同分散劑下粘粒含量試驗(yàn)結(jié)果見表 2,土樣不同分散劑粘粒含量與粘粒含量均值差統(tǒng)計(jì)表見表3。

表2 土樣不同分散劑下粘粒含量試驗(yàn)結(jié)果

表3 土樣不同分散劑粘粒含量與粘粒含量均值差統(tǒng)計(jì)表

2.2 結(jié)果分析

（1）對于不加分散劑而言,測得土樣的粘粒含量很低,與加了分散劑的平均值相比,僅為14.4%～49.2%。如不加分散劑不煮沸的2 號、6 號土樣粘粒含量分別為2.4%、6.5%,加入不同分散劑后土壤粘粒含量有明顯的增加,分別達(dá)到14.8%～18.0%、9.8%～16.6%,是不加分散劑不煮沸的粘粒含量的2倍、7倍。說明本次選用的分散劑對黃土的分散均有較好效果,將大部分可以分散的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)分散成單粒,從而使粉粒和砂粒含量減少,粘粒增加。

（2）5種分散劑對土壤粘粒含量試驗(yàn)結(jié)果有明顯差異,其中分散效果4%焦磷酸鈉＞4% 六偏磷酸鈉＞3.4%草酸鈉＞4%氫氧化鈉＞25%氨水。這說明不同分散劑對土壤的分散效果不同；而就每組土樣而言,其差別大小也有所不同,說明粘粒含量測定過程中除了分散劑對測定結(jié)果有影響外,土壤中的原級顆粒和團(tuán)粒結(jié)構(gòu)不同也影響分散效果。

（3）從分散效果來講,4%焦磷酸鈉、4%六偏磷酸鈉分散效果最好,3.4%草酸鈉次之,25%氨水分散效果最差。從穩(wěn)定性效果來講,4%六偏磷酸鈉、3.4%草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)差較小穩(wěn)定性好,25%氨水、4%焦磷酸鈉、4%氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)差較大,分別是4%六偏磷酸鈉的1.5、1.7、2.0倍,穩(wěn)定性較差。

（4）土體的液限與土的顆粒級配、土粒的礦物成分、比表面積、表面電荷等因素有關(guān),一般而言,土體中粘粒含量越大,液限越高。以粘粒含量、液限分別為橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)做粘粒含量與液限之間關(guān)系圖,并擬合公式,求出相關(guān)系數(shù)（見表4）。從表4中可以看出,4%氫氧化鈉、3.4%草酸鈉的相關(guān)系數(shù)比較高,均高于粘粒平均值的相關(guān)系數(shù)；而4%六偏磷酸鈉、4%焦磷酸鈉、25%氨水的比較低,均低于粘粒平均值的相關(guān)系數(shù),說明4%氫氧化鈉、3.4%草酸鈉測定的粘粒含量與液限之間測相關(guān)性較高。

表4 土樣不同分散劑粘粒含量與液限之間相關(guān)系數(shù)

綜上所述,本試驗(yàn)5 種分散劑中,從分散效果來看優(yōu)選焦磷酸鈉和六偏磷酸鈉,從分散劑表現(xiàn)的穩(wěn)定性來看優(yōu)選六偏磷酸鈉和草酸鈉,從土的物理指標(biāo)相關(guān)關(guān)系來看,選擇氫氧化鈉、草酸鈉。但是由于氫氧化鈉溶液與空氣中的二氧化碳發(fā)生反應(yīng),會(huì)影響土水懸液中分散劑的濃度與分散效果。經(jīng)過綜合考慮,在測定黃土的顆粒分析試驗(yàn)中,建議分散劑首選六偏磷酸鈉。

3 結(jié)語

分散劑的選擇時(shí)應(yīng)考慮分散劑的種類,以既能達(dá)到將土粒分散,又不破壞土的原級顆粒,同時(shí)還要防止分散劑本身是否與土壤中的鹽分或空氣中的二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。通過對本次試驗(yàn)的分析統(tǒng)計(jì),由于六偏磷酸鈉不僅分散效果好,而且穩(wěn)定性很強(qiáng),建議黃土顆粒分析試驗(yàn)中分散劑選用六偏磷酸鈉。