温度及pH值对盐渍土导电率影响的试验研究

王兴为，王 旭,2，张延杰，李建东，蒋代军，刘德仁

(1. 兰州交通大学 土木工程学院，兰州 730070；2. 兰州交通大学 道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室，兰州 730070)

盐渍土对工程建设的影响，主要取决于盐渍土所含易溶盐的成分及含量.近几十年来，在岩土工程和公路工程领域，国内学者从易溶盐浸出液的制备效率、检测方法和测定精度等方面入手，研究了土体中易溶盐含量的检测方法.盐渍土地区易溶盐测试方法有溶液滴定法[1]、烘干质量法[2-3]、离子色谱仪法[4-5]、和溶液电导率法[6].溶液滴定法、烘干质量法、离子色谱仪法操作过程复杂、成本高、周期长，测试局限于室内，不能满足现场快速测试需要.电导率法具有便捷快速的特点，而且随科技发展，便携式电导率测定仪精度日益提高，该方法的推广使用，加速了盐渍土的现场检测速度，满足快速施工的要求.电导率法是通过测试土体浸出液的电导率来标定土体可溶盐含量.在测试时将两个电极板放入待测溶液中，在极板两端加上一定的电势，两极板和外界溶液形成闭合回路，回路中产生电流.外界条件一定时，土体浸出液中自由移动的离子浓度越大、离子所带电荷数越多，溶液导电能力越强，通过测定电导率，建立起电导率与被测定溶液的浓度的关系，进而标定土体可溶盐含量.

田巍巍[7]结合统计分析软件，研究了罗布泊地区的盐渍土样，发现盐渍土中的易溶盐含量与电导率具有较高的相关性.潘国勇等[8]考虑浸出液土水比、溶解时间、震荡时间等因素，采用电导率法对古黄土样品中的易溶盐总量进行了测定.赵星洁[9]发现电导率法测定土壤易溶盐含量的相对误差较小、复现性较好.张晓琴等[10]采用电导率法对硫酸盐土壤含盐量测试中发现，当单位质量土体中的易溶盐含量偏低或偏高时，电导率与含盐量存在不同的相关性.Cai等[11]通过试验发现，滨海盐渍土的电导率与含盐量之间存在定量关系.郭青林等[12]采用电导率法测定土遗址易溶盐含量，实验结果表明电导率法具有较高的精度，能够满足现场快速测定的要求.于兴详等[13]采用电导率法测定了兰新二线沿途盐渍土地区570个土样含盐量，得出了盐渍土含盐量快速分析的经验公式.

盐渍土地区气候条件特殊，夏季炎热，冬季干冷，昼夜温差大，温度起伏剧烈，最高温度超40 ℃.规范[14]中规定电导率仪测试环境温度参比值或范围为23 ℃，容差为±2 ℃.在现场采用电导率法进行易溶盐含量测试时，温度很难维持在规范规定范围内.此外，因盐渍土盐渍化程度不同、易溶盐组成不同、电解质产生的易溶盐溶液中的氢离子与氢氧根离子浓度(酸碱度)不同而导致盐渍土pH值不同.鉴于此，采用模拟试验方法，研究温度和pH值对易溶盐溶液电导率测定结果的影响规律，能为盐渍土地区电导率法的工程应用和推广提供参考.

1 试验简介

1.1 试验目的

通过室内试验测试不同类型、不同浓度盐溶液电导率随温度和pH值变化规律，研究环境温度和盐渍土pH值变化对土样浸出液电导率测定结果产生的影响.

1.2 试验方案

1.2.1 实验设备

采用哈纳HI8733电导率测定仪，电导率量程为0.00～19.99 mS/cm、0.00～199.9 mS/cm，使用环境为0～50 ℃，测量精度±1% F.S.,手动单点校准.试验参照规范[15]执行.

1.2.2 试样制备

实验一：选取西北地区盐渍土中常见的3种易溶盐NaCl、K2SO4及Na2CO3，分别配制浓度为0.1～1.9 g/L(浓度梯度0.2 g/L)10组溶液，在恒温水浴锅中加热至所需温度后测定其在3 ℃、8 ℃、12 ℃、17 ℃、23 ℃、28 ℃、33 ℃、38 ℃下的电导率，以探求温度对易溶盐溶液电导率的影响规律.

2 实验结果分析

2.1 温度对溶液电导率影响

按照实验一，不同浓度易溶盐溶液电导率随温度变化规律如图1所示.

由图1可知，随温度升高，不同浓度的各种易溶盐溶液及现场盐渍土浸出液的电导率线性增大，溶液温度与电导率均呈现出线性正相关.当浓度较低，为0.1 g/L时，温度对电导率的影响不甚明显.当易溶盐浓度增大为0.3～0.9 g/L时，温度对电导率的影响增大.当易溶盐浓度继续增大到1.1～1.9 g/L范围时，温度对电导率的影响显著增大，且随着各种易溶盐溶液浓度增大，电导率随温度变化曲线的斜率增大.原因是当温度增大时，电解质溶液中的离子或分子动能增大，导电物质运移速率加快，使得易溶盐溶液的电导率随温度的增大而增大.在浓度较小的溶液中，由于溶液中离子或分子总量有限，温度升高对于溶液导电能力增加并不明显，当浓度低于0.1 g/L，电导率随温度增加不甚明显，在测量溶液电导率时可以不予考虑.随易溶盐浓度增大，电导率随温度变化加剧，在测量时需考虑温度对于电导率测量的影响.

图1 温度对易溶盐溶液电导率的影响Fig.1 Effect of temperature on conductivity of soluble salt solution

2.2 溶液pH值对电导率的影响

调整后各种易溶盐溶液、模拟液、现场盐渍土浸出液的pH值与其电导率的关系如图2所示.分析试验结果可知，在NaCl、K2SO4、Na2CO3溶液中加入适量酸或碱溶液调整pH值后，由于溶液中自由移动的离子浓度增大，其电导率比原溶液增大.当原溶液浓度较低，小于2 g/L时，电导率增加幅度很小，可以忽略不计，随浓度增大，电导率随pH值变化幅度加剧.

由图2(a)可知，对于NaCl溶液，pH值在4～11变化时，pH值与电导率关系曲线近似为一条直线，pH值小于4或大于11时，电导率随pH降低或增大而增大.由图2(b)可知，对于K2SO4溶液，pH值在5～11间变化时，pH值与电导率关系曲线近似为一条直线，pH值低于5大于11时，电导率随pH降低或增大而增大.由图2(c)可知，对于不同浓度的Na2CO3溶液，在浓度低于4 g/L时，其电导率随pH值的变化曲线近似为一条直线，大于4 g/L时，电导率随pH值曲线呈现先减小后增大趋势.

由图2(d)和图2(e)可知，对于氯盐模拟液、硫酸盐模拟液和现场取样盐渍土浸出液，其电导率随pH值的增大均呈现出先减小、再保持不变，最后增大的变化规律.当溶液pH值在4～11范围变化时，其电导率也接近一定值，这表明实验采用模拟液模拟现场盐渍土溶液是可行的.对于室内制备的模拟液和现场取样制备的氯盐渍土溶液和硫酸盐渍土溶液，当溶液pH值介于4～10范围内时，溶液电导率变化可以忽略不计.对于模拟碱性盐渍土，随pH值的增加或减少而持续变化.

图2 pH值对易溶盐溶液电导率的影响Fig.2 Effect of pH value on conductivity of soluble salt solution

3 结论

1) 随着温度升高，各种易溶盐溶液的电导率线性增大，溶液温度与其电导率呈现出线性正相关，且温度对溶液电导率的影响随易溶盐浓度的增大而增大.在溶液浓度低于0.1 g/L时，温度对于电导率影响并不大，可以忽略温度对电导率测试结果的影响.

2) 当易溶盐溶液浓度较低，小于2 g/L时，电导率随pH值变化很小，可以忽略pH值对电导率影响，随溶液浓度增大，电导率随pH值变化幅度增大.当pH值在5～10范围内时，pH值对硫酸盐和氯盐电导率的影响不明显，不影响易溶盐含量测定结果.但对于碱性盐渍土，电导率随pH值的变化而持续变化，在测定过程中需要考虑溶液pH值对电导率的影响.