刘 静

辽宁省东煤测试分析研究院有限责任公司 辽宁 沈阳110000

膨胀土是由亲水性矿物蒙脱石组成,具有强胀缩性的高塑性黏土。由于蒙脱石特性遇水后水分子进入矿物颗粒内,导致大量矿物颗粒组成土样产生宏观膨胀,被外界限制产生膨胀压力,膨胀土为土木工程带来很大危害,包括建筑物基础,挡土墙等。膨胀土在世界范围内分布广泛,由于其胀缩特性使得各类工程建设受到破坏。澳大利亚南部有的城市50%的建筑遭受危害,日本不少铁路通过膨胀土地区出现隧道仰拱隆起等。阳离子交换量是判断膨胀土属性的主要依据,膨胀土吸水膨胀后急剧收缩,工程上威胁构建物安全。随着铁路客运专线的发展,对路基稳定性、地基承载力提出更高的要求。准确测定膨胀土阳离子交换量尤为重要。

1 膨胀土机理研究

膨胀土是具有显著湿胀干缩特性及超固结性的高液限非饱和黏土,由于其对工程建设危害性,国内外研究人员对膨胀土的成因机理作出大量研究。矿物学上定义为以蒙脱石为主,含有高岭石等矿物的岩土。蒙脱石是影响膨胀土胀缩性主要矿物成分,由于黏土颗粒与周围水溶液离子交换改变结合水数量,蒙脱石是活性强的次生黏土矿物,晶层内硅离子被其他阳离子交换。膨胀土分布遍及世界各国,我国投运铁路中很多铁路需穿越膨胀土地区。

2.2 调节离心管平衡,将平衡好的离心管对称放入离心机中,在3000～4000 r/min的转速下,离心5 min左右。如需测定交换性盐基,将离心管上部清液收集在250 mL容量瓶中,待用,如不测定,弃去。

2.3 于离心管中加少量乙醇,用橡皮头玻璃棒搅拌土样,使其成为泥浆状态,再加人50～60 mL95%乙醇溶液,充分搅拌,以洗去土粒表面多余的乙酸铵。将平衡好的离心管放人离心机中,在3000～4000 r/min的转速下,离心5 min左右。弃去乙醇,直至过剩铵盐洗净为止(取数滴离心清液放在白瓷比色板上,加人1滴定氮混合指示剂或钠氏试剂检查)。一般洗涤三次即可,个别试样在洗涤到最后可能出现混浊,此时可加人20 mL95%乙醇和40 mL丙酶(苯),搅拌,离心洗涤。

2.6 停止反应,用水冲洗缓冲管的内壁将洗液洗入锥形瓶内,取下锥形瓶,加人3～5滴混合指示剂,用盐酸标准溶液滴定吸收液由蓝色变为紫红色。同时做空白试验。

膨胀土是含有较多黏土矿物的特殊土,具有快速崩解等特性,具备固结状态较好的特点。膨胀土工程特性对建设路基等工程结构造成威胁[1]。膨胀土造成经济损失估算每年约超过50亿美元。膨胀土引发的工程地质问题受到人们的重视。膨胀土病害类型体现在边坡与地基两方面,膨胀土边坡不稳定性造成建筑物开裂,膨胀土胀缩特性导致路基发生破坏,路堤边坡坡角坍落等。膨胀土地基受温度影响导致地基上建筑物开裂破坏。膨胀土为达到规定工程特性指标,需要对其进行改善保证符合相关规范。工程建设中可通过改变含水量消除部分胀缩性,强膨胀土需通过化学方法改良处理。

最早对膨胀土工程问题的认识源于1938年美国钢制虹吸管工程,1958年膨胀土黏土学术会议在克罗里达州召开,1959年到1977年期间美国、英国等在规范中添加膨胀土相关内容。我国对膨胀土研究始于50年代初成渝铁路建设工程,国内在铁路干线及工业民用基础工程建设中进行大量实验研究,为工程施工设计提供科学依据。1990年我国首届膨胀土工程研究会议召开,为膨胀土研究指明了方向。为后续工程设计施工提供理论经验。

2 膨胀土阳离子交换量测定实验

为保证颁布标准《铁路工程岩土化学分析规程》顺利实施,为工程建设提供可靠岩土化学分析技术参数非常必要。1987年颁布的铁路工程岩土化学分析方法经多年测试工作建言,部分项目分析方法滞后于化学分析测试机技术手段,修编主要增加岩土化学分析项目,对许多测试项目调整使用酸溶法融矿。增加测试项目包括氧化锰含量,阳离子交换量等。

测定阳离子交换量可组装仪器,定氮仪通过可编程未处理起电子控制,使用定氮仪测定土壤中阳离子交换量蒸馏时间可减少23 min,节约时间资源。操作中由于定氮仪为密闭装置,蒸馏液体体积稳定,比使用自装蒸馏仪提高分析实验精确度。

膨胀土研究始于50年代,我国由于修建成渝铁路首次遇到膨胀土危害问题开展相关研究。1988年国家计委会颁布膨胀土建筑技术规范,第二届膨胀土科研会上总结膨胀土地区公铁路等工程建设经验。本文实验研究膨胀土阳离子交换量测定,已完成多批膨胀土勘测样测试,抽取代表性样品分析,根据TB10042-95膨胀土潜势分级规章,将膨胀土分为弱中强三级。按测阳离子交换量对膨胀土分级,结论基本一致。按规范要求对膨胀土判别更加准确。