芯吸纖維作用下鹽漬土水鹽降低效果研究

楊若辰，張吾渝，孫曉輝，郭 峻，唐雄宇

(1.青海大學(xué) 土木工程學(xué)院，青海 西寧 810016；2. 青海省建筑節(jié)能材料與工程安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810016；3. 深圳大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院，廣東 深圳 518000)

0 引言

公路因其具有建設(shè)環(huán)境多樣、施工條件復(fù)雜的特點(diǎn)，其路基常常會(huì)出現(xiàn)濕化、軟化及沉陷等問題，從而嚴(yán)重影響工程質(zhì)量。路基出現(xiàn)濕化、軟化及沉陷的重要原因之一是地面雨水的入滲及地下毛細(xì)水的上升[1]。相關(guān)研究表明，過量的水在路基中長(zhǎng)時(shí)間存留會(huì)顯著降低路基土的彈性模量及服役性能，從而減少路基的使用壽命[2-4]。鹽漬土作為一種特殊土，因其含鹽的特性，在相同條件下會(huì)導(dǎo)致更為嚴(yán)重的病害[5-7]。因此，能夠及時(shí)遷移并排出路基中多余的水分對(duì)于工程質(zhì)量的保障至關(guān)重要。

目前對(duì)于路基土的水分侵入所采用的方法以被動(dòng)防御型為主，主要方法包括水分隔斷法及換填法[8]。水分隔斷法主要是設(shè)置隔斷層。設(shè)置隔斷層雖可在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)水分的控制，但水分在隔斷層界面的聚集可能引起更為嚴(yán)重的病害。換土法雖可以暫時(shí)減弱土體中水鹽的遷移，但不能長(zhǎng)時(shí)間防止外來水分的侵入以及隨水分帶入的鹽分。并且，換填法較高的成本限制其在工程中大量應(yīng)用。此外，傳統(tǒng)的排水板在路基土排水中也得到了應(yīng)用，但傳統(tǒng)排水板主要依靠重力排水，并且僅能在土體接近飽和時(shí)進(jìn)行排水。隨著土體含水率的降低，土體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉秋柡蜖顟B(tài)，排水板的排水效率大大降低。然而在實(shí)際工程中，大部分土體都為非飽和狀態(tài)，這會(huì)嚴(yán)重限制傳統(tǒng)排水材料的使用范圍以及作用效果。

針對(duì)以上問題，國(guó)際上研制了一種新型土工合成材料，被命名為“芯吸土工布”(圖1(a))。采用芯吸土工布對(duì)路基進(jìn)行加筋，該土工布一段置于路基外部，通過內(nèi)外蒸氣壓差使路基中水分在非飽和狀態(tài)下排出，為路基的排水提供了一種新的思路。其特有的凹槽狀截面結(jié)構(gòu)以及親濕基團(tuán)可在土體中產(chǎn)生毛細(xì)力，從而對(duì)土體中的水分產(chǎn)生“芯吸作用”，在非飽和土體中可產(chǎn)生持續(xù)地主動(dòng)排水作用。國(guó)際上學(xué)者對(duì)芯吸土工布開展了研究。Han等、Lin等[9-10]對(duì)吸水土工合成材料的吸水特性進(jìn)行了研究。Han指出吸水土工材料對(duì)于水分的遷移機(jī)制分為重力排水及吸力排水兩部分。Lin指出空氣與土體之間因濕度差而引起的吸力差是吸水土工材料排水的主要機(jī)理。Guo[11]等通過室內(nèi)試驗(yàn)在溫濕度控制的情況下研究了芯吸土工布對(duì)于水分的去除效率，并根據(jù)蒸汽壓、溫度和相對(duì)濕度對(duì)芯吸土工布的水分去除率進(jìn)行了量化。針對(duì)芯吸土工布作用土體時(shí)的情況，Wang[12]等通過室內(nèi)模型試驗(yàn)驗(yàn)證了芯吸土工布作用集料時(shí)的有效性。Guo[13]等通過室內(nèi)土柱試驗(yàn)研究了芯吸土工布在壓實(shí)集料中的水分遷移機(jī)理，得出了芯吸土工布相較于傳統(tǒng)土工布具有更為明顯的排水效果，同時(shí)分析了芯吸土工布的有效作用距離。

以上研究表明芯吸土工布作用砂性集料時(shí)的有效性，但其作用于黏性土的效果有待進(jìn)一步研究。同時(shí)吸水土工材料在解決實(shí)際工程問題方面具有重大應(yīng)用潛力，因此開展吸水材料作用鹽漬土水分遷移的研究具有較大的研究?jī)r(jià)值及應(yīng)用意義。我國(guó)范圍內(nèi)對(duì)于芯吸土工織物的研究較為罕見，并且我國(guó)鹽漬土分布十分廣泛，鹽漬土路基病害的處理與防治是目前研究的熱點(diǎn)，目前尚缺乏芯吸纖維作用下的鹽漬土水分遷移的研究。鹽漬土因其含鹽的特性，鹽分在隨水遷移的過程中可能在國(guó)際上現(xiàn)有的成品纖維上附著，對(duì)纖維進(jìn)行堵塞，從而影響芯吸纖維的作用效果。針對(duì)目前芯吸纖維存在的問題，以滌綸纖維為基礎(chǔ)，通過改變其斷面結(jié)構(gòu)研制了針對(duì)鹽漬土的新型芯吸纖維，使其比國(guó)際上現(xiàn)有的芯吸纖維擁有更小的截面尺寸以及更大的比表面積，從而使其在具有更強(qiáng)的排水能力的同時(shí)不易被鹽分附著造成堵塞。

本研究通過室內(nèi)土柱試驗(yàn)，在溫濕度控制的條件下對(duì)比分析了國(guó)際上成品芯吸纖維以及自行改造研制的滌綸纖維作用鹽漬土?xí)r水分遷移及水鹽排出情況，并結(jié)合纖維材料對(duì)土體的作用機(jī)理及其微觀結(jié)構(gòu)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析討論，以期為芯吸土工織物在國(guó)內(nèi)鹽漬土地區(qū)的推廣與應(yīng)用提供一定理論指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)用土

試驗(yàn)所用鹽漬土取自青海省海東市某地，通過試驗(yàn)得到其基本物性指標(biāo)如表1所示。

表1 鹽漬土的基本物理性質(zhì)Tab.1 Basic physical properties of saline soil

1.2 試驗(yàn)纖維

試驗(yàn)所用芯吸纖維采用2種纖維，第1種纖維取自國(guó)際上某成品芯吸土工布。其纖維斷面分布有軸向溝槽，在土體中可形成毛細(xì)通道從而實(shí)現(xiàn)在土體中的排水。試驗(yàn)時(shí)將纖維從編織成型的土工布中抽出進(jìn)行使用。第2種纖維為自行研制經(jīng)改造后的滌綸纖維，通過改變滌綸原有的截面結(jié)構(gòu)，使纖維表面存在軸向溝槽，以便水分在毛細(xì)力的作用下進(jìn)行排水。2種纖維如圖1所示。

圖1 芯吸纖維Fig.1 Wicking fiber

1.3 試驗(yàn)傳感器

能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)土體含水率準(zhǔn)確連續(xù)監(jiān)測(cè)對(duì)于試驗(yàn)的成功至關(guān)重要。試驗(yàn)中為實(shí)現(xiàn)對(duì)土體含水率的連續(xù)監(jiān)測(cè)，采用EC-5水分傳感器(圖2所示)。EC-5傳感器是一種電容式變換器，內(nèi)部由方波信號(hào)發(fā)生電路、RC充放電電路以及時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換電路組成，通過傳感器上電容的變化來測(cè)量土體的介電常數(shù)，最終通過輸出電壓來表征土體的含水率。

圖2 EC-5水分傳感器Fig.2 EC-5 Moisture sensor

相關(guān)研究表明[14-16]，EC-5傳感器受土體壓實(shí)度、溫度等因素的影響，并且根據(jù)土體的類型會(huì)呈現(xiàn)出不同的響應(yīng)。因此，在使用EC-5傳感器時(shí)需要根據(jù)土體的類型及試驗(yàn)條件開展標(biāo)定試驗(yàn)。部分學(xué)者[17-18]通過體積含水率來表征土體的含水量，體積含水率往往是以土體的質(zhì)量含水率為參照，采用土體三相換算公式計(jì)算得到，其數(shù)值由土體質(zhì)量含水率所決定，并且在換算過程中其所用到的換算指數(shù)——土體干密度受人為影響較大。本試驗(yàn)為盡量保證傳感器數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，在傳感器標(biāo)定時(shí)控制土體的壓實(shí)度及環(huán)境溫度與試驗(yàn)時(shí)相同，通過將傳感器埋設(shè)在不同含水率梯度土樣中所采集到的電壓值對(duì)所有傳感器分別擬合出質(zhì)量含水率-輸出電壓值曲線。擬合結(jié)果表明，質(zhì)量含水率與輸出電壓之間有良好的指數(shù)關(guān)系，通過式(1)對(duì)所有傳感器進(jìn)行擬合，確定待定系數(shù)，得出所有傳感器的擬合公式。1號(hào)傳感器擬合曲線如圖3所示。

(1)

式中,y為土體質(zhì)量含水率；x為傳感器輸出電壓值；a,b,c為擬合參數(shù)。

圖3 1#傳感器擬合曲線Fig.3 Fitting curve of sensor 1

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為研究芯吸纖維對(duì)不同位置土體水分降低的效果，本次試驗(yàn)通過定制的有機(jī)玻璃桶開展土柱試驗(yàn)。玻璃桶尺寸為150 mm×360 mm，在中間兩側(cè)處開有長(zhǎng)度為90 mm，高度為10 mm的縫隙用于布置芯吸纖維。試驗(yàn)時(shí)控制2種纖維質(zhì)量相同(成品纖維64束，滌綸纖維378束)，分別將成品纖維以及滌綸纖維均勻布設(shè)在尺寸為90 mm×800 mm的金屬框架上，以保證纖維與土體擁有充分的接觸面積。

試驗(yàn)用土過10 mm篩，過篩后對(duì)土體進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，置于烘箱中烘干土中水分，使用蒸餾水配置土體到指定含水率，悶料24 h以上。制樣前，對(duì)含水率配置完成后的土體進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，盡可能使土體中的水分及鹽分分布均勻。土體分6層被壓實(shí)，在壓實(shí)土樣過程中將傳感器及纖維埋設(shè)土體試樣之中。每個(gè)試樣在不同高度位置處布設(shè)6個(gè)傳感器，傳感器豎直方向上的布置間距為60 mm。為防止傳感器之間的相互影響，傳感器在水平方向上采用螺旋布設(shè)的形式。芯吸纖維被置于試樣中部，兩端暴露于空氣之中。纖維在布設(shè)于土樣之前處于干燥狀態(tài)。制樣完成后對(duì)試樣采用橡皮膜及膠帶密封，僅為纖維留出排水空間，以防止水分蒸發(fā)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成的影響。

試樣制備完成后被放置于溫濕度控制的試驗(yàn)箱中，試驗(yàn)箱可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，通過安裝在試驗(yàn)箱內(nèi)部的除濕機(jī)控制試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)的濕度，當(dāng)濕度達(dá)到設(shè)定值時(shí)除濕機(jī)自動(dòng)關(guān)閉，當(dāng)濕度高于設(shè)定值2%時(shí)除濕機(jī)自動(dòng)開啟。采用安捷倫采集儀采集數(shù)據(jù)，采集頻率為30 min。試驗(yàn)共包括3個(gè)土柱試樣，第1個(gè)為無纖維對(duì)照組(試樣整體密封)，第2個(gè)為成品芯吸纖維試樣，第3個(gè)為滌綸芯吸纖維試樣。試驗(yàn)方案如表2所示，試驗(yàn)系統(tǒng)圖如圖4所示。

表2 試驗(yàn)方案Tab.2 Test scheme

圖4 試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.4 Test system

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 土樣含水率變化

圖5為3個(gè)試樣不同位置處含水率隨時(shí)間的變化關(guān)系，每個(gè)傳感器分別通過各自的擬合曲線換算為質(zhì)量含水率。為消除試驗(yàn)開始前不同試樣含水率差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果帶來的影響，各位置處含水率隨時(shí)間的變化曲線為任意時(shí)刻土體質(zhì)量含水率減去各自位置處的初始含水率。由圖5可知，2種纖維均有較為明顯的減水效果。除210 mm位置處，其余位置滌綸纖維相較于成品纖維均有更高的排水效率。在210 mm 位置處，成品纖維比滌綸纖維擁有更好的減水效果可能是由于土體壓實(shí)度以及傳感器的測(cè)量誤差所導(dǎo)致。并且各位置處水分降低大體呈現(xiàn)先快后慢的趨勢(shì)，這是因?yàn)樵谠囼?yàn)初期，試樣含水率較高時(shí)，土體飽和度較大，大顆粒之間的水分受到土顆粒較小的基質(zhì)吸力，首先被纖維所作用。隨著土體含水率的降低，土體飽和度降低，基質(zhì)吸力增加，芯吸纖維所產(chǎn)生的吸力與土體基質(zhì)吸力的差值逐漸減小，因此水分遷移速率逐漸降低。

圖5 不同位置處含水率隨時(shí)間變化曲線Fig.5 Curves of moisture content varying with time at different positions

在試驗(yàn)前200 h，對(duì)照組試樣含水率在試驗(yàn)初始含水率值上下波動(dòng)，由于對(duì)照試樣處于完全密封狀態(tài)，無外界水分的增加與流失，產(chǎn)生波動(dòng)的原因可能是在試驗(yàn)進(jìn)行初期含水率分布不均，試樣中的水分在勢(shì)能的作用下進(jìn)行重分布，導(dǎo)致土體不同位置處含水率產(chǎn)生波動(dòng)。隨著試驗(yàn)時(shí)間的推移，水分重分布基本完成，因此對(duì)照組試樣各位置處含水率基本趨于穩(wěn)定。

同時(shí)，可以看出，不同位置處纖維起到排水作用時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間也有所區(qū)別。在距離纖維位置最近的210 mm及150 mm處，纖維在試驗(yàn)開始初期便起到了顯著的減水作用。距離纖維位置較遠(yuǎn)的330 mm 以及30 mm位置處，在試驗(yàn)初期，纖維作用效果并不明顯，隨著時(shí)間的推移，纖維的排水作用逐漸影響到較遠(yuǎn)位置處。這是因?yàn)榭拷w維的土體最先起到作用，隨著纖維的持續(xù)作用，靠近纖維的土體含水率降低，未被作用的土體仍保持較高的含水率，產(chǎn)生的梯度差成為水分遷移的動(dòng)力，未被作用的土體中的水分向水勢(shì)能低的位置進(jìn)行遷移，纖維持續(xù)將附近土體中的水分帶出并蒸發(fā)到空氣中，因此產(chǎn)生的水勢(shì)能會(huì)不斷使較遠(yuǎn)處土體中的水分遷移，從而起到持續(xù)減水的效果。并且，對(duì)比圖5(a)～(c)以及5(d)～5(f)可知，纖維上部水分相較于纖維下部土體水分減少量更為顯著，同時(shí)纖維起到作用時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間也更短，這是因?yàn)槔w維上部分土體中的水分在重力場(chǎng)的作用下?lián)碛懈斓南蛳逻w移速率，而纖維下部分土體中的水分進(jìn)行遷移時(shí)則需克服土顆粒吸力與自身重力的雙重作用，因此遷移速率較為緩慢。

圖6為試樣含水率變化的平均值，由圖6可知，在試驗(yàn)周期內(nèi)，成品纖維與滌綸纖維均能有效地降低土體含水率，成品纖維在試驗(yàn)周期內(nèi)使土體的質(zhì)量含水率降低了約1.93%，滌綸纖維降低了約2.40%，滌綸纖維相較于成品纖維擁有更好的排水效果。

圖6 含水率隨時(shí)間變化平均值Fig.6 Average moisture contents varying with time

2.2 芯吸纖維有效作用范圍

為進(jìn)一步分析不同位置處試樣的水分遷移規(guī)律以及芯吸纖維的有效作用范圍，采用如下公式計(jì)算不同位置處的含水率變化量：

Δw=wwg-wc,

(2)

式中,Δw為不同位置處含水率變化量；wwg為不同位置處芯吸纖維試樣含水率變化值；wc為不同對(duì)應(yīng)位置處對(duì)照試樣含水率變化值。

繪制不同時(shí)間下芯吸纖維試樣的Δw曲線圖如圖7所示，當(dāng)Δw為負(fù)值時(shí)表明該位置土體處含水率相較于對(duì)照試樣降低。

圖7 不同深度含水率變化Fig.7 Moisture content changes at different depths

由圖7可知，在試驗(yàn)開始初期，2個(gè)芯吸纖維試樣中距離纖維最近的中間位置處Δw呈現(xiàn)負(fù)值，試樣兩端Δw在零點(diǎn)附近，表明試樣中間位置處含水率降低顯著，試樣兩端尚未受到芯吸纖維的作用。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，兩端的Δw逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)值，表明纖維的有效作用距離隨著時(shí)間的推移逐步增加。并且纖維下部的土體中Δw呈現(xiàn)負(fù)值說明纖維產(chǎn)生的吸力在一定范圍內(nèi)可以克服土體中土顆粒對(duì)水分的吸力和水分自身重力雙重作用的影響，這表明在實(shí)際工程中芯吸纖維除控制地表水下滲外，對(duì)于控制地下水的上升也具有重要意義。同時(shí)試驗(yàn)表明，在本試驗(yàn)數(shù)量的芯吸纖維及土體含水率的條件下，纖維的上下有效作用距離可達(dá)150 mm以上，并且纖維的作用程度與到纖維的垂直距離呈負(fù)相關(guān)，且滌綸纖維總體相較于成品纖維擁有更高的排水效率。

2.3 土樣含鹽量變化

在芯吸纖維的作用下，部分易溶鹽隨水分被帶出，為定量分析隨水分被帶出的鹽分，根據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》(GB/T50123—2019)中易溶鹽總量測(cè)定的相關(guān)規(guī)定[19]，在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)對(duì)試樣不同位置處土體的易溶鹽的總含鹽量進(jìn)行了測(cè)定，繪制了不同位置的含鹽量曲線圖如圖8所示，對(duì)照組試樣在不同位置處的含鹽量略有差異，但范圍在0.15%之內(nèi)，這主要是由于試樣中的鹽分無法完全均勻分布，同時(shí)鹽分隨水分進(jìn)行了一定程度的遷移。同時(shí)，成品纖維與滌綸纖維對(duì)于試樣含鹽量的降低均有顯著的作用，成品纖維與滌綸纖維相較于對(duì)照組含鹽量分別降低了0.31%和0.46%，滌綸纖維相較于成品纖維擁有更明顯的降鹽效果，這為鹽漬土病害的預(yù)防提供了一種新的思路。

圖8 易溶鹽含量Fig.8 Soluble salt contents

為對(duì)比分析試樣水分與鹽分的遷移規(guī)律，繪制試驗(yàn)結(jié)束時(shí)芯吸纖維試樣的含水率及易溶鹽變化圖(圖9所示)。其中，含水率變化值為芯吸纖維試樣與對(duì)照試樣各位置處含水率的差值，易溶鹽變化值為芯吸纖維試樣與對(duì)照試樣易溶鹽含量平均值4.21%的差值。從圖9可知，水分與鹽分的變化有較為良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這是因?yàn)橥馏w中的易溶鹽溶解在水分當(dāng)中，水分作為易溶鹽遷移的載體，在水分被排出的過程中出現(xiàn)了“鹽隨水動(dòng)”的情況。

圖9 含水率、易溶鹽變化Fig.9 Changes of moisture content and soluble salt

2.4 纖維鹽分附著量

在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)成品纖維表面有明顯的鹽分附著(圖10)，而滌綸纖維鹽分附著量并不明顯。為定量分析2種纖維的鹽分附著量，在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，將固定在金屬框架上暴露在空氣中的纖維剪下，放入烘箱中烘干，待纖維表面的水分完全烘干后使用分析天平(精確至0.000 1 g)稱取兩種附著有鹽分纖維的質(zhì)量并記錄，將稱量完成后的纖維用純凈水洗去纖維表面的鹽分，當(dāng)浸有纖維的洗鹽液的電導(dǎo)率與純凈水電導(dǎo)率相近時(shí)認(rèn)為纖維表面的鹽分被洗凈。將洗凈后的纖維再次放入烘箱中烘干，烘干后再使用分析天平稱取2種纖維的質(zhì)量。定義鹽分附著系數(shù)C如下：

(3)

式中,ms為附著有鹽分的纖維的質(zhì)量；mf為經(jīng)水洗烘干后纖維的質(zhì)量。

計(jì)算表明，成品纖維的鹽分附著系數(shù)Cc為1.326，滌綸纖維的鹽分附著系數(shù)Cp為0.337。結(jié)果表明成品纖維的鹽分附著量遠(yuǎn)高于滌綸纖維，成品纖維的鹽分附著也是阻礙成品纖維在鹽漬土中發(fā)揮效果的原因之一。

圖10 纖維表面鹽分附著Fig.10 Salt adhesion on fiber surface

3 思考與討論

3.1 芯吸纖維排水機(jī)理分析

芯吸纖維的加入實(shí)質(zhì)上是打破了土體中原有的水勢(shì)能平衡，芯吸纖維通過其毛細(xì)通道改變了土體中的基質(zhì)勢(shì)，為水分排出提供了介質(zhì)，土體內(nèi)外濕度差為水分的排出提供了動(dòng)力。

芯吸纖維對(duì)土體的作用機(jī)理可以分為3個(gè)階段:第1階段為在毛細(xì)力的作用下土體中的水分被纖維所吸收;第2階段為在土體內(nèi)外蒸汽壓力的作用下，水分向蒸汽壓低的空氣部分進(jìn)行遷移;第3階段為被帶出的水分蒸發(fā)到空氣當(dāng)中。3個(gè)階段的循環(huán)作用使土體中的水分不斷向外界遷移，這一過程一直持續(xù)到土顆粒對(duì)水分的吸力等于纖維對(duì)水分的吸力時(shí)結(jié)束。由此可知，外界與土壤的濕度差是芯吸纖維排水的主要?jiǎng)恿χ?。相關(guān)研究表明[6]，在飽和度較高時(shí)，土體對(duì)水分的吸力往往低于1 000 kPa，而濕度較高的土壤(接近100%)與濕度較低的空氣(通常低于50%)之間的濕度差可達(dá)到1 000 kPa至100 000 kPa。在無降雨的實(shí)際環(huán)境中，空氣濕度基本處于50%以下，土壤中的濕度基本保持在90%以上，芯吸纖維以此產(chǎn)生的吸力差可以將水分從土體中排出，因此芯吸纖維在實(shí)際工程中具有較為廣泛的應(yīng)用范圍。纖維作用土體示意圖如圖11所示。

圖11 纖維作用土體示意圖Fig.11 Schematic diagram of fibrous soil

3.2 不同纖維作用差異分析

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果可知，滌綸纖維相較于成品纖維擁有更高的排水效率，水分遷移的差異與2種纖維的尺寸結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。為進(jìn)一步分析2種纖維排水效率差異，對(duì)試驗(yàn)前以及試驗(yàn)結(jié)束后附著有鹽分的代表纖維試樣進(jìn)行了電鏡掃描(圖12)，可從2個(gè)方面進(jìn)行解釋。

圖12 芯吸纖維電鏡掃描圖Fig.12 SEM photos of wicking fiber

通過掃描電鏡結(jié)果可知，成品纖維橫斷面尺寸約為滌綸纖維橫斷面尺寸3倍左右，同時(shí)成品纖維相較于滌綸纖維擁有更大的溝槽直徑。根據(jù)毛細(xì)作用的原理，滌綸纖維相較于成品纖維擁有更大的毛細(xì)力。換言之，在外界條件相同的情況下，滌綸纖維對(duì)土體中的水分擁有更強(qiáng)的吸力，這是滌綸纖維擁有比成品纖維更高排水效率的一個(gè)重要原因。

在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，成品纖維表面相較于滌綸纖維表面有明顯的鹽分附著，從而對(duì)成品纖維的持續(xù)排水產(chǎn)生了阻礙影響。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是每絲滌綸纖維的直徑為10 μm，溝槽直徑為3 μm左右，而每絲成品纖維的直徑在30 μm以上，溝槽直徑在10 μm左右。成品纖維相較于滌綸纖維擁有更深的溝槽深度，為大顆粒結(jié)晶鹽分附著提供了充足空間。同時(shí)，單根成品纖維的尺寸約為單根滌綸纖維的6倍，滌綸纖維更小的截面尺寸為鹽分的附著提供了更小的空間，對(duì)鹽分產(chǎn)生的吸附力更小，大顆粒結(jié)晶鹽分在重力的作用下掉落。此外，在纖維的編織方式上，成品纖維采用螺旋的編織方式，使每根纖維之間產(chǎn)生更為緊密的相互作用力，每絲纖維上鹽分的排出受到周圍纖維的阻礙作用，長(zhǎng)此已久，造成了纖維表面鹽分的附著。滌綸纖維采用的直線型的編織方式，使每絲纖維擁有更多的與外界接觸的空間，附著在纖維表面的鹽分受纖維之間的阻礙作用較小，隨著時(shí)間的推移，滌綸纖維上累積的大顆粒結(jié)晶鹽分在重力作用下墜落，因此滌綸纖維表面的鹽分附著相較于成品纖維更少。

由以上分析可知，芯吸織物的參數(shù)及結(jié)構(gòu)對(duì)于其作用效果擁有較大影響，在今后的研究分析中，需將織物參數(shù)納入重點(diǎn)研究范疇之內(nèi)。

4 結(jié)論

本研究基于鹽漬土的特性，以滌綸纖維為基礎(chǔ)，自行研制了新型芯吸纖維。通過土柱試驗(yàn)，研究了2種芯吸纖維作用鹽漬土的水分遷移規(guī)律及水鹽排出作用，得出了以下結(jié)論：

(1)成品纖維及滌綸纖維作用非飽和粉質(zhì)黏土?xí)r均可以起到顯著的排水作用。在本試驗(yàn)中，成品纖維降低試樣含水率平均值約為1.92%，滌綸纖維試樣含水率降低平均值約為2.40%，自行研制的滌綸纖維相較于成品纖維擁有更好的排水效果。

(2)在本試驗(yàn)中，成品纖維及滌綸纖維的上下有效作用范圍在150 mm以上，且作用效果與土體到纖維的豎向距離呈負(fù)相關(guān)。同時(shí)，滌綸纖維相較于成品纖維作用土體時(shí)所需的時(shí)間更短。

(3)纖維作用鹽漬土?xí)r，部分易溶鹽隨水分被帶出，2種纖維對(duì)于試樣含鹽量的減少均有明顯效果，并且滌綸纖維相較于成品纖維降鹽作用更為明顯，這為預(yù)防鹽漬土病害提供了一種新的思路。同時(shí)，水分作為鹽分運(yùn)移的載體，二者在遷移上有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

(4)纖維截面尺寸及結(jié)構(gòu)對(duì)于排水效果有顯著影響，滌綸纖維更細(xì)的毛細(xì)通道可為其提供更高的排水效率，同時(shí)更小的截面積及更小的吸附力為鹽分的附著提供了更小的可能，從而降低了鹽分對(duì)纖維的影響。在今后芯吸織物設(shè)計(jì)時(shí)需降低纖維溝槽尺寸，增加溝槽數(shù)量，提升纖維比表面積，編織上宜采用直線型編織方式，以增加水分遷移效率。