硫酸钠又称无水芒硝，多为无色透明，易溶。溶于水后其水溶液对温度变化极为敏感。其溶解度曲线如图5-5所示。
图5-5 硫酸钠的溶解度曲线
其反应方程式为Na2SO4+10H2O→Na2SO4·10H2O。
硫酸钠吸水结晶，其体积增大的比值可以从式（5-3）求得：
式中 εv——硫酸钠结晶后体积增大倍数；
W1——结晶硫酸钠的重量；
G1——结晶硫酸钠的比重；
W2——无水硫酸钠的重量；
G2——无水硫酸钠的比重。
将分子式代入式（5-3）得
在溶液中随着温度的降低，硫酸钠的溶解度迅速减小，因而溶液很快饱和，如图5-6所示，但此时溶液虽已饱和，结晶体却尚未形成。
图5-6 结晶过程示意图
温度的进一步降低，使溶液中的硫酸钠出现过饱和现象，如图5-6中过饱和曲线所示。在溶液达到过饱和曲线以后，不论是温度的降低还是溶液中出现“晶核”，结晶体即会大量析出，并使溶液的状态从溶解度过饱和曲线回到溶解度曲线位置。此后，随着温度的变化，根据溶液饱和性原理，溶液中硫酸钠晶体的量随温度的升高而减少或随温度的降低而增加。这是硫酸钠在纯溶液中的结晶状况，而在土体中硫酸钠的结晶状况要比纯溶液中复杂得多，主要原因是盐渍土中为一多相体系（包括土—水—气—晶体），硫酸钠的结晶膨胀受到许多因素的限制，如含水量、含盐量、土的性质、土的种类、盐的种类、上负荷载等。
5.2.1.2 封闭系统下硫酸钠盐渍土在降温过程中的水分和盐分的迁移
1）水分迁移的原动力
盐渍土在降温过程中水分迁移原动力的一种普遍提法叫作吸着力，即一系列分子作用力。为了确定原动力的数值，曾提过下列14种假设：毛细力；液体内部的静压力；结晶力；蒸汽状态水的位移；气压液泡；允吸力；渗透压力；电渗力；真空吸力；化学势；趋向冻结锋面的液压降低；冻结带中的液压梯度；冻结带中的自发孔隙充填；冰压力梯度。(www.xing528.com)
因为在自然条件下，水分迁移取决于力学的、物理的和物理化学因素的总和，所以上述每一种假设都只能代表某种特定条件下的水分迁移的原动力。
2）影响水分迁移驱动力的基本要素
从热力学的观点看，土水体系中的水分迁移是由该体系中的水处于不平衡状态引起的。这种不平衡状态是由许多力，包括物理、物理化学、力学和水分迁移期间产生的其他过程综合作用的结果，可以认为温度、未冻水含量和土水势可看作盐渍土中水分迁移的三大要素。
（1）水分的影响。温度是导致土中水相变、制约冻土中未冻水含量以及相应制约土水势的一个主导因素。温度控制了土体的温度梯度，水分迁移的方向、速度和迁移量。若降温速率大，在降温过程中，水分没有充裕时间向上方冷端迁移聚集。故水分迁移量小，反之则水分的迁移量大。
（2）未冻水对水分迁移的影响。未冻水指土冻结后，未能变成固态冰的那部分液态水。当盐渍土中的温度达到负温后，并非土中所有的液态水已经全部转变成固态冰，其中始终保持一定数量的未冻水。冻土中未冻水的含量主要取决于三大要素：土质（包括土颗粒的矿物化学成分、分散度、含水量、密度、水溶液的成分和浓度）、外界条件（包括温度和压力）以及冻融历史。未冻水迁移是气、液和固相迁移中的主要方式。
（3）土水势是土壤水的自由能与标准状态下（在标准压力P0、温度θ0和高度H0的水槽中）水的自由能之间的差值。总水势由影响土壤水能量状态的各种因素作用的总和组成：重力场、由于溶质存在造成的渗透力、由液相和固相分界面产生的吸附力、由液相和土壤空气分界面产生的弯液面力和土壤气相的水汽压力。在某些情况下，并非上述所列举的因素都对土壤水产生影响，而只是其中的某些因素在起作用，因此将总水势分为重力势、渗透势、压力势三大类。
5.2.1.3 硫酸盐渍土中盐分的迁移
在盐渍土中元素的迁移主要有以下几种方式：
（1）渗流迁移，即水在土中渗流时盐分随水一起迁移。
（2）扩散迁移，即盐分在压力或温度梯度作用下所发生的迁移。
（3）渗流-扩散混合迁移，即在降温冻结过程中盐分发生渗流与扩散混合迁移。对渗流-扩散混合迁移类型来说，盐分迁移的总量可由式（5-4）计算：
式中 IT——由温度梯度所造成的物质迁移总量；
IC——由浓度梯度所造成的物质迁移总量；
IP——由压力梯度所造成的物质迁移总量；
IW——由渗流迁移所造成的物质迁移总量。
试样盐分迁移主要是由温度梯度、浓度梯度及渗流梯度共同作用而成。
由温度梯度所造成的迁移作用本质如下：根据Einstein-Brown方程，微粒平均位移的平方与绝对温度成正比。在单位时间内低温侧离子跳跃距离小，高温侧则较大。于是在单位时间内，由高温侧跃向低温侧的离子数目多于反向移动的离子数目。这样就呈现低温侧浓度下降比高温侧大，出现了浓度梯度，使盐分由浓度高处向浓度低处扩散。
降温过程中浓度迁移作用的本质如下：当试样在高低两侧都已达到晶体析出的温度时，由于盐分的析出使土样中的溶液浓度降低，而且低温侧结晶数量比高温侧多，因而低温侧的盐浓度下降相对高温侧较大，这样由高温侧至低温侧就存在了浓度梯度，使盐分由高温侧向低温侧扩散。
渗流所产生的迁移作用的基本原理如下：在降温过程中，Na2SO4要水合生成Na2SO4·10H2O，由于低温侧结晶析出的Na2SO4要比高温侧数量多，因而低温侧的含水量和高温侧不一样，造成了含水量的不平衡，形成水力梯度，使盐分和水分一起向低温侧迁移。
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