采用新疆天然鈉基膨潤土制備高性能防水毯原料的研究

　　膨潤土防水毯（GCL）是一種新型的土工合成防水材料，其底層為土工纖維布，上層為無紡布，中間為經過處理的膨潤土，因貌似毯狀，故稱為膨潤土防水毯。其主要特性如下：具有土工材料的全部特性，又具有優(yōu)異的防水（滲）性能；由于膨潤土是天然無機環(huán)保材料，故不會發(fā)生老化反應，其使用壽命可達100年以上；施工簡便且不受施工環(huán)境溫度的限制，0℃以下也可施工；具有自愈性、容易修補；性能價格比高，適用于市政（垃圾填埋）、水利、環(huán)保、人工湖及建筑地下防水、防滲工程，用途非常廣泛。

　　膨潤土是以蒙脫石為主要礦物成分的黏土礦，其性能與蒙脫石類型和含量有關。蒙脫石晶體化學成分復雜，變化大。晶體中的低價陽離子常常置換高價陽離子，使結構層產生多余的負電價。為了保持電中性，在結構層之間除水分子外，存在較大半徑的陽離子Na+、Ca2＋等，因此膨潤土就被劃分為鈉基土、鈣基土。

　　防水毯中的膨潤土遇水后，水分子能夠進入膨潤土晶格之間，使其晶格膨脹，由于膨潤土防水毯在施工時，按要求其上部要覆蓋20厘米厚的覆蓋層將其壓實，所以當其遇水膨脹時，其體積增大25倍以上，使其內部形成負壓，即達到了防水的效果。由于膨潤土這種優(yōu)良的特性其廣泛用于防水材料、保水材料等領域。

　　用于防水材料的膨潤土首選優(yōu)質鈉基土，這是由于鈉離子在水中容易分散，鈉離子半徑大，電荷低，在水中更易分散且分散層數多；鈣基土的膨脹速度雖然快，但是其膨脹性能較鈉基土差，因此，選擇高膨脹性能的天然鈉基土是制備防水毯的前提條件。

國內生產企業(yè)的現狀及存在的主要問題

　　我國的膨潤土資源儲量大，居世界首位，但優(yōu)質鈉基膨潤土不多。通過對吉林劉房子、浙江臨安、新疆夏子街、遼寧建平等重要膨潤土產地的調研發(fā)現，國內生產企業(yè)真正用天然鈉基土做防水毯原料的并不多，受原料所限，多數企業(yè)采用人工鈉土。這是造成我國防水毯產品質量不高的主要原因之一。

　　雖然國家尚未頒布GCL產品的國家標準，但目前各國均以ASTM為依據，產品的膨脹指數≥24m1/2g，而國內多數產品膨潤土的膨脹指數僅有16～20；達到20以上的產品大多是對膨潤土進行人工鈉化后的較短時間內的測定值，然而原料采用人工鈉化，其吸水性在半年后會逐步降低，甚至還原。北京市市政工程設計研究總院鞠建英認為，GCL只能采用天然鈉基膨潤土，她認為人工鈉土的加工工藝無法使堿中的鈉離子進入膨潤土晶格結構中去，最多只附著在其表面，使其活性增強，經短時間風化或隨水流失后，人工鈉基膨潤土會很快變回鈣基膨潤土。

　　防水毯是關系到國計民生的重要產品，在國內外很多隧道工程使用這種產品，關乎國家百年大計。可以想象，一旦產品質量不達標或是半年之后產品性能降低甚至還原而造成遂道大量滲水，那給國家?guī)淼膿p失是無法估量的。

　　所以，滿足國內對該產品原料的需求，研發(fā)出符合我國實際的防水毯需要的高效能的膨潤土原料具有十分重要的意義。

高性能防水毯原料制備的試驗研究

試驗說明及原礦性能測試

　　該試驗研究選用新疆夏子街膨潤土，它位于準葛爾盆地西北邊緣，已探明儲量為5.4億噸，其中已探明C＋D級儲量在2.6億噸以上，蘊藏著較為豐富的鈉基、鈉鈣基、鈣鈉基和鈣基膨潤土資源，是全國比較大的膨潤土礦床。其主要技術性能可與美國懷俄明膨潤土媲美。

　　試驗選取新疆夏子街三種有代表性的土樣，一種是白土、一種是淡磚紅色土（簡稱紅土）、一種是類似巧克力的塊狀土（簡稱巧克力土）。

　　其中，紅土以磚紅色為主，少數呈現米黃色，粉砂狀致密塊狀，礦石放水中吸水緩慢，具明顯的鈉土特征。白土肉色、淺米黃色，粉砂狀，細而不易見到明顯的雜質，吸水較快。巧克力土顏色為淺肉褐色，顏色均一質細而致密，肉眼一般見不到雜質，呈現階梯狀斷口。經過測試，原礦性能指標見表1、表2所示。

表1　　原礦性能測試結果

表2　　陽離子交換分量與總量比值

　　通過表1原礦的膠質價、膨脹容等性能指標可以推測，原礦為鈉基膨潤土，這一點在表2的數據中得到證實。表2中各樣的ENa+量均大于50%，按地質分類均屬鈉基土。

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　　同時可以看出，新疆鈉基膨潤土膨脹性能優(yōu)秀，其中巧克力土性能最佳，原礦已經達到22.0m1/2g，白土和紅土相對較差，盡管如此，比很多人工鈉土的指標還是優(yōu)越。

添加MSG產品性能測試

　　為進一步提高產品膨脹性能，達到標準，我公司自行研發(fā)了一種防水毯原料專用復合添加劑（MSG），它可以大大提高膨潤土原料膨脹性能。試驗過程為：稱取一定量烘干過200目的MSG材料，將其與幾種膨潤土原礦充分混合后，測試混合材料的膨脹性能，為說明情況，采用某地鈣基膨潤土進行對比測試。經過測試，結果見表3。

表3　原礦添加MSG材料膨脹性能測試結果 

　　通過以上對比數據顯示，新疆土和MSG復合材料的相容性非常好，紅土、白土估計添加2.0%的復合材料膨脹指數即可超過ASTM標準要求的24m1/2g。而巧克力土性能更加優(yōu)越，添加0.5%就可超過標準。這說明MSG材料對產品性能的提升貢獻很大，可以用于防水毯原料之中。

　　通過實驗室對原礦的測試以及添加MSG材料試驗，我們可以得到以下結論：

　　1.新疆天然鈉基膨潤土的質量上乘，是國內制作防水毯的最佳原料。

　　2.我公司自行研發(fā)的MSG材料與新疆天然鈉基膨潤土具有很好的相容性，加入這種材料可以大大提升膨潤土的性質。并且這種材料不會像人工鈉土那樣在短時間內老化變性。

　　3.由于添加量很少0.5%～2.0%即可達到ASTM標準，通過成本核準，通過成本核算，加入這種材料的防毯成本每平米增加不到1元，具有重要的推廣和應用價值。