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(jīng)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(yīng)，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、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(guān)。蒙脫石晶體化學(xué)成分復(fù)雜，變化大。晶體中的低價陽離子常常置換高價陽離子，使結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生多余的負電價。為了保持電中性，在結(jié)構(gòu)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(dāng)其遇水膨脹時，其體積增大25倍以上，使其內(nèi)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(lǐng)域。

用于防水材料的膨潤土首選優(yōu)質(zhì)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(shù)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(nèi)生產(chǎn)企業(yè)的現(xiàn)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(zhì)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(chǎn)地的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)生產(chǎn)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(shù)企業(yè)采用人工鈉土。這是造成我國防水毯產(chǎn)品質(zhì)量不高的主要原因之一。

雖然國家尚未頒布GCL產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)，但目前各國均以ASTM為依據(jù)，產(chǎn)品的膨脹指數(shù)≥24m1/2g，而國內(nèi)多數(shù)產(chǎn)品膨潤土的膨脹指數(shù)僅有16～20；達到20以上的產(chǎn)品大多是對膨潤土進行人工鈉化后的較短時間內(nèi)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(shè)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(jié)構(gòu)中去，最多只附著在其表面，使其活性增強，經(jīng)短時間風(fēng)化或隨水流失后，人工鈉基膨潤土?xí)芸熳兓剽}基膨潤土。

防水毯是關(guān)系到國計民生的重要產(chǎn)品，在國內(nèi)外很多隧道工程使用這種產(chǎn)品，關(guān)乎國家百年大計?？梢韵胂?，一旦產(chǎn)品質(zhì)量不達標(biāo)或是半年之后產(chǎn)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(nèi)對該產(chǎn)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(zhǔn)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(shù)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、一種是類似巧克力的塊狀土。

其中，紅土以磚紅色為主，少數(shù)呈現(xiàn)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(zhì)，吸水較快。巧克力土顏色為淺肉褐色，顏色均一質(zhì)細而致密，肉眼一般見不到雜質(zhì)，呈現(xiàn)階梯狀斷口。經(jīng)過測試，原礦性能指標(biāo)見表1、表2所示。

表1　　原礦性能測試結(jié)果

表2　　陽離子交換分量與總量比值

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