淺析膨潤土與水泥漿溶液的作用機理及影響

摘要：本文分析了膨潤土對水泥漿液的作用機理及其影響。結果表明，膨潤土較好的改善了水泥漿的粘度、析水率、分散性、保水性等工作性能，從而有利于提高灌漿效果。但同時隨著膨潤土摻量的增加，也會在一定程度上降低漿液的強度，因此在配制漿液時要綜合考慮膨潤土對漿液的影響，根據(jù)實際工程選取合理的配比。

　　關鍵詞：膨潤土；穩(wěn)定劑；粘度；析水率；漿液強度；保水劑；分層度

　　1.引言

　　大壩基礎防滲帷幕灌漿和巖溶灌漿一般都采用多種水灰比的水泥灌漿，這種方法對漿體的稠度都是由稀變濃的加以控制，直到達到灌漿結束為止。常規(guī)灌漿最大的弊端是費工費時，浪費漿材。因此，世界許多發(fā)達國家正積極發(fā)展水泥灌漿新技術和水泥穩(wěn)定漿材的研究，形成了用水泥灌漿新技術和水泥穩(wěn)定漿材解決復雜基礎處理的趨勢。

　　八十年代初日本首次研制出超細水泥漿材的濕式工法(WMC工法)，此后許多國家相繼以超細水泥作為灌漿材料的研究[1，2]：在此基礎上我國于八七年研制成功了濕磨細水泥漿的灌漿新技術[3]；但是，因超細水泥成本高，每噸成本價都在2000元以上，因此，限制了超細水泥在工程中的應用。九十年代初，新的灌漿技術法開始在工程中應用，該法主要是通過添加膨潤土來生產穩(wěn)定
漿液，目前國內外配制穩(wěn)定灌漿液普遍采用膨潤土作穩(wěn)定劑，用膨潤土配制的漿液穩(wěn)定性、可灌性、保水性、分散性一般都比較好，但是也有不少工程在灌漿過程中，由于漿液穩(wěn)定性和保水性不好出現(xiàn)了問題，非但沒有達到預期的效果，反而浪費了很多漿材，造成了巨大損失。因此，本文著重介紹膨潤土對砂漿溶液的影響，以便為今后配制穩(wěn)定漿液提供參考。

　　2.膨潤土對水泥漿液的作用機理及其影響

　　膨潤土[4](Bentonite)按譯音、成因及用途又稱斑脫巖、膨土巖等。是以蒙脫石(也稱微晶高嶺石、膠嶺石)為主要成分的粘土巖-蒙脫石粘土巖,常含少量伊利石、高嶺石及沸石、長石、方解石等。蒙脫石為少量堿及堿土金屬的含水鋁硅酸鹽礦物。其化學式為Nax(H2O)4{(Al2～xMg0.33)[Si4O10](OH)2}。

　　2.1膨潤土的作用機理

　　膨潤土是一種以蒙脫石為主要成分的粘土，因此，蒙脫石的品種和含量對膨潤土的性能有很大的影響。蒙脫石是由2層Si—O四面體中間夾一層Al—(O,OH)八面體為構造單元組成的層狀硅酸鹽礦物。其結構有2個特點：層間范德華力連接，這種作用較弱；四面體中部分Si4+可被Al3+取代，八面體中的Al3+可被Fe2+、Mg2+、Zn2+等離子取代，使晶層平面上帶負電。前者使水分子易于進入晶胞層間發(fā)生膨脹；后者使粘土顆粒表面能自發(fā)地吸附反電荷離子(陽離子)形成絡合物或有機、無機復合物。

　　當膨潤土分散于水中時，由于表面吸附的陽離子在溶液主體中的濃度較低，它們有自晶層表面向外擴散的趨勢；另一方面，它們又受帶電晶層的靜電吸引。這2個相反趨向的結果，使粘土顆粒晶層外表面形成擴散雙電層，并呈大氣狀分布。堆疊晶層間的陽離子則限制在面對面的晶層表面中間的狹窄間隔內。膨潤土分散在水中，蒙脫石的顆?？赡艹蕟我痪О部梢允窃S多晶胞的附聚體。由于蒙脫石晶體表面電荷的多樣性和顆粒的不規(guī)則性，它們在水中會產生許多不同的附聚型式。

　　膨潤土在水中高度分散搭接成網絡結構，并使大量的自由水轉變?yōu)榫W絡結構中的束縛水，而形成非牛頓液體類型的觸變性凝膠。它的粘度對于懸浮液體系的穩(wěn)定性具有重要影響，并與剪切速度變化有關。攪動時，網絡結構破壞，凝膠轉化為低粘滯性的懸浮液；靜止時,恢復到初始凝膠網絡結構的均相塑性體狀態(tài),粘度逐漸增大。在外力作用下懸浮液與膠體可以無限轉化。這就是摻加膨潤土后漿液觸變性變好的原因。由于上述原因，導致加入膨潤土的漿液粘度上升，保水性能提高，觸變性能變好。

　　2.2試驗材料

　　本文所用的膨潤土是南京湯山膨潤土有限公司生產的土木工程泥漿用膨潤土，其物理性能見下表1。