节 膨润土的基本知识

一、        膨润土是什么
1、        膨润土和膨润土矿
    膨润土（Bentonite）是火山喷发后的火山灰的沉积物，受到凝灰岩的积累作用或者玻璃岩的热水作用而形成的一种天然无机粘土矿物，是亿万年前天然形成的，学名叫蒙脱石（Montmorillonite）。
    膨润土这一名称是美国地质学家W•C•Knight在1898年命名美国怀俄明州洛基山脉附近Fort Benton出露的粘土岩（页岩）时提出来并开始采用的，是一种以蒙脱石类矿物为主要组成的岩石。世界上最著名的膨润土矿位于美国的南达科他州、怀俄明州以及加拿大和格鲁吉亚等国。
2、        膨润土的化学成分和微观结构
    膨润土的一般结构式为：Nax(H2O)4{(Al2-xMgx)[Si4O10](OH)2}
    膨润土是粒径小于10-9m的无机质。微观结构显示膨润土为层片状结构，每一层又由两层硅氧四面体和铝氧八面体组成。膨润土的晶体结构如图所示：

3、        膨润土的分类
    一般将天然膨润土按化学成分分为钠基和钙基两大类。如上图所示，在膨润土微观结构的层片间存在大量可交换阳离子，当可交换阳离子为钠离子时即为天然钠基膨润土，相应存在天然钙基膨润土。目前我国已探明的膨润土90%以上都是天然钙基膨润土，天然钠基膨润土多埋藏较深，且多和其他矿物伴生，给开采利用带来不便。
二、        膨润土的应用范围
目前，膨润土的主要作用在于：在钢铁工业中作冶金铸造的粘结剂，在化工中作脱色剂和添加剂，在地探中作优质泥浆，在纺织工业中代替淀粉浆纱，在陶瓷工业中作塑化剂，以及地下工程中作减阻剂和防水材料。由于钠基膨润土的理化性能和工艺性质优于钙基膨润土，因此钠基膨润土主要应用于建筑防水材料，而钙基膨润土目前主要应用于铸造业和钻探等方面。
由于膨润土的粒径是纳米级的，而且应用广泛，所以膨润土又被称为天然纳米材料、万用粘土等。

第二节 膨润土防水技术

    随着工业和城市建设的发展，建（构）筑物不断向高、深两个方向发展。地下设施（地下室、地铁、地下工厂、地下油库、地下街道等）不断增多，规模不断扩大。为了防止地下水对这类隐蔽设施的侵蚀，世界各国工程界作出了大量努力。直到20世纪70年代中期，美国、加拿大和日本等国在进行膨润土技术开发时，才发现天然钠基膨润土优异的防水特性，找到了一条对地下建（构）筑物永久的防水途径。
一、膨润土防水的原理
膨润土的基本性能取决于蒙脱石的矿物特性，一般具有良好的粘结性、膨胀性、胶体分散性、悬浮性、吸附性、催化活性、处变性和阳离子交换性能等等。天然钠基膨润土更具有以下特点：
1、        高膨胀性
膨润土的膨胀力特强，其原因是膨润土具有物理化学性强，结合水的能力强等特性，通常在与水接触24H开始水化，膨胀4-5倍，48h水化完成，变成原来颗粒体积的10-15倍甚至30倍的胶凝体。
2、        低渗透性
在一定的局限力的作用下，膨润土水化形成的胶凝体像一堵墙，能阻止其他水分渗入，其渗透系数可减至1×10-9cm/s，接近滴水不漏。
3、        自愈修补功能
在一定的局限力的作用下，膨润土遇水膨胀能够有效地填补搭接缝、钉孔及混凝土的孔隙，形成致密、连续的胶凝体防水层。
      膨润土为片状晶体结构，各个层由非常微小的薄层与水分子层隔开，而钠离子出现在各层的表面，钠离子在薄层表面吸引负离子，水分子与钠离子接触时，水分子就被吸附在薄层上，被吸附在薄层上的水分子又更多地，双倍双倍地吸引另外的一些水分子，众多水分子与众多水分子相连，充满在众多带负电荷的薄层表面，新形成的薄层又排斥其他的薄层，使其迅速离开，引起膨胀，水分子充满了被分离开的薄层之间，表面暴露的部分饱和并和其他的部分分离开，在表面正、负电荷均衡时水化成固有结构，分子吸附混合停止，这种结构可能会被另外的动态交换所打乱、分离，但在交换，混合达到均衡时，又会重新进行组合，从另外一方面也说明干湿循环和冻融循环并不能影响它的防水效果，膨润土经水化表面阳离子成水合状态，吸收2个到4个、6个水分子后，在静态下水不能进来，膨润土变成胶凝体，其耐久性可达几百年。