淺析膨潤(rùn)土與水泥漿溶液的作用機(jī)理及影響

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摘要：本文分析了膨潤(rùn)土對(duì)水泥漿液的作用機(jī)理及其影響。結(jié)果表明，膨潤(rùn)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(shí)隨著膨潤(rùn)土摻量的增加，也會(huì)在一定程度上降低漿液的強(qiáng)度，因此在配制漿液時(shí)要綜合考慮膨潤(rùn)土對(duì)漿液的影響，根據(jù)實(shí)際工程選取合理的配比。

　　關(guān)鍵詞：膨潤(rùn)土；穩(wěn)定劑；粘度；析水率；漿液強(qiáng)度；保水劑；分層度

　　1.引言

　　大壩基礎(chǔ)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(duì)漿體的稠度都是由稀變濃的加以控制，直到達(dá)到灌漿結(jié)束為止。常規(guī)灌漿最大的弊端是費(fèi)工費(fèi)時(shí)，浪費(fèi)漿材。因此，世界許多發(fā)達(dá)國(guó)家正積極發(fā)展水泥灌漿新技術(shù)和水泥穩(wěn)定漿材的研究，形成了用水泥灌漿新技術(shù) 和水泥穩(wěn)定漿材解決復(fù)雜基礎(chǔ)處理的趨勢(shì)。

　　八十年代初日本首次研制出超細(xì)水泥漿材的濕式工法(WMC工法)，此后許多國(guó)家相繼以超細(xì)水泥作為灌漿材料的研究[1，2]：在此基礎(chǔ)上我國(guó)于八七年研制成功了濕磨細(xì)水泥漿的灌漿新技術(shù)[3]；但是，因超細(xì)水泥成本高，每噸成本價(jià)都在2000元以上，因此，限制了超細(xì)水泥在工程中的應(yīng)用。九十年代初，新的灌漿技術(shù)法開(kāi)始在工程中應(yīng)用，該法主要是通過(guò)添加膨潤(rùn)土來(lái)生產(chǎn)穩(wěn)定
漿液，目前國(guó)內(nèi)外配制穩(wěn)定灌漿液普遍采用膨潤(rùn)土作穩(wěn)定劑，用膨潤(rùn)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(guò)程中，由于漿液穩(wěn)定性和保水性不好出現(xiàn)了問(wèn)題，非但沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的效果，反而浪費(fèi)了很多漿材，造成了巨大損失。因此，本文著重介紹膨潤(rùn)土對(duì)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(rùn)土對(duì)水泥漿液的作用機(jī)理及其影響

　　膨潤(rùn)土[4](Bentonite)按譯音、成因及用途又稱(chēng)斑脫巖、膨土巖等。是以蒙脫石(也稱(chēng)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(zhǎng)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(xué)式為Nax(H2O)4{(Al2～xMg0.33)[Si4O10](OH)2}。

　　2.1膨潤(rùn)土的作用機(jī)理

　　膨潤(rùn)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(duì)膨潤(rùn)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(gòu)造單元組成的層狀硅酸鹽礦物。其結(jié)構(gòu)有2個(gè)特點(diǎn)：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(fù)電。前者使水分子易于進(jìn)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(yáng)離子)形成絡(luò)合物或有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合物。

　　當(dāng)膨潤(rùn)土分散于水中時(shí)，由于表面吸附的陽(yáng)離子在溶液主體中的濃度較低，它們有自晶層表面向外擴(kuò)散的趨勢(shì)；另一方面，它們又受帶電晶層的靜電吸引。這2個(gè)相反趨向的結(jié)果，使粘土顆粒晶層外表面形成擴(kuò)散雙電層，并呈大氣狀分布。堆疊晶層間的陽(yáng)離子則限制在面對(duì)面的晶層表面中間的狹 窄間隔內(nèi)。膨潤(rùn)土分散在水中，蒙脫石的顆粒可能呈單一晶胞，也可以是許多晶胞的附聚體。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?cè)谒袝?huì)產(chǎn)生許多不同的附聚型式。

　　膨潤(rùn)土在水中高度分散搭接成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并使大量的自由水轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的束縛水，而形成非牛頓液體類(lèi)型的觸變性凝膠。它的粘度對(duì)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(guān)。攪動(dòng)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)破壞，凝膠轉(zhuǎn)化為低粘滯性的懸浮液；靜止時(shí),恢復(fù)到初始凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(wú)限轉(zhuǎn)化。這就是摻加膨潤(rùn)土后漿液觸變性變好的原因。由于上述原因，導(dǎo)致加入膨潤(rùn)土的漿液粘度上升，保水性能提高，觸變性能變好。

　　2.2試驗(yàn)材料

　　本文所用的膨潤(rùn)土是南京湯山膨潤(rùn)土有限公司生產(chǎn)的土木工程泥漿用膨潤(rùn)土，其物理性能見(jiàn)下表1。