鈉化改性對累托石粘土防水性能影響的研究

龔 關(guān)，肖宇鷹，李 瑩，張 權(quán)，張湘渝，王皖紅

（湖北省地質(zhì)實驗研究所，湖北 武漢 430034）

累托石是二八面體鈉云母和二八面體蒙脫石組成的規(guī)則間層礦物，屬較為稀有的非金屬礦種。自1983年在湖北鐘祥發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模的累托石粘土礦床以來，相關(guān)單位和人員對累托石的礦物特征、物理化學(xué)性質(zhì)、工藝性能以及開發(fā)應(yīng)用進(jìn)行了一系列研究[1]。累托石粘土特殊的礦物結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)良的分散性、懸浮性和膨脹性，作為防水材料的原料應(yīng)用前景良好[2]。本文主要介紹鈉化改性對累托石粘土防水性能的影響。

1 試驗

1.1 原料

試驗用原料采用湖北鐘祥累托石粘土。

1.2 試驗儀器

SHN-5 輪碾機(jī)，邯鄲市自動化儀表廠；

WZ型五軸攪拌機(jī)，12000r/min，青島膠南分析儀器廠；

ZNN-D6六速旋轉(zhuǎn)粘度計，青島膠南分析儀器廠；

ZNS-1濾失量測定儀，武漢照相機(jī)研究所；吸水率測定儀，自制。

1.3 試驗方法

1.3.1 物化性能測試

累托石粘土的物化性能測試按照《非金屬礦石物化性能和成分分析方法手冊》[3]所述的方法操作。

1.3.2 鈉化改性

累托石粘土的鈉化改性分為干法改性和濕法改性，其中濕法改性采用堆放和碾壓兩種方法，主要變動參數(shù)有鈉化劑的加入量、鈉化時間等。

2 結(jié)果與討論

2.1 累托石粘土基本物化性能

試驗樣品采用湖北鐘祥累托石礦經(jīng)過選礦提純的累托石粘土，其基本物化性能見表1～3。

表1 累托石粘土化學(xué)成分(%)

表2 累托石粘土陽離子交換量(mmol/100g)

表3 累托石粘土物理性能

2.2 累托石粘土防水性能

由于目前國內(nèi)外用于防水毯的礦物原料主要是膨潤土，還沒有累托石粘土防水性能的測試方法，因此，試驗中測定累托石粘土防水性能參照膨潤土防水毯的檢測方法JG/T 193-2006[4]，確定其防水性能檢測指標(biāo)為吸藍(lán)量、膨脹指數(shù)、濾失量、吸水率、耐久性等。累托石粘土原土防水性能見表4。

表4 累托石粘土防水性能

從表4看出，累托石粘土原土的防水性能主要指標(biāo)如膨脹指數(shù)、濾失量、耐久性等都小于J G/T 193-2006標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 鈉化改性對累托石粘土防水性能的影響

2.3.1 干法鈉化改性

干法鈉化改性是將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的改性劑加入到累托石粘土中混勻，取樣測定防水性能，試驗結(jié)果見表5。

表5 干法鈉化累托石粘土防水性能

從表5可以看出，經(jīng)過干法鈉化改性的累托石粘土與原土相比，濾失量有所減小，其他幾項指標(biāo)略有改善，但提升效果不明顯。

2.3.2 濕法堆放改性

將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的改性劑加入到一定量的累托石粘土中，混勻后加入適量水將試樣潤濕，加蓋濕布堆放一定時間。將試樣烘干、磨細(xì)，取樣測定其防水性能，試驗結(jié)果見表6。

表6 濕法堆放鈉化累托石粘土防水性能

表6的試驗結(jié)果表明，經(jīng)過濕法堆放鈉化改性的累托石粘土防水性能明顯提高，當(dāng)改性劑用量合適，膨脹指數(shù)、濾失量、耐久性等指標(biāo)可達(dá)到J G/T 193-2006標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3.3 濕法碾壓鈉化改性

將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的改性劑與累托石粘土混勻，加入適量水，置于輪碾機(jī)內(nèi)碾壓一定時間，然后將試樣烘干、磨細(xì)，取樣測定防水性能，試驗結(jié)果見表7及圖1～3。

表7 濕法碾壓鈉化累托石粘土防水性能

圖1 改性劑用量與膨脹指數(shù)關(guān)系

圖2 改性劑用量與濾失量關(guān)系

圖3 改性劑用量與耐久性關(guān)系

由表7可以看出，與濕法堆放鈉化改性相比，累托石粘土防水性能得到進(jìn)一步提高。隨著改性劑用量的增加，改性累托石粘土的膨脹指數(shù)、濾失量、耐久性等指標(biāo)均得到明顯改善，其中膨脹指數(shù)由原土的5.0m L/2g提高到39.5m L/2g，濾失量由原土的92mL降至7.6mL，耐久性從原土的4.5mL/2g提高至24.5mL/2g。第4號和第5號試驗各項性能指標(biāo)均超過JG/T 193-2006標(biāo)準(zhǔn)要求。從圖1至圖3可以更直觀的看出改性劑加入量與膨脹指數(shù)、濾失量、耐久性的關(guān)系。從圖1看出，改性累托石粘土膨脹指數(shù)隨著改性劑用量的增加而增大，但是當(dāng)改性劑用量超過一定值以后膨脹指數(shù)出現(xiàn)下降趨勢，圖3中的耐久性與改性劑用量的關(guān)系與之類似；從圖2看，改性累托石粘土濾失量隨著改性劑用量的增加而減小，當(dāng)改性劑用量達(dá)到某一定值時濾失量有一最小值，然后開始增大。

上述試驗結(jié)果說明，對累托石粘土鈉化改性時改性劑的用量并不是越大越好，應(yīng)控制改性劑用量在一個適當(dāng)?shù)姆秶?，這樣既可以提高累托石粘土的防水性能，又避免了材料的浪費，有利于控制鈉化改性成本。

3 結(jié)語

(1)累托石粘土未經(jīng)鈉化改性的原土防水性能較差，膨脹指數(shù)、濾失量、耐久性等主要指標(biāo)均未達(dá)到JG/T 193-2006標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2)干法鈉化改性對累托石粘土防水性能的改善不明顯，除濾失量有所減小以外，其他性能指標(biāo)僅略有提高。

(3)濕法鈉化改性可以明顯改善累托石粘土防水性能，其中濕法碾壓鈉化改性能大幅度提高累托石粘土防水性能，通過控制適當(dāng)?shù)膮?shù)可以使累托石粘土的膨脹指數(shù)、濾失量、耐久性等主要指標(biāo)達(dá)到或超過JG/T 193-2006標(biāo)準(zhǔn)要求。

(4)對累托石粘土鈉化改性應(yīng)控制改性劑的用量在一個適當(dāng)?shù)姆秶?，既可以提高累托石粘土的防水性能，又有利于鈉化改性成本控制。

[1]江濤,劉源駿.累托石[M].武漢:湖北科學(xué)技術(shù)出版社,1989.

[2]陳濟(jì)美,魯義軍,龔關(guān).累托石粘土—一種新型的防水毯用材料[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2009(6):25-26.

[3]金永鐸,董高翔.非金屬礦石物化性能和成分分析方法手冊[M].北京:科學(xué)出版社,20 04.

[4]國家建筑材料測試中心.JG/T 193-2006 鈉基膨潤土防水毯[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.