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膨润土防水毯应用若干问题探讨
郑勇亚
(捷高科技(苏州)有限公司北京分公司,北京100022)
摘要:对膨润土防水毯应用中业界争论较多的几个问题,以实验理论数据和工程实际效果为依据,进行了探讨,如:人工
钠化膨润土能否应用,膨润土防水毯在提前水化的状态下如何继续保持其防水功效,防水毯是否需要施做保护层,单位
面积质量和渗透系数的关系,以及膨润土防水技术的发展方向,等等。
关键词:人工钠化膨润土;天然钠基膨润土;预水化;混凝土保护层;单位面积质量;渗透系数;聚合物膨润土防水技术
文章编号:1007-497X(2011)-21-0004-04 中图分类号:TU57+9;TU502+.4 文献标识码:A
Discussion on Application of Bentonite Carpet
Zheng Yongya
(CETCO Technologies(Suzhou)Co., Ltd., Beijing Branch, Beijing 100022,China)
Abstract: Some disputed issues in the industry concerning application of bentonite carpet are discussed based on
experimental and theoretical data and engineering application, such as possibility of applying man made sodium bentonite,
how to keep carpet's waterproof ability under earlier hydration than expected, relation between mass per unit area and
permeability coefficient and development trends for bentonite waterproofing.
Key words: man made sodium bentonite; natural sodium bentonite; prehydration; concrete protection course; mass per unit
area; permeability coefficient; bentonite polymer alloy
—————————————
收稿日期:2011-09-09
作者简介:郑勇亚,男,1968 年生,毕业于西南交通大学土木工
程系,工学学士。从事过工程设计、施工管理等工作,现任捷高
科技(苏州)有限公司产品经理,从事膨润土防水技术的市场推
广工作。联系地址:100022 北京市朝阳区建国路88 号现代城
B-1110,电话:010-65810318。
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图1 奥林匹克森林公园水系采用人工钠化
膨润土防水毯施工照片
图2 奥林匹克森林公园水系项目完工后照片
表1 JG/T 193—2006《钠基膨润土防水毯》所规定的指标值
项目技术指标
膨胀指数/(mL/2 g),≥ 24
滤失量/mL ,≤ 18
渗透系数/(cm/s),≤ 5.0×10- 10
耐久性/(mL/2 g),≥ 20
润土的工程应用,该标准在欧美得到广泛的执行。
客观地讲,根据矿源的不同,即使是天然钠基膨
润土,其各项物理性能指标也未必优良,比如,东北吉
林某地出产的天然钠基土,其膨胀系数只有15 mL/2
g,远远低于标准所要求的24 mL/2 g,不经过处理,也
很难直接用于工程。所以,我们认为,判断人工钠化膨
润土能否应用的最主要的标准,应该是相关标准所规
定的有关膨润土的性能指标能否满足要求,而不是矿
土是天然的还是钠化的。这些指标包括,膨胀指数、滤
失量、渗透系数和耐久性等[2],见表1。
有人说,人工钠化膨润土容易被离子交换,耐久
性差,不能保证工程质量。当然,根据目前国内的行业
状况,各家企业钠化工艺良莠不齐,劣质的钠化土无
论如何是不能使用的,相信它也满足不了表1 所示的
各项指标。但就此全盘否定人工钠化土的使用,也有
以偏概全之嫌。基于大量的实验数据,针对离子交换
和耐久性,我们的基本观点是:所有种类的膨润土都
有可能受到离子交换的影响,如果不暴露在浓度过高
的有害离子中,无论是天然钠基土,或是人工钠化土,
都可以正常发挥其功效,相反,则都可能失效。上文提
到的国际GRI—GCL3 标准也注意到了膨润土的耐久
性问题,并给出了相关判别方法,即,用0.1 M 的氯化
钙溶液,按照ASTM D6766 的要求,测试其渗透系数,
如果测试结果≤5.0×10-8 cm/s,则认为其满足耐久性
要求。行业标准JG/T 193—2006 对此进行了相应调
整,规定将膨润土在0.1 M 的氯化钙溶液中静置168
h 后,测试其膨胀指数,如果≥20 mL/2 g,则判别为满
足要求。
法国学者Dominique Guyonnet 等人[3]于2009 年
3 月在国际权威期刊《土工织物与土工膜》(Geotextile
and Geomembrane)上发表了题为“以现场表现指标控
制膨润土防水毯在垃圾填埋场防渗工程中的应用”
(Performance-based Indicators for Controlling GCLs in
Landfill Application)的论文,作者在国际知名膨润土
防水毯厂商的参与和配合下,通过大量的试验、分析,
得出了如下结论:
1)天然钠基膨润土和人工钠化膨润土的定义,有
时是很主观的,即使对于厂家,在实际操作中也很难
判别;膨润土的性能需要以现场表现指标来衡量。
2)考虑到目前已知的信息,可以认定的是,碳酸
钙含量低的人工钠化膨润土,要比碳酸钙含量高的天
然钠基土表现更优。
根据国内的工程实践,也有不少使用人工钠化膨
润土成功的案例,最知名的当数北京奥林匹克森林公
园人工水系。该工程由主湖、洼里湖、河道和湿地组
成,防水毯使用面积达60 多万m2。防渗工程由北京
高能衬垫工程有限公司承担,于2008 年5 月竣工,至
今已历经三载,良好的工程效果得到了各方的好评。
见图1—2。
综上所述,我们认为,指标数据符合要求的人工
钠化土和天然钠基土一样,都可以用于防水、防渗工
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程;衡量膨润土防水性能的标准是技术性能指标,而
非土的来源。另外,作为生产厂家,要切实执行产品生
产质量保证体系,向市场供应高质量的产品;施工中,
严格执行规范,切实满足设计要求,从而保证工程质
量。只有这样,膨润土防水技术才有可能获得更大的
发展空间。
2 膨润土防水毯在施工过程中遇水(雨水、施工用水
等),是否会丧失防水效果?
我们知道,膨润土防水是一种主动防水技术,也
就是说,有了水,才能启动它的防水功能。所以,从概
念上讲,膨润土遇水是其形成阻水层的过程,而不是
它丧失防水功效的过程。
膨润土遇水膨胀的过程,是一个物理变化的过
程,是可逆的,干湿循环不影响材料的防水性能。有试
验表明,在经历了若干次干湿循环后,材料的渗透系
数基本无变化。
高密度的针织加固对于膨润土防水毯有着重要
意义。它不仅可以使防水毯内膨润土颗粒分布均匀,
保证防水层各处都有相同的、满足要求的防水性能,
而且,还可以提供10 kPa 的初始局限力,能更好地抵
抗回填土前膨润土的水化。所以,防水毯成品初期水
化的膨胀表现,与膨润土遇水自由膨胀的表现是不同
的,如某种针织加固膨润土防水毯产品,在遇水6 d
后膨胀率仅为17%,远未发挥其膨胀性能。
当然,我们不建议直接在已水化的防水毯上进行
作业,防止冲击荷载造成土的分布不均,影响防水效
果。现在,很多客户对膨润土防水毯在南方地区的雨
季施工表示担忧,对此,我们完全理解。但只要采取一
些简单有效的措施,如在水化的防水毯上设置木板、
竹筏作业通道等,它的应用是完全没有问题的。
3 膨润土防水毯上是否需要做细石混凝土保护层?
防水层施做完毕后,在其上部浇筑5 cm 厚的细
石混凝土保护层,是大多数防水材料的常用作法,但
对膨润土防水毯来说,却不需要,这也是该材料区别
于其他防水材料的主要特点之一。
相对于其他种类的防水材料,膨润土防水毯比较
皮实、耐用,而且具有自我修补的功能。所以,对于施
工过程中的微小损伤(孔洞直径小于5 mm),材料在
遇水后,可以自我愈合;而对于损伤较大的部位(孔洞
直径大于5 mm),用同材质的材料修补也很简单。而
且,在上一节中,我们也谈到,防水毯是不惧怕回填土
前的水化的,所以,做保护层、防止其提前水化的理由
也是不充分的。因此,选用膨润土防水毯做防水层,可
省去细石混凝土保护层,既降低了综合造价,又节约
了工期。图3 为膨润土防水毯上直接绑扎钢筋、浇筑
底板混凝土的施工案例。
即便如此,有些施工单位还是“不放心”,也有一
些人认为“鉴于国内目前的施工管理水平和工人的素
质,还是做保护层为妥”。殊不知,这样一来,在技术层
面上,会带来问题。我们知道,膨润土防水毯水化后,
膨润土会从有纺土工布一侧析出,既可以修补混凝土
主体结构的微小裂隙,也可防止窜水;如果在其上加
了一层细石混凝土保护层,那么,将来膨润土修复的
只是保护层的裂隙,而非主体结构的。
4 膨润土防水毯是否单位面积土含量越多,其防水
效果越好(渗透系数越小)?
这种说法有一定道理,但不全面。当然,依靠膨润
土来防水、防渗,单位面积土的含量肯定是要有一个
最小值的。目前,国际标准GRI—GCL3 所要求的是≥
3 700 g/m2,国内行业标准JG/T 193—2006 的要求略
为保守,为≥4 000 g/m2。那么,这些数值从何而来,我
们可以看看表2。从表2 中可以得到如下结论:1)在
单位面积质量达到一定数值后,渗透系数会有一个较
大幅度的提升(数值降低);进一步增加含量,则渗透
系数的变化不明显。2)实验数据中,单位面积含量最
大取到5 100 g,如果继续增加含量,一是无助于继续
图3 膨润土防水毯上直接浇筑底板混凝土实例
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图6 膨润土聚合物防水卷材国外应用案例
膨润土单位面积含量/(g/m2)
渗透系数(m/s)
天然钠基土人工钠化土
5100 1.2×10- 11 —
4800 1.5×10- 11 1.7×10- 11
4100 1.6×10- 11 2.0×10- 11
3500 1.7×10- 11 2.6×10- 11
注:1)摘自《膨润土防水毯的膨润土要求研究》,作者:德国K. P.
von Maubeuge。
3200
2700
1.9×10- 11
2.8×10- 11
6.0×10- 10
1.5×10- 9
表2 不同单位面积含量膨润土的渗透系数1)
大幅改善渗透系数,所以也就不经济;二是增加生产
和使用难度(防水毯更重),反而会使防水毯的实际使
用效果打折扣。
5 膨润土防水技术的发展方向
膨润土防水技术自上世纪60 年代在美国诞生以
来,大致经历了膨润土防水板、预膨胀膨润土防水卷
材、膨润土防水毯、针织加劲膨润土防水毯以及覆膜
型针织加劲膨润土防水毯等主要产品形态(图4)。其
中,针织加劲膨润土防水毯在国内的推广和使用也已
有超过10 年的历史,在众多工程中得到广泛的应用,
使用效果得到了业界的一致好评。
客观地讲,任何一种产品都不是完美的,膨润土
防水毯也不例外。从工程实践和客户反馈的信息来
看,主要认为材料自重较大,搬运和操作略显不便;由
于产品自身的特点,对于盐水和受污染的地下水环境
的应用存在一定的局限性(尽管后期开发了相应的产
品)。
在不断实践和总结经验的基础上,美国捷高公司
(Colloid Environmental Technologies Company)于近年
成功研发出新一代的膨润土防水技术———膨润土聚
合物防水(BPA———Bentonite-polymer alloy)。该技
术通过特殊的生产工艺,将膨润土、聚合物和土工织
物纤维紧密地结合在一起,形成防水核心,进而在其
外层附加土工膜、土工布等材料。该产品继承了膨润
土防水毯的所有优点,且质量更轻(每m2 仅1.4 kg),
更方便施工,阻水能力提高了100 倍,而且大幅度提
高了抗盐水、抗污染水的性能,是完完全全的新一代
膨润土防水技术(图5)。
膨润土聚合物防水新技术已在国外得到应用(图
6),希望该技术在不久的将来可以应用到国内工程
中,同时也希望膨润土防水技术在满足工程需要的基
础上,不断地创新、发展。
参考文献:
[1] GRI—GCL3 国际土工合成材料研究院标准[S],2010 版.
[2] JG/T 193—2006 钠基膨润土防水毯[S].
[3] Guyonnet D, etc. Performance-based Indicators for
Controlling GCLs in Landfill Application[J]. Geotextile and
Geomembrane,2009(3).
公司名称:福建省连城县恒河膨润土有限公司
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