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摘要：塑性混凝土是近年迅速發展起来的水工建筑材料，其特点主要体现在具有低弹性模量和高抗渗透性能，膨润土可取代混凝土中的部分水泥而形成低强度、低弹性模量混凝土。我国是膨润土资源十分丰富的国家，研究开发和利用起步较晚，存在很大的开发和利用空间。本文简述了膨润土的国内外综合利用现状，对膨润土在塑性混凝土中的应用技术、存在的问题和需要解决的问题作了分析和探讨。
关键词：膨润土、胶凝材料、塑性混凝土、水工建筑
中图分类号：TV331文献标识码： A
0前言
膨润土(Bentonite) 是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产，源于1898年美国怀俄明州福特本顿堡“Fort Benton”附近发现的一种黄绿色、柔和的、吸水可膨胀的粘土物质，由于美国地质学家W.C.Knight在其产地“Fort Benton”首次发现，因而取名膨润土(Bentonite)。1972年，在西班牙举行的国际黏土会议(AIPEA)上，有学者提出了膨润土的广泛定义——膨润土是以蒙脱石类矿物为主要成份的黏土，是蒙脱石矿物含量达到可利用含量的黏土。我国出现的膨润土译名有斑脱岩、皂土和膨土岩等[1-4]。
膨润土作为一种宝贵的非金属矿产资源。自十九世纪九十年代首次被人们发现以后，其在国外已有一百多年的应用历史，但我国是于上世纪五十年代初才开始研究利用膨润土，相比之下我国对膨润土的性能、深加工和新用途的研究起步较晚。进入上世纪八十年代后，世界非金属矿工业有了飞速的发展。虽然自然界中已发现的非金属矿种类达1500多种，但能被开发的仅200多种，其中膨润土是物理化学性质特殊、应用范围最广的矿种之一。预计到2020年，世界产量将达到1亿吨。
我国是膨润土资源十分丰富的国家，矿产质优量大、种类齐全，除钙、钠基膨润土分布广泛、储量丰富外，还有铝基膨润土、镁基膨润土和锂基膨润土。但我国膨润土资源中钙基膨润土含量达80%以上，大部分都属于中低品味膨润土，加之非金属矿行业整体技术水平不高，至今未得以有效、合理的开发利用，造成大量的低品位钙基膨润土在开采过程中被闲置，不仅对生态环境造成了破坏，同时对膨润土的资源消耗更是一种浪费。上述情况表明，我国是一个以钙基膨润土为主的国家，同时全球膨润土也以钙基膨润土为主，因此如何开发利用钙基膨润土便是一个迫在眉睫的重大课题。
1国内外膨润土的综合利用现状
近年来膨润土应用飞速发展，伴随市场需求的不断增加，其性能要求也不断提高，因此推动了国内外学者对膨润土进行了大量科学研究[5-8]。研究结果和生产实践表明钙基膨润土的许多性能不及钠基膨润土，但是钙基膨润土的用途仍是广泛的。销路不好的主要原因是因为膨润土的主要消费结构为铸造业、钻井泥浆和铁矿球团，这三大用途占了膨润土全部产量的80%左右。
膨润土是一类特殊的粘土，其主要成分为蒙脱石。其中以钠蒙脱石为主的粘土称之为钠基膨润土，以钙蒙脱石为主的粘土成为钙基膨润土。前者性能较好，用途广泛，经济价值很高，称之为贵重粘土。钠基膨润土一般比钙基膨润土在物理化学性质和工艺技术性能上优越，其主要表现为钠基膨润土吸水速度慢，但吸水率和膨胀容大，阳离子交换量高，同时在水介质中可高度分散，并可以分离成单个细胞，故其胶质价相对较高，胶体悬浮液的触变性、粘度、润滑性好、PH值高、热稳定性好，在较高的温度下仍能保持其膨胀性能和一定的阳离子交换量，可塑性较高，粘结性较强，它和水、泥或砂等细碎屑物质的掺合物，仍具有较高的强度，热湿拉强度和干压强度比较高。所以，钠基膨润土比钙基膨润土应用面宽、价值高。
2塑性混凝土
塑性混凝土的胶凝材料除了水泥外还有膨润土、粘土等，可以单掺粘土或膨润土，也可以同时掺入两种材料。因此，塑性混凝土按胶凝材料组成的不同，可分为粘土塑性混凝土、膨润土塑性混凝土以及粘土-膨润土塑性混凝土三种类型。混凝土防渗墙是一种广泛应用和十分重要的水工建筑物。我国每年都要兴建大量的水利水电工程，这些工程特别是修建在覆盖层上的土石坝（包括围堰）工程，许多都要使用混凝土防渗墙作坝基或坝体的防渗结构，我国有很多运行多年需要维修或扩建的水库，其中不少也要使用防渗墙进行补强加固。许多大坝失事，大都是防渗体系失效或遭到破坏，防渗墙工程是隐蔽工程，如何通过周密的设计、严谨的施工和有效的监督，来达到设计目的，有它独特的规律和要求。防渗墙的技术发展很快，施工机械、工艺、材料等不断有新的成果涌现出来。防渗墙技术被广泛传播到其它建筑领域，同时其他行业的先进技术也不断地移植到防渗墙工程上来。所有这些都需要我们经常加以总结和提高。
国内的试验研究工作虽然比国外晚，但是进展速度较快，中国水利水电基础局和清华大学等单位，率先开始塑性混凝土这一项目课题的试验研究。通过对塑性混凝土基本配合比试验研究、静力特性试验研究、动力试验研究及塑性混凝土主要物理力学性质的研究，对塑性混凝土的性状有了较为全面的了解，获得了一些对塑性混凝土防渗墙设计具有指导意义的结论，同时也推动了国内塑性混凝土防渗墙技术的发展。
国内外对塑性混凝土课题所做的研究成果普遍侧重于它在实际工程中的应用，目前，有一些塑性混凝土性能研究的报导，但研究成果仅限于某个具体工程，没有普遍的指导意义。尤其是膨润土的种类及掺量对塑性混凝土宏观性能和内在机理的影响研究还很少见，如膨润土对塑性混凝土和易性、抗压强度、弹性模量和相对渗透系数以及膨润土与水泥水化进程之间的关系等研究尚未见到详细报到。因此，为了使膨润土资源在水利工程中得到合理的应用，达到降低工程成本，提高工程质量的同时，有必要分析膨润土种类及掺量对塑性混凝土和易性、抗压强度、弹性模量和相对渗透系数的影响。
3存在的问题
塑性混凝土是近年来迅速发展起来的一种新型水工建筑材料，它的特点主要体现在具有较低的弹性模量及较高抗渗特性能。然而作为一种新型混凝土材料，它在组成、结构及不同使用环境对其技术性能的影响等方面均还未得到深入系统的研究，多数是局限在某一个具体工程的特定条件下，对于塑性混凝土普遍的内在机理和规律认识还十分有限。塑性混凝土是以膨润土（或粘土）、粉煤灰等掺合料取代常规混凝土中的部分水泥而形成的一种低强度、低弹模混凝土。其中的掺合料膨润土在我国产区分布广泛，资源丰富，主要有钠基膨润土和钙基膨润土两种类型，天然的膨润土主要是钙基膨润土，占膨润土储量的90%以上，由于钙基膨润土储量丰富价格便宜但性能较差，大量的低品位钙基膨润土在开采过程中被闲置，不仅对生态环境造成了破坏，同时对膨润土的资源消耗更是一种浪费，限制了其在水利工程中的应用。以至于至今还没有一个正规的塑性混凝土技术规范问世，这将不利于塑性混凝土的发展。
4需解决的问题
主要关注于塑性混凝土的和易性、抗压强度、弹性模量和相对渗透系数的试验研究及其微观结构分析。通过膨润土水泥净浆、膨润土水泥砂浆和膨润土塑性混凝土的系统试验研究，分析膨润土种类和掺量对膨润土水泥浆体抗压强度以及对膨润土水泥砂浆和膨润土塑性混凝土抗压强度、弹性模量和相对渗透系数的影响，研究结果对钠基膨润土和钙基膨润土在塑性混凝土中的应用和塑性混凝土在水利工程中的应用有一定的指导意义。
参考文献：
[1] 姜桂兰，张培萍.膨润土加工与应用[M].北京:化学工业出版社,2005.
[2] 倪世棒.膨润土概述[J].山西化工,1985, (4): 20-24.
[3] 胡付欣，杨性坤.改性膨润土及其在含铬废水处理中的应用研究[J].非金属矿，2002, 21(1): 46-47.
[4] 孙长顺.无机柱撑膨润土的制备表征吸附特性及其在废水处理中的应用研究[D].西安:西安建筑科技大学,2008.
[5] Smith J A,Jaffe P R.Benzene transport through land fill liners containing organophilic bentonite,J Environ Engr,1994,120:1559~1577.
[6] George E.Christidis.Physical and chemical properties of some bentonite deposits of Kimolos Island, Greece, Applied Clay Science,1998,13:79~98.
[7] Hiroshi Ito. Compaction properties of granular bentonites, Applied Clay Science,2006,31:47~55.
[8] Liisa Carlson a, Ola Karnland. Experimental studies of the interactions between
anaerobically corroding iron and bentonite, Physics and Chemistry of the Earth,2007,32:334-345.
关键词：膨润土、胶凝材料、塑性混凝土、水工建筑
中图分类号：TV331文献标识码： A
0前言
膨润土(Bentonite) 是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产，源于1898年美国怀俄明州福特本顿堡“Fort Benton”附近发现的一种黄绿色、柔和的、吸水可膨胀的粘土物质，由于美国地质学家W.C.Knight在其产地“Fort Benton”首次发现，因而取名膨润土(Bentonite)。1972年，在西班牙举行的国际黏土会议(AIPEA)上，有学者提出了膨润土的广泛定义——膨润土是以蒙脱石类矿物为主要成份的黏土，是蒙脱石矿物含量达到可利用含量的黏土。我国出现的膨润土译名有斑脱岩、皂土和膨土岩等[1-4]。
膨润土作为一种宝贵的非金属矿产资源。自十九世纪九十年代首次被人们发现以后，其在国外已有一百多年的应用历史，但我国是于上世纪五十年代初才开始研究利用膨润土，相比之下我国对膨润土的性能、深加工和新用途的研究起步较晚。进入上世纪八十年代后，世界非金属矿工业有了飞速的发展。虽然自然界中已发现的非金属矿种类达1500多种，但能被开发的仅200多种，其中膨润土是物理化学性质特殊、应用范围最广的矿种之一。预计到2020年，世界产量将达到1亿吨。
我国是膨润土资源十分丰富的国家，矿产质优量大、种类齐全，除钙、钠基膨润土分布广泛、储量丰富外，还有铝基膨润土、镁基膨润土和锂基膨润土。但我国膨润土资源中钙基膨润土含量达80%以上，大部分都属于中低品味膨润土，加之非金属矿行业整体技术水平不高，至今未得以有效、合理的开发利用，造成大量的低品位钙基膨润土在开采过程中被闲置，不仅对生态环境造成了破坏，同时对膨润土的资源消耗更是一种浪费。上述情况表明，我国是一个以钙基膨润土为主的国家，同时全球膨润土也以钙基膨润土为主，因此如何开发利用钙基膨润土便是一个迫在眉睫的重大课题。
1国内外膨润土的综合利用现状
近年来膨润土应用飞速发展，伴随市场需求的不断增加，其性能要求也不断提高，因此推动了国内外学者对膨润土进行了大量科学研究[5-8]。研究结果和生产实践表明钙基膨润土的许多性能不及钠基膨润土，但是钙基膨润土的用途仍是广泛的。销路不好的主要原因是因为膨润土的主要消费结构为铸造业、钻井泥浆和铁矿球团，这三大用途占了膨润土全部产量的80%左右。
膨润土是一类特殊的粘土，其主要成分为蒙脱石。其中以钠蒙脱石为主的粘土称之为钠基膨润土，以钙蒙脱石为主的粘土成为钙基膨润土。前者性能较好，用途广泛，经济价值很高，称之为贵重粘土。钠基膨润土一般比钙基膨润土在物理化学性质和工艺技术性能上优越，其主要表现为钠基膨润土吸水速度慢，但吸水率和膨胀容大，阳离子交换量高，同时在水介质中可高度分散，并可以分离成单个细胞，故其胶质价相对较高，胶体悬浮液的触变性、粘度、润滑性好、PH值高、热稳定性好，在较高的温度下仍能保持其膨胀性能和一定的阳离子交换量，可塑性较高，粘结性较强，它和水、泥或砂等细碎屑物质的掺合物，仍具有较高的强度，热湿拉强度和干压强度比较高。所以，钠基膨润土比钙基膨润土应用面宽、价值高。
2塑性混凝土
塑性混凝土的胶凝材料除了水泥外还有膨润土、粘土等，可以单掺粘土或膨润土，也可以同时掺入两种材料。因此，塑性混凝土按胶凝材料组成的不同，可分为粘土塑性混凝土、膨润土塑性混凝土以及粘土-膨润土塑性混凝土三种类型。混凝土防渗墙是一种广泛应用和十分重要的水工建筑物。我国每年都要兴建大量的水利水电工程，这些工程特别是修建在覆盖层上的土石坝（包括围堰）工程，许多都要使用混凝土防渗墙作坝基或坝体的防渗结构，我国有很多运行多年需要维修或扩建的水库，其中不少也要使用防渗墙进行补强加固。许多大坝失事，大都是防渗体系失效或遭到破坏，防渗墙工程是隐蔽工程，如何通过周密的设计、严谨的施工和有效的监督，来达到设计目的，有它独特的规律和要求。防渗墙的技术发展很快，施工机械、工艺、材料等不断有新的成果涌现出来。防渗墙技术被广泛传播到其它建筑领域，同时其他行业的先进技术也不断地移植到防渗墙工程上来。所有这些都需要我们经常加以总结和提高。
国内的试验研究工作虽然比国外晚，但是进展速度较快，中国水利水电基础局和清华大学等单位，率先开始塑性混凝土这一项目课题的试验研究。通过对塑性混凝土基本配合比试验研究、静力特性试验研究、动力试验研究及塑性混凝土主要物理力学性质的研究，对塑性混凝土的性状有了较为全面的了解，获得了一些对塑性混凝土防渗墙设计具有指导意义的结论，同时也推动了国内塑性混凝土防渗墙技术的发展。
国内外对塑性混凝土课题所做的研究成果普遍侧重于它在实际工程中的应用，目前，有一些塑性混凝土性能研究的报导，但研究成果仅限于某个具体工程，没有普遍的指导意义。尤其是膨润土的种类及掺量对塑性混凝土宏观性能和内在机理的影响研究还很少见，如膨润土对塑性混凝土和易性、抗压强度、弹性模量和相对渗透系数以及膨润土与水泥水化进程之间的关系等研究尚未见到详细报到。因此，为了使膨润土资源在水利工程中得到合理的应用，达到降低工程成本，提高工程质量的同时，有必要分析膨润土种类及掺量对塑性混凝土和易性、抗压强度、弹性模量和相对渗透系数的影响。
3存在的问题
塑性混凝土是近年来迅速发展起来的一种新型水工建筑材料，它的特点主要体现在具有较低的弹性模量及较高抗渗特性能。然而作为一种新型混凝土材料，它在组成、结构及不同使用环境对其技术性能的影响等方面均还未得到深入系统的研究，多数是局限在某一个具体工程的特定条件下，对于塑性混凝土普遍的内在机理和规律认识还十分有限。塑性混凝土是以膨润土（或粘土）、粉煤灰等掺合料取代常规混凝土中的部分水泥而形成的一种低强度、低弹模混凝土。其中的掺合料膨润土在我国产区分布广泛，资源丰富，主要有钠基膨润土和钙基膨润土两种类型，天然的膨润土主要是钙基膨润土，占膨润土储量的90%以上，由于钙基膨润土储量丰富价格便宜但性能较差，大量的低品位钙基膨润土在开采过程中被闲置，不仅对生态环境造成了破坏，同时对膨润土的资源消耗更是一种浪费，限制了其在水利工程中的应用。以至于至今还没有一个正规的塑性混凝土技术规范问世，这将不利于塑性混凝土的发展。
4需解决的问题
主要关注于塑性混凝土的和易性、抗压强度、弹性模量和相对渗透系数的试验研究及其微观结构分析。通过膨润土水泥净浆、膨润土水泥砂浆和膨润土塑性混凝土的系统试验研究，分析膨润土种类和掺量对膨润土水泥浆体抗压强度以及对膨润土水泥砂浆和膨润土塑性混凝土抗压强度、弹性模量和相对渗透系数的影响，研究结果对钠基膨润土和钙基膨润土在塑性混凝土中的应用和塑性混凝土在水利工程中的应用有一定的指导意义。
参考文献：
[1] 姜桂兰，张培萍.膨润土加工与应用[M].北京:化学工业出版社,2005.
[2] 倪世棒.膨润土概述[J].山西化工,1985, (4): 20-24.
[3] 胡付欣，杨性坤.改性膨润土及其在含铬废水处理中的应用研究[J].非金属矿，2002, 21(1): 46-47.
[4] 孙长顺.无机柱撑膨润土的制备表征吸附特性及其在废水处理中的应用研究[D].西安:西安建筑科技大学,2008.
[5] Smith J A,Jaffe P R.Benzene transport through land fill liners containing organophilic bentonite,J Environ Engr,1994,120:1559~1577.
[6] George E.Christidis.Physical and chemical properties of some bentonite deposits of Kimolos Island, Greece, Applied Clay Science,1998,13:79~98.
[7] Hiroshi Ito. Compaction properties of granular bentonites, Applied Clay Science,2006,31:47~55.
[8] Liisa Carlson a, Ola Karnland. Experimental studies of the interactions between
anaerobically corroding iron and bentonite, Physics and Chemistry of the Earth,2007,32:334-345.