阳离子交换量对膨润土层间水化影响的试验研究

膨润土因其具有强烈的膨胀性、极低的渗透性通常被用作防渗以及缓冲材料。阳离子交换量是影响膨润土的微观结构一个重要参数,进而会改变膨润土的膨胀性能以及水力和扩散特性。通过将改性后的锂基膨润土加热到不同温度,制备了一系列阳离子交换量逐渐降低的减电荷膨润土。采用核磁共振技术和X射线衍射技术获得了减电荷膨润土在不同含水率下的孔隙水分分布特征以及层间距变化,分析了阳离子交换量对膨润土层间水化的影响机制。研究表明,随着阳离子交换量的减小,可膨胀层的数量减少,导致膨润土的液限降低。根据核磁共振获得的横向驰豫时间T_(2)分布曲线提出了一个确定可膨胀层比例的初步方法,该方法获得的结果与可交换阳离子降低的比例是非常接近的。

阳离子交换量和盐溶液浓度对膨润土膨胀变形的影响

膨润土遇水产生的膨胀变形以及膨胀力是由于颗粒间的斥力引起的,而该斥力大小与土体的固定负电荷密度(采用阳离子交换量CEC来表征)以及孔隙溶液的浓度有关,已有的对膨润土膨胀变形研究多针对孔隙溶液而非土体的阳离子交换量。现以钠基膨润土为研究对象,采用Li+固定法来控制膨润土的固定负电荷密度,以达到降低膨润土阳离子交换量的目的,再采用Li Cl为盐溶液,获得了上述不同阳离子交换量的膨润土在不同浓度的盐溶液作用下的膨胀指数。结果表明:随着溶液浓度升高,土样的膨胀指数降低;当浓度小于1 mol/L时,下降较为显著,之后则缓慢降低;随着阳离子交换量的减少,土样的膨胀指数也呈降低趋势。这是因为土颗粒的阳离子交换量和溶液浓度是影响土样与孔隙溶液物理化学作用的决定性因素,阳离子交换量越小,浓度越高,土颗粒之间的斥力降低,土样的膨胀指数则会降低。采用考虑颗粒间物理化学作用的粒间应力来描述试验结果,表明对于该种膨润土来说,不同阳离子交换量以及不同盐溶液作用下的回弹变形和回弹应力几乎在一条曲线上,这也进一步验证了粒间应力在膨胀土模拟中的有效性和适用性。