膨潤土膨脹指數(shù)試驗方法探討

李亞南 陳 侃 1安徽省淮委水利科學研究院（20002） 2安徽省建筑工程質量監(jiān)督檢測站（20088）安徽省金晨水利水電咨詢有限公司（20000）

0 前言

膨潤土是以蒙脫石為主要礦物成分的建筑材料，目前被廣泛應用于農(nóng)業(yè)、建筑行業(yè)等領域，因此也被稱為“萬能土”。《膨潤土》國家推薦性標準GB/T20973—2007中將冶金球團用膨潤土根據(jù)層間陽離子的不同分為鈉基和鈣基兩種。膨潤土遇水會產(chǎn)生膨脹效果，產(chǎn)生膨脹主要有兩個原因：一是膨潤土遇水后，礦物晶層間距擴大，水分子進入礦物晶層；二是因為膨潤土陽離子間的交換作用，鈉基膨潤土膨脹指數(shù)遠高于鈣基膨潤土。

《膨潤土》GB/T20973—2007中膨脹指數(shù)的試驗方法，要求使用100mL刻度量筒，每次加量不超過0.1g，待前次加入試樣沉底后再次添加，相鄰兩次加入時間間隔不少于10min。在實際試驗操作過程中發(fā)現(xiàn)，由于100mL量筒截面積較小，導致每次加入的試樣與水面接觸面小，再加上膨潤土吸水速度較慢，水的表面張力、浮力較大等原因，一次加料至完全沉底需要很長時間，因此完成整個試驗所需時間較長。且每次按照0.1g添加時，易產(chǎn)生塊狀樣品下沉的現(xiàn)象，可能造成下沉的樣品內部吸水膨脹不充分。

本次試驗將探討膨脹指數(shù)試驗的兩個方面：①探討按照少量多次的添加方法，減少塊狀樣品下沉的情況出現(xiàn)，使樣品在水面充分溶解，得出的膨脹指數(shù)是否會較高；②探討通過改變容器截面積，增大試樣與水的接觸面，以縮短試驗時間的方法是否對結果有不利影響。

1 膨潤土膨脹指數(shù)試驗

1.1 試驗樣品

本次試驗采用鈉基二級膨潤土。根據(jù)標準要求，此類膨潤土膨脹指數(shù)≥15mL/2g。按照試驗規(guī)定，將2.00g樣品放入105℃的烘箱中烘干2h備用。根據(jù)對比試驗要求，以上樣品同時制備10份。

1.2 主要儀器設備

電熱恒溫干燥箱；

電子天平，精確度0.01g；

100mL量筒、250mL量筒、100mL 燒杯、150 mL燒杯；

蒸餾水。

1.3 試驗方法

將烘干處理后的樣品分多次加入已倒入90 mL蒸餾水的250mL燒杯內。為保證樣品與水充分接觸，每次加入量以剛好鋪滿容器水面為準。用30 s左右時間緩慢加入，樣品沉底后再次添加。其中一組100mL量筒采取每次0.1g添加樣品，另一組采取每次少于0.1g添加樣品，添加樣品量僅以覆蓋量筒水面大部分面積為準。由于100mL量筒截面積小，樣品的加入間隔遠大于10min。250mL量筒與燒杯的口徑較大，樣品溶解較快，樣品加入間隔小于10min。所以本次試驗過程只關注樣品沉底后再次添加的要求，在250mL量筒及燒杯的試驗中并未完全按照10min間隔的規(guī)定。樣品添加完畢后，用蒸餾水沖洗黏附在量筒內側的粉粒。100mL量筒截面積小，較易黏附粉粒。其余容器截面積較大，黏附粉粒的概率較低。將水位加至100mL刻度，密封容器靜置24h后，記錄沉淀物刻度，精確至0.5 mL。

2 試驗結果

樣品與蒸餾水接觸的面積越大，能夠加入的樣品量也越多，也可使樣品在水面分布得更加均勻。150mL燒杯截面積約2533mm2，在本次試驗所用容器中截面積最大，所以在5組試驗中最先完成。膨脹指數(shù)為29.0mL/2g和28.5mL/2g。100mL燒杯截面積約1885mm2，兩個樣品膨脹指數(shù)均為28.0mL/2g。250mL量筒截面積約1046mm2，兩個樣品膨脹指數(shù)均為28.0mL/2g。100mL量筒按照每次添加0.1g方式完成試驗，膨脹指數(shù)為24.0 mL/2g和25.0mL/2g。耗時最多的每次添加量較少的100mL量筒組。由于每次添加量較少，基本沒有出現(xiàn)塊狀樣品下沉的現(xiàn)象，所以樣品下沉所需時間最長，膨脹指數(shù)為25.0mL/2g和25.5mL/2g。本次試驗結果均在標準規(guī)定允許差范圍內。具體試驗結果見表1。

表1 各試驗組膨脹指數(shù)試驗結果(mL/2g)

3 結論

使用250mL量筒、燒杯進行試驗，試驗過程中樣品下沉所需的時間均小于使用100mL量筒組，且得出的膨脹指數(shù)結果也均略高于100mL量筒組。這是由于250mL量筒及燒杯的截面積較大，造成水與樣品接觸面積變大，使樣品更易快速溶于水并下沉，同時也會使得樣品吸水膨脹更加充分。此次試驗表明，當增加容器截面積時，對膨脹指數(shù)測試結果并無不利影響，反而會提高測量值。

兩組100mL量筒的試驗結果基本相同，使用每次0.1g添加樣品方式出現(xiàn)塊狀下沉現(xiàn)象，但其未充分吸水膨脹的弊端并未對試驗結果造成較大影響?？赡苁且驗樵陟o置24h后，樣品已充分吸水的原因。

250mL量筒、燒杯由于容量偏大，按照《實驗室玻璃儀器 量筒》GB/T12804—2011及《實驗室玻璃儀器 燒杯》GB/T15724—2008的規(guī)定，其最低刻度均較大且刻度分辨率要劣于100mL量筒，試驗結果讀取的精確度也比100mL量筒低。如果所測樣品膨脹指數(shù)較小，極易造成樣品膨脹后達不到容器最低刻度線的現(xiàn)象。所以此方法不適用于膨脹指數(shù)較低的膨潤土及對結果精度要求較高的試驗。如果實驗室具備大容量且精度、分辨率均較高的容器，可參考此試驗方法進行。