膨润土水泥砂浆性能及机理研究

这些特点及其优越性，使其得到越来越广泛的应用和研究[7]。 普通水泥砂浆的抗压强度较高，而抗拉强度较低，特别
是其弹性模量较高而变形能力很差。随着建筑技术的发展， 特别是新型墙体材料的兴起和利用，对砂浆性能的要求越来 越专业化，普通水泥砂浆已难以满足专业化要求[8]。目前国内 鲜见膨润土水泥砂浆的研究报道，因此，本文尝试开展膨润 土水泥砂浆的研究，旨在克服普通水泥砂浆的缺点，降低砂 浆的弹性模量，提高其抗裂性和抗渗性。
吸水率 /% 280 200 200 50
表 3 膨润土的主要化学成分
%
项目 SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 FeO TiO2 MnO Na2O P2O3 膨润土 550 72.25 21.12 0.61 2.23 1.90 - - - 1.73 膨润土 300 71.43 19.76 0.76 2.28 2.03 - - - 1.50 膨润土 260 72.49 17.04 1.31 1.72 2.13 0.43 0.20 0.15 1.01 0.02 膨润土 180 70.49 16.14 1.02 2.72 1.89 0.23 0.11 0.05 1.14 0.03
·49·
蒋林华，等：膨润土水泥砂浆性能及机理研究
表 7 水胶比对拌合物和易性的影响
组号
1 m3 砂浆各种材料用量/kg 水胶比
膨润土 水泥 砂子 水
稠度 表观密度 /mm （/ kg/m3）
B-180-1 0.8 B-180-2 0.9 B-180-3 1.0
60 240 996 240 127 60 240 996 270 139 60 240 996 300 145
文献标识码：A
文章编号：1001-702X（2012）04-0048-06
Researches on performances and mechanism of bentonite-cement mortar JIANG Linhua，WANG Tao，DING Guoqing，CHU Hongqiang，HU Jie，NA Binbin，XIONG Chuansheng
掺膨润土的混凝土弹性模量低，极限变形大，能适应较 大变形，有利于改善其应力状态，同时还具有良好的抗渗性 能[1-3]，克服了普通混凝土允许变形小、应力集中、易产生裂 缝、造价高的缺陷[4-5]，很适合于在险坝加固、海岸工程和基础 防渗工程中作为防渗墙墙体材料[6]。在某些情况下，掺膨润土 混凝土还可用于挡土、防冲、承重等。由于掺膨润土混凝土的
基金项目：国家自然科学基金资助项目（50978085）； 江苏省六大人才高峰项目 2009 年 A 类资助项目； 河海大学自然科学基金资助项目（2008427811）
收稿日期：2011-09-24 作者简介：蒋林华，男，1963 年生，江苏苏州人，教授，博士生导师，主要 从事工程新材料和结构耐久性的研究。
表 4 膨润土水泥砂浆的基本配合比
膨润土掺量/% 0
水泥/% 100
20
80
40
60
60
40
水胶比
0.8 0.9 1.0 0.8 0.9 1.0 0.8 0.9 1.0 0.8 0.9 1.0
胶砂比 1∶3.32 1∶3.32 1∶3.32 1∶3.32
1.3 试验方法 为了研究膨润土种类及掺量对水泥砂浆的影响，对膨润
从表 6 可以看出，在水胶比一定的情况下，随着膨润土掺 量的增加，稠度有减小的趋势，但当膨润土掺量由 20%增加 到 40%时，膨润土水泥砂浆稠度变化不大，而在膨润土掺量 超过 40%时，稠度急剧减小。膨润土掺量对密度影响不大，几 乎可以忽略不计。 2.1.3 水胶比对砂浆和易性的影响（见表 7）
NNEEWW BBUUIILLDDIINNGG MMAATTEERRIIAALLSS
2 试验结果与分析
2.1 膨润土水泥砂浆拌合物和易性 2.1.1 膨润土种类对砂浆和易性的影响（见表 5）
表 5 膨润土种类对砂浆性能的影响
种类
1 m3 砂浆用量/kg 水胶比
膨润土 水泥 砂子 水
稠度 表观密度 /mm （/ kg/m3）
膨润土 550 0.8 60 240 996 240 45 膨润土 300 0.8 60 240 996 240 48 膨润土 260 0.8 60 240 996 240 62 膨润土 180 0.8 60 240 996 240 57
表 8 膨润土种类及水胶比对砂浆抗压强度的影响
膨润土种类 水胶比 3d
抗压强度/MPa
7d
28 d
90 d
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0.8
9.4
14.8
21.1
25.9
空白
0.9
8.1
12.1
19.2
23.1
1.0
4.9
8.0
11.5
18.1
0.8
5.6
6.0
10.6
17.4
膨润土 550 0.9
4.0
5.3
8.6
14.8
1.0
1试验
1.1 原材料 水泥：中国水泥厂有限公司生产的 P·Ⅱ42.5R 硅酸盐水
泥，符合 GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》标准要求，其性能 指标见表 1。
·48· 新型建筑材料
2012．4
蒋林华，等：膨润土水泥砂浆性能及机理研究
表 1 水泥的性能指标
抗压强度/MPa 抗折强度/MPa 凝结时间/min 标准稠
3.4
3.8
4.8
8.5
0.8
7.4
10.3
16.6
20.1
膨润土 300 0.9
4.9
7.1
12.2
17.2
1.0
3.8
6.8
10.6
14.7
0.8
5.8
8.6
14.1
18.5
膨润土 260 0.9
3.8
4.4
11.3
15.5
1.0
3.5
4.2
9.0
12.3
0.8
项目
度用水 安定性
3 d 28 d 3 d 28 d 初凝 终凝 量/%
标准值 ≥22.0 ≥42.5 ≥4.0 ≥6.5 ≥45 ≤390
合格
检测值 29.1 47.2 4.5 7.6 175 305 25.8 合格
膨润土：南京汤山膨润土有限公司生产，其中膨润土 550、
300、260 为钠基膨润土，膨润土 180 为钙基膨润土。其物理性
细骨料：南京当地的天然河砂，表观密度 2680 kg/m3，含 泥量 1.2%，细度模数为 2.7，级配曲线位于Ⅱ区。
外加剂：江苏博特新材料有限公司生产的 JM—10 高效 减水剂。 1.2 配合比
由于目前还没有有关膨润土水泥砂浆应用的技术规范或 规程，本文主要研究用钠基膨润土和钙基膨润土等量取代常 规水泥砂浆中的部分水泥制成膨润土水泥砂浆，具体配合比 如表 4 所示。
2220 2140 2200 2160
从表 5 可以看出，在水胶比和膨润土掺量一定的情况下，
膨润土种类对砂浆稠度和表观密度的影响不大。 2.1.2 膨润土掺量对砂浆和易性的影响
在水胶比一定的情况下，选用膨润土 180，膨润土掺量分
别为0、20%、40%、60%，膨润土掺量对膨润土水泥砂浆和易性 的影响见表 6。
2160 2130 2080
从表 7 中可以看出，在膨润土 180 掺量（20%）一定的情 况下，砂浆的稠度随水胶比的增大而提高，密度变化不大，所 以水胶比对膨润土水泥砂浆稠度有一定的影响，但对密度影
响很小。 2.2 膨润土水泥砂浆的抗压强度 2.2.1 膨润土种类及水胶比对砂浆抗压强度的
影响（见表 8）
能、化学成分分别见表 2 和表 3。
表 2 膨润土的物理性能
项目
膨润土 550 膨润土 300 膨润土 260 膨润土 180
200 目 通过率/%
98 95 93 92
胶质价 膨胀容 蒙脱石 （/ ml/g） （/ ml/g） 含量/%
2000
70
93
1500
64
90
1200
60
85
700
10
65
（College of Mechanics and Materials，Hohai University，Nanjing 210098，Jiangsu，China） Abstract：Some part of cement in common mortar is substituted by calcium-based bentonite and sodium-based bentonite to form bentonite-cement mortar. The workability of the freshly applied mortar，the compressive strength，the elastic modulus and the impermeability are measured. The influences of bentonite species，the volume and the water cement ratio on its properties are analyzed. What's more，SEM is used to observe and analyze it. The results show that：the early strength of the mortar with bentonite develops fast. As the volume of bentonite increases，the compressive strength decreases. The bentonite-cement mortar can help to decrease the elastic modulus significantly. The bentonite can contribute to increase the impermeability of the mortar. The species of bentonite make little differences to the compressive strength，the elastic modulus and the impermeability. The density of the bentonite-cement mortar improves much more than the ordinary cement mortar. Key words：bentonite-cement mortar；workability；compressive strength；elastic modulus；impermeability
土水泥砂浆的和易性、抗压强度、弹性模量及相对渗透系数进 行了对比试验。膨润土水泥砂浆拌合物和易性的测试采用坍 落度与扩展度 2 种方法，都是用坍落度筒来完成，2 个试验可 同时进行；抗压强度、弹性模量和相对渗透系数试验分别采用 100 mm×100 mm×100 mm、100 mm×100 mm×300 mm 试件和 顶面直径 70 mm、底面直径 185 mm、高 30 mm 的圆台试件， 按 JGJ 70—1990《建筑砂浆基本性能试验方法》测试其 7、28、 90、180 d 的抗压强度和 28、90、180 d 弹性模量以及 28 d 相对 渗透系数。
表 6 膨润土掺量对拌和物和易性的影响
1 m3 砂浆用量/kg
稠度 表观密度
水胶比 膨润土 水泥
砂子
水
/mm （/ kg/m3）
0.8
0
300
996
240 142 2190
0.8
60
240
996
240 127 2160
0.8
120
180
996
240 124 2120
0.8
180
120
996
240 57 2070
膨润土水泥砂浆早期强度发展较快；随膨润土掺量的增大，砂浆抗压强度逐渐降低；掺膨润土水泥砂浆可以显著降低砂浆弹性模
量，提高砂浆的抗渗性能，密实度相对普通水泥砂浆有明显提高；膨润土种类对砂浆的抗压强度、弹性模量和相对渗透系数影响均
较小。
关键词：膨润土水泥砂浆；和易性；抗压强度；弹性模量；抗渗性能
中图分类号：TU578+8.1
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膨润土水泥砂浆性能及机理研究
蒋林华，王涛，丁国庆，储洪强，胡杰，那彬彬，熊传胜
（河海大学 力学与材料学院，江苏 南京 210098）
摘要：采用钠基膨润土和钙基膨润土等量取代普通水泥砂浆中的水泥制成膨润土水泥砂浆，测试了新拌砂浆的和易性、抗压强
度、弹性模量和相对渗透系数等，分析了膨润土种类、掺量及水胶比对其性能的影响，并采用 SEM 对其进行观察分析。结果表明：掺