鞠建英

（北京市市政工程設(shè)計研究總院，北京 100082）

近年來國內(nèi)許多城市為改善城市景觀、提高人居環(huán)境質(zhì)量，常常采用引水、調(diào)水的方法修建各式各樣的景觀水系、垃圾填埋場及地鐵等地下工程。但許多工程由于防滲沒有做好，不但沒有達到預期的目的，還帶來了更大的經(jīng)濟損失和環(huán)境污染。究其原因，很大程度上是沒有進行耐久性選擇和沒有做好防滲材料應用過程的質(zhì)量控制。

筆者與市政、城建、水利等行業(yè)相關(guān)專家經(jīng)過多年對防滲材料的研究及對實際工程案例進行的分析比對，認為天然鈉基膨潤土防水毯是一種生態(tài)環(huán)保性很好的永久性防滲材料，而人工鈉化(即所謂的鈉基)膨潤土防水毯在防滲工程應用中存在缺陷。

1 我國天然鈉基膨潤土的分布與應用概況

天然鈉基膨潤土防水毯的主要構(gòu)成材料是天然鈉基膨潤土，處于礦山深部的天然鈉基膨潤土具有高度穩(wěn)定的水密性、保水性、粘結(jié)性、耐久性和自我修復能力，是國內(nèi)外公認的環(huán)保型永久防水材料。膨潤土礦的淺層部分大多為天然的鈣基膨潤土，它的膨脹、防滲性能差，用人工鈉化膨潤土制成的膨潤土防水毯壽命僅半年，最多三年。

我國的膨潤土儲量世界第一，全國26個省(區(qū))已探明的資源總量達百億噸以上，其中天然鈉基膨潤土儲量占一半以上，居世界之首。

迄今已探明的天然鈉基膨潤土礦藏儲量很大，但由于開采成本較高，目前市場上常用的膨潤土礦大多屬于經(jīng)風化、蝕變的鈣基膨潤土，它位于礦的表層或淺層，大多是露天開采，代價很低，市場容易購到。這種鈣基膨潤土的水密性和穩(wěn)定性很低，不適合制成較薄的防水毯直接用于防水防滲，但可直接用鈣基膨潤土(不能用人工鈉化膨潤土)鋪設(shè)50cm以上經(jīng)夯實作為防滲層，或?qū)⑵浯蟊壤嘏c當?shù)赝涟鑴蚝粚嵉酶褡鞣罎B層。其防滲等級由設(shè)計確定，比例、厚度需經(jīng)試驗確定。

很多企業(yè)為使產(chǎn)品達到《鈉基膨潤土防水毯標準》JG/T 193-2006中的材料指標要求，采用了將鈣基膨潤土進行人工鈉化的簡單方法，達到短時間的高膨脹指數(shù)和低滲透性，無法持久防水防滲。原因是鈣基膨潤土加堿進行人工鈉化后，會使膨潤土含鈉量太高，多余Na離子會壓縮雙電子層，造成無機凝膠體性能受損，水透過來，膨潤土防滲層失效。人工鈉化膨潤土主要用于時效要求短的鐵球團、鑄造、鉆井泥漿等。

吉林劉房子天然鈉基膨潤土儲量大，品質(zhì)好，利用原有200多m深的采煤巷道可大量開挖，僅一個巷道即可采2000多萬t，以前基本是出口原礦，由國外企業(yè)加工成防滲產(chǎn)品在香港、東南亞、日本、韓國等地應用，并返銷中國。現(xiàn)在企業(yè)自已進行深加工，并形成了大型永久性天然鈉基膨潤土系列防水產(chǎn)品生產(chǎn)基地。

天然鈉基膨潤土其綜合礦樣的膨脹指數(shù)大多只有15～18mL/2g，包括已挖到380m深的美國懷俄明的天然鈉基膨潤土礦。個別礦層和礦點通過提純可以達到≥24mL/2g，對于防水防滲和應對混凝土的干縮，15～18mL/2g則足夠了。美國、韓國等規(guī)定防滲膨潤土的膨脹指數(shù)≥15～16mL/2g。目前中國市場上供應的大多是人工鈉化膨潤土防水毯，其防水顆粒大多是用遼寧建平露天開挖的鈣基膨潤土加4%左右的堿(Na2CO3)制成。濰坊、南京等地也有部分生產(chǎn)。

2 鈉基膨潤土防水毯的特點及其應用

2.1 天然鈉基膨潤土防水毯的防滲機理及特點

天然鈉基膨潤土防水毯是一種新型環(huán)保生態(tài)復合防滲材料，它由兩層土工合成材料夾封優(yōu)質(zhì)防滲天然鈉基膨潤土，通過每平米15～20萬針刺纖維束將上中下三層拉緊輥壓復合而成的。

天然鈉基膨潤土粉粒在遇水后形成密實不透水的凝膠體，其包裝的土工合成材料能與主體結(jié)構(gòu)形成機械結(jié)合力，使基礎(chǔ)與防水層形成整體，共同抵御各種外力和環(huán)境影響。天然鈉基膨潤土具有很強的膨脹性能，在實驗室條件下，遇水能膨脹15～17倍。鈉基膨潤土防水毯不會因為干濕和凍融反復循環(huán)影響而降低防滲效果,它的自愈性好，能有效地隔絕污水的入侵。

天然鈉基膨潤土是天然礦物質(zhì)，遇水反應為物理過程，因此不會污染環(huán)境，長期使用其防水性能不會減弱，且性能穩(wěn)定，遇水膨脹能形成不透水的凝膠層，且能長久地追跡細微空隙。除此之外，天然鈉基膨潤土防水毯和防水粉(粘)還有以下優(yōu)點：

(1)自我修復能力。天然鈉基膨潤土因其獨有的膨脹性能，具有滲透到防水施工結(jié)束后所必然發(fā)生的裂紋內(nèi)部的能力，與其他防水方法對施工完成以后發(fā)生的缺陷無能為力相比，有其獨特的優(yōu)勢。

(2)能永久的發(fā)揮其防水能力。天然鈉基膨潤土為天然無機礦物，時間和周圍物質(zhì)對其化學性質(zhì)的影響很小，并且不會發(fā)生老化腐蝕現(xiàn)象，因此可以永久保持其防滲能力。

(3)施工相對比較簡單。和其他防滲方法相比工期較短，對施工人員的專業(yè)技術(shù)要求不高。一般的民工在技術(shù)人員指導下就可以完成。

(4)對人體無害。因施工的簡便性和材料的環(huán)保特性，在施工時對人體沒有影響，特別是沒有加熱和粘貼等作業(yè)，減少了施工事故的發(fā)生。

(5)容易檢測和確認。防滲施工結(jié)束后的檢測和確定較容易，可以立即檢查出施工不足的地方、施工上有問題的地方，以及防滲材料的損傷等，修補也很容易，所以可以減少防滲施工中可能發(fā)生的失誤。

2.2 天然鈉基膨潤土防水毯的應用

據(jù)2000年統(tǒng)計，世界范圍內(nèi)膨潤土占防水材料比例：美國占67%、歐洲占60%、中國僅占1.3%。我國上世紀80年代初首先由國外獨資企業(yè)將該產(chǎn)品引入國內(nèi)，后由香港商人將其作為新型防滲材料從國外直接引入到我國市場，初期使用的都是進口材料，防滲效果很好。上世紀末由美國、韓國在中國建廠開始生產(chǎn)鈉基膨潤土防水毯，當時采用的膨潤土也都是國外進口和國內(nèi)的天然鈉基膨潤土，市場使用情況良好。

本世紀初國內(nèi)一些廠家看到防水毯市場較大，也相繼建廠開始大量生產(chǎn)，由于天然鈉基膨潤土的價格偏高(是人工鈉化土的5～10倍)，國內(nèi)大部分廠家都采用人工鈉化膨潤土做防水毯的主要防滲材料，致使許多工程防滲失效，引起相關(guān)行業(yè)的設(shè)計、施工及技術(shù)人員對膨潤土防水毯防滲功能的關(guān)注。

2.3 人工鈉化膨潤土防水毯存在的問題

膨潤土防水毯及其輔助防水制品不是一次性商品，其耐久性和穩(wěn)定性是其質(zhì)量的關(guān)鍵。然而目前在國內(nèi)市場上大部分企業(yè)為降低產(chǎn)品成本，實現(xiàn)低價中標，在膨潤土防水產(chǎn)品中大量使用人工鈉化膨潤土代替天然鈉基膨潤土，有的只在人工鈉化膨潤土中摻加20%左右的天然鈉基膨潤土。而人工鈉化膨潤土則是由處于礦山表淺層受到億萬年風化侵蝕的鈣基膨潤土經(jīng)人工加堿(Na2CO3)制成，密實性、耐久性差，遇水能比原體積膨脹很多倍，但壽命短，很易隨水流失，用其做防水材料，會使混凝土主體結(jié)構(gòu)和巖土之間形成孔隙、漏水通道，不可能產(chǎn)生共同作用，使結(jié)構(gòu)防滲能力和抵御外力的能力大大降低。因為大量進入市場的防水毯中的人工鈉化膨潤土都含有4%左右的Na2CO3，Na2CO3易溶于水，并隨水流失帶走部分鈣基膨潤土，使防滲失效。

美國天然鈉基膨潤土膨脹指數(shù)要求為≥16mL/2g，而不是≥24mL/2g。我國頒布的《天然鈉基膨潤土防滲襯墊》JC/T 2054-2011規(guī)定天然鈉基膨潤土膨脹指數(shù)≥22mL/2g是很高的，大多數(shù)礦必須提純才能達到這一要求。另外，天然鈉基膨潤土的水化時間為100h以上，鈣基膨潤土為24h以上，人工鈉化膨潤土僅需幾個小時。

3 天然鈉基膨潤土與人工鈉化膨潤土的鑒別方法

3.1 感觀法

(1)觀色法：觀看原礦的顏色。天然鈉基膨潤土顏色較深，90%以上為深灰、黑灰、藍灰、綠灰。人工鈉化膨潤土顏色較淺，90%以上為白、灰白、淺黃、淺灰、粉紅等。

(2)舌嘗法：可用舌頭舔原礦。天然鈉基膨潤土吸附力特強，有苦澀味道。鈣基膨潤土吸附力不強，無苦澀味道。人工鈉化膨潤土有灼感(為安全起見最好不用此法)。

(3)手搓法：用水與原礦拌勻后用手指拈搓。天然鈉基膨潤土粘性感較強，滑感性較弱；人工納化膨潤土粘性感弱，滑性感強。

3.2 簡易化學法

(1)稀酸法。將烘干后的毯中膨潤土試樣(顆粒狀)放進玻璃杯中，再倒入1%～3%的鹽酸溶液至顆粒表面1cm以上觀察，天然鈉基膨潤土幾乎無反應，或僅有很小細泡；人工鈉化膨潤土反應劇烈，有很多氣泡逸出(用9°醋做為試劑較為安全)。

(2)pH值測試法。天然鈉基膨潤土的pH值≤9；人工鈉化膨潤土的pH值＞9。

3.3 物理法

(1)追蹤產(chǎn)地法。追跡供貨廠家所采用的鈉基膨潤土來源，有無地勘報告，廠家使用的鈉基膨潤土是否埋于80～100m深層以下的天然鈉基膨潤土，是否有地質(zhì)部門的勘測報告。無天然鈉基膨潤土礦山的膨潤土毯生產(chǎn)企業(yè)應查購土增值稅發(fā)票，看其購天然鈉基膨潤土來源和數(shù)量，如有的企業(yè)用的是從國外進口的天然鈉基膨潤土，還應查報關(guān)單，進口稅單和質(zhì)檢報告單，從進口土的數(shù)量上推算出可能生產(chǎn)出毯的數(shù)量。一般毯中的含土量應為5kg/m2以上，1t土最多可生產(chǎn)200m2毯，防治防污等級要求高的工程，土含量應>5kg/m2,有的要求6kg/m2以上。進口500t土，生產(chǎn)出的毯應少于10萬m2，因用于搭接、貫穿以及局部加強的防滲顆粒(粉)、膏等，也應使用天然鈉基膨潤土(不允許用短命的人工鈉化膨潤土)制作。應防止只進口了少量天然鈉基膨潤土，卻生產(chǎn)出很多的鈉基膨潤土毯。目前我國已開采的鈉基膨潤土礦只有新疆和吉林劉房子，其他都是露天開采的鈣基膨潤土，如遼寧建平、張家口、內(nèi)蒙、山東等地。遼寧建平、山東、江蘇、上海、河南、廣西等地生產(chǎn)的防水毯絕大部分使用的都是人工鈉化膨潤土。

(2)X-射線衍射法。將膨潤土試樣用蒸餾水進行不少于4次的漂洗，直至水溶液pH值呈中性。將漂洗樣烘干后做X-射線衍射測定蒙脫石的特征峰值d(001)，天然鈉基膨潤土仍顯示出Na蒙脫石的特征峰值d(001)約為12.5，而人工納化膨潤土則約為15(即Ca蒙脫石的特征峰值)。人工鈉化時所加入的4%左右的Na2CO3因溶于水而流失。

(3)膨脹指數(shù)測定法。將鈉基膨潤土與人工鈉化膨潤土用蒸餾水進行不少4次的漂洗，直到水溶液的pH值為7～8。測定漂洗前后試樣的膨脹指數(shù)，天然鈉基膨潤土漂洗后膨脹指數(shù)與漂洗前膨脹指數(shù)之比≥80%，人工鈉化膨潤土漂洗后膨脹指數(shù)與漂洗前膨脹指數(shù)之比≤50%。

(4)施工現(xiàn)場的快速檢測。考慮到施工現(xiàn)場檢驗的方便性與安全性可以采用超市賣的食用的9°米醋作為試劑對于進場材料進行鑒別：將防水毯中的膨潤土粉顆粒取出堆成一小堆(20g左右)，澆上少量9°米醋，馬上可觀察到冒泡多的是人工鈉化膨潤土，無泡或只有極少量小泡的是天然鈉基膨潤土。機理是醋酸即乙酸CH3COOH，普通醋乙酸含量僅為3%～4%。9°米醋含乙酸9%，其余91%是水，加入人工鈉化膨潤土(95%～96%的鈣基膨潤土加4%～5%的堿)乙酸與碳酸鈉反應放出二氧化碳(氣泡)。即CH3COOH+H2O+Na2CO3→(CH3COO)Na·H2O+CO2↑。實際工程應用時，除對膨潤土防水毯中的土加以鑒別外，還應對起加強作用而配套的防滲顆粒、粉、止水條、漿等按上法鑒別。防止偷換，造成防滲失效。

4 天然鈉基膨潤土防水毯施工質(zhì)量控制

4.1 耐久性及環(huán)境安全性的工程材料性價比

用于工程建設(shè)中防滲材料的性價比，應將耐久性，抗污染性放在首位，若選用壽命僅幾年的劣質(zhì)材料，其結(jié)果將要付出幾倍的代價進行修補，這還不包括由于防滲工程的失敗帶來的環(huán)境、公眾安全和社會影響方面的損失。目前發(fā)現(xiàn)的很多防滲失效的工程案例，大多是因為建設(shè)方?jīng)]有把好質(zhì)量關(guān)，同時施工方又為了省錢而選用劣質(zhì)的防滲材料，也促使了短命的人工鈉化膨潤土防滲材料大泛濫，由此也造成社會上對于鈉基膨潤土防水毯的應用產(chǎn)生了懷疑。

4.2 天然鈉基膨潤土防水毯應用的行業(yè)標準編制

為保證防滲工程的質(zhì)量，目前相關(guān)部門正在編制關(guān)于天然鈉基膨潤土防水毯應用的行業(yè)標準。住建部也正在針對相關(guān)國標GB50108-2008和行標JG/T 193-2006中的膨潤土條款進行修訂(因這兩個標準都有鈉基膨潤土包括天然鈉基膨潤土和人工鈉化膨潤土的條款，致使人工鈉化膨潤土防水毯以鈉基膨潤土防水毯充滿市場，造成許多防水防滲工程在很短時間失效)。地方標準DB11/581-2008將升為國家標準，其中也規(guī)定必須使用天然鈉基膨潤土防水材料。《天然鈉基膨潤土防滲襯墊》JC/T 2054-2011標準已于2012年7月1日開始實施。

4.3 防滲效能綜合比較

4.3.1 天然鈉基膨潤土防水毯與粘土的防滲比較

(1)生態(tài)效果。膨潤土防水毯和粘土防滲都不會影響環(huán)境，有利于動植物的生長。但粘土資源缺乏，有些屬國家耕地保護范圍。

(2)防滲效果對比。1m厚的壓實粘土防滲系數(shù)≤10-9m/s，6mm厚的天然鈉基膨潤土防水毯防滲系數(shù)≤10-11m/s。

(3)運輸成本高。普通運輸車輛一車粘土可鋪40m2左右的防滲層，一車防水毯可以鋪設(shè)5000～6000m2防滲層，而在鋪粘土層前需挖運出原來的砂土，也要付出人機費。

粘土雖然環(huán)保但實際上要找到運距近又符合要求的粘土(滲透系數(shù)10-7m/s)很難，夯實要保持最佳含水量很難，需水量也大，工期要求長，并需要大量的品質(zhì)管理測試等。

(4)膨潤土防水毯施工簡單，在做好的基礎(chǔ)上直接鋪設(shè)膨潤土防水毯，防水毯之間搭接30cm即可。鋪設(shè)前對防水毯做材料性能指標檢測達到標準即可放心使用。 粘粒含量高的粘土防滲層的總厚度要求≥100cm，施工時要分層碾壓，碾壓時應現(xiàn)場取樣，壓實度≥95%，含水量應控制在最佳含水量的±2%以內(nèi)，壓實度和含水量的控制應按照擊實試驗及密度試驗等相關(guān)標準方法進行。

(5)防滲施工后的檢測和確認較容易，可立即檢查出施工不足或有問題的地方及材料破損等。即使發(fā)生了缺陷，水也無法在夯實地基、GCL、保護層之間流動，只需修補漏水部位就可重新發(fā)揮其完美的防滲作用。在施工老過程發(fā)現(xiàn)破損只需做簡單的追加補強即可。

4.3.2 天然鈉基膨潤土防水毯與土工膜的性能對比

對比情況詳見右表。值得注意的是：因為土工膜本身是高分子聚合體，在應用土工膜防滲時應注意有沒有使用的再生橡、塑材料又加入了過量的填充材料，其生產(chǎn)過程中有沒有達到聚合所需要的溫度、壓力、時間，有沒有在老化過程中有聚合物單體游離出來造成污染，如聚氯乙烯的氯乙烯單體有巨毒。

4.4 材料質(zhì)量控制及施工過程規(guī)范化管理

材料質(zhì)量控制只是工程質(zhì)量控制的一個環(huán)節(jié)，為了保證工程質(zhì)量最終達標還需要編制天然鈉基膨潤土防水毯施工規(guī)范圖集和在施工過程質(zhì)量控制標準及驗收標準。從而使設(shè)計、施工、監(jiān)理等部門有據(jù)可查，有規(guī)范可依。

在采用天然鈉基膨潤土防水毯防滲時，必須遵守以下三點才能發(fā)揮其自身的防滲性能。

(1)天然膨潤土只有在密閉的空間(有壓力)才能防滲。密實度須在85%以上才能使其凝膠發(fā)揮密實、防水作用，通常用填土或覆蓋保護層來解決。要求的壓力一般為1.4～2.0kPa。

(2)天然鈉基膨潤土只有與水接觸后才能發(fā)揮持久防滲性能。有水膨潤土才會膨脹并形成無機凝膠體，有時也提前讓其與純水接觸，提前形成膠體，以阻止更多的水(特別是污水)進入。

天然鈉基膨潤土防水毯與土工膜性能對比

(3)天然鈉基膨潤土防水毯應與湖、渠、庫底已夯實的墊層緊密相貼。同時應與毯上的保護層，防沖刷層緊密結(jié)合，使毯中的膨潤土遇水膨脹后填充上下層微孔隙共同形成耐久性整體防滲層。

[1]中華人民共和國工業(yè)和信息化部.JC/2054-2011天然鈉基膨潤土防滲襯墊[S].北京:中國標準出版社,2011.

[2]中華人民共和國建設(shè)部.JG/T 193-2006鈉基膨潤土防水毯[S].北京:中國標準出版社,2006.

[3]全國非金屬礦產(chǎn)品及制品標準化技術(shù)委員會.GB12518-90膨潤土礦地質(zhì)勘探規(guī)范[S].北京:中國標準出版社,1990.

[4]袁慰順,胡秀榮.天然鈉基膨潤土和人工鈉化膨潤土的異同[J].中國非金屬礦工業(yè)導刊,2008(4):9-11.

[5]鞠建英.實用地下工程防水手冊[M].北京:中國計劃出版社,2002.

[6]鞠建英.用膨潤土工程中的開發(fā)與應用[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,2003.

[7]鞠建英.鈉基膨潤土防水毯及地下工程防火技術(shù)規(guī)范有關(guān)膨潤土條款中的若干問題[J].工程建設(shè)標準化,2012(11):16-21.