膨潤土膨脹指數試驗方法探討

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業、建筑行業等領域，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層間陽離子的不同分為鈉基和鈣基兩種。膨潤土遇水會產生膨脹效果，產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遠高于鈣基膨潤土。

《膨潤土》GB/T20973—2007中膨脹指數的試驗方法，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現，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，易產生塊狀樣品下沉的現象，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，使樣品在水面充分溶解，得出的膨脹指數是否會較高；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 膨潤土膨脹指數試驗

1.1 試驗樣品

本次試驗采用鈉基二級膨潤土。根據標準要求，此類膨潤土膨脹指數≥15mL/2g。按照試驗規定，將2.00g樣品放入105℃的烘箱中烘干2h備用。根據對比試驗要求，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。膨脹指數為29.0mL/2g和28.5mL/2g。100mL燒杯截面積約1885mm2，兩個樣品膨脹指數均為28.0mL/2g。250mL量筒截面積約1046mm2，兩個樣品膨脹指數均為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，基本沒有出現塊狀樣品下沉的現象，所以樣品下沉所需時間最長，膨脹指數為25.0mL/2g和25.5mL/2g。本次試驗結果均在標準規定允許差范圍內。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添加樣品方式出現塊狀下沉現象，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。可能是因為在靜置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較小，極易造成樣品膨脹后達不到容器最低刻度線的現象。所以此方法不適用于膨脹指數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。