水(shui)泥、石(shi)灰(hui)等傳統膠凝材(cai)料(liao)在生產、施(shi)(shi)工、性(xing)能(neng)方面存在許多不(bu)足，如生產能(neng)耗大、成(cheng)本高，造(zao)成(cheng)環境壓力；施(shi)(shi)工過程(cheng)易泌水(shui)、離(li)析；硬(ying)化后易產生裂(lie)縫，且吸濕保溫(wen)性(xing)不(bu)良(liang)。膨(peng)潤土是一種常見的(de)工業(ye)粘土，屬于天然(ran)火山灰(hui)質(zhi)材(cai)料(liao)，其由于獨(du)特的(de)礦物結(jie)(jie)構、結(jie)(jie)晶化學性(xing)質(zhi)，具有陽離(li)子交(jiao)換性(xing)、膨(peng)脹(zhang)性(xing)、觸變性(xing)、穩定性(xing)、可(ke)塑性(xing)、粘結(jie)(jie)性(xing)、吸附性(xing)、分散(san)性(xing)。膨(peng)潤土改性(xing)水(shui)泥、石(shi)灰(hui)等膠凝材(cai)料(liao)在土木(mu)工程(cheng)、巖(yan)土工程(cheng)、水(shui)利工程(cheng)、礦山充填等領域(yu)的(de)應用越來(lai)越多。

　　膨潤土改性膠凝材料應用于建筑材料的研究

　　膨潤土制備水泥

　　在水泥(ni)被發明之時，人們(men)就懂(dong)得在原材料中加入粘(zhan)土來提高水泥(ni)的水化硬化性能，兩百年(nian)以(yi)來，相關學(xue)者嘗試(shi)了用不同種類、不同地(di)區、不同摻量(liang)、不同活(huo)化方式的粘(zhan)土來制備水泥(ni)。

　　通常情(qing)況下，煅(duan)燒(shao)膨(peng)潤(run)(run)(run)土(tu)具有火山(shan)灰活性，可(ke)以(yi)用來制備(bei)水(shui)(shui)泥(ni)(ni)，且水(shui)(shui)泥(ni)(ni)的(de)強度、耐久(jiu)性等均符(fu)合標準(zhun)，未經煅(duan)燒(shao)的(de)膨(peng)潤(run)(run)(run)土(tu)不(bu)能作(zuo)為(wei)火山(shan)灰質(zhi)混合材料(liao)用于(yu)生(sheng)產水(shui)(shui)泥(ni)(ni)。但對于(yu)個別未經熱處理的(de)膨(peng)潤(run)(run)(run)土(tu)，由于(yu)其本(ben)身具有微活性，不(bu)經煅(duan)燒(shao)可(ke)直接摻(chan)入(ru)水(shui)(shui)泥(ni)(ni)中，但其允(yun)許摻(chan)量遠(yuan)小(xiao)于(yu)煅(duan)燒(shao)膨(peng)潤(run)(run)(run)土(tu)。此外，某些煅(duan)燒(shao)膨(peng)潤(run)(run)(run)土(tu)具有火山(shan)灰活性，但其摻(chan)入(ru)水(shui)(shui)泥(ni)(ni)中反而會(hui)降(jiang)低水(shui)(shui)泥(ni)(ni)的(de)抗壓強度。膨(peng)潤(run)(run)(run)土(tu)種類(lei)繁多，在用于(yu)制備(bei)水(shui)(shui)泥(ni)(ni)前應經充分驗證(zheng)。

　　Tironi等對阿根廷兩(liang)個不(bu)同地(di)區(qu)的(de)膨(peng)潤土(tu)進行煅燒(shao)，通(tong)過火山灰(hui)(hui)性(xing)實驗(yan)、石灰(hui)(hui)消耗、電導率三種(zhong)火山灰(hui)(hui)活性(xing)實驗(yan)，均表(biao)明兩(liang)種(zhong)煅燒(shao)膨(peng)潤土(tu)具有(you)火山灰(hui)(hui)活性(xing)。將(jiang)兩(liang)種(zhong)煅燒(shao)膨(peng)潤土(tu)作(zuo)為活性(xing)添(tian)加劑(ji)替代(dai)30%水泥，并分別制備兩(liang)種(zhong)砂漿，兩(liang)種(zhong)砂漿相同齡期(7d、28d、90d)的(de)抗壓強(qiang)度相差不(bu)大，且均較(jiao)未(wei)摻入煅燒(shao)膨(peng)潤土(tu)的(de)對照水泥砂漿強(qiang)度低10%以上。

　　膨潤土改性砂漿類材料

　　葡萄牙(ya)的土(tu)(tu)制(zhi)建(jian)筑歷(li)史悠久，目前(qian)還存在大量土(tu)(tu)制(zhi)建(jian)筑，但是材(cai)料退化已(yi)經影(ying)響了土(tu)(tu)制(zhi)建(jian)筑的外飾面。葡萄牙(ya)屬于(yu)伊比利亞半島，是典型的亞熱帶(dai)(dai)地(di)中海氣(qi)候區，夏季受副熱帶(dai)(dai)高氣(qi)壓帶(dai)(dai)控制(zhi)，導致夏季陸地(di)上炎熱干燥(zao)，缺乏濕度(du)。而(er)膨(peng)潤土(tu)(tu)是一種天然火山灰質礦(kuang)物材(cai)料，成本較低(di)，具有(you)高吸附(fu)能力和保水能力，能夠在低(di)濕度(du)條件下發揮其火山灰活性。

　　葡萄牙學者Andrejkovicova將膨(peng)潤(run)土(tu)作(zuo)為石(shi)灰(hui)(hui)砂漿天然(ran)添加(jia)劑用于修復該(gai)國老(lao)舊的粘土(tu)坯建筑(zhu)表面。用膨(peng)潤(run)土(tu)替代(dai)質量(liang)分(fen)(fen)(fen)數(shu)為5%的石(shi)灰(hui)(hui)制得膨(peng)潤(run)土(tu)石(shi)灰(hui)(hui)砂漿(BAL)，通(tong)過對(dui)28d、90d、180d的BAL分(fen)(fen)(fen)別進行X射(she)(she)線(xian)衍射(she)(she)(XＲD)分(fen)(fen)(fen)析(xi)，均未檢測到火(huo)山灰(hui)(hui)產物(wu)，但這并不(bu)能(neng)證(zheng)明膨(peng)潤(run)土(tu)沒有(you)火(huo)山灰(hui)(hui)活性(xing)(xing)，只(zhi)能(neng)說明膨(peng)潤(run)土(tu)和(he)氫(qing)氧化(hua)鈣(gai)之間的反應發展水平比較低。因(yin)為，通(tong)過掃(sao)描(miao)電鏡(jing)(SEM)對(dui)28d齡期BAL進行觀(guan)察，發現有(you)針狀硅(gui)(gui)鋁酸鈣(gai)顆粒形成(cheng)，并通(tong)過X射(she)(she)線(xian)能(neng)譜分(fen)(fen)(fen)析(xi)(EDS)可知(zhi)，存(cun)在Ca、Si、Al、Mg、O等元素，證(zheng)實針狀物(wu)為硅(gui)(gui)鋁酸鈣(gai)。硅(gui)(gui)鋁酸鈣(gai)產物(wu)表明膨(peng)潤(run)土(tu)具有(you)火(huo)山灰(hui)(hui)活性(xing)(xing)，X射(she)(she)線(xian)衍射(she)(she)未分(fen)(fen)(fen)析(xi)出火(huo)山灰(hui)(hui)活性(xing)(xing)產物(wu)是由于膨(peng)潤(run)土(tu)和(he)氫(qing)氧化(hua)鈣(gai)之間的反應發展水平較低造成(cheng)的。

　　膨潤土改性混凝土類材料

　　在(zai)混凝土(tu)生產過程中，為(wei)(wei)節省水(shui)泥、減少(shao)二氧(yang)化碳排放，往往會在(zai)混凝土(tu)生產過程中加入(ru)粉煤(mei)灰、高(gao)爐礦渣(zha)等工業(ye)廢料作(zuo)為(wei)(wei)輔助(zhu)膠(jiao)凝材料，進而(er)減少(shao)水(shui)泥的消耗。

　　早在2009年，巴(ba)基斯坦學者Mirza為降低該國的(de)(de)(de)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)(tu)生產成(cheng)本(ben)，嘗試將(jiang)該國喀拉克地區(qu)膨(peng)(peng)(peng)(peng)潤(run)(run)土(tu)(tu)(tu)摻入普通硅酸鹽水(shui)泥砂漿(jiang)或混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)(tu)中(zhong)(zhong)，同時(shi)(shi)研究(jiu)了膨(peng)(peng)(peng)(peng)潤(run)(run)土(tu)(tu)(tu)在砂漿(jiang)和(he)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)(tu)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)反應活(huo)性(xing)，并對膨(peng)(peng)(peng)(peng)潤(run)(run)土(tu)(tu)(tu)在砂漿(jiang)和(he)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)(tu)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)最(zui)佳替代水(shui)平(ping)進(jin)行耐久性(xing)評價。X射線衍射圖譜表(biao)(biao)明，膨(peng)(peng)(peng)(peng)潤(run)(run)土(tu)(tu)(tu)具有(you)結晶相(xiang)(xiang)和(he)非晶相(xiang)(xiang)，非晶相(xiang)(xiang)成(cheng)分使(shi)膨(peng)(peng)(peng)(peng)潤(run)(run)土(tu)(tu)(tu)具有(you)火山灰活(huo)性(xing)。摻入經(jing)過(guo)150℃煅(duan)燒(shao)的(de)(de)(de)膨(peng)(peng)(peng)(peng)潤(run)(run)土(tu)(tu)(tu)的(de)(de)(de)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)(tu)強度(du)高(gao)于(yu)摻入未經(jing)過(guo)煅(duan)燒(shao)的(de)(de)(de)膨(peng)(peng)(peng)(peng)潤(run)(run)土(tu)(tu)(tu)的(de)(de)(de)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)(tu)。摻入膨(peng)(peng)(peng)(peng)潤(run)(run)土(tu)(tu)(tu)，砂漿(jiang)的(de)(de)(de)抗(kang)硫酸鹽侵蝕性(xing)得到了持續的(de)(de)(de)改善(shan)。隨著膨(peng)(peng)(peng)(peng)潤(run)(run)土(tu)(tu)(tu)取(qu)代率由20%提高(gao)到40%，混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)(tu)的(de)(de)(de)斷(duan)裂模量均(jun)呈(cheng)下降趨勢，但延性(xing)增(zeng)加，地震時(shi)(shi)能(neng)夠耗散能(neng)量，利于(yu)建筑抗(kang)震。結果表(biao)(biao)明，將(jiang)膨(peng)(peng)(peng)(peng)潤(run)(run)土(tu)(tu)(tu)作為水(shui)泥的(de)(de)(de)替代品摻入砂漿(jiang)和(he)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)(tu)中(zhong)(zhong)，降低了成(cheng)本(ben)、能(neng)源(yuan)消耗、溫室氣體排放，將(jiang)自然資(zi)源(yuan)的(de)(de)(de)消耗降到最(zui)低，同時(shi)(shi)改善(shan)了材料的(de)(de)(de)抗(kang)震性(xing)能(neng)。

　　膨潤土制備陶粒等燒結類材料

　　燒結陶(tao)粒(li)作(zuo)為一種輕集料，輕質高強(qiang)、保溫隔熱性能好，在(zai)輕質混凝土(tu)、輕質磚(zhuan)瓦等建材(cai)領域、污水過(guo)濾(lv)方(fang)面(mian)都有著(zhu)(zhu)廣(guang)泛應用。目(mu)前主(zhu)要采用粉煤灰(hui)、頁巖(yan)、廢水污泥等與粘土(tu)混合制備陶(tao)粒(li)。隨著(zhu)(zhu)國家大力發(fa)展固廢利用，部分學者開始研(yan)究以(yi)金屬(shu)尾(wei)礦(kuang)材(cai)料、廢玻璃、珍珠巖(yan)、膨潤土(tu)等制備輕質高強(qiang)陶(tao)粒(li)。

　　鑒于(yu)膨(peng)(peng)潤(run)土具有粒度細、粘結(jie)性好的(de)特性，常(chang)被用作粘結(jie)劑或用于(yu)調節(jie)拌合物的(de)硅鋁(lv)比，保證了(le)混(hun)合料具有足夠(gou)的(de)塑性制粒。張(zhang)雪華(hua)等(deng)以珍珠巖尾(wei)礦、高(gao)(gao)嶺土、膨(peng)(peng)潤(run)土和(he)廢玻璃為主(zhu)要原料，制備了(le)輕質(zhi)(zhi)高(gao)(gao)強(qiang)陶(tao)粒。李(li)曉(xiao)光等(deng)以低硅鐵尾(wei)礦、膨(peng)(peng)潤(run)土及(ji)鋁(lv)礬土制備輕質(zhi)(zhi)陶(tao)粒，其中，膨(peng)(peng)潤(run)土作為粘結(jie)劑、輔助材料。大部(bu)分研究是通過正交試驗(yan)得出(chu)材料的(de)預熱溫度和(he)時間、燒(shao)結(jie)溫度和(he)時間、升(sheng)溫速率等(deng)最佳制備條(tiao)件，并對陶(tao)粒堆積密度、吸水率和(he)顆(ke)粒強(qiang)度等(deng)結(jie)構及(ji)性能進(jin)行了(le)表征。

　　膨潤土改性相變材料和保溫材料

　　相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)材(cai)料是(shi)一種(zhong)儲(chu)能(neng)材(cai)料，加(jia)熱時能(neng)夠吸(xi)熱并儲(chu)存(cun)熱量(liang)，停止加(jia)熱后又(you)能(neng)釋放熱量(liang)。最(zui)初用(yong)在建筑中的相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)材(cai)料是(shi)作為一種(zhong)墻體材(cai)料來吸(xi)收太陽能(neng)，后來又(you)將相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)材(cai)料進行封(feng)裝用(yong)于地(di)板及其他圍護結(jie)構中，調節建筑溫度，改善房屋舒適度并節約能(neng)源。膨潤土具有吸(xi)附(fu)能(neng)力強，與水泥、砂漿、混凝土具有良好的相(xiang)(xiang)(xiang)容性和化學惰(duo)性等優點，另外，豐富的膨潤土儲(chu)量(liang)使其成本低廉，故膨潤土是(shi)生產(chan)膨潤土基定型復合相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)材(cai)料的理想基質。

　　Sar 選(xuan)取(qu)癸酸(CA)、聚乙二醇-600(PEG600)、十二烷醇(DD)和(he)十七烷(HD)四(si)種有機相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)材(cai)(cai)料(liao)與膨潤(run)(run)土(tu)復(fu)合(he)，開發了四(si)種新型膨潤(run)(run)土(tu)基定(ding)型復(fu)合(he)相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)材(cai)(cai)料(liao)(Bb-FSPCMs)，由(you)(you)熱(re)(re)(re)(re)重(zhong)(zhong)分(fen)析(圖9)可知，四(si)種膨潤(run)(run)土(tu)基相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)耐熱(re)(re)(re)(re)性明顯高于(yu)(yu)不含膨潤(run)(run)土(tu)成分(fen)的(de)(de)(de)純有機相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)材(cai)(cai)料(liao)。相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)導熱(re)(re)(re)(re)系(xi)數是影響相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)蓄熱(re)(re)(re)(re)系(xi)統蓄能(neng)(neng)和(he)釋(shi)能(neng)(neng)功率的(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)要因素之一(yi)。由(you)(you)于(yu)(yu)傳統相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)導熱(re)(re)(re)(re)系(xi)數較低(di)，需(xu)要更多(duo)的(de)(de)(de)時(shi)間(jian)來(lai)儲(chu)(chu)存(cun)和(he)釋(shi)放熱(re)(re)(re)(re)能(neng)(neng)。這就意味著(zhu)熱(re)(re)(re)(re)能(neng)(neng)存(cun)儲(chu)(chu)裝置在(zai)蓄放熱(re)(re)(re)(re)過程(cheng)中(zhong)(zhong)工作的(de)(de)(de)時(shi)間(jian)更長，也(ye)會導致(zhi)更多(duo)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)消耗(hao)，從而增加成本。此外，這一(yi)缺點(dian)限(xian)制了相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)蓄熱(re)(re)(re)(re)系(xi)統在(zai)大規模熱(re)(re)(re)(re)能(neng)(neng)存(cun)儲(chu)(chu)應(ying)用(yong)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)有效(xiao)性。

　　Li等利用(yong)預飽(bao)和(he)膨潤土的(de)富水凝(ning)膠具(ju)有多尺(chi)度(du)的(de)孔(kong)隙結構特性，將預飽(bao)和(he)膨潤土作為孔(kong)隙重整劑，在(zai)不需(xu)要(yao)任何增(zeng)氣(qi)劑的(de)情況下(xia)(xia)制備超輕(qing)聚(ju)苯乙烯(EPS)多孔(kong)混凝(ning)土，在(zai)相同密度(du)下(xia)(xia)，超輕(qing)EPS多孔(kong)混凝(ning)土的(de)保(bao)溫(wen)性能比普通泡沫混凝(ning)土提高了14.31%。

　　來源：劉益良,蘇幼坡,殷堯,趙江山,王碩,莫宗云.膨潤土改性膠凝材料的研究進展[J].材料導報,2021,35(05):5040-5052。本文由中國非金屬礦信息平臺編輯整理，轉載請注明出處。

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