膨润土膨胀指数试验方法探讨

李亚南 陈 侃 1安徽省淮委水利科学研究院（20002） 2安徽省建筑工程质量监督检测站（20088）安徽省金晨水利水电咨询有限公司（20000）

0 前言

膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的建筑材料，目前被广泛应用于农业、建筑行业等领域，因此也被称为“万能土”。《膨润土》国家推荐性标准GB/T20973—2007中将冶金球团用膨润土根据层间阳离子的不同分为钠基和钙基两种。膨润土遇水会产生膨胀效果，产生膨胀主要有两个原因：一是膨润土遇水后，矿物晶层间距扩大，水分子进入矿物晶层；二是因为膨润土阳离子间的交换作用，钠基膨润土膨胀指数远高于钙基膨润土。

《膨润土》GB/T20973—2007中膨胀指数的试验方法，要求使用100mL刻度量筒，每次加量不超过0.1g，待前次加入试样沉底后再次添加，相邻两次加入时间间隔不少于10min。在实际试验操作过程中发现，由于100mL量筒截面积较小，导致每次加入的试样与水面接触面小，再加上膨润土吸水速度较慢，水的表面张力、浮力较大等原因，一次加料至完全沉底需要很长时间，因此完成整个试验所需时间较长。且每次按照0.1g添加时，易产生块状样品下沉的现象，可能造成下沉的样品内部吸水膨胀不充分。

本次试验将探讨膨胀指数试验的两个方面：①探讨按照少量多次的添加方法，减少块状样品下沉的情况出现，使样品在水面充分溶解，得出的膨胀指数是否会较高；②探讨通过改变容器截面积，增大试样与水的接触面，以缩短试验时间的方法是否对结果有不利影响。

1 膨润土膨胀指数试验

1.1 试验样品

本次试验采用钠基二级膨润土。根据标准要求，此类膨润土膨胀指数≥15mL/2g。按照试验规定，将2.00g样品放入105℃的烘箱中烘干2h备用。根据对比试验要求，以上样品同时制备10份。

1.2 主要仪器设备

电热恒温干燥箱；

电子天平，精确度0.01g；

100mL量筒、250mL量筒、100mL 烧杯、150 mL烧杯；

蒸馏水。

1.3 试验方法

将烘干处理后的样品分多次加入已倒入90 mL蒸馏水的250mL烧杯内。为保证样品与水充分接触，每次加入量以刚好铺满容器水面为准。用30 s左右时间缓慢加入，样品沉底后再次添加。其中一组100mL量筒采取每次0.1g添加样品，另一组采取每次少于0.1g添加样品，添加样品量仅以覆盖量筒水面大部分面积为准。由于100mL量筒截面积小，样品的加入间隔远大于10min。250mL量筒与烧杯的口径较大，样品溶解较快，样品加入间隔小于10min。所以本次试验过程只关注样品沉底后再次添加的要求，在250mL量筒及烧杯的试验中并未完全按照10min间隔的规定。样品添加完毕后，用蒸馏水冲洗黏附在量筒内侧的粉粒。100mL量筒截面积小，较易黏附粉粒。其余容器截面积较大，黏附粉粒的概率较低。将水位加至100mL刻度，密封容器静置24h后，记录沉淀物刻度，精确至0.5 mL。

2 试验结果

样品与蒸馏水接触的面积越大，能够加入的样品量也越多，也可使样品在水面分布得更加均匀。150mL烧杯截面积约2533mm2，在本次试验所用容器中截面积最大，所以在5组试验中最先完成。膨胀指数为29.0mL/2g和28.5mL/2g。100mL烧杯截面积约1885mm2，两个样品膨胀指数均为28.0mL/2g。250mL量筒截面积约1046mm2，两个样品膨胀指数均为28.0mL/2g。100mL量筒按照每次添加0.1g方式完成试验，膨胀指数为24.0 mL/2g和25.0mL/2g。耗时最多的每次添加量较少的100mL量筒组。由于每次添加量较少，基本没有出现块状样品下沉的现象，所以样品下沉所需时间最长，膨胀指数为25.0mL/2g和25.5mL/2g。本次试验结果均在标准规定允许差范围内。具体试验结果见表1。

表1 各试验组膨胀指数试验结果(mL/2g)

3 结论

使用250mL量筒、烧杯进行试验，试验过程中样品下沉所需的时间均小于使用100mL量筒组，且得出的膨胀指数结果也均略高于100mL量筒组。这是由于250mL量筒及烧杯的截面积较大，造成水与样品接触面积变大，使样品更易快速溶于水并下沉，同时也会使得样品吸水膨胀更加充分。此次试验表明，当增加容器截面积时，对膨胀指数测试结果并无不利影响，反而会提高测量值。

两组100mL量筒的试验结果基本相同，使用每次0.1g添加样品方式出现块状下沉现象，但其未充分吸水膨胀的弊端并未对试验结果造成较大影响。可能是因为在静置24h后，样品已充分吸水的原因。

250mL量筒、烧杯由于容量偏大，按照《实验室玻璃仪器 量筒》GB/T12804—2011及《实验室玻璃仪器 烧杯》GB/T15724—2008的规定，其最低刻度均较大且刻度分辨率要劣于100mL量筒，试验结果读取的精确度也比100mL量筒低。如果所测样品膨胀指数较小，极易造成样品膨胀后达不到容器最低刻度线的现象。所以此方法不适用于膨胀指数较低的膨润土及对结果精度要求较高的试验。如果实验室具备大容量且精度、分辨率均较高的容器，可参考此试验方法进行。