膨润土防水毯在各领域防渗工程上都有一定应用

GCL材料的晶体膨胀机制、水力传导率和自愈修复机制是其防渗性能的关键所在。自来水渗透GCL的水力传导率k为2×10-12～2×10-10m/s，防渗效果是其他防渗漏衬垫材料无法达到的。

1.GCL中蒙脱石的晶体膨胀机制膨润土的主要矿物成分为蒙脱石，其晶体结构是由2个硅氧四面体夹一层铝氧或镁氧八面体组成，晶层结构之间通过范德华引力相互连接。引力相对较弱，水分子容易进入，致使晶层之间产生较大的间隔，宏观上表现为蒙脱石遇水膨胀，膨润土整体呈现凝胶状。蒙脱石具有很大的比表面积，1g蒙脱石的比表面积约为800m2，表面带有大量负电荷，在水化作用下会吸附孔隙中的渗透液阳离子，以达到电荷平衡，形成“扩散双层”结构，进一步提高晶体的吸附性能，使膨润土结构活性孔隙减少，防渗效果显著提升。

2.水力传导率水力传导率是评估GCL防渗有效性的关键参数，主要受GCL孔隙结构形态的影响。GCL的孔隙结构有微孔、中孔和大孔3种。土工布孔隙中往往会掺杂部分膨润土，这种膨润土的存在形式可能会影响土基层和中层膨润土颗粒之间的毛细阻渗。因此，GCL的k值主要受土工布的织法结构和膨润土颗粒间孔隙性质的影响。

1）GCL土工布织法结构的影响。在相同粉质砂土基含水率和渗透压条件下，测定不同土工布织造结构下GCL水化过程中质量含水率w和表观饱和度Wref随时间的变化规律，试验参数：粉质砂含水率为16%，表层渗透压2kPa，膨润土粒径30mm，试验编号GCL1、GCL2，GCL1采用针刺法将纤维穿过膨润土使其自然附着于底部土工织物，GCL2采用黏合法利用无污染黏合剂将膨润土黏连在两层土工布上。当含水率为16%、表层渗透压为2kPa时，试验测得GCL1、GCL2水化后的最终质量含水率为97%、115%，但GCL1水化后的表观饱和度（78%）远高于GCL2的（69%）。表明在常规粉质土基上，GCL1中土工布结构孔隙较小，水化后的Wref接近80%，对液体的阻隔作用明显优于GCL2，水力传导率低。

2）GCL内膨润土颗粒间孔隙的影响。同样在粉质砂土基上，测试针刺法钠基膨润土防水毯中不同膨润土粒径条件下GCL水化作用。试验编号GCL3是30mm粒径细颗粒膨润土，试验编号GCL4是10mm粒径粉状膨润土，试验均采用土工布织法、土基含水率为16%、表层渗透压为2kPa。与GCL3粒状膨润土相比，GCL4粉状膨润土的初始水化速度更快。水化14d后，GCL4的质量含水量为146%，此时GCL3的质量含水量仅为60%；水化140d后，GCL4含水率下降到125%，GCL3含水率增加到102%。表明GCL4粉末状膨润土水化过程饱和时质量含水量高于GCL3的。在相同的土基条件下，即使是相同的GCL织造结构，膨润土的颗粒粗细性质也会影响GCL的水力传导率以及最终的平衡状态，表现为膨润土颗粒越细，GCL的水力传导率越低。

3.自愈修复机制

GCL的自愈主要由高含量蒙脱石遇水膨胀以及交换性钠离子与蒙脱石晶体的吸附作用引起。膨润土在水化作用下形成的高膨胀压力能够使其被挤压至损坏的孔缝中，实现防水层破损或缺陷时的自动“愈合”。

GCL的自愈修复能力主要受膨润土的膨胀影响，而膨润土的膨胀量受以下因素的影响：内因为膨润土质量、织造方法，外因为渗透溶液类型、覆盖层压力。有研究表明，当GCL中有较高含量的膨润土，或膨润土中有较高含量的蒙脱石时，有助于提高其自愈能力。此外，GCL的制作方法对自愈能力也有影响，如针刺型GCL比缝合型GCL具有更强的自愈能力。当表层渗透压为2kPa时，土工布织法采用针刺法，观测市政自来水和400mg/L的CaCl2溶液作为渗透溶液，水化作用下GCL上不同破损圆孔径（25、30、35、41、51mm）的自愈修复情况。使用市政自来水作为渗透液时，水化作用10d可自愈直径41mm孔；使用400mg/L的CaCl2溶液渗透时，可自愈直径35mm孔。表明在低盐浓度渗透液的渗透作用下，GCL的自愈修复能力增强。