碱性环境中钠基膨润土的力学性能

摘要

针对膨润土在工业污染物阻隔中受碱性污水侵蚀而导致膨胀与渗透性能显著下降、影响防渗屏障长期服役性能的问题，为揭示碱性环境下膨润土膨胀–渗透特性的演化机制，采用NaOH溶液模拟碱性条件，以钠基膨润土为研究对象开展膨胀固结与不排水直剪试验，探讨碱溶液浓度对试样膨胀性、抗剪强度与抗渗性等关键力学性能的影响，并结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)与压汞法(MIP)微观测试手段分析其性能演变机理。结果表明：随NaOH浓度升高，试样的最大膨胀率逐渐降低，剪切应力与抗剪强度增强，而渗透系数显著增大；XRD分析显示蒙脱石含量随碱浓度增加而减少，导致膨胀性能减弱，同时渗透吸力上升引起有效应力增大，进一步抑制膨胀；SEM图像表明碱液诱发蒙脱石颗粒间胶结增强，片状结构逐渐转化为块状与板状堆叠，叠堆体间距扩大，形成更为通畅的渗流通道；MIP结果进一步证实孔隙结构由小孔径向大孔径转化，从而增强了渗透性。本研究通过宏观与微观相结合的试验方法，揭示了碱液作用下蒙脱石矿物转化与孔隙结构演化的内在机制，为钠基膨润土在碱性工业污染场址及核废料处置库防渗屏障中的安全设计与性能预测提供了重要的理论支撑及参数依据。

关键词

钠基膨润土 / 碱溶液 / 膨胀 / 渗透系数 / 剪切性能 / 微观机理 / 孔隙结构 / 防渗屏障