Применение бентонита в строительстве

Бентонит – это вид глины, обладающий способностью набухать и загустевать при диспергировании в воде, который используется в строительстве, в основном при земляных и фундаментных работах. Слово Бентонит это топоним, взятый из местности под названием Форт Бентон в США, где он был обнаружен как глиняная руда.

Значение и свойства бентонита

Бентонит имеет большое коммерческое значение, обладая врожденными отбеливающими свойствами, как фуллерова земля, поэтому он также известен как отбеливающая глина. Содержащий более 85% глинистого минерала, монтмориллонита, он считается высокопластичной глиной.
В основном существует два типа бентонитова именно:

вспучивающийся (или натриевый бентонит) и
не вспучивающийся тип (или кальциевый бентонит).

Натриевый бентонит обычно называют бентонитом, а кальциевый бентонит – фуллеровой землей.
Коммерческое значение бентонита в большей степени зависит от его физико-химических свойств, чем от химического состава.
Отличная пластичность и смазывающая способность, высокая прочность сухой связки, высокая прочность на сдвиг и сжатие, низкая проницаемость и низкая сжимаемость делают бентонит коммерчески выгодным.
Бентонит ценится при связывании литейного песка, в буровых растворах, при гранулировании железной руды, а также в качестве гидроизоляционного и герметизирующего агента в гражданском строительстве. В этой статье мы поговорим о применении бентонита именно в строительстве.

Признание бентонита в качестве жизненно важного строительного элемента все еще находится в латентной стадии, поскольку значительный процент фундаментов и других строительных работ все еще выполняется без использования бентонита и влечет за собой гораздо большие расходы за счет использования чугунных или стальных футеровок. Осведомленность об использовании бентонита в гражданском строительстве еще не прошла долгий путь.
Бентонит находит применение в строительстве в основном в текучей форме (обычно называемой бентонитовой суспензией) из-за своих реологических характеристик (т.е. их поведения в виде бентонитовой суспензии при смешивании с водой).

Рис. Бентонитовая суспензия

Приготовление бентонитовой суспензии

Бентонитовая суспензия готовится с целью достижения максимальной гидратации бентонита, поэтому его порошок должен добавляться в воду для смешивания постепенно, чтобы все частицы были смочены и не слипались в частично гидратированные шарики.
Для достижения наилучших результатов в процессе смешивания следует использовать пресную воду питьевого качества из водопроводной сети. Если есть сомнения в качестве воды, следует провести химический анализ, чтобы определить ее пригодность или необходимость химической обработки перед использованием.
Соленая вода не должна использоваться для приготовления бентонитовой суспензии, поскольку не существует простой химической обработки для удаления хлорида натрия.
Бентонитовая суспензия может быть приготовлена как партиями, так и в непрерывном процессе, в зависимости от типа используемого оборудования. Как правило, бентонитовый порошок добавляется через простой вентури-хоппер или непосредственно в смеситель с высоким сдвигом.
Смесительное оборудование должно создавать достаточный сдвиг для того, чтобы все отдельные частицы бентонита были диспергированы в воде для смешивания. Количество бентонитового порошка, добавляемого в воду для смешивания, зависит от качества бентонита и требуемой вязкости суспензии. Для большинства применений типичной является концентрация от 4% до 6% по весу.

Функции и применение бентонитового шлама:

Известно, что бентонитовые суспензии выполняют следующие основные функции:
a) Поддержка котлована путем создания гидростатического давления на его стенки, т.е. для предотвращения обвала или удержания участка.
b) Оставаться в котловане и не вытекать в значительной степени в почву, действуя таким образом как герметик.
c) Взвешивать детрит и предотвращать образование слоев ила у основания котлована.
d) Оставаться изолированным и нереактивным при чистом смещении бетоном, без существенного вмешательства в связь между арматурой и установленным бетоном.
д) Очистка для удаления взвешенных детритов, путем пропускания через сита и гидроциклоны, при подготовке к повторному использованию.
Основной целью любой спецификации бентонитового шлама должно быть обеспечение того, чтобы шлам был способен выполнять функции фиксатора, герметика и оставаться изолированным без каких-либо пагубных последствий для готовой сваи, стены или другой формы конструкции.
Кроме того, по экономическим и экологическим причинам требуется максимальное повторное использование и минимальная утилизация использованного шлама.
Бентонитовый шлам можно использовать многократно, если тщательно следить за его свойствами и держать под контролем. Какая бы система выемки грунта ни использовалась, потери шлама будут иметь место. Часть его будет извлечена вместе с грунтом, часть проникнет в пласты, а часть окажется слишком загрязненной для повторного использования и будет вывезена с участка.
Кроме того, некоторое количество раствора может остаться в котловане, если он не заполнен бетоном до уровня земли. Потерянный шлам заменяется свежим, который смешивается с использованным для пополнения системы.
Бентонитовый порошок может быть добавлен в раствор или могут быть введены примеси для изменения его свойств. Они могут включать бикарбонат натрия или кальцинированную соду для регулирования рН, органические разбавители или полифосфаты для снижения вязкости и карбоксиметилцеллюлозу натрия (КМЦ) для снижения потери жидкости.
При использовании бентонитовой суспензии важно следить за плотностью, поскольку при разных плотностях она ведет себя по-разному.
Плотность суспензии, “ps”, связана с концентрацией, “C” бентонита по весу воды в смеси следующим образом:

ps = pw (1 + C) / (C/Gp + 1)

где “pw” – удельный вес воды затворения (принимается равным 1,0), а “Gp” – удельный вес зерен бентонитового порошка, используемого для приготовления суспензии.
Если концентрация “Cs” выражается в килограммах бентонита на кубический метр конечной суспензии, то формула приобретает вид:

ps = pw + Cs (1 – 1/Gp).

Эта вышеупомянутая формула используется для расчета плотности суспензии для пропорций смеси.

Перспективы использования бентонита в строительстве

Ожидается, что в ближайшие годы бентонитовая промышленность будет работать лучше из-за растущего спроса на осветление нефти и фундаментные работы. Самыми крупными рынками сбыта бентонита в Северной Америке и Европе являются литейное производство, производство кошачьего туалета, гранулирование железной руды и бурение, гражданское строительство и экологические приложения, такие как свалки, требуют использования бентонита в качестве герметика и смазки.

Рис. Изображение глобального использования бентонита в ближайшие годы.

Универсальность этого материала способствует росту его применения в различных отраслях промышленности, включая автомобилестроение, строительство и химическую промышленность. Технологические достижения в производстве бентонита и растущий спрос за счет экспорта являются основными факторами, которые, как ожидается, будут стимулировать рост азиатско-тихоокеанского рынка бентонита в период с 2016 по 2025 год.
Читать далее
Земляные подпорные системы для глубоких выемок
Время начального схватывания цемента согласно IS 4031, IS 269

Читайте далее: