近年来我国工业化和城市化发展迅速,但同时也带来了严重的地下环境污染问题,阻碍场地开发利用,威胁民众的健康安全。钠质膨润土因具有较强的水化膨胀能力和低渗透性被广泛地用作填埋场与污染场地防污屏障材料。防污屏障利用低渗透性的土质或人工材料对污染物或受污染土水进行围封,将地下污染源与周边水土隔离,可有效防止污染物扩散至周边的地下水或土壤。然而,填埋场中的渗沥液、污染场地中被污染的地下水及沿海地区的地下水含有大量盐分,防污屏障中的膨润土与之发生化学反应导致渗透系数大幅度增加,对污染物的阻滞功能减弱、甚至达不到相关规范的要求。针对上述现状,本文采用不同浓度的NaCl溶液和CaCl2溶液作为试验溶液,以美国怀俄明膨润土为材料,在测试怀俄明膨润土基本特性的基础上,通过试验对盐溶液中阳离子的浓度和价态对钠质膨润土工程特性的影响进行系统研究。(1)采用膨胀指数试验和界限含水率测试研究盐溶液中阳离子的浓度和价态对钠质膨润土膨胀性和界限含水量的影响。研究结果表明:随着NaCl溶液和CaCl2溶液浓度增加,钠质膨润土的膨胀指数先增大再减小,分别在20mMNaCl溶液和5mM CaCl2溶液中达到峰值,塑限略微增大、液限显著减小。塑性指数的变化主要受液限的影响:塑性指数随NaCl溶液浓度增加从237.8下降到54.6、随CaCl2溶液浓度增加从229.7下降到63.2。相同浓度下,钠质膨润土在NaCl溶液中的膨胀指数、液限和塑性指数大于CaCl2溶液中的膨胀指数、液限和塑性指数。(2)采用比重测试、粘度测试、pH与电导率测试和沉淀试验研究盐溶液中阳离子的浓度和价态对钠质膨润土泥浆的基本工程特性的影响。研究结果表明:随着NaCl溶液和CaCl2溶液浓度增加,泥浆的密度略微增大、马氏粘度从43s减小到29s、泥浆的沉淀特性受阳离子浓度影响显著:当溶液浓度较低(C(Na+)≤100mM、C(Ca2+)≤5mM)时,膨润土泥浆不发生沉淀。当溶液浓度超过上述临界浓度后,最终沉淀体积随NaCl溶液浓度增加从65.4mL下降到18.2mL,随CaCl2溶液浓度增加从41.1mL下降到20.9mL。相同浓度下,CaCl2溶液配置泥浆的马氏粘度较小、电导率较低,阳离子的价态对泥浆的pH和密度影响很小。综合以上结果,溶液中阳离子浓度的增加或价态的上升均会导致膨润土泥浆和易性变差。当溶液浓度较高(C(Na+)≥100mM、C(Ca2+)≥20mM)时,膨润土泥浆的密度、粘度、沉淀特性均不符合防污屏障工程中的参数标准,不适宜应用在泥浆护壁中。(3)采用改进滤失试验和柔壁渗透试验研究不同压力下盐溶液中阳离子的浓度和价态对膨润土泥饼渗透性的影响。研究结果表明:随着压滤压力/固结压力的增加,膨润土泥饼的渗透系数降低,二者在双对数坐标中呈线性关系。膨润土泥饼的渗透系数随NaCl溶液浓度增加增大18～38倍(改进滤失试验)/3～8倍(柔壁渗透试验)、随CaCl2溶液浓度增加增大31～58倍(改进滤失试验)/4～10倍(柔壁渗透试验)。随着阳离子价态的上升,膨润土泥饼的渗透系数增大。CaCl2溶液制备泥饼的渗透系数均高于相同浓度的NaCl溶液制备泥饼的效渗透系数(相同浓度下,kCaCl2/kNaCl=4～22.9(改进滤失试验)/kCaCl/kNaCl=2～7.7(柔壁渗透试验)。改进滤失试验代替柔壁渗透试验测试渗透系数具有一定的可行性,但中高浓度(C(Na+)≥200mM、C(Ca2+)≥20mM)下,溶液配制的膨润土泥浆出现沉淀现象,改进滤失试验测试的渗透系数比实际渗透系数高接近一个数量级,此种情况下不适合采用改进滤失试验测试膨润土泥饼的渗透系数。(4)采用标准固结试验研究不同压力下盐溶液中阳离子的浓度和价态对钠质膨润土泥饼固结特性的影响。研究结果表明:随着固结压力的增加,膨润土试样的孔隙比减小了3～5倍、体积压缩系数减小了 46～120倍、压缩指数整体上呈下降趋势。相同固结压力下,阳离子浓度越高,膨润土试样的压缩指数越小,NaCl溶液和CaCl2溶液制成膨润土试样的压缩指数(0.7～3.6)均小于去离子水制成膨润土试样的压缩指数(1.8～5.1)。溶液浓度的变化对体积压缩系数影响较小。