简介
膨润土防水毯(GCL)，别名膨润土防水垫，是一种专门用于防渗漏的土工合成材料，广泛应用于人工湖泊水景、垃圾填埋场、地下车库、楼顶花园、水池、油库及化学品堆场等项目。它的结构由高膨胀性的钠基膨润土填充在特制的复合土工布和无纺布之间，并通过针刺法进行固定制造而成。膨润土防渗垫形成许多小的纤维空间，使膨润土颗粒无法单一方向流动。当遇水时，垫层内的膨润土形成均匀、高密度的胶状防水层，有效防止水的渗漏。
土工合成材料黏土垫（Geosynthetics Clay Liners，以下简称GCL），根据美国土工合成材料研究所制定的GRI—GCL3标准的定义，GCL是一种由黏土结合一层或者多层土工合成材料制造而成的防渗屏障。
欧盟在BS EN13493：2013指令中称之为GBR—C（Clay Geosynthetics Barrier即用土工合成材料制造的含黏土的屏障）。
国内JG/T 193—2006称为钠基膨润土防水毯。
原理
膨润土是一种矿物学名称为蒙脱石的土壤材料，具有特殊的物理和化学性质。根据化学成分的不同，天然的膨润土主要可分为钠基膨润土和钙基膨润土两大类。
膨润土具有遇水膨胀的特性。当钠基膨润土遇水时，它吸收水分后体积会膨胀到原来的15-17倍以上，同时可以吸附自身重量的水。相比之下，钙基膨润土的膨胀程度相对较小，仅为自身体积的3倍左右。
在膨润土防水毯中，将钠基膨润土夹在两层土工合成材料之间起到保护和加固的作用。膨润土的体积膨胀为防水毯提供一定的整体抗剪强度。因此，膨润土的特性对于防水毯的功能和性能至关重要。
需要注意的是，在具体应用中，还需根据项目要求和工程条件选择合适的膨润土类型和规格，以确保施工和使用的效果。
规格
（1）国内
产品规格现有几个标准都没有明确划分质量等级，所以规格只有合格与不合格之分。
国内GCL产品一般依据GCL行业标准JG/T 193—2006确定规格、型号。
国内通常用国标和美国企业标准来代表规格。两种规格的差异主要是：剥离强度与拉伸强度指标不同。国标要求剥离强度与拉伸强度分别不小于40N/10cm、6kN/m；美标要求是剥离强度与拉伸强度分别不小于65N/10cm、8kN/m。
国内GCL型号常以单位面积总质量区分，常用型号有4800g/m2、5000g/m2，常用尺寸是长—宽为30m—6m。
（2）国外
国外市场的GCL产品一般依据美国标准GRI—GCL3和BS EN 13493：2013确定规格、型号。基本与国内一样，型号以单位面积质量区分，常用GCL型号为3700g/m2、4500g/m2、5000g/m2。国外GCL尺寸通常为长—宽为40m—5m。
标准
JG/T 193-2006 钠基膨润土防水毯
本标准规定了纳基膨润土防水毯的产品分类与标记、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、贮运与运输等。 本标准适用于地铁、隧道、人工湖、垃圾填埋场、机场、水利、路桥、建筑等领域的防水、防渗工程使用的以纳基膨润士为主要原料，采用针刺法、针刺覆膜法或胶粘法生产的纳基膨润士防水毯（简称 GCL）。 本标准不适用于存在高浓度电解质溶液的防水、防渗工程。
分类
1.根据美国土工合成材料研究所制定的GRI—GCL3标准，把GCL分为两大类：
①加强型GCL，采用针刺或者缝制方法加强的GCL。
②非加强型GCL，不采用针刺或者缝制加强的GCL。
2.GRI—GCL3依据制造GCL使用的土工合成材料，又将GCL分为三类：
①土工织物类GCL：一种在两层土工织物之间加膨润土的GCL。如对它进行针刺或者缝制加强即为加强型GCL，如不对它进行针刺或者缝制加强处理即为非加强型GCL。
②涂覆聚合物材料的土工织物类GCL：一种由两层土工织物包裹膨润土的GCL，但是一层土工织物已经被覆盖了一层聚合物，以降低渗透性能（如：沥青可以作为一种聚合物涂层）。如对它进行针刺或者缝制加强即为加强型GCL，如不对它进行针刺或者缝制加强处理即为非加强型GCL。
③复合土工膜/土工薄膜类GCL：一种将土工膜/土工薄膜加工在GCL的土工布（覆盖用布）的上面或者土工布（载布）下面的GCL。如GCL进行了针刺或者缝制加强即为加强型GCL，如GCL没有进行针刺或者缝制加强处理即为非加强型GCL。在非加强型GCL分类里，膨润土也可用胶合剂黏结在土工膜上。
3.标准JG/T 193—2006将GCL分为三类：
①针刺法GCL，是由两层土工布包裹钠基膨润土颗粒针刺而成的毯状材料。用GCL—NP表示。
②针刺覆膜GCL，是在针刺法GCL的非织造土工布外表面上复合一层高密度聚乙烯薄膜。用GCL—OF表示。
③胶黏法GCL，是用胶黏剂把膨润土颗粒黏结到高密度聚乙烯板上，压缩生产的一种GCL毯。用GCL—AH表示。
4.其他非正式分类
（1）依据膨润土颗粒粒径GCL可分为：
①颗粒型GCL：膨润土颗粒粒径在0.2～2mm范围内的膨润土颗粒，质量应至少占膨润土总质量的80%。
②粉末型GCL：按膨润土国家标准GB/T 20973—2007对粒径的要求，粉末膨润土颗粒粒径应在0.074mm（200目）范围内。但是，用于制造GCL时，国内对粉末应占膨润土总质量的比例尚无明确要求。国外常见的要求是膨润土粉末质量应至少占膨润土总质量的80%，大于200目的颗粒＜1%。
（2）根据膨润土的类型GCL可分为三类：
①天然钠基膨润土GCL：选用天然钠基膨润土制成的GCL。
②人工钠化钠基膨润土GCL：选用将钙基膨润土人工钠化的钠基膨润土制成的GCL。
③改性膨润土GCL：选用改性的膨润土如：有机膨润土、耐盐碱膨润土等制成的GCL。
价格
根据国标规定，4000g的膨润土防水毯的价格约为6元/平米。此外，膨润土防水毯的规格常见的有4000g、4500g、4800g、5000g、5500g、6000g等。以4800g为例，根据国标报价，价格大约在7元左右。但是，非标报价则可能会在5元左右，两者之间的价格差异较大。
需要注意的是，具体的膨润土防水毯价格可能因不同的供应商、地区和市场需求而有所差异。在购买时，应结合实际需求进行比较和选择，同时与供应商进行具体的价格洽谈以获取准确的价格信息。
用途
膨润土防水毯主要应用于以下几个方面：
1. 市政工程和地铁建筑：地下工程和地铁建筑的防渗措施，以及房顶蓄水池的防渗。
2. 环保和环卫：包括垃圾填埋场、污水处理场和工业废弃物场等领域，用于防渗、防漏和固化工程。
3. 水利工程：江河湖泊水库的堤坝防渗、堵漏和加固工程。
4. 园林和人工湖：园林景观、人工湖和高尔夫球场的水塘防渗等项目。
5. 石化、矿业和农业：用于防渗、防腐、防漏和加固等范围的工程，涉及石化、矿业和农业等多个行业。
膨润土防水毯在以上应用领域中发挥重要作用，能够有效防止水分和污染物的渗透和泄漏，保护工程和环境的安全。具体应用时，需根据工程需求和实际情况进行选用，并确保与相关标准和规范的要求相符。
施工
施工步骤
膨润土防水毯的施工步骤如下：
1. 准备工作：确保基础底部平整、洁净，并没有明显的裂缝和松动。将膨润土防水毯搬运至工程现场，保护好防水毯的表面不受损坏。
2. 铺设防水毯：按照设计图纸要求将膨润土防水毯进行分割，并依次铺设在基础上。相邻两张毯子的重叠部位应不小于30cm，并注意预留好必要的伸缩缝。
3. 固定重叠部位：采用焊接或粘接的方式将重叠部位固定，确保防水毯的紧密连接，避免渗水漏液。同时，对铺设好的外侧边缘进行密封处理，防止漏水。
4. 透气带的处理：在防水毯表面切割出必要的透气带，便于内部水分的自然排出。
5. 防护层的应用：喷涂或铺设防护层，以避免阳光、风吹雨打对防水层造成损伤。
注意事项：
1. 施工人员要具备熟练的施工技术和经验，确保施工质量。
2. 在施工前要对材料进行检查，确保符合验收标准，并注意材料的储存条件，避免影响产品质量。
3. 确保施工按照设计图纸要求进行，特别是防水毯的分割、铺设和重叠部分，要按照标准要求施工。
4. 施工后要对质量进行检查，并对出现的疑难问题进行及时处理，确保施工质量和进度达到要求。
搭接方式
膨润土防水毯的搭接方式如下：
1. 条带法：将膨润土防水毯在长度和宽度方向进行重叠搭接。搭接宽度约为25cm，其中主体部分为10cm，边缘部分为15cm。接缝要求无褶皱，无杂土和其他材料。在距离边缘25cm处，铺设一条宽度为10cm、高度为1cm的条状膨润土粉未搭接在两层膨润土防水毯之间，以防止地基土进入搭接区。
2. 膏体法：在较平整的接缝处使用条带法直接铺封。在斜坡上则使用膨润土膏进行封闭。膨润土膏的制作方法是将膨润土粉末与水按照重量比1:3混合，均匀搅拌，直到获得平滑柔软的膏体。
3. 与管道和结构物的连接：在连接处使用条带法或膏体法仔细密封。当与结构物连接时，在水平面上的膨润土防水毯末端进行施工，并确保保持密封。在立面和坡面上铺设膨润土防水毯时，为防止滑动，可使用锚钉和垫片将其固定。除了在膨润土防水毯重叠部分和边缘部位使用钢钉固定外，整幅膨润土防水毯中间也需要根据平整度加钉，确保膨润土防水毯牢固地安装在墙面和地面上。使用膨润土膏抹浆贴合在墙体上，需要处理钉孔部位以满足需要。
以上是膨润土防水毯搭接的几种常见方法，根据具体工程需求和构造要求选择适合的方法，并确保按照标准进行施工，以保证防水层的质量和可靠性。
制造
针刺加强型GCL
针刺加强型GCL生产工艺流程，铺设载布（通常为编织布，也可以是无纺布或者无纺布+编织布）→膨润土→调整膨润土厚度→覆盖布（无纺布）→针刺→切边→收卷。
（1）载布铺展
载布的开卷方式通常有两种：一种是采用悬挂方式，用恒张力电机与针刺机上的牵引辊协调共同驱动载布铺展；另一种是将载布放在两个托布辊上转动开卷。比较而言，悬挂方式开卷更为顺畅平直。
载布顺畅平直铺展是做好GCL的第一步，也是非常重要的一步。载布在铺设平台上铺展时，布面是否平直、松紧一致，既影响下道工序中膨润土的铺设效果，也影响GCL的力学指标和GCL卷材的外观。
铺展载布时，载布布面的形状与GCL成品的布面形状呈镜像关系。如载布有皱褶或者波纹，对应的GCL成品布面上也会出现向下坍陷的皱褶或者波纹。这些坍陷的皱褶或者波纹处膨润土分布都不均匀，是潜在的渗漏点；还有载布卷筒的形状也与GCL成品卷筒的形状呈镜像关系，载布卷筒呈喇叭状，对应的GCL产品卷筒也呈喇叭状。
所以，通过观察GCL的外观就可以分辨载布质量的优劣，当然也可以分辨GCL产品质量的优劣。
应该指出的是：载布最初布面是否平整，载布卷筒最初是否两端整齐，基本决定了载布铺展的效果。因此，选用优质的载布是做好GCL的第一步，也是决定性的一步。
（2）膨润土的铺设
膨润土的铺设由三个机构共同完成：
①提升机构：按提升方式主要有两种：分别是螺旋辊推送和料斗提升。颗粒状膨润土用螺旋辊推送，粉末状膨润土用料斗提升。将膨润土运送到撒土机构。
②撒土机构：它是一个悬架在载布平台上的T形槽，槽中间螺旋辊运送膨润土，槽底部有气动开孔机构控制膨润土均匀撒在载布上。
③膨润土土层厚度调整机构：它是一套悬架在铺设平台上的刮刀，刮刀与铺设平台之间的距离由升降机构控制，通过调整刮刀与铺设平台的距离决定膨润土厚度。GCL产品生产对膨润土厚度控制精度要求较高，要求刮刀平整（± 0.1mm）且不易变形，升降控制精确（±0.01mm），防震好。
膨润土厚度每相差1mm，每平方米GCL成品的膨润土质量将相差约1000g。
但目前国内生产设备大部分没有达到上述要求，许多生产设备刮刀加工精度较差，尤其是升降机构采用手摇齿轮提升方式，升降幅度无法控制，升降精度差，稳定性不好（随机器震动而变化）。
膨润土精确铺匀是生产合格GCL的核心，也是GCL产品质量的基本保证。
（3）覆盖布的开卷机构
采用悬挂方式或两个托布辊转动开卷均可。开卷速度应与GCL生产速度匹配，开卷速度过快，无纺布会拥堵在针刺机入口，如果无纺布堆积折叠后一同进入针刺机入口，严重时会出现断针或针刺机损坏的情况；开卷速度过慢，会使无纺布承受过大张力而伸长变窄，不能完整覆盖膨润土，从而生产出残次产品。
（4）针刺机
它是整套设备的核心。由电机、传动轴、针板、剥毛板、底梁、针板升降机构、伺服电机、光感器等组成。通过调整针板布针密度、针刺频率、针刺深度、步进距离、步进速度来控制GCL的针刺效果、生产速度。
需要重点指出的是：布针方式对GCL产品的防渗性能存在潜在影响。有证据表明：无规律的布针方式优于有规律的布针方式。过分集中的纤维束有可能导致渗漏。
（5）切边机构
它是一套悬架装置，将电动飞刀安装在要求的切边处。
（6）吸除断针机构
它是一套悬架于GCL布面上的装置，装置上布满强力磁铁，用强力磁铁吸除断针。
（7）收卷机构
由电机、气动升降机构、成卷机构、自动裁卷机构组成。
（8）铺设平台
为了将膨润土均匀铺设在载布上，需要建造表面平整的铺设平台。铺设平台用钢板做面，用可调高度的钢柱做支撑。为确保平台符合要求，首先台面要精细打磨，确保平整度；其次要精细安装，确保平台保持水平。
针刺加强覆膜型GCL
针刺加强覆膜型GCL生产工艺流程为：载布（通常为编织布，也可以是无纺布或者无纺布+编织布）→膨润土→调整膨润土厚度→覆盖布（无纺布）→针刺→喷胶→覆膜→切边→收卷。
通过反卷装置将GCL反卷，使载布面向上后再喷胶覆膜，可实现将土工膜复合在载布上。
也有个别厂家采用将GCL与土工膜通过热熔复合的工艺。该工艺的优点是减少了胶黏剂所带来的污染，缺点是要求土工膜较厚（＞0.3mm），增加成本。
胶黏型GCL
胶黏型GCL生产工艺为：塑料板（通常为HDP E）→涂抹膨润土膏→覆无纺布→切边→收卷。美国吉事益（GSE）公司是该类型GCL的主要生产商，但该类型GCL在国内很少应用。
发展史
GCL是在CCL（压实黏土衬垫）的基础上发展而来。
20世纪20年代，膨润土最早以颗粒和粉料形式，被使用于密封池衬垫和夯实土坝中的防渗（如早期的防渗采用黏土+5%膨润土混合夯实的CCL）。
1965年，出现了在硬纸板上涂抹膨润土膏制成的防水面板。
1979年，出现了用非水溶性胶将膨润土黏附在塑料板（土工膜）上的胶黏型防水板。
1980年，出现了一种在现场制作的膨润土防渗层：在现场铺土工织物，将膨润土粉均匀撒在上面，然后再在膨润土上铺设一层土工织物。
1982年，出现了用胶合剂将膨润土黏接在两层土工织物之间的早期GCL；1986年，美国在双衬里垃圾填埋场衬垫系统中第一次采用了GCL产品——Claymax。
1991年，GCL率先由美国捷高公司（CETCO）引进中国，并在上海金贸大厦地下室使用，获得了良好效果。
2002年，广东中山垃圾填埋场使用德国诺维公司（NAUE）的GCL，是国内在垃圾填埋场防渗系统中较早使用GCL的案例。
美国捷高公司（CETCO）和德国诺维公司（NAUE）是国际上最著名的两家GCL生产商，分别占据了颗粒型GCL和粉末型GCL国际市场。
2002年，国内少数土工材料企业开始组织人员研发GCL生产设备。
2003年，由天津科润惠泽科技发展有限公司研发了国内第一条通过科技成果鉴定的GCL生产线（鉴定证书登记号：津20030378）。
2004年，由江苏省常熟市晨阳无纺设备有限公司研制出了国内第一条较为完善、科学的GCL生产线，从而真正实现了GCL的国产化。其生产线国内市场占有率达90%以上，有少量外销。
2007年，GCL的应用纳入到《CJJ 113—2007生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范》。随着JG/T 193—2006和CJJ 113—2007的颁布实施，极大的规范和促进了GCL行业的发展，具有非常重要的意义。尽管GCL在国内各领域的应用较为广泛，但国内各个厂家的产品质量参差不齐。
2017年，为规范GCL在轨道交通工程中的应用，由中国建材检验认证集团股份有限公司和北京市轨道交通建设管理公司组织起草了首个GCL国家标准《GB/T 35470—2017轨道交通工程用天然钠基膨润土防水毯》，以满足国家政策的需求，适应不断发展的工程应用需要，提高产品质量。
应用现状
目前，国内大约有35～40条GCL生产线，主要集中在山东和江苏两省，尤以山东德州、泰安、莱芜居多。每年可以生产6000万～8000万m2GCL。销售市场主要在国内，有少量外销，外销主要集中在东南亚、中东地区以及独联体国家。
GCL主要应用于水利、环保、园林景观、市政、交通等领域中需要防渗隔离的工程。随着对GCL的认识不断提高，应用领域也在不断拓展。
随着国内GCL行业的发展，产品在国际、国内市场的份额稳步增加。国产GCL已占绝大部分国内市场，国外产品已基本退出国内市场。
面临问题
生产企业重生产、轻研发；重市场、轻质量，导致GCL行业存在技术更新慢、工艺落后、产品质量差等严重问题。
正如我国大多数工业产品一样，GCL也是从模仿国外产品发展而来。因为不重视研发和不关注质量，大多数公司的产品质量仍不尽如人意，与国外知名厂家的产品相比差距仍然很大。
特别是在一些典型工程中的应用失败，甚至使用户怀疑GCL是否真的可以防渗，有些专家甚至建议不用GCL防渗。
外部环境也不利于GCL行业发展。尤其是现行的招投标制度以工程公司为招投标主体，GCL生产企业不能作为市场主体参与到招投标中，而是由中标的工程公司采购GCL。GCL生产企业在市场竞争中缺乏话语权。
工程案例
（一）GCL复合垂直防渗屏障技术应用工程案例
①项目背景：天津市某区垃圾填埋场原为坑塘，2006年前后开始填埋生活垃圾，该垃圾场未按照无害化垃圾填埋标准进行建设，未采取任何防渗、导排、导气措施，属于非正规垃圾填埋场。
②项目规模：沿垃圾场四周建造长约1500m，深度约15m，宽≥600mm的GCL复合垂直防渗屏障，下部进入隔水层深度≥1.2m。
③质量目标：GCL复合防渗屏障渗透系数≤1×10-7cm/s，满足环保防渗要求。
GCL复合垂直防渗屏障技术通过解决GCL垂直方向平直下放、材料连接等一系列难题，将GCL引入垂直防渗领域，使其与常规垂直防渗墙组成复合垂直防渗屏障，解决了现有技术存在的防渗等级低、化学兼容性差、施工难度大等缺点。实际工程案例表明：该技术方案施工简单，防渗性能优异，适用于污染场地防渗等级要求较高的工程，是一种可靠和先进的技术方案。
（二）GCL用于环境修复工程案例（某铜矿环境修复示范工程项目）
（1）项目背景
实验区选在排土场西南侧边坡，长75m，宽20m，面积为1500m2。坡面起伏不平，坡度为55°～60°，表面浮石较多，边坡不稳定，局部区域有冲沟，土层粒径不均匀，质地较为松散，整个实验区内几乎无植物生长。
实验区pH平均值为4.96，pH的分布范围为2.4～6.7，土壤呈酸性。实验区有效铜含量均值为87.88mg/kg，有效铅为46.49mg/kg，有效锌为32.65mg/kg，重金属活性浓度较高。
（2）治理目标
防止雨水冲刷排土场，形成含重金属污染物的酸性水体，随地表径流污染附近河流。恢复植被正常周年循环生长。
（3）治理技术
采用专利技术环境修复专用防水毯（ZL201520219902.4）作为主要材料，利用其GCL层起到防渗、隔离、吸附、交换的效果，利用其植物营养生长层为植物生长提供持久养分支持，从而达到治理目标。辅助技术：喷播技术、植物种类筛选。
GCL中的膨润土为天然材料，植物根系可以穿过GCL，也可以在膨润土中生长，GCL不会阻隔植物与土地之间的联系。营养层以秸秆、蛭石和复合肥为主，厚度为3～6cm，养料根据种植的植物种类进行科学配比，为植物在恶劣的气候条件下提供生长条件，达到修复绿化效果。经过多年的连续监测及与其他技术对比，环境修复专用防水毯示范区植物长势最好，各项监控指标符合设计要求，为类似生态修复项目提供一种可靠的产品。
（三）GCL用于公路防冻胀工程案例（内蒙古自治区某高速公路项目）
本项目为内蒙古自治区在建公路，该路段地下水位较高，为防止地下水对道路产生冻胀破坏，需要对地下水导排和隔离。为起到更好的导排效果，路基设置有碎石层以导排地下水。在此工况下，铺设土工膜极容易被路基中的碎石刺穿，失去防渗作用。本项目最终选择双层无纺布型GCL作为隔离防渗层以隔绝地下水。
双层无纺布型GCL为公路专用增强型GCL产品，底层无纺布不仅能够提升产品抗穿刺性能，适应路基不平整的工况条件，同时由于无纺布具有优异的导排性能，底层无纺布可导排地下水，提升工程质量。双层无纺布，上下无纺布单位面积质量都为270g/m2，编织布单位面积质量为125g/m2，产品单位面积质量为5500g/m2，为保证防渗效果，膨润土使用颗粒+粉末双层铺设，提升产品遇水初始阶段的防渗性能。
（四）GCL用于渠道防渗案例（哈尔滨市某渠道示范工程）
项目背景：哈尔滨市某灌区于1949年投入生产，是多年的老灌区，灌溉面积1.0万亩，后经1964年、1974年、1981年三次整顿配套设计和1984年灌区二期规划，设计灌溉面积5.5万亩，因引水条件恶化和工程年久失修等原因，现状提水灌溉面积仅2.70万亩。灌区所有渠系均无衬砌，为半填半挖宽浅式土质渠道，渠系有效利用系数低于0.6，田间有效利用系数0.85。
实施：结合水利部科技推广计划项目“土工合成材料膨润土垫在深季节冻土区渠道防渗工程中的推广应用”，在该灌区八支渠0+000～1+400段采用GCL试验示范工程，结构形式为“GCL+8cm预制砼板”，设计渠段全长1400m，建设试验示范工程面积10731m2。渠道底宽2.0m，设计水深0.64m、渠深1.25m，边坡系数1∶1.5，渠道纵坡1/6000。所用GCL为抗冻融能力优异的单位面积质量为4500g/m2的针刺粉末型GCL。