鞠建英

           

            北京市政工程設計研究總院 （北京 100082）

  

   摘要：本文以工程防水失敗的實例，闡述地下防水工程必須用天然鈉基膨潤土而不允許用人工鈉化膨潤土的理由，並提供了區分天然鈉基膨潤土和人工鈉化膨潤土的方法，同時也找出了我國富有豐富天然鈉基膨潤土的實証。

  關鍵詞：天然鈉基膨潤土  人工鈉化膨潤土 膨潤土防水毯  止水條    止水顆粒

   

1. 前言

   

    據《法制晚報》報道，奧林匹克公園中心區的龍形水系，因水位下降每天補水18萬噸。而了解內情者都認為水位下降除自然蒸發外，最主要、最關鍵的原因是修建時全部採用人工鈉化膨潤土防水毯而不是天然鈉基膨潤土防水毯作防滲層，而人工鈉化膨潤土在修建時檢驗合格(按JG/T193-2006《鈉基膨潤土防水毯》），過半年，最多三年即失效。另據了解內情者稱，阿甦衛等垃圾填埋場因修建時也用了人工鈉化膨潤土防滲，結果很快就滲漏了，嚴重污染了週圍環境，特別是地下水，而花費了原造價10倍多的代價進行修復，現在修覆蓋層時仍在採用人工鈉化膨潤土毯防滲，其危害很快又會到來。

    從建設部發布的信息中得知，2008年11月1日開始實施的DB11/581-2008《軌道交通地下工程防水技術規程》中已規定必須使用天然鈉基膨潤土防水材料，將會促使行標JG/T-193-2006《鈉基膨潤土防水毯》中人工鈉化膨潤土相關條款刪除，同時會促使相關國標的加緊制訂。據了解國標委正在組織將DB11/581-2008上升為國標；正在組織編訂《天然鈉基膨潤土防水毯》國標這起因于以下情況：

    世界衛生組織指出目前只有1%的人口生活在純淡水的環境之中，我國的情況，尤其是大中城市的情況更為嚴重。目前我國每年都在建設投資數以萬億元計的大批經濟、環保、國防等基建工程。這些工程都要用到防滲材料以解決防水、防污染等問題。特別是主體掩埋地下的地鐵、隧道、水利設施、垃圾填埋場、污水處理設施、人防和軍事工程等項目建設，對防水、防污染物遷移的功能材料的需求巨大，要求十分嚴格。這些項目大多屬生命線工程，一旦防滲材料出問題，直接導致建築功能喪失，還常同時伴生污染等嚴重問題，造成重大經濟損失和社會危害。如要修復，通常要付出原投資5到10倍的代價。

    目前我國很多工程使用了不合格的防滲材料，有不少慘痛的教訓，更可怕的是還有更多的工程的問題還沒有暴露出來，為今後的發展和國家安全埋下了可怕的隱患。

    目前國內外防滲材料有上千種，生產廠家大小有上萬個，但真正優質耐久耐老化的防滲材料為數不多。只有天然鈉基膨潤土，纔是國內外公認最好的防滲防污材料。

    迄今已探明的天然鈉基膨潤土的礦藏儲量較多，但開採成本高。目前開採的膨潤土礦大多屬於經風化、蝕變的鈣基膨潤土，它位於礦的表層或淺層，大多是露天開採，代價很低，市場容易購到。這種鈣基膨潤土的水密性和穩定性很低，不適合製成較薄的毯等制品直接用於防水防滲，除非直接鋪几十釐米的防滲層。目前市場上所謂的“鈉基膨潤土”大多是在這種鈣基膨潤土中直接加碱，經陳化法，擠壓法或懸浮法製成的。有的甚至只是在鈣基膨潤土中加點碱面就算鈉化了，或加點碱面后堆放幾天就算陳化了。最複雜的，也只是經過多道或多輥擠壓而成。這些加工工藝都無法使碱中的鈉離子進入膨潤土晶格結構中，最多只附着在表面，經短時間風化或隨水流失，重新又變回到原來的鈣基膨潤土，根本無法持久防水防滲。這種人工鈉化膨潤土根本不能替代天然鈉基膨潤土。原因是鈣基膨潤土加碱進行人工鈉化后，會使膨潤土含鈉量太高，Na離子會壓縮雙電子層，造成膠體性能受損，水透過來，膨潤土防滲層失效。人工鈉化膨潤土是活性土，根本不是鈉基膨潤土，在JG/T-193-2006中將人工鈉化膨潤土與天然鈉基膨潤土併列是一個極大錯誤。國標GB50108-2008在編製說明中又提人工鈉化土也是很不適當的。而條文中所提的“不應採用鈣基膨潤土”屬無的放矢。因為市場上沒有用鈣基膨潤土防水毯，正確的是“應採用天然鈉基膨潤土，不應採用人工鈉化膨潤土”，這應在重印時改正。

    有些廠家為降低產品成本，實現低價中標，在膨潤土防水產品中大量使用人工鈉化膨潤土，有的只在人工鈉化膨潤土中摻加20%左右的天然鈉基膨潤土，也謊稱為天然鈉基膨潤土。為的是能在送檢時按JG/T-193-2006過關，廠家為過關，拼命在送檢樣上噴碱水，按JG/T-193-2006檢測肯定都能合格，結果能不漏嗎？

  

    2  膨潤土防水材料為什麼必須用天然鈉基膨潤土，而絕不允許用人工鈉化膨潤土？

    

    2.1 膨潤土的礦物學名稱叫蒙脫石，屬天然納米材料，萬用粘土，是億萬年前火山噴發后火山灰經過高溫高壓形成的。其深部的天然鈉基膨潤土具有高度穩定的水密性、保水性、粘結性、耐久性和自我修復能力，做成的膨潤土防水毯能在遇水后形成密實不透水的凝膠，其包裝的纖維能與主體混凝土結構形成機械結合力，使混凝土、防水層與岩土形成整體，共同抵禦各種外力和環境影響。因此，天然鈉基膨潤土是國內外公認的環保型永久防水材料。而人工鈉化膨潤土（也有人誤稱其為人工鈉基膨潤土）則是由處於礦山表淺層受到億萬年風蝕風化的鈣基膨潤土經人工加碱（Na2CO3)製成，密實性、耐久性很差，遇水能比原體積膨脹很多倍，但壽命很短，很易隨水流失，用其做防水材料，會使混凝土主體結構和岩土之間形成孔隙、漏水通道。不可能產生共同作用，使結構防滲能力和抵禦外力的能力大大降低。

膨潤土是天然的納米級無機防水材料，因其獨有的特性與現有的防水概念不同的許多特征，其優點是：

2.1.1自保水性（Self-Sealing).膨潤土因其獨有的膨脹力，具有滲透到防水施工就結束后所必然發生的裂紋（≤2mm)內部的能力，和其他防水方法對施工結束后發生的缺陷無能為力相比，能持久發揮其防水性能。

   2.1.2能永久的發揮其防水性能。膨潤土因為是天然無機礦物，時間的變化和週邊物質的影響對其化學性質的影響小，並不會發生老化和腐蝕現象，因此可以永久地保持其防水防污能力。

   2.1.3施工簡單，工期短。只用釘子和墊圈或膠粘就可以施工，施工相對比較簡單，和其他防水法相比工期比較短。在防水施工工期上，和瀝青防水相比，大約縮短2～3倍的工期。

   2.1.4對人體無害。因施工的簡便性和材料的特性，在施工時對人體沒有影響。特別是沒有加熱和粘貼等作業，減少了施工事故的發生。

   2.1.5容易檢測和確認。防水施工結束后的檢測和確認較容易，可以立即檢查出施工不足的地方或者施工上有問題的地方，以及防水材料的損傷等，修補很容易，可以減少防水施工中可能發生的失誤。

   2.2 作為膨潤土防水毯的輔料，如膨潤土止水顆粒，止水條等，也必須用天然鈉基膨潤土製作。因為這些輔料一般都用於防水毯的轉角、接縫、施工縫、穿牆管及樁、柱與底板的交接處，是必然漏水的薄弱環節，輔助材料是起加強作用的，如用人工鈉化膨潤土做輔助材料，則起的是減弱作用，會擴大滲水路徑。

  2.3 單位面積膨潤土質量為什麼必須≥5kg？

因為膨潤土防水毯中起防水防滲作用的是膨潤土遇水后所形成的不透水凝膠（膨潤土屬天然鈉米材料，其凝膠粒子之間的孔隙遠小於水分子的直徑），而無紡布和機織布僅起包裝成形作用，有的覆高密聚乙烯薄膜，只在初期起臨時擋水作用，防止膨潤土提前水化（天然鈉基膨潤土的水化時間是100h，鈣基膨潤土僅為24h，最多48h，而人工鈉化膨潤土僅為几小時），膜在澆主體鋼觔混凝土結構后反而影響其與岩土（或初期支護結構及岩土）的共同作用，膜膜很薄，施工過程中很難避免被刺破，加之主體結構混凝土本身的干縮作用，使膜與混凝土之間不可能密貼，會形成漏水通道，會減弱抵禦外力的能力。

2.4 天然鈉基膨潤土的膨脹指數為什麼只能≥15～18ml/2g,而不能≥24ml/2g？

因為國內外可用與防水防滲的天然鈉基膨潤土大多處於80～100m深以下的礦山下層（我國許多膨潤土礦80～100m深以下都有大量的天然鈉基膨潤土礦藏，有的有几十米厚的優質礦層），其綜合礦樣的膨脹指數大多只有15～18ml/2g,比這高的僅是個別礦層和礦點，再通過耗能耗水費時地提純，也可以達到≥24ml/2g，甚至更高，對於防水防滲和應對混凝土的干縮，15～18ml/2g也足夠了。美國和韓國等防滲膨潤土的膨脹指數也規定是≥15～16ml/2g。膨脹指數≥24ml/2g是德國一些對膨潤土缺乏研究的人誤傳到我國的。北神樹、安定垃圾填埋場等一大批工程按此指標要求，用的也是人工鈉化膨潤土，建后不久都出現了滲漏問題。而行標JG/T193-2006按這一誤傳，規定的膨脹指數≥24ml/2g，只有人工鈉化膨潤土很容易達到和超過，天然鈉基膨潤土要達標就必須提純或設法加膨脹劑（對長遠的耐久性不利）。人工鈉化膨潤土想達到更高的膨脹指數只要稍多加碱，這會使混凝土和岩土之間形成較大孔隙，即形成較大漏水通道，防水失敗是必然的。而修補的代價是原造價的5～10倍，國內外均有先例，誰買單？當然是政府，甲方（中國現時。中國實行責任制、索賠制只是時間問題；也包括不懂、不負責的所謂專家亂鑑定、亂評估、亂簽字）。

2.5 吸藍量為什麼最好≥30g/100g？

因為膨潤土的蒙脫石含量代表膨潤土的純度，蒙脫石的含量是通過測定膨潤土吸收亞甲基藍量來換算的，根據地質部門經驗，換算係數大致為0.44～0.48.即蒙脫石含量M=(B/K)×100%,如取k=0.46,則（30÷0.46）×100％≈ 65％。蒙脫石含量65%說明膨潤土中有35%是雜質（成礦過程中混進去的其他物質）。蒙脫石遇水形成不透水凝膠；凝膠中雜質多了，自然會影響其防水防滲能力。實踐証明，蒙脫石含量≥65%安全係數並不高。因此，蒙脫石含量達不到65%，最好進行提純處理。有些國家在防滲材料中並未規定蒙脫石含量是因為這不是天然鈉基膨潤土（地質礦物學中所稱的鈉基膨潤土）獨有的指標。許多鈣基膨潤土的蒙脫石含量也很高，但膨脹指數低，耐久性差，人工鈉化后膨脹指數高，耐久性更差。

2.6滲透係數應≤10-7～10-9cm/s（10-9～10-11m/s)。一般防水材料的孔隙比水分子直徑小即可防水，地下水位較淺，且有動水壓力、動荷載作用時，防水材料的孔隙應更小，才能防水防滲防污，能做到10-9cm/s，地下水位小於70m深就能做到滴水不漏。一般滲透係數視地下構筑物處於地下水位以下的深度而定。目前的檢測設備10-8cm/s就很難檢測到水了。

   2.7膨潤土防水毯中的機織布和無紡布，主要的功能類似包裝材料，其強度不需太高。因此只要毯之間的搭接長度達到15～30cm時，對一般不均勻沉降有適應能力。

 

  3. 如何區分是天然鈉基膨潤土還是人工鈉化（90%的膨潤防水毯廠家錯誤地稱鈉基）膨潤土？

  

    由於天然鈉基膨潤土主要組成礦物蒙脫石層間的鈉離子在漫長的地質年代中自然固定在晶層之中，水化鈉離子是造成蒙脫石具有膨脹性和凝膠性性能的關鍵；而人工鈉化膨潤土用添加純碱的方式強行置換，這樣進入蒙脫石層間的鈉離子不是牢固或僅停留在表面的，同時被碱（碳酸鈉）置換出來存在於膨潤土中形成的碳酸鈣也是具有活性的，在一定條件下（如有水、CO2存在或PH<7.8)，這些電荷量大的鈣離子又會逐漸進入蒙脫石層間，趕出鈉離子，使鈉化失效，再次恢復鈣基膨潤土，則膨脹和膠體性能就大幅回落。

    人工鈉化膨潤土在加碱鈉化后，其使用的領域如鑄造型砂粘結劑、冶金球團粘結劑、鑽井泥漿等是完全適用的，因所要求的時效很短。但近年來隨着土木、水利、建築防滲漏防水工程的大量涌現，需要性能穩定、耐久性好的天然鈉基膨潤土日趨緊迫。而人工鈉化膨潤土由於穩定性差用其生產的防水材料，雖在出廠時能列為達標產品，但一年後鈉化失效，防滲功能大幅下降，故會在一些垃圾填埋場、景觀水體、地鐵、地下工程造成事故或留下可怕隱患。

    無數工程實踐証明：用碱簡單人工鈉化的膨潤土，無法控制鈣離子返回蒙脫石層間，因此此類人工鈉化膨潤土，性能不穩定，耐用性差，是不能製作防水毯的。故在《鈉基膨潤土防水毯》行業標準中列入人工鈉化膨潤土是錯誤的。

    膨潤土防水毯及其輔助防水制品不是一次性商品，其耐久性和穩定性是其質量的關鍵。但這份標準中的“物理力學性能指標”（如膨脹指數等）的測試方法，體現不出它的耐久性和穩定性。為此可能出現在出廠時送檢時皆為合格的產品，但在與地下水接觸一年（最短半年）后，此防水毯膨脹指數和滲透係數皆不能達標的情況。使用單位可用下列“區分人工鈉化膨潤土和天然鈉基膨潤土的試驗方法”來加以鑑別。嚴防人工鈉化膨潤土製品冒充天然鈉基膨潤土製品進入防滲工程的工地。

　  方法一 將膨潤土試樣用蒸餾水進行不少於4次的漂洗，直至水溶液PH呈中性。然後測定漂洗前後試樣的膨脹指數，凡天然鈉基膨潤土漂后膨脹指數與漂洗前膨脹指數之比＞80%，而人工鈉化土則＜50%。

　　方法二 將烘乾后的膨潤土試樣（顆粒狀），放進玻璃杯中，在倒入1:1～3的鹽酸溶液至顆粒表面1㎝以上觀察，天然鈉基膨潤土無反應，或僅有很小細泡，人工鈉化膨潤土反映劇烈，有太多氣泡逸出。值得注意的是倒稀酸溶液時，千萬儘量遠離自身面部，嚴防受傷。

　　方法三 將膨潤土試樣用蒸餾水進行不少於4次的漂洗，直至水溶液PH呈中性。將漂洗樣烘乾后作X衍射測定蒙脫石的特征峰值 d（001），天然鈉基土仍顯示出Na蒙脫石的特征峰值d（001）約為12.5Å，而人工鈉化土則約為15Å。

     

             天然鈉基膨潤土與天然鈣基膨潤土的一般鑑別方法           表1

方法	天然鈉基膨潤土	天然鈣基膨潤土
觀看顏色 （原礦）	90%以顏色較深（深灰、黑灰、藍灰、綠灰等），除西北乾旱地區外，均深埋在80m以下。	90%顏色較淺（白、灰白、淺黃、淺灰、粉紅等），除西北乾旱地區外，大多地表有露頭或埋深很淺。
用舌頭舔（原礦）	吸附力特強 有苦澀味道	吸附力不強 無苦澀味道
手拈捏（塊狀）	比重較重    有一定硬度	比重較清 較軟
原礦水溶解后（用手搓）	粘性感強	粘性感弱
原礦浸水	強烈吸水膨脹、軟化、但不崩塌，呈團塊	吸水慢，崩塌成散粒狀
磨粉后向水中慢慢投放	分布均勻沉積速度慢，分解性好。	分布不均勻沉積速度快，分解性差
我國 JC/T592－1995
美國	ENa+/ECa2+≥1	ENa+/ECa2+＜1
俄羅斯
我國《膨潤土地質勘探規範》	同上	同上

注：①CEC—— 蒙脫石（膨潤土）陽離子交換總容量；ENa+、EK+、ECa2+、EMg2+——氧化鈉、鉀、鈣、鎂陽離子交換量。

    方法四 追蹤膨潤土毯（板）所用膨潤土的來源，判斷其裝的是天然鈉基膨潤土還是人工鈉化膨潤土，還是在人工鈉化土中只摻加了少量的天然鈉基膨潤土。目前國內市場上吉林劉房子是地下200m洞采的天然鈉基膨潤土，新疆夏子街產的也是天然鈉基膨潤土，而籠統說東北產的、遼寧產的，遼寧建平產的都是人工鈉化膨潤土（根本不是鈉基膨潤土）。

    一般的膨潤土礦，國土資源部門均有較詳細的地質勘探資料，都檢測過膨潤土的礦物組成、化學成分、物化指標。一般天然鈉基膨潤土原礦的Na2O 含量都高于1%，鈣基膨潤土原礦的Na2O含量都小於1，而人工鈉基膨潤土的Na2O含量比天然鈉基膨潤土高的多。

    無地質詳勘資料的膨潤土礦，可到現場取原礦按表1所列方法進行鑑別，或將原礦樣送地質檢測部門不是建材檢測部門進行X射線衍射，進行礦物組成、化學組成、物化指標檢測。

    方法五 在天然鈉基膨潤土和人工鈉基膨潤土中，同時分別加水后，用手搓，人工鈉基膨潤土比天然鈉基膨潤土粘感性和滑感性強。原因是Na2CO3附着在其表面。

 

1. 為什麼說我國不缺少天然鈉基膨潤土，缺的是開發？

   

    我國的膨潤土儲量世界第一，我國的天然鈉基膨潤土儲量也是世界第一。

    據地礦部門已勘探的膨潤土資源分布面廣，資源十分豐富，大型礦床多，屬性屬型齊全。據統計全國有26個省（自治區）都有礦床，已勘探的資源總量75億噸以上，其中天然鈉基膨潤土儲量占一半以上，居世界之首。一些書刊文章中說中國缺少天然鈉基膨潤土（一些廠家也將這一說法作為推行人工鈉化膨潤土防水毯及其輔料的錯誤依據），這種說法是不正確的，原因是大多礦點的天然鈉基膨潤土均在80～100m深以下，采挖難度大，成本高。而鈣基膨潤土則在地表就有露頭，采挖方便，成本很低。這就是目前全國有大小上千個膨潤土采挖點，99%采挖的是鈣基膨潤土，絕大部分是鄉鎮企業。只有大型企業纔有人力物力開挖天然鈉基膨潤土，這在國外也是一樣的。

世界最著名的天然鈉基膨潤土礦在美國懷俄明州，據說已挖到380米深，幾近見底。而格魯吉亞開採最多的是在前甦聯時代。我國的遼寧凌源天然鈉基膨潤土是日本侵華時就已開挖至140米深，因裝備不足已停挖多年。浙江平山天然鈉基膨潤土礦，因城市建設需要已停挖多年。

吉林劉房子天然鈉基膨潤土儲量大，品質好，利用原有近200米深的采煤巷道可大量開挖，僅一個巷道即可采2000多萬噸，以前基本是出口原礦，現在進行深加工，形成大型永久性天然鈉基膨潤土系列防水產品生產基地。據了解現正在几十平方公里的富礦區進行勘探作業，以求更大發展。

    新疆和豐天然鈉基膨潤土的儲量巨大，隨交通條件的改善會受到重視。新疆托克遜膨潤土礦區儲量1億多噸，其中鈉土占2/3以上；新疆拉伊格來克膨潤土礦區儲量1億多噸，其中鈉土占多數。

內蒙古興和膨潤土礦區儲量1.6億多噸，其中鈉土占2/3。

新疆、內蒙古境內的大型沙漠及戈壁荒灘下也都有大型膨潤土礦床，例如內蒙古阿拉善的巴爾布拉格膨潤土礦區儲量大約3億多噸，其中優質鈉基膨潤土占一半以上。

江蘇甲山膨潤土礦區儲量1.5億多噸，其中鈉土占0.6億多噸。

河北立石膨潤土礦區儲量1.4億多噸，其中鈉土700多萬噸。

廣西田東膨潤土礦區儲量0.2億多噸，其中鈉土占一半以上。

廣西寧明膨潤土礦區儲量遠多於田東礦區，鈉土儲量也占一半以上。

江西廣豐膨潤土礦區儲量達0.2億多噸，其中鈉土占一半以上。

安徽屯溪膨潤土礦區儲量1億多噸，其中鈉土占一半以上。

遼寧黑山膨潤土礦區膨潤土儲量0.4億噸，其中鈉土占2/3。

遼寧朝陽發現的一個很小的膨潤土礦區儲量達0.2億噸，其中鈉土占2/3。

山東萊陽膨潤土礦區儲量上千萬噸，其中鈉土約占一半。

還可列出許多，而尚未勘探的更多。我國整個東北、華北、西北在遠古時都反復、大麵積地爆發過火山。因此說，中國鈉基膨潤土少是缺乏深入了解，或不想大投入，而借此推銷人工鈉化土，以使不了解國情者上當。實際上，如天然鈉基膨潤土提純后運進北京，最多1000元1噸，如5kg/m2，1噸可制200m2毯，每平米毯的防水材料費也僅有5元。從美國本土進口也貴不了多少。

上述資源情況在國土資源部資料館可以找到更多更有力的証據。

 

 5. 為什麼說耐久性及關係到環境和公眾安全性的工程材料的性價比很重要？

   

    什麼是又好又快？那就是在保証好的前提下儘量快，在保証質量的前提下儘量省。壽命僅幾年，甚至僅半年賣價每平米10元的材料和壽命百年賣價每平米50元的材料，建設、設計、施工、監理等各方應毫不猶豫地採用後者，缺少這種胸懷，其結果將要付出每平米几百元的代價進行修補，這還不包括環境和公眾安全所付出的代價。本文開始提到的實例，以及為保護母親河所修建的若干垃圾填埋場，很多地下工程防水，河湖防滲失效的眾多實例都証明不講質量，僅看價錢的害處。有些資深專家常說的目前防水材料中60%以上不合格，可偏偏這些不合格材料最暢銷，最賺錢。這應引起各方警覺，加以杜絕，進而真正用科學發展觀重建耐久工程。更應用科學發展觀制訂國標、行標、地標。否則制訂的標準助長劣質材料進行低價競爭，助長堵漏隊伍越來越壯大，這是工程技術員的恥辱，國家的恥辱！

順便說明一點的是鈣基膨潤土（純天然，不經人工鈉化）做防滲層也可以，只是需鋪的厚點或與當地土攪拌夯實，防滲結果也很好。如北京市市政工程設計研究總院十多年前設計的廣東南海獅中垃圾衛生填場鋪15cm厚鈣基膨潤土夯實，作防滲層，至今不漏。國外也有許多用鈣基膨潤土與細砂攪拌夯實作防滲層，既防滲又防干濕，凍融循環。東北、西北膨潤土資源豐富，在河湖治理、荒漠化治理工程防滲等都可廣氾應用。
參考文獻

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[2]《軌道交通地下工程防水技術規程》（DB11/581-2008）.北京市建設委員會，2008

[3]《地下工程防水技術規範》（GB50108-2008）.北京：中國計劃出版社，2009

[4]《膨潤土》（GB/T20973-2007）北京：中國標準出版社.2007

[5]鞠建英.《膨潤土在工程中的開發與應用》.北京：中國建材工業出版社.2003

[6]鞠建英.《實用地下工程防水手冊》.北京：中國計劃出版社，2002

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[8]鞠建英.膨潤土防水毯應用若干問題談《中國建築防水》2006第12期

[9]鞠建英.膨潤土——天然鈉米材料的防水機理及其在地下工程中的應用.《中國建築防水》2003年第5、6期

[10]鞠建英.膨潤土毯（板）質量及其對地下工程防水的影響.《鐵道建築技術》2006第5期