水玻璃

　 　 俗稱泡花堿，是一種水溶性硅酸鹽，其水溶液為水玻璃。其化學式為R2O·n SiO2，式中R2O為堿金屬氧化物，n為二氧化硅與堿金屬氧化物摩爾數的比值，稱為水玻璃的模數。建筑上常用的水玻璃是硅酸鈉（Na2O·n SiO2）的水溶液。
　 　 基本性呢過
　 　 粘結力強、強度較高，耐酸性、耐熱性好，耐堿性和耐水性差。
　 　 化學式
　 　 Na2SiO3·9H2O
　 　 相對分子質量
　 　 284.20
　 　 性狀
　 　 無色正交雙錐結晶或白色至灰白色塊狀物或粉末。能風化。在100℃時失去6分子結晶水。易溶于水，溶于稀氫氧化鈉溶液，不溶于乙醇和酸。熔點40～ 48℃。低毒，半數致死量(大鼠，經口)1280mg/kg(無結晶水)
　 　 儲存
　 　 密封陰涼干燥保存。
　 　 用途
　 　 分析試劑。防火劑。黏合劑。
　 　 水玻璃的用途
　 　 A、涂刷材料表面，提高其抗風化能力 以密度為1.35g/cm3的水玻璃浸漬或涂刷黏土磚、水泥混凝土、硅酸鹽混凝土、石材等多孔材料，可提高材料的密實度、強度、抗滲性、抗凍性及耐水性等。
　 　 B、加固土 將水玻璃和氯化鈣溶液交替壓注到土中，生成的硅酸凝膠在潮濕環境下，因吸收土中水分處于膨脹狀態，使土固結。
　 　 C、配制速凝防水劑。
　 　 D、修補磚墻裂縫 將水玻璃、粒化高爐礦渣粉、砂及氟硅酸鈉按適當比例拌合后，直接壓入磚墻裂縫，可起到粘結和補強作用。
　 　 分類介紹
　 　 1．硅酸鈉分兩種，一種為偏硅酸鈉，化學式Na2SiO3，式量122.00。另一種為正硅酸鈉（原硅酸鈉），化學式Na4SiO4，相對分子質量184.04。2．正硅酸鈉是無色晶體，熔點1291K(1088℃)，不多見。水玻璃溶液因水解而呈堿性（比純堿稍強）。因系弱酸鹽所以遇鹽酸，硫酸、硝酸、二氧化碳都能析出硅酸。保存時應密切防止二氧化碳進入，并應使用橡膠塞以防粘住磨口玻璃塞。工業上常用純堿與石英共熔制取Na2CO3+SiO2→Na2SiO3+CO2↑，制品常因含亞鐵鹽而帶淺藍綠色。用為無機粘接制劑（可與滑石粉等混合共用），肥皂填充劑，調制耐酸混凝土，加入顏料后可做外墻的涂料，灌入古建筑基礎土壤中使土壤堅固以防倒塌。
　 　 3．偏硅酸鈉是普通泡化堿與燒堿水熱反應而制得的低分子晶體，商品有無水、五水和九水合物，其中九水合物只有我國市場上存在，是在上世紀80年代急需偏硅酸鈉而倉促開發的技術含量較低的應急產品，因其熔點只有42℃，貯存時很容易變為液體或膏狀，正逐步被淘汰，但由于一些用戶習慣和一些領域對結晶水不是很在意，九水偏硅酸鈉還是有一定市場。
　 　 生產方法
　 　 硅酸鈉的生產方法分干法（固相法）和濕法（液相法）兩種。
　 　 1．干法生產 是將石英砂和純堿按一定比例混合后在反射爐中加熱到1400 ℃左右，生成熔融狀硅酸鈉；
　 　 2．濕法生產以石英巖粉和燒堿為原料，在高壓蒸鍋內，0.6—1.0 Mpa蒸汽下反應，直接生成液體水玻璃。微硅粉可代替石英礦生產出模數為4的硅酸鈉。
　 　 物化性質
　 　 分子式
　 　 Na2O·mSiO2
　 　 分子量：122.054
　 　 CAS NO.:1344-09-8
　 　 石英砂和堿的配合比例即SiO2和Na2O的摩爾比決定著硅酸鈉的模數M，模數即顯示硅酸鈉的組成，模數是硅酸鈉的重要參數，一般在1.5-3.5之間。模數越大，固體硅酸鈉越難溶于水，n為1時常溫水即能溶解，n加大時需熱水才能溶解， n大于3時需4個大氣壓以上的蒸汽才能溶解。硅酸鈉模數越大，氧化硅含量越多，硅酸鈉粘度增大，易于分解硬化，粘結力增大，因此不同模數的硅酸鈉有著不同的用處。廣泛應用于普通鑄造、精密鑄造、造紙、陶瓷、粘土、選礦、高嶺土、洗滌等眾多領域。
　 　 硅酸鈉變質原理
　 　 Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3
　 　 技術指標
　 　 硅酸鈉水溶液的技術指標
　 　 用途
　 　 水玻璃的用途非常廣泛，幾乎遍及國民經濟的各個部門。在化工系統被用來制造硅膠、白炭黑、沸石分子篩、五水偏硅酸鈉、硅溶膠、層硅及速溶粉狀硅酸鈉、硅酸鉀鈉等各種硅酸鹽類產品，是硅化合物的基本原料。在經濟發達國家，以硅酸鈉為原料的深加工系列產品已發展到50余種，有些已應用于高、精、尖科技領域；在輕工業中是洗衣粉、肥皂等洗滌劑中不可缺少的原料，也是水質軟化劑、助沉劑；在紡織工業中用于助染、漂白和漿紗；在機械行業中廣泛用于鑄造、砂輪制造和金屬防腐劑等；在建筑行業中用于制造快干水泥、耐酸水泥防水油、土壤固化劑、耐火材料等；在農業方面可制造硅素肥料；另外用作石油催化裂化的硅鋁催化劑、肥皂的填料、瓦楞紙的膠粘劑、實驗室坩堝等耐高溫材料、金屬防腐劑、水軟化劑、洗滌劑助劑、耐火材料和陶瓷原料、紡織品的漂、染和漿料、礦山選礦、防水、堵漏、木材防火、食品防腐以及制膠粘劑等……。分述如下：
　 　 1.提高抗風化能力
　 　 水玻璃溶液涂刷或浸漬材料后，能滲入縫隙和孔隙中，固化的硅凝膠能堵塞毛細孔通道，提高材料的密度和強度，從而提高材料的抗風化能力。但水玻璃不得用來涂刷或浸漬石膏制品。因為水玻璃與石膏反應生成硫酸鈉（Na2SO4），在制品孔隙內結晶膨脹，導致石膏制品開裂破壞。
　 　 2.加固土壤
　 　 將水玻璃與氯化鈣溶液交替注入土壤中，兩種溶液迅速反應生成硅膠和硅酸鈣凝膠，起到膠結和填充孔隙的作用，使土壤的強度和承載能力提高。常用于粉土、砂土和填土的地基加固，稱為雙液注漿。
　 　 3.配制速凝防水劑
　 　 水玻璃可與多種礬配制成速凝防水劑，用于堵漏、填縫等局部搶修。這種多礬防水劑的凝結速度很快，一般為幾分鐘，其中四礬防水劑不超過1min，故工地上使用時必須做到即配即用。
　 　 多礬防水劑常用膽礬（硫酸銅， ）、紅礬（重鉻酸鉀，K2Cr2O7）、明（也稱白礬，硫酸鋁鉀）、紫礬等四種礬。
　 　 4.配制耐酸膠凝
　 　 耐酸膠凝是用水玻璃和耐酸粉料（常用石英粉）配制而成。與耐酸砂漿和混凝土一樣，主要用于有耐酸要求的工程。如硫酸池等。
　 　 5.配制耐熱砂漿
　 　 水玻璃膠凝主要用于耐火材料的砌筑和修補。水玻璃耐熱砂漿和混凝土主要用于高爐基礎和其他有耐熱要求的結構部位。
　 　 6.防腐工程應用
　 　 改性水玻璃耐酸泥是耐酸腐蝕重要材料，主要特性是耐酸、耐溫、密實抗滲、價格低廉、使用方便。可拌和成耐酸膠泥、耐酸沙漿和耐酸混凝土，適用于化工、冶金、電力、煤炭、紡織等部門各種結構的防腐蝕工程，是紡酸建筑結構貯酸池、耐酸地坪、以及耐酸表面砌筑的理想材料。
　 　 7.黏結劑
　 　 五十年代水玻璃吹二氧化碳工藝廣泛應用，該工藝水玻璃加入量高、潰散性差，舊砂不能回用，浪費硅砂資源，大量外排固體廢棄物，破壞生態環境，生產鑄件質量粗糙，使其面臨被淘汰。
　 　 酯硬化新型水玻璃自硬砂1999年問世，水玻璃加入量1.8-3.0%，強度高、潰散性好、舊砂可再生回用，回用率80-90%，可使用時間可調，可用于機械化造型生產線，也可用于單件小批量生產。可生產幾公斤至幾百噸的各種鑄件，現已在鐵路車輛、冶金機械、重型機械、礦山機械、通用機械廠幾十家企業推廣應用。
　 　 新型水玻璃被稱為符合可持續發展的綠色環保型鑄造黏結劑。
　 　 主要特點
　 　 1．粘結力和強度較高
　 　 水玻璃硬化后的主要成分為硅凝膠和固體，比表面積大，因而具有較高的粘結力。但水玻璃自身質量、配合料性能及施工養護對強度有顯著影響。
　 　 2．耐酸性好
　 　 可以抵抗除氫氟酸（HF）、熱磷酸和高級脂肪酸以外的幾乎所有無機和有機酸。
　 　 3．耐熱性好
　 　 硬化后形成的二氧化硅網狀骨架，在高溫下強度下降很小，當采用耐熱耐火骨料配制水玻璃砂漿和混凝土時，耐熱度可達1000℃。因此水玻璃混凝土的耐熱度，也可以理解為主要取決于骨料的耐熱度。
　 　 4．耐堿性和耐水性差
　 　 因和混合后易均溶于堿，故水玻璃不能在堿性環境中使用。同樣由于 、NaF、Na2CO3均溶于水而不耐水，但可采用中等濃度的酸對已硬化水玻璃進行酸洗處理，提高耐水性。
　 　 水玻璃基本知識
　 　 常用的水玻璃分為鈉水玻璃和鉀水玻璃兩類，俗稱泡花堿。鈉水玻璃為硅酸鈉水溶液，分子式為Na2O·mSiO2。鉀水玻璃為硅酸鉀水溶液，分子式為K2O·mSiO2 。土木工程中主要使用鈉水玻璃。當工程技術要求較高時也可采用鉀水玻璃。優質純凈的水玻璃為無色透明的粘稠液體，溶于水。當含有雜質時呈淡黃色或青灰色。
　 　 鈉水玻璃分子式中的m稱為水玻璃的模數，代表Na2O和SiO2的摩爾比，是非常重要的參數。m值越大，水玻璃的粘度越高，但水中的溶解能力下降。當m大于3.0時，只能溶于熱水中，給使用帶來麻煩。m值越小，水玻璃的粘度越低，越易溶于水。土木工程中常用模數m為2.6～2.8，既易溶于水又有較高的強度。
　 　 我國生產的水玻璃模數一般在2.4～3.3之間。水玻璃在水溶液中的含量（或稱濃度）常用密度或者波美度表示。土木工程中常用水玻璃的密度一般為1.36～1.50g/cm3，相當于波美度38.4～48.3 。密度越大，水玻璃含量越高，粘度越大。
　 　 水玻璃通常采用石英粉（SiO2）加上純堿（Na2CO3），在1300～1400℃的高溫下煅燒生成液體硅酸鈉 ，從爐出料口流出、制塊或水淬成顆粒。再在高溫或高溫高壓水中溶解，制得溶液狀水玻璃產品。
　 　 水玻璃的凝結固化
　 　 水玻璃在空氣中的凝結固化與石灰的凝結固化非常相似，主要通過碳化和脫水結晶固結兩個過程來實現。
　 　 隨著碳化反應的進行，硅膠含量增加，接著自由水分蒸發和硅膠脫水成固體而凝結硬化，其特點是：
　 　 1．速度慢。由于空氣中CO2濃度低，故碳化反應及整個凝結固化過程十分緩慢。
　 　 2．體積收縮。
　 　 3．強度低。
　 　 為加速水玻璃的凝結固化速度和提高強度，水玻璃使用時一般要求加入固化劑氟硅酸鈉，分子式為Na2SiF6。
　 　 氟硅酸鈉的摻量一般為12%～15%。摻量少，凝結固化慢，且強度低；摻量太多，則凝結硬化過快，不便施工操作，而且硬化后的早期強度雖高，但后期強度明顯降低。因此，使用時應嚴格控制固化劑摻量，并根據氣溫、濕度、水玻璃的模數、密度在上述范圍內適當調整。即：氣溫高、模數大、密度小時選下限，反之亦然。