2.3 水玻璃（课件）- 《建筑材料（第4版） 》同步教学（机械工业版）

2.3 水玻璃 2.3 水玻璃 水玻璃俗称泡花碱，是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的一种能溶于水的硅酸盐物质，是一种气硬性胶凝材料。 其化学式为R2O·nSiO2， 式中R2O为碱金属氧化物，n为二氧化硅和R2O分子的比值即n=SiO2/R2O，也称为水玻璃模数。 根据碱金属氧化物种类不同，水玻璃的主要品种有: 硅酸钠水玻璃（简称钠水玻璃，Na2O·nSiO2）、硅酸钾水玻璃（简称钾水玻璃，K2O·nSiO2）、硅酸锂水玻璃（简称锂水玻璃，Li2O·nSiO2）等. 最常用的是硅酸钠水玻璃。 根据水玻璃模数n的不同，又分为: “碱性”水玻璃(n＜3)和“中性”水玻璃(n≥3)。 实际上中性水玻璃和碱性水玻璃的溶液都呈明显的碱性反应。 2.3.1 水玻璃的生产 生产水玻璃的生产方法分为: 湿法生产和干法生产. 湿法生产硅酸钠水玻璃是将石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅内用蒸汽加热，直接反应而成。 干法生产硅酸钠水玻璃是将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉内于1300～1400℃温度下熔化而生成的， 其反应式为： Na2CO3+nSiO2 → Na2O·nSiO2 + CO2↑ 式（2-6） 按水玻璃的状态不同可分为： （1）固体水玻璃 固体水玻璃是由熔炉中排出的熔融态硅酸钠冷却而得。 （2）液体水玻璃 液体水玻璃是由固体水玻璃溶解于水而得。固体水玻璃在水中溶解的难易随模数n而定。 n为1时，能溶解于常温的水中；n增大，则只能在热水中溶解； 当n大于3时，要在0.4MPa大气压以上的蒸汽中才能溶解。 常见水玻璃模数n为1.5～3.7。 液体水玻璃因所含杂质的不同，而呈青灰色、黄绿色，以无色透明的液体为佳。 水玻璃在水溶液中的含量（或称浓度）， 可用密度表示，它与水玻璃的粘结力呈现以下规律： 同一模数的液体水玻璃，其浓度愈稠，密度愈大，则粘性愈大，粘结力愈强； 不同模数的液体水玻璃，模数高的，其胶体组分（SiO2）相对增多，粘结力随之增加。 2.3.2 水玻璃的硬化 液体水玻璃在空气中吸收二氧化碳，形成无定形硅酸凝胶，加之水分的蒸发，无定形硅酸凝胶脱水成氧化硅，并逐渐干燥硬化。 Na2O·nSiO2+mH2O+CO2→Na2CO3+nSiO2·mH2O 式（2-7） 由于空气中CO2浓度较低，这个过程进行的很慢，为了加速硬化，常加入氟硅酸钠（Na2SiF6）作为促硬剂，促使硅酸凝胶加速析出，其反应为： 2［Na2O·nSiO2］+mH2O+Na2SiF6→(2n+1)SiO2·mH2O+6NaF 式（2-8） 硅酸凝胶（SiO2·mH2O）脱水变成固体氧化硅。 SiO2·mH2O→SiO2+mH2O 式（2-9） 氟硅酸钠的适宜用量为水玻璃重量的12%～15%, 如果用量小于12%，不但硬化速度缓慢，强度降低，而且未经反应的水玻璃易溶于水，因而耐水性差。 但如用量超过15%，又会引起凝结过速，造成施工困难。 2.3.3 水玻璃的技术性质 1. 粘结力强 水玻璃硬化后具有较高的粘结强度，抗拉强度和抗压强度，如水玻璃胶泥，其抗拉强度大于2.5MPa； 水玻璃砂浆和水玻璃混凝土的抗压强度不小于15MPa和20MPa。 另外，水玻璃硬化析出的硅酸凝胶还有堵塞毛细孔隙而防止水分渗透的作用。 2. 耐酸性好 硬化后的水玻璃，其主要成分是SiO2，所以它能抵抗大多数无机酸和有机酸的侵蚀，尤其是在强氧化性酸中仍有较高的化学稳定性。但其不耐碱性介质侵蚀。 3. 耐热性好 水玻璃硬化后形成SiO2空间网状骨架，高温下强度并不降低，甚至有所增加。因此具有优异的耐热性。若以铸石粉为填料，配制的水玻璃胶泥，耐热度可达900～1100℃，利用这一性质，选择不同的耐热集料，可配制不同耐热度的水玻璃耐热混凝土。 2.3.4 水玻璃的应用 水玻璃在建筑工程中有多种用途： 1. 涂刷材料表面 直接将液体水玻璃涂刷在建筑物表面，不仅可提高建筑物的抗风化能力，而且可提高建筑物的耐久性。 如用密度为1.35左右的液体水玻璃浸渍或涂刷粘土砖、硅酸盐制品、水泥混凝土等多孔材料，可使材料的密实度、强度、抗渗性、耐水性均得到提高。 这是因为水玻璃与材料中的Ca(OH)2作用生成硅酸钙胶体、填充了制品的孔隙，从而使制品致密， 反应式为： Na2O·nSiO2+Ca(OH)2→Na2O(n-1)SiO2+CaO·SiO2+H2O 式（2-10） 同时硅酸钠本身硬化所析出的硅酸凝胶也有利于保护材料。 但需注意，不能用它涂刷或浸渍石膏制品，因为硅酸钠与硫酸钙发生反应可生成Na2SO4，并在制品孔隙中结晶膨胀，导致制品破坏。 2. 加固土壤 将模数为2.5～3的液体水玻璃和氯化钙溶液通过金属管交替向地层压入，两种溶液发生化学反应： Na2O·nSiO2+CaCl2+xH2O→2NaCl+nSiO2·(x-1)H2O+Ca(OH)2 式（2-11） 析出的硅酸胶体，将土壤颗粒包裹并填充其空隙。 硅酸胶体作为一种吸水膨胀的冻状凝胶，因吸收地下水而经常处于膨胀状态，阻止水分渗透并使土壤固结。 用这种方法加固的砂土，抗压强度可达3～6MPa。 3. 配制防水剂 以水玻璃为基料，加入两种、三种或四种矾可配制不同防水剂，称为二矾、三矾或四矾防水剂。 例如：四矾防水剂是以蓝矾（硫酸铜）、明矾（钾铝矾）、红矾（重铬酸钾）和紫矾（铬矾）各1份，溶于60份的沸水中，降温至50℃，投入400份水玻璃溶液中，搅拌均匀而成的。 这种防水剂凝结迅速，一般不超过1min，适用于堵塞漏洞、缝隙等局部抢修。由于凝结过速，不宜调配水泥防水砂浆用作屋面或地面的刚性防水层。 4. 配制水玻璃矿渣砂浆 将液体水玻璃、粒化高炉矿渣粉、砂和氟硅酸钠按一定比例配合成砂浆，直接压入砖墙裂缝，可起到粘结和增强的作用。 掺入的矿渣粉不仅起填充和减少砂浆收缩的作用，还能与水玻璃起化学反应，增加砂浆强度。使用时，先将砂和矿渣粉拌和均匀，再将促硬剂加入温水（水温60℃）化成糊状，然后倒入液体水玻璃中拌合。 氟硅酸钠促硬剂有毒，操作时应做好安全防护。 5. 配制耐酸砂浆、耐酸混凝土 用水玻璃作为胶凝材料，选择耐酸集料，可配制满足耐酸工程要求的耐酸砂浆、耐酸混凝土。 水玻璃还可作为多种建筑涂料的原料，可与耐火填料配制成防火涂料，涂于木材表面，抵抗瞬间火焰。 【思考题与习题】 1. 何谓气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料?如何正确使用这两类胶凝材料？ 2. 石灰石、生石灰、熟石灰、硬化后石灰的化学成分各是什么？ 3. 过火石灰、欠火石灰对石灰的性能有什么影响?如何消除？ 4. 生石灰熟化时，在贮灰坑中进行“陈伏”的目的是什么？磨细生石灰是否可不经“陈伏”直接使用?为什么? 5. 石灰浆体在空气中的硬化过程是怎样的？为使硬化加快，使硬化环境中的湿度增大，有利于CO2与H2O形成碳酸，从而促进碳化过程，这种说法是否正确? 【思考题与习题】 6. 生石灰储存过久，从成分到性能上会发生什么变化? 7.为什么石灰本身不耐水，但用石灰配制的灰土和三合土却有较高的强度和耐水性? 8. 从建筑石膏的凝结过程及硬化产物分析石膏属于气硬性胶凝材料的原因? 9. 石灰与石膏相比，技术性质有何异同？石灰在土木工程中都有哪些用途? 10. 水玻璃的化学组成是什么？何谓水玻璃的模数？水玻璃的模数和密度对水玻璃的粘性有何影响? 11. 硬化后水玻璃具有哪些性质？在工程中有何用途? 感谢观看 $$