水玻璃
俗稱泡花堿，是一種水溶性硅酸鹽，其水溶液俗稱水玻璃，是一種礦黏合劑。其化學(xué)式為R2O·nSiO2，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(shù)的比值，稱為水玻璃的摩數(shù)。建筑上常用的水玻璃是硅酸鈉的水溶液。（Na2O·nSiO2）
理化性能
粘結(jié)力強(qiáng)、強(qiáng)度較高，耐酸性、耐熱性好，耐堿性和耐水性差。
化學(xué)式
Na2SiO3·9H2O
分子質(zhì)量
284.20
性狀
無色正交雙錐結(jié)晶或白色至灰白色塊狀物或粉末。能風(fēng)化。在100℃時(shí)失去6分子結(jié)晶水。易溶于水，溶于稀氫氧化鈉溶液，不溶于乙醇和酸。熔點(diǎn)1088℃。低毒，半數(shù)致死量(大鼠，經(jīng)口)1280mg/kg(無結(jié)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(fēng)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(shí)度、強(qiáng)度、抗?jié)B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(huán)境下，因吸收土中水分處于膨脹狀態(tài)，使土固結(jié)。
C、配制速凝防水劑。
D、修補(bǔ)磚墻裂縫 將水玻璃、?；郀t礦渣粉、砂及氟硅酸鈉按適當(dāng)比例拌合后，直接壓入磚墻裂縫，可起到粘結(jié)和補(bǔ)強(qiáng)作用。
E、硅酸鈉水溶液可做防火門的外表面。
F、可用來制作耐酸膠泥，用于爐窖類的內(nèi)襯。物化性質(zhì)
水玻璃 的用途非常廣泛，幾乎遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。在化工系統(tǒng)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(chǎn)品，是硅化合物的基本原料。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家，以硅酸鈉為原料的深加工系列產(chǎn)品已發(fā)展到50余種，有些已應(yīng)用于高、精、尖科技領(lǐng)域；在輕工業(yè)中是洗衣粉、肥皂等洗滌劑中不可缺少的原料，也是水質(zhì)軟化劑、助沉劑；在紡織工業(yè)中用于助染、漂白和漿紗；在機(jī)械行業(yè)中廣泛用于鑄造、砂輪制造和金屬防腐劑等；在建筑行業(yè)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(nóng)業(yè)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(shí)驗(yàn)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:
提高抗風(fēng)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(xì)孔通道，提高材料的密度和強(qiáng)度，從而提高材料的抗風(fēng)化能力。但水玻璃不得用來涂刷或浸漬石膏制品。因?yàn)樗Ａc石膏反應(yīng)生成硫酸鈉(Na2SO4)，在制品孔隙內(nèi)結(jié)晶膨脹，導(dǎo)致石膏制品開裂破壞。
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(yīng)生成硅膠和硅酸鈣凝膠，起到膠結(jié)和填充孔隙的作用，使土壤的強(qiáng)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。
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(jié)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(shí)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)、明礬(也稱白礬，硫酸鋁鉀)、紫礬等四種礬。
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。
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(bǔ)。水玻璃耐熱砂漿和混凝土主要用于高爐基礎(chǔ)和其他有耐熱要求的結(jié)構(gòu)部位。
防腐工程應(yīng)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(shí)抗?jié)B、價(jià)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(jié)構(gòu)的防腐蝕工程，是紡酸建筑結(jié)構(gòu)貯酸池、耐酸地坪、以及耐酸表面砌筑的理想材料。
黏結(jié)劑
五十年代水玻璃吹二氧化碳工藝廣泛應(yīng)用，該工藝水玻璃加入量高、潰散性差，舊砂不能回用，浪費(fèi)硅砂資源，大量外排固體廢棄物，破壞生態(tài)環(huán)境，生產(chǎn)鑄件質(zhì)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(qiáng)度高、潰散性好、舊砂可再生回用，回用率80~90%，可使用時(shí)間可調(diào)，可用于機(jī)械化造型生產(chǎn)線，也可用于單件小批量生產(chǎn)?？缮a(chǎn)幾公斤至幾百噸的各種鑄件，現(xiàn)已在鐵路車輛、冶金機(jī)械、重型機(jī)械、礦山機(jī)械、通用機(jī)械廠幾十家企業(yè)推廣應(yīng)用。
新型水玻璃被稱為符合可持續(xù)發(fā)展的綠色環(huán)保型鑄造黏結(jié)劑。
主要特點(diǎn)粘結(jié)力高
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(jié)力。但水玻璃自身質(zhì)量、配合料性能及施工養(yǎng)護(hù)對強(qiáng)度有顯著影響。
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(jī)和有機(jī)酸。
耐熱性好
硬化后形成的二氧化硅網(wǎng)狀骨架，在高溫下強(qiáng)度下降很小，當(dāng)采用耐熱耐火骨料配制水玻璃砂漿和混凝土?xí)r，耐熱度可達(dá)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。
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(huán)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(jìn)行酸洗處理，提高耐水性。
相關(guān)知識水玻璃基本知識
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·nSiO2。鉀水玻璃為硅酸鉀水溶液，分子式為K2O·nSiO2。土木工程中主要使用鈉水玻璃。當(dāng)工程技術(shù)要求較高時(shí)也可采用鉀水玻璃。優(yōu)質(zhì)純凈的水玻璃為無色透明的粘稠液體，溶于水。當(dāng)含有雜質(zhì)時(shí)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(shù)，代表Na2O和SiO2的摩爾比，是非常重要的參數(shù)。n值越大，水玻璃的粘度越高，但水中的溶解能力下降。當(dāng)n大于3.0時(shí)，只能溶于熱水中，給使用帶來麻煩。n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(shù)n為2.6~2.8，既易溶于水又有較高的強(qiáng)度。
我國生產(chǎn)的水玻璃模數(shù)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(dāng)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(chǎn)品。
水玻璃的凝結(jié)固化
水玻璃在空氣中的凝結(jié)固化與石灰的凝結(jié)固化非常相似，主要通過碳化和脫水結(jié)晶固結(jié)兩個(gè)過程來實(shí)現(xiàn)。
隨著碳化反應(yīng)的進(jìn)行，硅膠含量增加，接著自由水分蒸發(fā)和硅膠脫水成固體而凝結(jié)硬化，其特點(diǎn)是:
1.速度慢。由于空氣中CO2濃度低，故碳化反應(yīng)及整個(gè)凝結(jié)固化過程十分緩慢。
2.體積收縮。
3.強(qiáng)度低。
為加速水玻璃的凝結(jié)固化速度和提高強(qiáng)度，水玻璃使用時(shí)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(jié)固化慢，且強(qiáng)度低;摻量太多，則凝結(jié)硬化過快，不便施工操作，而且硬化后的早期強(qiáng)度雖高，但后期強(qiáng)度明顯降低。因此，使用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制固化劑摻量，并根據(jù)氣溫、濕度、水玻璃的模數(shù)、密度在上述范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整。即:氣溫高、模數(shù)大、密度小時(shí)選下限，反之亦然。
速溶粉狀
速溶粉狀硅酸鈉又稱速溶泡花堿、水合硅酸鈉。該產(chǎn)品外觀潔白，呈粉末狀，均勻性好。運(yùn)輸、儲存和使用非常方便，特別適用于機(jī)械化、自動化操作。廣泛應(yīng)用于冶金、電力、石化及建材工業(yè)中。被用來做為不定形耐火材料中的粘結(jié)劑、工業(yè)清洗劑、防腐劑，在制皂和耐酸水泥、精細(xì)陶瓷工業(yè)以及精密鑄造業(yè)的快干劑和增強(qiáng)劑等。速溶粉狀硅酸鈉產(chǎn)品還具有液體泡花堿所具有的一切性能和應(yīng)用。速溶粉狀硅酸鈉分子式Na2O·mSiO2·nH2O，式量一般在280~350之間。與通過機(jī)械粉碎的無水粉末狀硅酸鈉相比，前者有許多寶貴性質(zhì)，如水溶速度、純凈程度等。 速溶粉狀硅酸鈉屬于精細(xì)化工產(chǎn)品，系對干法(芒硝法、純堿法)泡花堿經(jīng)過化料、過濾、調(diào)模、噴霧干燥等加工過程制得的。
