3.3 水玻璃

水玻璃俗稱泡花堿，是堿金屬氧化物和二氧化硅結(jié)合而成的一種可溶于水的透明的玻璃狀融合物，其化學(xué)式為R2O·nSiO2，式中R2O為堿金屬氧化物。按堿金屬氧化物的不同，水玻璃可分為硅酸鈉水玻璃（Na2O·nSiO2）（也稱鈉水玻璃，簡(jiǎn)稱水玻璃）和硅酸鉀水玻璃（K2O·nSiO2）（也稱鉀水玻璃）。建筑工程中以鈉水玻璃最為常用，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(wú)色透明的黏稠液體，溶于水，當(dāng)含有雜質(zhì)時(shí)呈淡黃色或青灰色。

3.3.1 水玻璃的生產(chǎn)

生產(chǎn)水玻璃的方法有濕法和干法兩種。濕法生產(chǎn)硅酸鈉水玻璃時(shí)，將石英砂和苛性鈉溶液在壓蒸釜內(nèi)用蒸汽加熱、攪拌生成液體水玻璃。干法是將石英砂和碳酸鈉（或硫酸鈉）磨細(xì)拌勻，在熔爐內(nèi)以1300～1400℃下熔融反應(yīng)而生成固體水玻璃，在壓蒸釜內(nèi)將水蒸氣引入到固體水玻璃中得到液體水玻璃。

熔融狀態(tài)下的化學(xué)反應(yīng)式如下：

鈉水玻璃分子式Na2O·nSiO2中的n稱為水玻璃的模數(shù)，代表Na2O和SiO2的分子數(shù)比，是非常重要的參數(shù)。n值越大，水玻璃的黏性和強(qiáng)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(lái)麻煩。n值越小，水玻璃的黏性和強(qiáng)度越低，越易溶于水。故建筑工程中常用模數(shù)n為2.6～2.8，即易溶于水又有較高的強(qiáng)度。

我國(guó)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。建筑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°B′e。密度越大，水玻璃含量越高，相應(yīng)的黏度也越大。

3.3.2 水玻璃的硬化

水玻璃溶液在空氣中吸收二氧化碳，形成碳酸鈉和無(wú)定型硅酸。反應(yīng)式如下：

Na2O·nSiO2+CO2+mH2O—→Na2CO3+nSiO2·mH2O

這一反應(yīng)在進(jìn)行過(guò)程中，水分逐漸被消耗和蒸發(fā)，硅酸逐漸凝聚成硅酸凝膠而析出，產(chǎn)生凝結(jié)和硬化。水玻璃的硬化過(guò)程進(jìn)行得很慢，可達(dá)幾星期以上或更久。使用過(guò)程中，常將水玻璃加熱或摻加促硬劑，以加快水玻璃的硬化速度。最常用的促硬劑為氟硅酸鈉（Na2SiF6）等，摻入后會(huì)加速硅酸凝膠的析出，從而促進(jìn)水玻璃的硬化：

2（Na2O·nSiO2）+Na2SiF6+mH2O—→6NaF+（2n+1）SiO2·mH2O

氟硅酸鈉的適宜摻量，一般為水玻璃質(zhì)量的12%～15%。摻量太少，則其凝結(jié)硬化慢，強(qiáng)度低，并且存在較多的沒(méi)參與反應(yīng)的水玻璃，當(dāng)遇水時(shí)，殘余水玻璃易溶于水，影響硬化后水玻璃的耐水性；摻量太多，則凝結(jié)硬化過(guò)快，造成施工困難，且抗?jié)B性和強(qiáng)度降低。氟硅酸鈉有毒，施工操作時(shí)要注意進(jìn)行安全防護(hù)。

水玻璃應(yīng)在密閉條件下存放，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間存放后，會(huì)產(chǎn)生一定的沉淀，使用時(shí)應(yīng)攪拌均勻。

3.3.3 水玻璃的主要技術(shù)性質(zhì)

1．黏結(jié)力和強(qiáng)度較高

水玻璃硬化后的主要成分為硅凝膠（nSiO2·mH2O）和固體，比表面積大，因而具有較高的黏結(jié)力。但水玻璃自身重量、配合料性能及施工養(yǎng)護(hù)對(duì)強(qiáng)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(jí)脂肪酸以外的幾乎所有無(wú)機(jī)和有機(jī)酸。

3．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。

4．耐堿性和耐水性差

因SiO2和Na2O·nSiO2均溶于堿，故水玻璃不能在堿性環(huán)境中使用。同樣由于Na2O·nSiO2、NaF、Na2CO3均溶于水而不耐水，但可采用中等濃度的酸對(duì)已硬化水玻璃進(jìn)行酸洗處理，提高耐水性。

3.3.4 水玻璃的應(yīng)用

1．涂刷材料表面，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(lái)涂刷或浸漬石膏制品。因?yàn)樗Ａc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(kāi)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(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。

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(jié)速度很快，一般為幾分鐘，其中四礬防水劑不超過(guò)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，CuSO4·5H2O）、紅礬（重鉻酸鉀，K2Cr2O7）、明礬（也稱白礬，硫酸鋁鉀）、紫礬等四種礬。

4．配制耐酸膠凝、耐酸砂漿和耐酸混凝土

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．配制耐熱膠凝、耐熱砂漿和耐熱混凝土

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。