2.3　水玻璃

水玻璃俗稱泡花堿，是一種能溶于水的硅酸鹽。它是由不同比例的堿金屬氧化物和二氧化硅組成的氣硬性膠凝材料，呈無色或淺黃，或灰白色，透明或半透明的黏稠液體。其化學式為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的比值，稱為水玻璃模數。按堿金屬氧化物的不同，分為硅酸鈉水玻璃（Na2O·nSiO2）、硅酸鉀水玻璃（K2O·nSiO2）、硅酸鋰水玻璃（Li2O·nSiO2）。硅酸鉀水玻璃和硅酸鋰水玻璃的性能優于硅酸鈉水玻璃，但價格也高。工程中主要使用硅酸鈉水玻璃。

2.3.1　水玻璃的生產

生產水玻璃的方法有濕法和干法兩種，常采用的是干法生產，干法又稱碳酸鹽法，即將石英和碳酸鈉磨細拌勻，在熔爐內于1300～1400℃下熔融反應而生成固體水玻璃，然后在水中加熱溶解而成液體水玻璃。

若用碳酸鉀代替碳酸鈉，則可制得硅酸鉀水玻璃。

濕法生產硅酸鈉水玻璃時，將石英砂和苛性鈉（NaOH）溶液在壓蒸鍋（2～3個大氣壓，約0.2～0.3MPa）內用蒸氣加熱，并加以攪拌，使其直接反應而成液體水玻璃。

水玻璃的模數n一般在1.5～3.5之間。固體水玻璃在水中溶解的難易隨模數而定。n為1時能溶于常溫的水；n增大，則只能在熱水中溶解；當n大于3時，要在4個大氣壓（約0.4MPa）以上的蒸氣中才能溶解。水玻璃的模數值越大，則水玻璃的黏度越大、黏結力與強度及耐酸、耐熱性越高。同一模數的水玻璃，其濃度越稠，則密度越大，黏結力越強。當水玻璃濃度太小或太大時，可用加熱濃縮或加水稀釋的方法來調整。

我國生產的水玻璃模數一般都在2.4～3.3范圍內，建筑上常用的水玻璃模數為2.6～2.8，密度為1.36～1.50g/cm3。

2.3.2　水玻璃的凝結硬化

水玻璃在空氣中能與二氧化碳反應，生成無定形硅酸膠體，并逐漸干燥而硬化。

但由于空氣中二氧化碳含量低，這個過程進行緩慢。為了加速硬化，常將水玻璃加熱或加入氟硅酸鈉（Na2SiF6）為促硬劑，加入氟硅酸鈉后，初凝時間可縮短至30～60min。氟硅酸鈉的適宜摻量為水玻璃質量的12％～15％，若摻量少于12％，則其凝結硬化慢，強度低，并且存在較多的沒參與反應的水玻璃，當遇水時，殘余水玻璃易溶于水，影響硬化后水玻璃的耐水性；但若摻量超過15％，則凝結硬化過快，造成施工困難，且抗滲性和強度降低。

2.3.3　水玻璃的性質

（1）黏結力強、強度較高

水玻璃在硬化后，其主要成分為二氧化硅凝膠和氧化硅，因而具有較高的黏結力和強度。用水玻璃配制的混凝土的抗壓強度可達15～40MPa。

（2）耐酸性好

由于水玻璃硬化后的主要成分為二氧化硅，其可以抵抗除氫氟酸、熱磷酸以外的幾乎所有的無機酸和有機酸。

（3）耐熱性好

水玻璃不燃燒，在高溫下硅酸凝膠干燥快，形成二氧化硅空間網狀骨架，強度并不降低，甚至有所提高，因此具有良好的耐熱性能。

（4）耐堿性和耐水性差

水玻璃在加入氟硅酸鈉后仍不能完全反應，硬化后的水玻璃中仍含有一定量的Na2O·nSiO2。由于SiO2和Na2O·nSiO2均可溶于堿，且Na2O·nSiO2可溶于水，所以水玻璃硬化后不耐堿，不耐水。為提高耐水性，常采用中等濃度的酸對已硬化的水玻璃進行酸洗處理，以促使水玻璃完全轉變為硅酸凝膠。

2.3.4　水玻璃的應用

（1）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或硅酸鹽制品等多孔材料，可提高材料的密實度、強度、抗滲性、抗凍性及耐水性等。這是因為水玻璃與空氣中二氧化碳作用生成硅酸凝膠，同時水玻璃與材料中所含的氫氧化鈣反應生成硅酸鈣膠體，填充在材料孔隙中，使材料密實。但不能用水玻璃涂刷或浸漬石膏制品，因為硅酸鈉與硫酸鈣反應生成硫酸鈉，在制品孔隙中結晶，體積顯著膨脹，會導致制品破壞。

（2）加固土壤

將模數為2.5～3.0的液體水玻璃和氯化鈣溶液交替灌入土壤中，兩種溶液生成的硅酸膠體為一種吸水膨脹的凍狀凝膠，將土壤顆粒包裹并填實其空隙，使土壤固結，提高抗滲性。

（3）配制速凝防水劑

以水玻璃為基料，加入兩種或四種礬配制成二礬防水劑或四礬防水劑，與水泥調和，可堵塞漏洞、縫隙，用于工程局部搶修。但由于這種防水劑凝結迅速，不宜調配水泥防水砂漿。

（4）配制水玻璃膠泥、水玻璃砂漿、水玻璃混凝土

水玻璃具有很好的耐酸性和耐熱性，因此，以水玻璃為膠凝材料，采用耐酸的填料和集料，可配制耐酸膠泥、耐酸砂漿、耐酸混凝土，廣泛用于防腐蝕工程中。若選用耐熱的砂、石集料時，則可配制耐熱混凝土。

（5）配制保溫絕熱制品

以水玻璃為膠凝材料，膨脹珍珠巖或膨脹蛭石為集料，加入一定量赤泥或氟硅酸鈉，經配料、攪拌、成型、干燥、焙燒而成的制品，是良好的保溫絕熱材料。