第五章 水玻璃
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本章提要：
5.1 概念 5.2 水玻璃的生产方法 5.3 水玻璃的硬化 5.4 水玻璃的性质与应用
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5.1 概念
水玻璃俗称泡花碱，是一种能溶于水的硅酸盐， 由不同比例的碱金属和二氧化硅组成。 化学通式： R2O· nSiO2
其中R2O为碱金属氧化物，n为SiO2和R2O的摩尔 比值，称为水玻璃模数，一般在1.5~3.5之间。
n=2.6~2.8，密度为1.3~1.4g/cm3
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5.2 水玻璃的生产方法
1、生产水玻璃的方法有湿法和干法两种：
（1）湿法生产：
将石英砂和苛性钠溶解在压蒸锅（0.2~0.8 MPa)内，用蒸 汽加热并进行搅拌，使之直接反应而成液体水玻璃。
（2）干法－碳酸盐法：
将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉内于1300~1400℃下 溶化，按下式反应生成固体水玻璃，然后在水中加热溶解 而成液体水玻璃。
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5.4 水玻璃的性质与应用
2、水玻璃的应用
（1） 涂刷建材料表面，提高抗风化能力 用浸渍法处理多孔材料，可使其密度和强度提高。常用水 将液体水玻璃稀释到相对密度为1.35左右的溶液，多次涂 刷和浸渍。对粘土砖、硅酸盐制品、水泥混泥土和石灰石 等，均有良好的效果。但不能用以涂刷和浸渍石膏制品， 因为硅酸钠与硫酸钙会起化学反应生成硫酸钠，在制品孔 隙中结晶，体积显著膨胀，从而导致制品的破坏。调制液 体水玻璃时，可以加入耐碱颜料，兼有饰面效果。 水玻璃与石灰间的反应：
最常见的是硅酸钠水玻璃Na2O· nSiO2，还有硅酸 钾水玻璃K2O· nSiO2等。
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5.1 概念
水玻璃与普通玻璃的区别：
水玻璃能溶解在水中，并能在空气中凝结和硬化。 一般，水玻璃模数n越大，水玻璃的密度和粘度越大， 硬化速度越快，硬化后的粘结力、强度、耐热性与耐酸 度越强，越难溶解于水。但n太大，则粘度太大，不利 于施工操作，难以保证施工质量。建筑中一般取
Na 2 O nSiO 2 CaCl
2
xH 2 O 2 NaCl nSiO 2 ( x 1) H 2 O Ca ( OH ) 2
用这种方法加固砂土，抗压强度可达3~6MPa。
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思考题： 何谓水玻璃？水玻璃模数？其值的大小 对水玻璃的性质有何影响？
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Na 2 O nSiO 2 Ca ( OH ) 2 Na 2 O ( n 1) SiO 2 CaO 2 SiO 2 H 2 O
生成的硅酸钙胶体填实制品孔隙，使制品的密度有所提高。
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5.4 水玻璃的性质与应用
（2） 配制防水剂 配方：以水玻璃为基料，加入两种、三种、或四种矾配制 而成，分别称为二矾、三矾或四矾防水剂。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）各一份，溶于60份100℃的水中，降温至 50 ℃，投入400份水玻璃溶液中，搅拌均匀而成。 这种防水剂凝结迅速，一般不超过1分钟。适合用于 与水泥浆调和，堵塞漏洞、缝隙等局部抢修。因为凝结过 快，不宜配制水泥防水砂浆，作为屋面和地面的刚性防水 层。
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5.4 水玻璃的性质与应用
（4） 用于土壤加固
将模数2.5~3的液体水玻璃和氯化钙溶液通过金属管轮流向地下 压入，两种溶液发生化学反应，析出硅酸胶体，将土壤包裹并填实 孔隙。硅酸胶体作为一种可以吸水膨胀的冻状胶体，因吸收地下水 而经常处于膨胀状态，阻止水分的渗透和使土壤固结。水玻璃与氯
化钙的反应式为：
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5.4 水玻璃的性质与应用
1、水玻璃的性质 （1）粘结能力强、强度高 水玻璃在硬化后，其主要成分为二氧化硅凝胶和氧化硅，因而具有较高 的粘结力和强度。用水玻璃配制的混凝土的抗压强度可达15~40MPa。 （2）耐热性好 水玻璃不燃烧，在高温下硅酸凝胶干燥的更加强烈，强度并不降低，甚 至有所增加。可用于配制水玻璃耐热混凝土、耐热砂浆、耐热胶泥等。 （3）耐酸性好 由于水玻璃硬化后的主要成分是二氧化硅，它可以抵抗除氢氟酸、过热 磷酸以为的几乎所有的有机和无机酸。可用于配制水玻璃耐酸混凝土、 耐酸砂浆、耐酸胶泥等。 （4）耐碱性和耐水性差 由于水玻璃在加入促凝剂后不能完全硬化，仍有一定量的Na2O· nSiO2 。 SiO2和Na2O· nSiO2均可溶于碱，且Na2O· nSiO2可溶于水。常采用中等浓 度的酸对已硬化的水玻璃进行酸洗处理来提高耐水性。
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5.3 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， 并逐渐干燥而硬化：
Na 2 O nSiO 2 CO 2 mH 2 O Na 2 CO 3 nSiO 2 mH 2 O
这个过程进行的很慢，为了加速硬化，可以将水玻 璃加热或加入氟硅酸钠Na2SiF6，作为促凝剂。水玻璃 中加入氟硅酸钠后发生下面反应，促使硅酸凝胶加速析 出：
2 ( Na 2 O nSiO 2 ) Na 2 SiF 6 mH 2 O 6 Na 2 F ( 2 n 1) SiO 2 mH 2 O
氟硅酸钠适宜的用水量为水玻璃质量的12％~ 15％。 如果用水量太少，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。但如果用 量过多，又会引起凝结过速，使施工困难，而且渗透性 大，强度也低。
（质量比） （质量比） 1 1 2 2
粒化高炉矿渣粉不仅起到充填及减少砂浆收缩的作用，还能 与水玻璃起化学反应，成为增进砂浆强度的一个因素。先将砂和 矿粉拌和均匀，另将氟硅酸钠粉末加入温水（不高于60℃）化成 糊状，倒入液体水玻璃内搅拌均匀，然后与干料共同拌和成砂浆。 氟硅酸钠有毒，操作时应戴口罩防护。
Na 2 CO 3 nSiO
2
Na 2 O nSiO
2
CO 2
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5.2 水玻璃的生产方法
2、水玻璃的种类 （1）固体水玻璃 尚有不同形状的固体水玻璃，如未经溶解的块状 或粒状水玻璃，溶液除去水分后呈粉状的水玻璃等。 （2）液体水玻璃 液体水玻璃因所含杂质不同，而成青灰、绿色或微黄 色，以无色透明的液体水玻璃为最好。 液体水玻璃可以和水按任意比例混合成不同浓度（或 相对密度）的溶液。同一模数的液体水玻璃，其浓度 愈稠，则相对密度愈大，粘结能力愈强。在液体水玻 璃中加入尿素，在不改变其粘度情况下，可以提高粘 结力25％左右。
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5.4 水玻璃的性质与应用
（3） 配制水玻璃矿渣砂浆，修补砖墙裂缝 将液体水玻璃、粒化高炉矿渣粉、砂和氟硅酸钠按 表中的比例配合，压入砖缝中。
水玻璃矿渣砂浆配合比
液体水玻璃 模数 2.30 3.36 相对密度 1.52 1.36 质量比 1.50 1.15 矿渣粉 砂 氟 硅 酸 钠 /% 质 量 8 15
5.1 概念 5.2 水玻璃的生产方法 5.3 水玻璃的硬化 5.4 水玻璃的性质与应用
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5.1 概念
水玻璃俗称泡花碱，是一种能溶于水的硅酸盐， 由不同比例的碱金属和二氧化硅组成。 化学通式： R2O· nSiO2
其中R2O为碱金属氧化物，n为SiO2和R2O的摩尔 比值，称为水玻璃模数，一般在1.5~3.5之间。
n=2.6~2.8，密度为1.3~1.4g/cm3
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5.2 水玻璃的生产方法
1、生产水玻璃的方法有湿法和干法两种：
（1）湿法生产：
将石英砂和苛性钠溶解在压蒸锅（0.2~0.8 MPa)内，用蒸 汽加热并进行搅拌，使之直接反应而成液体水玻璃。
（2）干法－碳酸盐法：
将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉内于1300~1400℃下 溶化，按下式反应生成固体水玻璃，然后在水中加热溶解 而成液体水玻璃。
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5.4 水玻璃的性质与应用
2、水玻璃的应用
（1） 涂刷建材料表面，提高抗风化能力 用浸渍法处理多孔材料，可使其密度和强度提高。常用水 将液体水玻璃稀释到相对密度为1.35左右的溶液，多次涂 刷和浸渍。对粘土砖、硅酸盐制品、水泥混泥土和石灰石 等，均有良好的效果。但不能用以涂刷和浸渍石膏制品， 因为硅酸钠与硫酸钙会起化学反应生成硫酸钠，在制品孔 隙中结晶，体积显著膨胀，从而导致制品的破坏。调制液 体水玻璃时，可以加入耐碱颜料，兼有饰面效果。 水玻璃与石灰间的反应：
最常见的是硅酸钠水玻璃Na2O· nSiO2，还有硅酸 钾水玻璃K2O· nSiO2等。
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5.1 概念
水玻璃与普通玻璃的区别：
水玻璃能溶解在水中，并能在空气中凝结和硬化。 一般，水玻璃模数n越大，水玻璃的密度和粘度越大， 硬化速度越快，硬化后的粘结力、强度、耐热性与耐酸 度越强，越难溶解于水。但n太大，则粘度太大，不利 于施工操作，难以保证施工质量。建筑中一般取
Na 2 O nSiO 2 CaCl
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xH 2 O 2 NaCl nSiO 2 ( x 1) H 2 O Ca ( OH ) 2
用这种方法加固砂土，抗压强度可达3~6MPa。
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思考题： 何谓水玻璃？水玻璃模数？其值的大小 对水玻璃的性质有何影响？
www.themegallery.com
Na 2 O nSiO 2 Ca ( OH ) 2 Na 2 O ( n 1) SiO 2 CaO 2 SiO 2 H 2 O
生成的硅酸钙胶体填实制品孔隙，使制品的密度有所提高。
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5.4 水玻璃的性质与应用
（2） 配制防水剂 配方：以水玻璃为基料，加入两种、三种、或四种矾配制 而成，分别称为二矾、三矾或四矾防水剂。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）各一份，溶于60份100℃的水中，降温至 50 ℃，投入400份水玻璃溶液中，搅拌均匀而成。 这种防水剂凝结迅速，一般不超过1分钟。适合用于 与水泥浆调和，堵塞漏洞、缝隙等局部抢修。因为凝结过 快，不宜配制水泥防水砂浆，作为屋面和地面的刚性防水 层。
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5.4 水玻璃的性质与应用
（4） 用于土壤加固
将模数2.5~3的液体水玻璃和氯化钙溶液通过金属管轮流向地下 压入，两种溶液发生化学反应，析出硅酸胶体，将土壤包裹并填实 孔隙。硅酸胶体作为一种可以吸水膨胀的冻状胶体，因吸收地下水 而经常处于膨胀状态，阻止水分的渗透和使土壤固结。水玻璃与氯
化钙的反应式为：
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5.4 水玻璃的性质与应用
1、水玻璃的性质 （1）粘结能力强、强度高 水玻璃在硬化后，其主要成分为二氧化硅凝胶和氧化硅，因而具有较高 的粘结力和强度。用水玻璃配制的混凝土的抗压强度可达15~40MPa。 （2）耐热性好 水玻璃不燃烧，在高温下硅酸凝胶干燥的更加强烈，强度并不降低，甚 至有所增加。可用于配制水玻璃耐热混凝土、耐热砂浆、耐热胶泥等。 （3）耐酸性好 由于水玻璃硬化后的主要成分是二氧化硅，它可以抵抗除氢氟酸、过热 磷酸以为的几乎所有的有机和无机酸。可用于配制水玻璃耐酸混凝土、 耐酸砂浆、耐酸胶泥等。 （4）耐碱性和耐水性差 由于水玻璃在加入促凝剂后不能完全硬化，仍有一定量的Na2O· nSiO2 。 SiO2和Na2O· nSiO2均可溶于碱，且Na2O· nSiO2可溶于水。常采用中等浓 度的酸对已硬化的水玻璃进行酸洗处理来提高耐水性。
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5.3 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， 并逐渐干燥而硬化：
Na 2 O nSiO 2 CO 2 mH 2 O Na 2 CO 3 nSiO 2 mH 2 O
这个过程进行的很慢，为了加速硬化，可以将水玻 璃加热或加入氟硅酸钠Na2SiF6，作为促凝剂。水玻璃 中加入氟硅酸钠后发生下面反应，促使硅酸凝胶加速析 出：
2 ( Na 2 O nSiO 2 ) Na 2 SiF 6 mH 2 O 6 Na 2 F ( 2 n 1) SiO 2 mH 2 O
氟硅酸钠适宜的用水量为水玻璃质量的12％~ 15％。 如果用水量太少，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。但如果用 量过多，又会引起凝结过速，使施工困难，而且渗透性 大，强度也低。
（质量比） （质量比） 1 1 2 2
粒化高炉矿渣粉不仅起到充填及减少砂浆收缩的作用，还能 与水玻璃起化学反应，成为增进砂浆强度的一个因素。先将砂和 矿粉拌和均匀，另将氟硅酸钠粉末加入温水（不高于60℃）化成 糊状，倒入液体水玻璃内搅拌均匀，然后与干料共同拌和成砂浆。 氟硅酸钠有毒，操作时应戴口罩防护。
Na 2 CO 3 nSiO
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Na 2 O nSiO
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5.2 水玻璃的生产方法
2、水玻璃的种类 （1）固体水玻璃 尚有不同形状的固体水玻璃，如未经溶解的块状 或粒状水玻璃，溶液除去水分后呈粉状的水玻璃等。 （2）液体水玻璃 液体水玻璃因所含杂质不同，而成青灰、绿色或微黄 色，以无色透明的液体水玻璃为最好。 液体水玻璃可以和水按任意比例混合成不同浓度（或 相对密度）的溶液。同一模数的液体水玻璃，其浓度 愈稠，则相对密度愈大，粘结能力愈强。在液体水玻 璃中加入尿素，在不改变其粘度情况下，可以提高粘 结力25％左右。
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5.4 水玻璃的性质与应用
（3） 配制水玻璃矿渣砂浆，修补砖墙裂缝 将液体水玻璃、粒化高炉矿渣粉、砂和氟硅酸钠按 表中的比例配合，压入砖缝中。
水玻璃矿渣砂浆配合比
液体水玻璃 模数 2.30 3.36 相对密度 1.52 1.36 质量比 1.50 1.15 矿渣粉 砂 氟 硅 酸 钠 /% 质 量 8 15