2.3　水玻璃

水玻璃俗称泡花碱，是一种能溶于水的硅酸盐。它是由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅组成的气硬性胶凝材料，呈无色或浅黄，或灰白色，透明或半透明的黏稠液体。其化学式为R2O·nSiO2，式中R2O为碱金属氧化物，n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，称为水玻璃模数。按碱金属氧化物的不同，分为硅酸钠水玻璃（Na2O·nSiO2）、硅酸钾水玻璃（K2O·nSiO2）、硅酸锂水玻璃（Li2O·nSiO2）。硅酸钾水玻璃和硅酸锂水玻璃的性能优于硅酸钠水玻璃，但价格也高。工程中主要使用硅酸钠水玻璃。

2.3.1　水玻璃的生产

生产水玻璃的方法有湿法和干法两种，常采用的是干法生产，干法又称碳酸盐法，即将石英和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉内于1300～1400℃下熔融反应而生成固体水玻璃，然后在水中加热溶解而成液体水玻璃。

若用碳酸钾代替碳酸钠，则可制得硅酸钾水玻璃。

湿法生产硅酸钠水玻璃时，将石英砂和苛性钠（NaOH）溶液在压蒸锅（2～3个大气压，约0.2～0.3MPa）内用蒸气加热，并加以搅拌，使其直接反应而成液体水玻璃。

水玻璃的模数n一般在1.5～3.5之间。固体水玻璃在水中溶解的难易随模数而定。n为1时能溶于常温的水；n增大，则只能在热水中溶解；当n大于3时，要在4个大气压（约0.4MPa）以上的蒸气中才能溶解。水玻璃的模数值越大，则水玻璃的黏度越大、黏结力与强度及耐酸、耐热性越高。同一模数的水玻璃，其浓度越稠，则密度越大，黏结力越强。当水玻璃浓度太小或太大时，可用加热浓缩或加水稀释的方法来调整。

我国生产的水玻璃模数一般都在2.4～3.3范围内，建筑上常用的水玻璃模数为2.6～2.8，密度为1.36～1.50g/cm3。

2.3.2　水玻璃的凝结硬化

水玻璃在空气中能与二氧化碳反应，生成无定形硅酸胶体，并逐渐干燥而硬化。

但由于空气中二氧化碳含量低，这个过程进行缓慢。为了加速硬化，常将水玻璃加热或加入氟硅酸钠（Na2SiF6）为促硬剂，加入氟硅酸钠后，初凝时间可缩短至30～60min。氟硅酸钠的适宜掺量为水玻璃质量的12％～15％，若掺量少于12％，则其凝结硬化慢，强度低，并且存在较多的没参与反应的水玻璃，当遇水时，残余水玻璃易溶于水，影响硬化后水玻璃的耐水性；但若掺量超过15％，则凝结硬化过快，造成施工困难，且抗渗性和强度降低。

2.3.3　水玻璃的性质

（1）黏结力强、强度较高

水玻璃在硬化后，其主要成分为二氧化硅凝胶和氧化硅，因而具有较高的黏结力和强度。用水玻璃配制的混凝土的抗压强度可达15～40MPa。

（2）耐酸性好

由于水玻璃硬化后的主要成分为二氧化硅，其可以抵抗除氢氟酸、热磷酸以外的几乎所有的无机酸和有机酸。

（3）耐热性好

水玻璃不燃烧，在高温下硅酸凝胶干燥快，形成二氧化硅空间网状骨架，强度并不降低，甚至有所提高，因此具有良好的耐热性能。

（4）耐碱性和耐水性差

水玻璃在加入氟硅酸钠后仍不能完全反应，硬化后的水玻璃中仍含有一定量的Na2O·nSiO2。由于SiO2和Na2O·nSiO2均可溶于碱，且Na2O·nSiO2可溶于水，所以水玻璃硬化后不耐碱，不耐水。为提高耐水性，常采用中等浓度的酸对已硬化的水玻璃进行酸洗处理，以促使水玻璃完全转变为硅酸凝胶。

2.3.4　水玻璃的应用

（1）涂刷材料表面，提高其抗风化能力

以密度为1.35g/cm3的水玻璃浸渍或涂刷黏土砖或硅酸盐制品等多孔材料，可提高材料的密实度、强度、抗渗性、抗冻性及耐水性等。这是因为水玻璃与空气中二氧化碳作用生成硅酸凝胶，同时水玻璃与材料中所含的氢氧化钙反应生成硅酸钙胶体，填充在材料孔隙中，使材料密实。但不能用水玻璃涂刷或浸渍石膏制品，因为硅酸钠与硫酸钙反应生成硫酸钠，在制品孔隙中结晶，体积显著膨胀，会导致制品破坏。

（2）加固土壤

将模数为2.5～3.0的液体水玻璃和氯化钙溶液交替灌入土壤中，两种溶液生成的硅酸胶体为一种吸水膨胀的冻状凝胶，将土壤颗粒包裹并填实其空隙，使土壤固结，提高抗渗性。

（3）配制速凝防水剂

以水玻璃为基料，加入两种或四种矾配制成二矾防水剂或四矾防水剂，与水泥调和，可堵塞漏洞、缝隙，用于工程局部抢修。但由于这种防水剂凝结迅速，不宜调配水泥防水砂浆。

（4）配制水玻璃胶泥、水玻璃砂浆、水玻璃混凝土

水玻璃具有很好的耐酸性和耐热性，因此，以水玻璃为胶凝材料，采用耐酸的填料和集料，可配制耐酸胶泥、耐酸砂浆、耐酸混凝土，广泛用于防腐蚀工程中。若选用耐热的砂、石集料时，则可配制耐热混凝土。

（5）配制保温绝热制品

以水玻璃为胶凝材料，膨胀珍珠岩或膨胀蛭石为集料，加入一定量赤泥或氟硅酸钠，经配料、搅拌、成型、干燥、焙烧而成的制品，是良好的保温绝热材料。