2.3 水玻璃

水玻璃是一种气硬性胶凝材料。在建筑工程中常用来配制水玻璃胶泥、水玻璃砂浆和水玻璃混凝土，还可以单独使用水玻璃配制涂料。水玻璃在防酸工程和耐热工程中应用十分广泛。

水玻璃俗称泡化碱，分为硅酸钾水玻璃（K₂O·nSiO₂）和硅酸钠水玻璃（Na₂O·nSiO₂），由碱金属氧化物和二氧化硅组成，属可溶性的硅酸盐类。液体水玻璃常因含有杂质而呈青灰色或淡黄色，以无色透明的液体水玻璃为最好。建筑工程中常用的水玻璃是硅酸钠水玻璃（Na₂O·nSiO₂），简称钠水玻璃。

2.3.1 水玻璃的生产

硅酸钠水玻璃的生产方法分干法（固相法）和湿法（液相法）两种。

1.湿法生产

以石英岩粉（SiO₂）和烧碱（NaOH）为原料，在高压蒸锅内，0.6～1.0MPa蒸汽压下反应，直接生成液体水玻璃。

2.干法生产

将水玻璃原料石英砂（SiO₂）、纯碱（Na₂CO₃）或含碳酸钠的原料，加热至1300～1400℃熔融，冷却后即为固态硅酸钠水玻璃，如图2.1所示为固态块状水玻璃。

固态水玻璃在蒸压锅内加热、溶解，即成液态水玻璃。反应式如下：

分子式中的n称为水玻璃模数。一般而言，水玻璃的模数n越大，水玻璃的黏度就越大，硬化速度越快，硬化后的黏结强度、抗压强度等越高，耐热性越好，抗渗性及耐酸性越好。水玻璃模数一般在1.5～3.5之间。但水玻璃模数n太大时，则会因黏度太大而不利于施工操作，n>3.0时，只能溶于热水中，这给使用带来麻烦。建筑上常用的n值在2.6～2.8之间，既易溶于水，又有较高的强度。

图2.1 固态块状水玻璃

2.3.2 水玻璃的硬化

液态水玻璃在空气中吸收二氧化碳，形成无定形的二氧化硅凝胶，并逐渐干燥而硬化，反应式如下：

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

由于空气中CO₂浓度较低，这个过程进行得很慢，为了加速硬化和提高硬化后的防水性，常加入氟硅酸钠Na₂SiF₆作为促硬剂，促使二氧化硅凝胶加速析出。氟硅酸钠的适宜用量为水玻璃质量的12%～15%。

2.3.3 水玻璃的性质

1.黏结力和强度较高

水玻璃硬化后具有较高的黏结强度、抗拉强度和抗压强度。水玻璃配制的混凝土抗压强度可达15～40MPa。另外，水玻璃硬化析出的硅酸凝胶还有堵塞毛细孔隙，防止水分渗透的作用。

2.耐酸性好

硬化后的水玻璃，其主要成分是SiO₂，可以抵抗除氢氟酸（HF）、热磷酸和高级脂肪酸以外的几乎所有无机和有机酸的腐蚀。

3.耐热性好

水玻璃硬化后形成的二氧化硅网状骨架，在高温下强度下降很小，当采用耐热耐火骨料配制水玻璃砂浆和水玻璃混凝土时，耐热度可达1000℃。因此水玻璃混凝土的耐热度，也可以理解为主要取决于骨料的耐热度。

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硬化，仍有一定量的水玻璃Na₂O·nSiO₂。由于Na₂O·nSiO₂可溶于碱，且溶于水，因此水玻璃不能在碱性环境中使用，同样不耐水。为提高水玻璃的耐水性，可采用中等浓度的酸对已硬化的水玻璃进行酸洗处理。

2.3.4 水玻璃的用途

1.配制水玻璃砂浆

将水玻璃、矿渣粉、砂和氟硅酸钠按一定比例配合制成水玻璃砂浆，硬化后不收缩，可用于修补砖墙体裂缝，起到黏结和补墙作用。

2.用作涂料

水玻璃溶液涂刷或浸渍材料后（如天然石料、黏土砖、混凝土等），能渗入缝隙和孔隙中，固化的硅酸凝胶能堵塞毛细孔通道，提高材料的密实度、强度及抗渗性能，从而提高材料的抗风化能力。但水玻璃不得用来涂刷或浸渍石膏制品，因为水玻璃与石膏反应生成硫酸钠（Na₂SO₄），在制品孔隙内结晶膨胀，导致石膏制品开裂破坏。

3.灌浆材料

将水玻璃与氯化钙溶液交替注入土壤中，两种溶液迅速反应生成硅胶和硅酸钙凝胶，起到胶结和填充孔隙的作用，使土壤的强度和承载能力提高。常用于粉土、砂土和填土的地基加固，称为双液注浆。

4.配制防水剂

水玻璃可与多种矾配制成速凝防水剂，用于堵漏、填缝等局部抢修。这种多矾防水剂的凝结速度很快，一般为几分钟，其中四矾防水剂不超过1min，故工地上使用时必须做到即配即用。

四矾防水剂常用蓝矾（也称胆矾，硫酸铜）、红矾（重铬酸钾）、明矾（也称白矾，硫酸铝钾）、紫矾（硫酸铬钾）各1份，溶于60份水中，冷却到50℃时投入400份水玻璃溶液中搅拌均匀，可制成四矾防水剂。四矾防水剂与水泥调和，可以用于堵漏、填缝等局部抢修。

5.配制耐酸砂浆、耐酸混凝土

水玻璃是一种耐酸材料。用水玻璃、胶凝材料与耐酸骨料等可制成耐酸砂浆及耐酸混凝土，主要用于有耐酸要求的工程，如储酸池、酸洗槽及耐酸地坪等。

6.配制耐热砂浆和混凝土

水玻璃耐热性良好，能长期承受高温作用而强度不降低。用其作胶凝材料，与耐热骨料等可配制成耐热砂浆或耐热混凝土，主要用于高炉基础和高温环境中的非承重结构及构件。