水玻璃的检测及硬化机理.
水玻璃的测定
水玻璃的测定
水玻璃是含水的多硅酸钠，为粘稠状液体，除水分外，其主要成分为氧化钠和二氧化硅（Na2O：SiO2一般为1：3.3）。
水玻璃的化学分析，一般只测定水分、氧化钠和二氧化硅。
１水分的测定
⒈１分析步骤
称取2～3g二水石膏，置于瓷坩锅内，在800～850℃的高温炉内灼烧2～2.5h。
取出，放在干燥器中，冷至室温，称量。
再于上温度下灼烧03min，取出，冷却，称量。
如此反复灼烧，直至衡量。
然后在坩锅称取1～2g水玻璃试样，于电炉上用低温小心蒸发至干，再将瓷坩锅放入800～850 ℃的高温炉内
灼烧2～2.5h。
取出，放在干燥器中，冷至室温，称量。
再于上温度下灼烧
03min，取出，冷却，称量。
如此反复灼烧，直至衡量。
⒈２结果表示
试样中水分的质量百分数按(１)计算:
m1 － m2
H2O＝————×100.............(１)
m
式中：m1—坩锅、石膏灼烧后以及水玻璃试样的总质量,g;
m2—坩锅、石膏及水玻璃试样在灼烧后的总质量,g;
m—水玻璃试样的质量,g。
２氧化钠的测定
⒉１分析步骤
在已知质量的干燥的称量瓶中，准确称入约1g试样，然后用煮沸除去 CO2 后的热水冲洗，移入250mL的锥形瓶中，再加入100mL已冷却煮沸除去CO2的水，充分摇荡。
待试样完全溶解后，加数滴溴甲酚绿甲基红混合指示剂溶液，用［c（HCl）＝0.5mol／L ］盐酸标准滴定溶液滴定至溶液由绿色变为微红色即为终点。
⒉２结果表示
试样中水分的质量百分数按式(２)计算:。
水玻璃试验
水玻璃试验水玻璃系列试验水玻璃的化学式是Na2SiO3，它具有无机材料的很多特性，在建筑方面可以作灌浆材料，还可作为速凝剂、胶凝剂，其使用情况介绍如下；1．水玻璃能显著加快水泥的凝固施加，所以在混凝土或者砂浆的喷涂、堵水施工中使用。
2．因为水玻璃能是水泥速凝，所以可作为堵漏和充填裂隙的速凝剂。
3．水玻璃（或硅溶胶）—水泥类浆液，在泥浆施工法中，用作泥浆的固结（在地基内）以及对废液、废渣的固化处理。
4．水玻璃与相应的化学试剂反应是比较好的化学灌浆材料。
水玻璃化学灌浆材料是指水玻璃在胶凝剂的作用下，产生凝胶的一种化学灌浆材料。
大致分为在碱性区域凝胶化的碱类和中性——酸性区域凝胶化非碱类浆材，碱类浆材目前研究已经比较深入，按胶凝剂的不同可分为酸反应剂（小苏打NaHCO3、磷酸H3PO4、硫酸氢钠NaHSO4、氟硅酸钠Na2SiF6、硫酸铵（NH4）SO4等），金属盐反应剂（氯化钙CaCl2、硫酸铝Al2SO4等）以及碱性反应2剂（铝酸钠NaAlO2等）三种。
亦可按胶凝剂分为有机类和无机类水玻璃浆材。
试验目的：通过水玻璃与酸性及金属盐反应剂的反应，了解水玻璃的性质，并通过系列试验验证何种反应剂适合在工程中进行致密饱和砂层的灌浆使用。
试验材料：水玻璃（3.6模）、小苏打（NaHCO3）、冰醋酸、CaCl2、MgCl2等。
试验步骤：1．水玻璃与氯化钙、氯化镁溶液2．水玻璃与冰醋酸溶液3．水玻璃与小苏打溶液4．水玻璃与稀硫酸溶液5．根据以上试验选择出较为适合工程中使用的材料进行进一步的试验。
实验操作：水玻璃不是单一的化合物，而是氧化钠（Na2O）与无水二氧化硅（SiO2）以各种比率结合的，其分子式Na2O·nSiO2（n为克分子比）或以Na2SiO3表示的化学物质。
一、水玻璃与氯化钙、氯化镁溶液氯化钙、氯化镁系金属盐反应剂，是在水玻璃溶液连成絮状的带有负电的亲水性分子胶体硅酸中，添加无机盐析出沉淀的性质的反应剂，其反应是瞬时进行的。
水玻璃固化原理
水玻璃固化原理
水玻璃在固化过程中，是通过硬化反应形成胶凝物而固化的。
这种反应属于酸碱反应，其化学方程式为：
nSiO2 + Na2O → (Na2SiO3)n + nH2O
其中，n的值取决于反应物的量。
水玻璃中的二氧化硅(SiO2)和氢氧化钠(Na2O)在混合时，会在水分子的作用下产生条件反应，生成硅酸钠八元环(Na2SiO3)。
在反应中，大量的水被释放，使得八元环保持水合状态。
八元环在水中呈现出透明的胶状物。
由于水玻璃具有高度稳定性和化学惰性，想要水玻璃固化就需要将其八元环断开，形成三元环，使其分子间的缩合作用加强，产生交联反应，引起内应力的增加而固化。
在这种反应中，Na+离子与Si-O-Si平面上的Si-O-Si平面上的Si-O-链交叉反应，形成密实的三维网状结构，从而使水玻璃固化。
这个固化的时间周期长度和硬化程度主要受到使用水玻璃的具体含量及其搭配材料、温度、湿度等因素的影响。
水玻璃固化后，形成了一种致密的水玻璃固体，其物理性质和化学性质都会发生改变。
水玻璃固化后的材料不仅硬度大幅提高，内在亲水性也会增强，不易被水冲刷，对硫酸盐、氯化物等强酸强碱有一定的耐腐蚀能力。
总的来说，水玻璃固化的本质就是化学反应，通过形成三维网状结构，从而使得水玻璃由液态变为固态。
水玻璃的检测及硬化机理.
表1 水玻璃的浓度与模数临界值的对应关系
模数M 临界含量 （质量分数，%）
2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 57 56 54 52 49 46 42 39 35 33 32
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依靠失水而超越临界值，被称为物理硬化；而依靠
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(SiO2 ) M 1.032 ( Na2O)
式中 M—水玻璃的模数；
ω (SiO2)—SiO2的质量分数，％； ω (Na2O)—Na2O的质量分数，％； 1.032—Na2O与SiO2相对分子质量的比值。
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升高模数和失水而超越临界值，则被称为化学硬化（例
如：吹CO2、加有机酯等）。
假如只升高模数而不创造失水条件，则生成含水软 胶或沉淀SiO2，不能形成高杨氏模量的固相。
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2. 强化阶段
硬化的水玻璃依赖进一步的失水而增加强度，称为
强化阶段。 在强化阶段，可以采取各种措施来提高水玻璃模数 和去除水玻璃中的水分，促使水玻璃硬化。 例如，采用加热烘干法、微波烘干法、CO2气体硬
化法、硅铁粉自硬砂、β硅酸二钙自硬砂、有机酯自硬砂、
真空置换硬化法（VRH）等。
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水玻璃的粘结强度与水玻璃的模数、浓度、硬化方法 密切相关。
不同的硬化工艺，不同的气候条件、为了达到最佳的
强度性能，对水玻璃的模数和浓度都有特定的要求。 考虑到获得更好的抗吸湿性，生产中，对水玻璃粘结 剂的硬化应采取“强脱水，少反应”的原则。
水玻璃的固化机理及其耐水性的提高途径-精选资料
水玻璃的固化机理及其耐水性的提高途径1 引言水玻璃是一种性能良好的胶凝剂，是多种聚硅酸盐的复杂溶液，但是各个聚硅酸的聚合度和分子结构及其含量均无法测定，原因是水玻璃的组成不仅随模数、浓度和电解质含量而改变，而且也随存放时间而不断变化。
水玻璃可分为硅酸钠水玻璃、硅酸钾水玻璃、硅酸锂水玻璃、硅酸盐季胺水玻璃和钾钠硅酸盐水玻璃等。
但除硅酸钠水玻璃得到大量应用外，其他硅酸盐水玻璃用量较少。
2 水玻璃的固化特性水玻璃的主要参数是模数(水玻璃中SiO2和Na2O的摩尔比值，用m表示)、密度(水玻璃溶液中含有的Na2O?mSiO2百分质量，用C表示)和客盐浓度。
以钠水玻璃为例，若模数小于2、浓度＜40%时是(聚)硅酸钠的真溶液，浓度提高时则析出多种硅酸钠晶体(水合晶体或无水晶体)，不会生成胶粒，不会形成真溶液和胶体溶液并存体系，即不会生成“水玻璃”；若模数≥4、浓度＞32%，则基本上已硅溶胶化，不再含有真溶液，也不宜称作水玻璃。
假如体系内还含其他盐类(称作客盐)且浓度＞0.1mol/L，它即可藉凝胶化而趋向固化，应称作硅凝胶或硅酸凝胶。
水玻璃内真溶液占的份额愈大，则水玻璃愈稳定；胶体溶液占的份额愈大，则愈容易因凝胶化而固化。
水玻璃接近凝胶化点时，真溶液大部分消失，基本上呈胶体溶液状态，此时处于临界值。
从临界值再往前一步(即模数或浓度增大些)，即因凝胶化而趋向固化。
但在凝胶化点以下一定范围内，含有客盐＞0.1mol/L 时，ξ电位被迫降到临界值时，也会转变成凝胶而趋向固化。
以硅酸钠水玻璃的相应问题进行分析。
硅酸钠水玻璃的水解反应可简要地归纳为反应式（1）。
而NaOH又会进一步电离成Na+ 和OH-，从而使水玻璃溶液呈碱性反应。
水玻璃溶液实际上是胶体溶液，胶核是由二氧化硅聚集体构成，胶核又会吸附溶液中被电离出的n个SiO32-；同时硅酸钠中也有2n个Na+离子电离出来，其中也会有2(n-x)个Na+离子被吸附在SiO32-周围。
水玻璃基本概述
水玻璃基本概述水玻璃俗称“泡花碱”，是一种重要的硅化工产品，不仅可以直接使用，还可以对其进行深加工，生产出一系列产品，应用在各行各业。
水玻璃是一种可溶于水的碱金属硅酸盐，根据其碱金属氧化物的不同，可分为硅酸钠水玻璃、硅酸钾水玻璃、硅酸锂水玻璃、硅酸盐季胺水玻璃和钾钠硅酸盐水玻璃等。
目前，硅酸钠水玻璃的应用最为广泛。
一、水玻璃的生产生产水玻璃的方法有湿法和干法两种。
湿法生产又分为传统湿法工艺和活性SiO2常压生产工艺两种。
传统湿法工艺是将石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅（2～3个大气压）内用蒸汽加热并搅拌，使其直接反应而成液体水玻璃；活性SiO2常压生产工艺是在常压下利用工业副产品或者下脚料中的活性SiO2加热与烧碱反应生成硅酸钠。
干法（碳酸盐法）生产是将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉内于1 300～1 400℃温度下熔化，按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。
反应方程式如下：Na2CO3+nSiO2→Na2O·nSiO2+CO2↑Na2O·nSiO2分子式中的n值为硅酸钠中氧化硅和氧化钠的分子比，称为水玻璃的模数，用M s来表示，一般为1.5～3.5，是水玻璃的重要参数。
模数越大，水玻璃在水中的溶解能力越低，胶体组分含量相对增多，黏结能力、强度、耐酸性和耐热性也越高，但难溶于水，不易稀释，不便施工。
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）和硅酸钾水玻璃（K2O·nSiO2，简称钾水玻璃），常用的模数为2.6～3.0。
在生产低模数的水玻璃时，块状的硅酸钠吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，会在水玻璃表面生成一层白色的碳酸盐膜，使水玻璃失去透明性，所以，低模数水玻璃是不能在潮湿空气中长期放置的。
高模数的水玻璃可以长期暴露在空气中。
二、水玻璃的水解及性能1.水玻璃的水解根据M s的大小，水玻璃分中性和碱性水玻璃。
M s≥3.0为中性水玻璃，M s ＜3.0为碱性水玻璃，但不管是中性还是碱性水玻璃，水解后的水溶液均呈碱性，pH在11到12之间。
水玻璃材料改性、硬化机理及应用前景
（２）在 水玻 璃 中加 入一 定 量 的磷 酸 盐 、硼酸 盐 、铝 酸 盐 、钛 酸盐 、锆酸 盐等搅拌加 热 。进行钠 水 玻 璃 的 老 化 过 程 是 其 内 部 能 量 缓 慢 释 放 的 过
程 ，防止水 玻璃 的老化就 必须 向老化 的水玻 璃体 系 中输
料 ，而 碱激发工 业废渣 胶凝材料 是一种 具有极 大开 发价 硅 酸钠 水玻璃 Ｎａ２０·ｎＳｉＯ ，还 有硅 酸钾 Ｋ２０·ｎＳｉＯ 。通 常
值和应 用前景 的环境友 好型胶凝 材料『１ｌ ２１。随着我 国工业 把水玻璃 组成 中的二氧化 硅和氧化 钠 （或氧化钾 ）的克分
现代 化 的进程 加速 ，各 种工 业产 生大 量 的钢渣 、矿渣 、粉 子摩尔 数之 比。称 为模数 Ｍ。 硅酸钠 在 以水为 分散 剂 的
煤 灰 等 工 业 废 渣 对 环 境 的 影 响极 其 严 重 ． 因 此 对 工 业 废 体系 中为无色 、浅色 的透明或半 透明粘 稠状液体 ；固体硅
渣 的再 利用研 究具有 重要 的地 位 。水 玻璃材 料 的研发将 酸 钠 为 无 色 、浅 色 的透 明 或 半 透 明玻 璃 块 状 体 。
是 一个全 新 的方 向 。预 期成 为一 种节 能 、低 成本 、环 境友
水玻 璃在 空气 中的凝 结 固化与石灰 非 常相似 ，主要
好 型的高性 能材料 ．为实现 我 国材料 行业 的可持 续发展 通过碳 化和脱 水结 晶固结两个 过程来 实现 。随着碳 化反
奠 定 基 础 。
应 的进 行硅胶 含量增加 ， 自由水分蒸 发和硅 胶脱 水成 固
水 玻璃硬 化后 的主要成 份是硅 凝胶 固体 ．比先 前 的 浇注后 的砂 型通过振 动即能实 现落砂 ，彻底解 决 了水 玻
水玻璃固化原理
水玻璃固化原理水玻璃固化原理是指通过水玻璃在特定条件下发生硬化反应，形成一种硬化的材料。
水玻璃，又称硅酸钠，是硅酸盐类胶凝材料的一种。
它在工业生产和科研领域被广泛应用，例如用于制备无机防水材料、粘合剂、涂料、胶粘剂等。
水玻璃固化原理包括化学反应和物理变化两个方面。
化学反应是硅酸钠分子和空气中的二氧化碳分子发生反应生成二氧化硅，水玻璃得到固化，形成无机胶凝材料。
物理变化则是指水玻璃在液态状态下变为固态状态的过程。
在工业生产和科研领域，水玻璃固化原理得到了广泛应用。
为了更好地了解和掌握水玻璃固化原理，我将深入探讨水玻璃固化的化学反应和物理变化过程，并介绍水玻璃固化的应用和发展前景。
一、水玻璃的化学反应固化原理水玻璃在固化过程中首先需要发生化学反应。
水玻璃（Na2O·nSiO2）是由硅酸盐和碱金属氧化物（如氢氧化钠）按一定摩尔比制得的，它的主要成分是SiO2和Na2O。
当水玻璃与空气中的二氧化碳发生反应时，会生成硅酸盐胶凝材料。
这个反应过程称为水玻璃的碳化反应。
1.碳化反应的化学方程式根据化学方程式，水玻璃和二氧化碳发生碳化反应的化学方程式为：Na2O·nSiO2 + CO2 → SiO2 + Na2CO3当水玻璃与二氧化碳接触时，硅酸盐分子中的Na2O会与空气中的CO2反应生成Na2CO3和SiO2。
在这个反应过程中，SiO2逐渐沉淀，形成一种类似玻璃的无机硅酸盐固体，这就是水玻璃的固化过程。
而生成的Na2CO3则可以在洗涤之后溶解并被洗掉，残留下来的SiO2形成了水玻璃固化后的硅酸盐胶凝材料。
2.碳化反应的影响因素碳化反应的速度和程度受多种因素影响。
首先，温度是影响碳化反应速率的重要因素，一般来说，温度越高，反应速率越快。
其次，湿度和二氧化碳浓度也会影响碳化反应的进行，湿度越高，反应速率越快，而CO2浓度越高，反应速率也会越快。
此外，水玻璃的成分和类型也会对碳化反应有一定影响，不同类型的水玻璃碳化反应的速率和程度也会有所差异。
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水玻璃的粘结强度与水玻璃的模数、浓度、硬化方法 密切相关。
不同的硬化工艺，不同的气候条件、为了达到最佳的
强度性能，对水玻璃的模数和浓度都有特定的要求。 考虑到获得更好的抗吸湿性，生产中，对水玻璃粘结 剂的硬化应采取“强脱水，少反应”的原则。
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二、水玻璃的硬化机理
水玻璃硬化过程包含硬化和强化两个阶段。
1. 硬化阶段
水玻璃的粘度具有一个“浓度 - 模数”相结合的临
界值，见表1，超过临界值的水玻璃便开始凝聚胶化，粘 度急剧升高而失去流动性并趋向硬化。
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测换算系数K：用滴定管加入浓度为0.5mol／L的 NaOH标准溶液25mL于锥形瓶中，再加入30mL经加热煮 沸并刚冷却的水，加3滴酚酞指示剂，用浓度为0.5mol／L 的盐酸标准溶液滴定至红色消失，则换算系数K可按下式
计算。
式中
K—换算系数； V—滴定消耗的HCl标准溶液体积，mL； 25—浓度为0.5mol/L的NaOH标准溶液加入量，ml。
2. 快速法 （参考方法）
主要仪器与试剂：滴定管、250mL锥形瓶、l00mL 量筒。浓度为0.5mol／L的NaOH标准溶液、质量分数为 5％的NaF溶液、质量分数为0.1％的酚酞指示剂。 混合指示剂：取质量分数为0.1％的甲基红乙醇溶液
和质量分数为0.1％的亚甲基蓝乙醇溶液，按6：4质量比
混合。试验步骤如下。
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(SiO2 ) M 1.032 ( Na2O)
式中 M—水玻璃的模数；
ω (SiO2)—SiO2的质量分数，％； ω (Na2O)—Na2O的质量分数，％； 1.032—Na2O与SiO2相对分子质量的比值。
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铸钢造型材料技术课程
水玻璃的检测及硬化机理
主讲教师：王伟春
浙江机电职业技术学院
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一、水玻璃粘结剂的检测
水玻璃的取样方法按JB／T 8835-1999铸造用水玻璃 标准的规定执行。 密度 按GB／T 4209-1996中的规定执行； 氧化钠含量 按GB／T 4209-1996中的规定执行；
再用浓度为0.5mol／L的NaOH溶液中和过量盐酸，使溶
液呈淡绿色。
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试样的模数可按下式计算。
V2 KV3 M 2V1
式中 M—水玻璃的模数； K—换算系数； V1—首次滴定消耗的HCl标准溶液的体积，mL； V2—加NaF后滴定消耗的HCl标准溶液的体积，mL； V3—滴定消耗的NaOH标准溶液的体积，mL。
二氧化硅含量 按GB／T 4209-1996中的规定执行；
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模数 水玻璃中二氧化硅与氧化钠的摩尔数之比称为
水玻璃的模数；
水玻璃模数的测定有标准方法和快速法两种。
1. 标准方法（GB／T 4209-1996）
按GB／T 4209-1996的规定分别测定出水玻璃试样 的二氧化硅和氧化钠的含量，则模数可按下式计算。
K
V 25
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模数的测定：
用塑料小勺取水玻璃试样约1g置于锥形瓶中，加水
40mL摇匀，使其溶解。加混合指示剂10滴，用浓度为
0.5mol／L的盐酸标准溶液漓定使试液由绿色变成红色。 加入40mL质量分数为5％的NaF溶液，振荡后，滴加
浓度为0.5mol／L的盐酸溶液至试液呈红色，再过量3mL。
表1 水玻璃的浓度与模数临界值的对应关系
模数M 临界含量 （质量分数，%）
2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 57 56 54 52 49 46 42 39 35 33 32
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依靠失水而超越临界值，被称为物理硬化；而依靠
升高模数和失水而超越临界值，则被称为化学硬化（例
如：吹CO2、加有机酯等）。
假如只升高模数而不创造失水条件，则生成含水软 胶或沉淀SiO2，不能形成高杨氏模量的固相。
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2. 强化阶段
硬化的水玻璃依赖进一步的失水而增加强度，称为
强化阶段。 在强化阶段，可以采取各种措施来提高水玻璃模数 和去除水玻璃中的水分，促使水玻璃硬化。 例如，采用加热烘干法、微波烘干法、CO2气体硬