水玻璃的应用.doc

Na-1钠水玻璃固化剂及其应用

1.前言
     水玻璃类材料在化工，建筑防腐蚀上应用广泛。用水玻璃配制成的胶泥，砂浆和混凝土可用于接触酸性介质的塔，槽等设备的衬里，铺砌耐酸地坪、排酸沟和浇灌设备基础等。水玻璃类材料有工程造价低 (水玻璃的价格仅为树脂的1/100到1/50) ，耐酸性好(尤其是对强氧化性酸 )，耐热性高(极限使用温度可达800-900℃)等优点，这些是树脂类材料所无法相比的。
要使水玻璃类材料能在常温下较短时固化并具有一定的强度，必须要加入一定量的固化剂。传统的水玻璃固化剂是氟硅酸钠。使用氟硅酸钠在技术上是成熟的，但存在以下缺点和问题:
（1） 氟硅酸钠具有一定的毒性。 食品工业有关设备禁止使用加氟硅酸钠固化的水璃类材料。
（2） 氟硅酸钠易吸潮而结块，使用时要敲碎、过筛，不但给使用带来麻烦，而且过筛
时氟硅酸钠粉尘易吸人呼吸道。
（3）目前国内氟硅酸钠货源紧缺，因它可用于其它方面出口创汇。
因此，研制开发一种新固化剂是当务之急。，
2．Na-l水玻璃固化剂的研制及应用试验
研制一种新型水玻璃固化剂应考虑达到如下要求:
（1）低毒或无毒;
（2）固化物的物理力学性能应达到或超过现行规范的要求;
（3）固化物的耐腐蚀性能不低于使用氟硅酸钠时的性能，
（4）固化速度合适，能满足施工要求，
（5）加入量不高于氟硅酸钠，产品价格与氟硅酸钠相近;
（6）生产无污染，原料易得。
2.1 Na-l水玻璃固化剂及固化机理简介 
Na-l水玻璃固化剂是一种无毒的非卤素类复合型固化剂，由主剂和助剂I、助剂2复合而成。主剂在固化反应中起主导作用，助剂I、助剂2起调节、促进固化反应的作用。   
    Na-l水玻璃固化剂的性状为:
外观:           白色或灰白色粉状固体;
细度：          全部通过80目筛孔，在空气中不会因吸潮而结块；
水混合物的pH值: 3-4
   当水玻璃中加入一定量Na-l固化剂后，Na-l固化剂先与水玻璃中的水起水解反应而  产生H+，H+与水玻璃中的OH-作用，中和成水，使溶液的PH值降低，随之产生硅酸凝胶，硅酸凝胶在Na-1固化剂的催化作用下进一步失水聚合而固化，其反应示意如下：
            Na2SiO3 + 2H+ +H2O → 2Na+ +Si(OH)4
OH           OH           OH      OH
            ∣           ∣            ∣     ∣
HO-Si-OH  + HO-Si-OH   → HO-Si -O- Si- OH + H2O
∣           ∣            ∣     ∣
OH           OH            OH     OH
进一步聚合而成：
            ∣      ∣      ∣
          - Si – O –Si –O – Si -
            ∣      ∣      ∣
    O       O       O
∣     ∣      ∣
  - Si –O- Si –O – Si -
∣     ∣      ∣

固化物具有一定强度并能耐酸类、盐类等介质。
2.2 应用试验与讨论
2.2.1 加入量范围的试验
     TJ212-76“建筑防腐蚀工程施工及验收规范”对水玻璃胶泥的凝固时间作了规定，要求初凝≥30分钟，终凝≤8小时。初凝时间太短，胶泥会来不及施工就凝固报废。终凝时间太长，影响施工的进展和工程质量。影晌凝固时间的因素很多，但固化剂加量多少是影响凝固时间的一个重要因素。在不同的气温条件下，加入不同量的Na-l水玻璃固化剂，观察和测定了水玻璃胶泥的凝固时间。试验表明当Na-l固化剂的加量≤10%时，凝固的时间过长，终凝时间超过8小时，气温低时更明显。当Na-l固化剂加入量≥18%时，固化速度较快，在气温高时更快。当气温在10-35℃范围内，Na-l固化剂加量在12-16%，凝固时间适中，可满足规范的要求。通过上述试验，初步确定了Na-l固化剂的加入量范围，进而进行了有关物埋力学性能和耐腐蚀性能的试验。
2.2.2水玻璃胶泥、砂浆的强度试验
      根据规范规定的方法，对于Na-l固化剂固化的水玻璃胶泥的强度进行了多次测试，并以氟硅酸钠为固化剂作了对比。试验结果见表1。试验表明，当原材料、试验条件符合TJ212-76规范要求，配比按照规范推荐的选用时，用Na-l水玻璃固化剂固化的水玻璃胶泥、砂浆的强度均达到规范要求。

         表1              水玻璃胶泥、砂浆的强度试验 

*混合粉系铸石粉/石英粉=1/1   **规范要求胶泥抗拉强度≥2.5 Mpa；砂浆抗压强度≥20 Mpa
2.2.3吸水率试验 
       水玻璃胶泥吸水率的大小在一定程度上反映了胶泥抗渗透性的好坏。规范规定吸水率要低于15%。按照规定的试验方法 (煤油吸收法)对用Na-l固化剂固化的胶泥作了
测定;吸水率值均在10%左右，小于规范规定值。

  2.2.4 耐腐蚀性能试验
2.2.4.1 浸酸类定性试验
浸酸安定性是TJ212-76规范规定检测的指标。按规定将Na-l固化剂加入量为12%和15%的水玻璃胶泥经14天养护后置于40%的工业硫酸中煮沸1小时，并在该酸液中缓慢冷却至常温，取出试块用水冲洗擦干，24小时后检查，试块均无裂纹、掉角、酥松和膨胀现象。试验表明Na-l固化剂固化的胶泥耐酸安定性良好。
2.2.4.2常温耐腐蚀漫泡试验
浸酸安定性试验是一种快速耐酸性检测方法，试验结果虽有一定参考价值，但由于时间太短可靠性不够。为此进行了较长时间的耐腐蚀浸泡试验。
试块配比(重量比)为：水玻璃 (d=1.40，M=2.70)100/Na-l固化剂 15/铸石粉270。试件尺寸: 3X3X3 厘米立方体。试件养护条件，25土5℃下养护14天(没有酸化处理)后即浸入腐蚀介质。试验结果见表2.

试验表明用Na-l固化剂固化的水玻璃胶掂耐腐蚀性良好。
2.2.5 低温固化对比试验
TJ212-76 ”建筑防腐蚀工程施工及验收规范”规定:水玻璃类材料的施工环境温度以15-30℃为宜，低于lO℃时应采取加热保温措施。但在具体工程中，冬季施工尚难避免，特别是在南方地区。为此进行了较低温度下的一些试验，并与氟硅酸钠作了对比，试验结果见表3.

表3.          水玻璃胶泥凝固时间试验

试验表明氟硅酸钠在较低温度下难以使水玻璃固化，而Na-1固化剂可在较低温度下起固化作用。南京地区冬季室外自然养护胶泥的强度试验结果见表4。

表4.          水玻璃胶泥低温养护强度试验结果

从表4可看出，用Na-l固化剂固化的胶泥在较低温度下强度也可达到或接近规范要求值。
2.2.6固化物耐水性试验，
水玻璃类材料耐水性差，在固化初期更是如此。规范规定水玻璃类防腐蚀工程在施工及养护期间严禁与水或水蒸汽接触。但在具体施工中由于种种原因，还是有接触水的可能性，为此进行了一些试验探索。
将3x3 x3厘米用Na-l固化剂固化的胶泥经25土5℃养护3天后分为二组，一组不经
酸化处理，另一组作酸化处理。作酸化处理的又分1次、2次、4次三种情况。酸化处
理的方法为在20%的盐酸中浸泡10分钟，每天一次。然后将上述两组试块同时浸入水中，观察变化，结果如下:未经酸化处理试块的表面5小时后有溶胀薄层出现，而经1次酸化处理的浸水一个月基本无变化，经2次、4次酸化处理的浸水一个月无变化，表面坚硬。经25土5℃养护28天的试块不作酸化处理浸入水中，在8天内试件未出现溶胀现象。
试验表明，胶泥养护时间长，固化脱水完全，耐水性提高;养护时间短，不经酸化处理耐水性很差。酸化处理对提高胶泥的耐水性有明显效果，一般酸化处理两次即可。
3. Na-l水玻璃固化剂的应用
      我厂生产的Na-l水玻璃固化剂先后在南京化学工业公司廿四万吨磷铵工程等十多个工程中应用。使用量较大的单位和工程见表5.
   表5.             Na-l水玻璃固化剂的应用实例

4 . Na -1水玻璃固化剂使用注意事项
4.1关于加入量
根据试验和用户信息反馈，Na-l固化剂加入量一般为水玻璃的12-18%，夏季高温少加;，冬季气温低多加，要求固化慢少加， 要求固化快多加。可根据具体情况调节。一般应在施工前做小样试验或配合比试验以确定最佳加入量，
4.2关于施工肘的湿度和温度
空气湿度大时水玻璃胶泥、砂浆中的水分难以蒸发出去，这对其固化很不利，使强
度降低，因而雨天和湿度大的天气的不宜施工，一般要求水玻璃类材料施工温度不低于10℃。试验表明Na-l固化剂在低温时固化比氟硅酸钠快，且Na-1固化剂在南京地区冬季施工已有工程实例，低温施工后的使用结果有待进一步实践和观察。
4.3施工中的防水和酸化处理
水玻璃类材料的耐水性差，在固化初期更易被水溶化。规范要求施工及养护期闸严禁与水或水蒸汽接触，这点要特别注意。特别是室外施工，要采取措施防止雨淋或积
水。如果不可避免在施工后短时间内会接触水，办须在接触水之前进行酸化处理以提高其抗水性。
5. 结束语
通过近两年来对Na-l水玻璃固化剂的试验研究。工业试生产和工业试应用，积累了技术数据，取得了一定的使用经验，基本上达到了预期研制目标。在今后的工作中将加强产品质量控制，广泛收集用户意见，总结使用经验，以便迸一步完善试验内容，更好地促迸推广应用。