无机重防腐材料之水玻璃
赛化云防腐蚀技术总监 51防腐蚀论坛资深版主 张作华
重防腐领域，无机材料使用较为频繁的要数水玻璃材料了。无论是水玻璃胶泥或者水玻璃砂浆，乃至水玻璃混凝土在耐各种浓度的硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氧化性介质、有机物腐蚀环境中有着非常优异的耐强酸性能。这种耐强酸性能在无机材料中比较独特，因而被广泛应用。
以钠水玻璃为例，水玻璃重防腐材料是以无机水玻璃为胶结剂，氟硅酸钠为固化剂，形成的一种硅酸凝胶，其结构组成为硅氧键，因此具有优良的耐酸性能和耐热性能。但是缺点就是不耐热磷酸、氢氟酸、高级脂肪酸、碱、氟化物、水；其耐热性能高达300℃，如果再添加耐热性能比较好的骨料时，使用温度可达1000℃。水玻璃固化反应过程中，硅酸凝胶从弹性体变成固体性能时，需要不断脱水和缩聚，形成无数微小细孔，因此无改性水玻璃重防腐材料孔斜率很大，抗水和稀酸性能差，一般只有0.2MPa，所以不耐结晶盐腐蚀。
水玻璃重防腐材料分为钠水玻璃防腐材料和钾水玻璃防腐材料，二者之间耐蚀性能相似；但是钾水玻璃防腐材料在耐水性能，粘结性能和抗渗性能方面优于钠水玻璃防腐蚀材料，具有比钠水玻璃更多的优异特性，所以钾水玻璃是重防腐材料重点发展方向。水玻璃重防腐材料广泛应用于耐酸砖板块材的砌筑铺贴、贮槽衬里涂抹、设备基础及整体地坪混凝土的浇捣等。笔者从事防腐蚀技术工作多年，接触较多的钠水玻璃重防腐现场施工，因此本文重点探讨钠水玻璃重防腐材料。
重防腐实际施工项目中，特别是强酸强氧化腐蚀环境中，使用水玻璃重防腐材料时，密度要求分为：胶泥1.4-1.43、 砂浆1.4-1.2、混凝土土1.38-1.42。水玻璃耐酸质量常常与其密度和模数相关联，正确选择水玻璃的密度和模数是保证重防腐施工质量的关键。
水玻璃密度越大表明固含量高,含水少,用以施工的水玻璃胶泥,砂浆,混凝土强度高,耐酸性能好,抗渗性能好,凝结时间长。所以施工中通常选择高密度的水玻璃;但是密度大于1.45时,粘度变大,搅拌和施工困难,材料收缩性大.当密度小于1.38时,水玻璃含水多,极大的影响质量,一般不使用。
水玻璃模数是指成分中氧化硅含量与氧化钠含量的比值，模数高，表示氧化硅含量多，溶液呈胶体性质的能力强，胶结能力增强则，耐酸性能高，否则就反之。施工用模数通常在2.6-3.0之间，当不符合要求时可以加入苛性钠降低模数或者加入无定形二氧化硅提高，在实际施工中，往往是将高模数水玻璃加入低模数水玻璃中。当然在购买成品水玻璃重防腐材料时，生产厂家已经配置好了合格的模数及密度，不需要进行调整。
水玻璃重防腐材料除了考虑密度及模数外，对于固化剂的选择也很重要，而最有使用价值和应用最为广泛的就是氟硅酸钠（钾水玻璃固化剂是三聚磷酸硅暂不讨论）。防腐蚀施工中使用的氟硅酸钠纯度不得低于95%，含水率不得大于1%，细度全部通过孔径0.25㎜筛。氟硅酸钠使用量为水玻璃用量的14%-18%之间，如果氟硅酸钠用量过多，固化速度加快，无法满足施工操作时间要求，而且耐酸性能下降；氟硅酸钠用量过少，反应不彻底，固化不完全，游离的水玻璃使得养护时间延长，而且不能固化，更不可能达到耐酸的要求，因此固化剂氟硅酸钠的用量必须严格控制。根据实践经验，冬季反应慢，氟硅酸钠用量应该多加一些，一般为水玻璃用量的18%-20%，夏季气温在30℃以上时反应速度加快，氟硅酸钠应该减少一些，一般在13%-14%之间。氟硅酸钠可能有受潮结块现象，可以使用60℃温度烘干，研磨细过筛可以继续使用，烘干温度不得高于90℃，否则会分解变质不能使用。
水玻璃重防腐材料配置胶泥、砂浆或者混凝土所用的粉料和骨料都是耐酸率大于94%，含水率低于1%的含有氧化硅的矿质料，如辉绿岩、石英石、花岗岩、碎瓷片、碎耐酸砖块等。粉料，细骨料，粗骨料的级配分配添加到水玻璃溶液中，根据实践施工需要或者设计说明决定，并且作现场小样试验确定，不得随意添加或者不分级配使用。
水玻璃重防腐材料的配比，可以参考以下质量比进行混合搅拌。水玻璃胶泥：水玻璃1氟硅酸钠0.15-0.18粉料2.5-2.7；水玻璃砂浆:水玻璃1氟硅酸钠0.15-0.17粉料2.2-2.6细骨料2.5-2.7;水玻璃混凝土:水玻璃1氟硅酸钠0.15-0.16粉料1.8-2.0细骨料2.4-2.5粗骨料3.2-3.3。其中粉料0.15㎜筛孔筛余不大于5%，0.09㎜筛孔筛余为10%-30%，细骨料铺砌时粒径不大于1.2㎜涂抹时不大于2.5㎜，粗骨料不大于结构最小尺寸的四分之一，用于楼地面时不大于25㎜并且小于面层厚度的三分之二。
水玻璃重防腐材料中的胶泥和砂浆通常适用于砌筑耐酸砖板或者花岗岩块材。施工时应该注意以下几点a.施工前应将基层和砖板或者块材清理干净b.按照水玻璃各种原材料配比,并且作小样试验确定c.配置时应该将粉料骨料和固化剂混合均匀，再加入水玻璃搅拌3分钟。铺砌砖板宜采用挤浆法，结合层厚度5-8㎜，灰缝宽度2-6㎜，铺砌花岗岩应该使用座浆法或者灌浆法结合层厚度10-15㎜，灰缝宽度8-12㎜。施工温度10-30℃为宜。养护期内不得浇水和雨淋。养护时间10℃-20℃为12昼夜；21℃-30℃为6昼夜；31℃-35℃为3昼夜。养护期结束后，水玻璃表面应该使用20%-25%盐酸或者30%-40%硫酸做酸化处理，不得少于3次，而且每次间隔时间不得低于8小时，每一次处理前必须去除表面白色物质。
水玻璃浇筑耐酸混凝土，原材料技术指标符合规定要求，现场配比小样确定实际比例;混凝土模板必须支撑牢固，拼缝严密，表面平整并且涂抹脱模剂;混凝土中预埋件必须除锈涂刷环氧耐腐蚀漆;搅拌时必须使用强制式搅拌机搅拌;水玻璃混凝土应该连续浇筑不留施工缝;分层浇筑时，上层混凝土应该在下层混凝土初凝前完成;浇筑时必须采用插入式制动器和平板式制动器，以表面出浆为宜。人工浇灌厚度不得超过100㎜，施工温度在10℃-30℃之间，10-15℃时拆模时间大于5天，养护大于12天；16-20℃时拆模时间大于35天，养护大于12天；21-30℃时拆模时间大于2天，养护大于6天；31-35℃时拆模时间大于1天，养护大于3天。酸化处理与水玻璃胶泥和砂浆一样，如果直接接触酸性介质的混凝土可以不做酸化处理。
水玻璃重防腐材料以其价格便宜，施工方便，材料易得及优异的耐酸性能，长久以来一直是强酸腐蚀介质环境的通用耐蚀材料，特别在金属表面处理，酸洗行业应用广泛。笔者虽然重点讨论钠水玻璃重防腐材料；但是今后的发展方向却是钾水玻璃重防腐材料，因为钾水玻璃比钠水玻璃具有更多的优良的特性，而且施工更加简单方便（固化剂已添加在粉料中直接混合使用，如KP1粉料和钾水玻璃）。总之，水玻璃重防腐材料是无机耐强酸材料的佼佼者，随着环保对防腐蚀材料的要求越来越高，这种传统的无机重防腐材料将会得以更加广泛的应用，并在耐强酸腐蚀防护中发挥重要的使用价值和经济价值。
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