无机重防腐材料水玻璃胶泥及砂浆
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，特别是高浓度强氧化性酸的防腐使用最为广泛的就是水玻璃材料。这类无机重防腐材料主要以水玻璃为胶结剂，氟硅酸钠为固化剂制成的胶泥，砂浆或者浇筑成混凝土等耐蚀结构层。水玻璃耐腐蚀胶泥填充料为耐酸粉（如石英粉，铸石粉，瓷粉，辉绿岩粉等）；水玻璃耐腐蚀砂浆填充料为耐酸砂等骨料，比较粗的具有级配的耐酸石子可以浇筑耐蚀混凝土。它们都是按照一定的比例配制而成。
水玻璃胶泥主要用于砌筑耐酸块材，管道接头封口及贮槽衬里；水玻璃砂浆就可以砌筑耐酸块材又可以用作抹面层；而水玻璃混凝土整体浇筑地坪面层，贮槽衬里层及设备基础。耐酸块材有天然与人造的砖板，表面平整光滑的块材可以用胶泥砌筑和勾缝；而表面粗糙的块材如耐酸混凝土制块，花岗岩等可以用砂浆砌筑和勾缝。水玻璃胶泥和砂浆具有优良的化学抗蚀性能，特别耐强酸，除氢氟酸，热磷酸和碱性溶液以外，几乎耐所有的无机酸，有机酸，盐溶液，油，有机化合物，溶剂及酸性气体，热稳定性高，在450℃条件下无显著变化，线膨胀系数与钢铁相似，因此作为钢铁容器，贮槽衬里最为合适。另外，水玻璃胶泥和砂浆强度高，是水泥的2.5倍，粘结力强，而且长期受酸的作用逐渐增强，成本低廉，取材容易；但是其孔隙率大，达到15%以上，抗渗抗水，抗稀酸性能差，不耐碱，凝固时间长。由于孔隙率大，腐蚀性盐溶液渗入水玻璃胶泥和砂浆内部，体积膨胀容易引起开裂渗透，腐蚀基层结构；因此水玻璃类材料要改性或者使用优良的底层做复合防腐层应用，如采取在基层打底或者做隔离层如先刷沥青底漆，再刷稀水玻璃胶泥等方法。 水玻璃胶泥和砂浆中水玻璃的密度和模数是保证防腐施工质量的关键。水玻璃密度过大或者过小均会影响胶泥及砂浆的强度，耐酸性能，抗渗性和收缩性。水玻璃模数过低会延缓胶泥及砂浆的硬化时间，耐酸性也差；模数过高，会使胶泥和砂浆固化太快，特别是在高温环境下更为明显，造成施工困难并且影响成品质量。根据经验，施工用水玻璃的密度应在1.4-1.43范围内，模数宜为2.6-2.9范围内对于，水分52%-57%之间。
水玻璃胶泥和砂浆中固化剂氟硅酸钠的要求必须纯度不小于95%含水率不大于1%，细度全部通过孔径0.15㎜的筛，用量通常是水玻璃用量的14%-18%，实际用量根据水玻璃材料氧化钠的含量多少决定。氟硅酸钠用量过多，固化速度加快，给施工带来影响，耐酸性能下降；氟硅酸钠用量过少，固化不完全，游离的水玻璃即使养护时间延长依然不能固化，同时失去耐酸性能，因此固化剂也是水玻璃耐酸材料质量的重点。当然，固化剂也随着环境温度的变化而进行适当的调整，例如冬天气温低，反应慢，固化剂用量必须增加，一般为水玻璃用量的18%-20%；而在气温较高的夏天或者30℃以上时，固化剂用量必须相应减少，通常为水玻璃用量的13%-14%。施工中，可能遇到固化剂受潮结块的现象，可以将氟硅酸钠在60℃温度下烘干，否则受潮的氟硅酸钠会分解变质，不可以使用。 水玻璃胶泥和砂浆中填充料之粉料，骨料耐酸率不小于95%。粉料含水率不大于0.5%，细度要求0.15㎜筛孔筛余量不大于5%，0.09㎜筛孔筛余量应为10%-30%范围内；骨料含水率不大于1%，不得含有泥块，含泥量不大于1%，粒径不大于1.2㎜，粗骨料最大粒径不大于结构最小尺寸的1/4，用于楼面地面面层时，不超过25㎜，并且小于面层厚度的2/3。 水玻璃胶泥和砂浆的配制可以采用机械或者人工搅拌的方式进行混合，配制时严格控制氟硅酸钠的用量，以免金属件被腐蚀。机械搅拌时，先将粉料，细骨料或者粗骨料与氟硅酸钠加入搅拌机内，干拌均匀，然后加入水玻璃湿拌，湿拌时间不小于2min，配制水玻璃胶泥时不加骨料。人工搅拌时，先将粉料与固化剂混合，过筛2遍后，加入细骨料干拌均匀，然后逐渐加入水玻璃湿拌，直至均匀，配制水玻璃胶泥时，不添加骨料。基层打底料重量配合比为水玻璃：氟硅酸钠：粉料=100:15-18:70-100；胶泥重量配合比为水玻璃：氟硅酸钠：粉料=100:15-18：255-270；砂浆重量配合比为水玻璃：氟硅酸钠：粉料：骨料=100:15-17:200-220:250-270.混合时间不大于10min，混合好的熟料必须在30min内用完。
水玻璃胶泥和砂浆的施工和其他防腐施工要求一样，素有“三分材料七分施工”的说法，因此施工质量必须按照设计要求和GB 50212-2014《建筑防腐蚀工程施工规范》及GB 50224-2010《建筑防腐蚀工程施工质量验收规范》执行。水玻璃胶泥和砂浆施工环境温度宜15℃-30℃为宜，湿度不宜大于80%，低于15℃时应该采取保温加热措施。水玻璃混凝土预埋铁件必须除锈涂刷环氧或者过氯乙烯防腐涂料，基层表面必须处理干净，不平之处用1:3水泥砂浆补平，凸出部分剔平，保持基层平整干净。混凝土或者金属基层必须使用水玻璃稀胶泥均匀涂刷2遍，每一遍间隔时间宜为6-10h，涂刷厚度1㎜左右，均匀无漏。由于混凝土呈碱性，水玻璃与氟硅酸钠会在终凝前起化学反应，为了防止混凝土碱性使得胶泥或者砂浆分层脱落，故先在混凝土基层面涂刷2遍稀水玻璃胶泥，以增强水玻璃胶泥和砂浆与混凝土的粘结力和机械强度。水玻璃胶泥施工厚度一般为70-150㎜，砂浆砌筑时厚度为30-40㎜，用于抹面时砂浆厚度为40-60㎜；水玻璃砂浆抹面应该分层进行，每一层厚度立面不大于5㎜，平面不大于10㎜，每一次抹面应该在上次施工层完全干燥后进行。 水玻璃胶泥和砂浆施工完毕后，必须进行养护及酸化处理，确保其具有很高的强度和耐腐蚀性能，因为水玻璃与固化剂氟硅酸钠反应后形成硅胶是不稳定的，在干燥过程中脱水固化，形成坚硬的二氧化硅网状结构，这种结构具有很高的耐腐蚀和强度性能。期间需在干燥环境中养护，严禁雨水或者蒸汽接触，并且防止过早失水，因为水玻璃胶泥及砂浆在8h就基本硬化，但是反应不完全，只有70%左右，还有未参与的游离水玻璃存在，遇水就会分解，使得胶泥或者砂浆结构受到破坏，造成不耐水不耐稀酸腐蚀现象，所以必须进行干燥养护和酸化处理，才能具有耐水性。水玻璃胶泥和砂浆具体养护时间为：10-20℃不少于12d；21-30℃不少于6d；31-35℃不少于3d。养护后用浓度20%-25%盐酸或30%-40%的硫酸进行表面酸化处理，使用毛刷直接在水玻璃胶泥或者砂浆层涂刷，共进行4次，直至无结晶物析出为止，每一次间隔时间为8h。每一次酸化前，用扫帚将被描绘出或者白色析出物清扫干净。笔者建议无机重防腐材料水玻璃胶泥，砂浆或者混凝土养护14d后才能投入使用，不建议短时间内使用，以免强度和耐酸度太低而失效。
无机重防腐材料水玻璃胶泥，砂浆或者混凝土已经有商品供应，直接现场混合搅拌进行施工，操作方便简单，主要产品如KPI系列，这是一种钾水玻璃重防腐材料，市场上面还有钠水玻璃重防腐材料。钾水玻璃和钠水玻璃重防腐材料主要区别为：钠水玻璃价格低，施工简单；但是防水性能及各项指标差不如钾水玻璃，耐腐蚀温度为300℃；而钾水玻璃，价格偏高，无毒无气味，对硫酸、醋酸、磷酸等具有更好的耐蚀性具有良好的耐温性，可达到900℃。实际施工时根据具体介质情况，温度条件和造价进行最佳的选择。
随着防腐蚀技术，特别是重防腐技术的发展，耐强氧化性酸的材料也是不断出现；但是从长效性和经济效益来看，都是不尽人意。大量的应用案列和效果证明，传统的无机水玻璃类依然是最理想的耐强氧化性酸且耐温的重防腐材料，在石油、化工、电力、冶金、纺织、环保、制药、酸洗等领域显示出强大的生命力。水玻璃胶泥、砂浆及混凝土防腐层，使用几十年后依然完好无损的项目案列比比皆是，笔者在此也倡议相关重防腐材料研发机构、水玻璃类重防腐材料生产单位能够相互合作，研制开发出多种类、适应性强、更能够符合各种介质环境下的无机重防腐材料---水玻璃改性耐蚀产品。
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