水玻璃试验.doc

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）2 SO4 等），金属盐反应剂（氯化钙 CaCl2 、硫酸铝 Al2SO4等）以及碱性反应剂（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Na2OnSiO2（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。氯化钙与水玻璃反应的化学反应式如下：Na2OnSiO2 + CaCl2 2NaCl + CaOnSiO2 (不溶的沉淀凝胶)将氯化钙溶液与水玻璃溶液混合，在瞬间就产生硅酸凝胶，生成非常坚固的凝胶体。氯化镁的反应与氯化钙基本相同。因此，在地基处理中必须采用将两种浆液分别注到地基中，这种注浆法称为双液双系统施工法。该材料适合用于处理涌水。二、水玻璃与冰醋酸溶液冰醋酸溶液是有机酸性反应剂，与水玻璃反应的表达式为：Na2OnSiO2 + 2CH3COOH 2CH3COONa + nSiO2 + H2O将水玻璃与冰醋酸分别制成不同浓度的溶液，将配制好的两种溶液混合，开始时不见和反应，随着时间的推移，混合液渐渐的变浑浊，而后变成果冻状的凝胶。凝胶的强度随着试剂浓度的大小而有所不同，浓度大的两种溶液混合形成的凝胶强度相对大。水玻璃与醋酸的反应配比序号水玻璃(3.6模) (克)冰醋酸 (克)水 (克)反应时间 (分)反应现象12020100先出现浑浊,最后形成凝胶22030100先出现浑浊,最后形成凝胶32040100先出现浑浊,最后形成凝胶43020100先出现浑浊,最后形成凝胶53030100先出现浑浊,最后形成凝胶63040100先出现浑浊,最后形成凝胶74020100先出现浑浊,最后形成凝胶84030100先出现浑浊,最后形成凝胶94040100先出现浑浊,最后形成凝胶 随着反应剂的浓度的变化,反应时间也有所变化,形成的凝胶成果冻状,且随着浓度的增加凝胶强度也有所增加。三、水玻璃与碳酸氢钠溶液无色透明的硬化剂小苏打NaHCO3加到无色透明的水玻璃溶液中，刚混合的时候是透明的，但随着时间的延长，溶液逐渐出现少许白色混浊，接着混浊度越来越重，直至最后成为凝胶。其反应的表达式如下： Na2OnSiO2 + 2NaHCO3 2Na2CO3 + nSiO2 + H2O在小苏打与水玻璃的反应过程中发现随着两种溶液的浓度的不同，形成凝胶的反应速度也有所不同，于是可以推断该种反应剂的反应时间可以通过改变溶液的浓度进行控制。可以进行深入的试验了解其性能。四、水玻璃与稀硫酸溶液稀硫酸溶液为酸性反应剂，与水玻璃溶液反应形成硅酸凝胶，其反应表达式如下：Na2OnSiO2 + H2SO4 Na2SO4 + nSiO2 + H2O首先将浓硫酸稀释成稀硫酸，配以不同浓度的水玻璃溶液与硫酸溶液混合，静置，经过一段时间发现容器中溶液变得浑浊，进而形成硅酸凝胶。反应的速率同样与试剂的浓度有关。五、NaHCO3溶液与水玻璃反应的系列试验对以上试验现象进行对比，根据本系列试验的目的，寻找一种适合在致密饱和砂层的灌浆中使用的化学灌浆材料。因为水玻璃与氯化钙、氯化镁溶液反应都是瞬时结束，反应时间不易控制，无法在饱和砂层中进行使用。水玻璃与冰醋酸溶液、水玻璃与小苏打溶液反应均能形成凝胶，而且反应时间也都可以通过改变反应溶液的浓度进行控制，二者均可用于饱和砂层的灌浆。但比较二者凝胶产物的强度可知道水玻璃与小苏打溶液反应的凝胶比水玻璃与冰醋酸溶液反应的凝胶强度要大，而且在价格上小苏打要比冰醋酸便宜，综合以上考虑，以下对水玻璃与小苏打溶液进行深入的试验研究。以下为水玻璃与小苏打的具体反应：水玻璃与小苏打的反应配比序号水玻璃(3.6模) (克)小苏打 (克)水 (克)反应时间 (分)反应现象1201150未凝不见反应2202150400-420逐渐浑浊,经足够长时间形成凝胶320315040-60逐渐浑浊,经足够长时间形成凝胶42041503-5浑浊,然后迅速形成凝胶52051502-3浑浊,然后迅速形成凝胶6301150未凝不见反应7302150100-120逐渐浑浊,经足够长时间形成凝胶830315030-40逐渐浑浊,经足够长时间形成凝胶93041503-5浑浊,然后迅速形成凝胶103051502-3浑浊,然后迅速形成凝胶11501150未凝不见反应1250215070-80逐渐浑浊,经足够长时间形成凝胶1350315020-30逐渐浑浊,经足够长时间形成凝胶145041502-3浑浊,然后迅速形成凝胶155051502-3浑浊,然后迅速形成凝胶162061502-3浑浊,然后迅速形成凝胶172071502-3浑浊,然后迅速形成凝胶182081502-3浑浊,然后迅速形成凝胶192091502-3浑浊