活化硅酸是以工业硅酸钠(泡花碱、俗称水玻璃)为原料,加酸活化而成的硅溶胶型
水处理絮凝剂。
水玻璃为
硅酸钠溶液状态,南方多称水玻璃,北方多称
泡花碱。硅酸钠的水溶液俗称水玻璃,硅酸钠在以水为分散剂的体系中为无色、略带色的透明或半透明粘稠状液体。固体硅酸钠为无色、略带色的透明或半透明玻璃块状体。形态分为液体、固体、水淬三种。理论上称这类物质为“胶体”。
水玻璃在空气中的凝结固化与石灰非常相似主要通过碳化和脱水结晶固结两个过程来实现。随着碳化反应的进行硅胶含量增加,接着自由水分蒸发和硅胶脱水成固体SiO2而凝结硬化,由于空气中CO2浓度低,故碳化反应及整个凝结固化过程十分缓慢。
水玻璃是一种能溶于水的硅酸盐。它是由不同比例的碱金属和
二氧化硅所组成。最常用的是硅酸钠水玻璃Na2O·nSiO2,还有硅酸钾K2O·nSiO2。通常把水玻璃组成中的二氧化硅和氧化钠(或氧化钾)的克分子摩尔数之比,称为模数M。
水玻璃分为钠水玻璃和
钾水玻璃两种,其中钠水玻璃为硅酸钠水溶液,分子式为Na2O.nSiO2和K2O.nSiOz,钾水玻璃为硅酸钾水溶液,分子式为K2O.nSiOz,在土木工程中主要使用钠水玻璃,当工程技术要求较高时也可采用钾水玻璃。优质纯净的水玻璃为无色透明的粘稠液体,溶于水,当含有杂质时呈淡黄色或青灰色。
钠水玻璃分子式中的n称为水玻璃的模数,代表Na2O和SiO2的分子数比,是非常重要的
参数。n值越大,水玻璃的粘性和强度越高,但水中的溶解能力下降。当n大于3.0时,只能溶于热水中,给使用带来麻烦。n值越小,水玻璃的粘性和强度越低,越易溶于水。故土木工程中常用模数n为2.6~2.8,既易溶于水又有较高的强度。
水玻璃通常采用石英粉(SiO2)加上纯碱(NaCO3),在1300~1400℃的高温下煅烧生成
固体 ,再在高温或高温高压水中溶解,制得溶液状水玻璃产品。
中国生产的水玻璃模数一般在2.4~3.3之间。水玻璃在
水溶液中的含量(或称浓度)常用密度或者波美度表示。土木工程中常用水玻璃的密度一般为1.36~1.50g/cm3,相当于波美度38.4~48.3 。密度越大,水玻璃含量越高,粘度越大。
水玻璃硬化后的主要成分为硅凝胶和固体,比
表面积大,因而具有较高的粘结力。但水玻璃自身质量、配合料性能及施工养护对强度有显著影响。
硬化后形成的
二氧化硅网状骨架,在高温下强度下降很小,当采用耐热耐火骨料配制水玻璃砂浆和混凝土时,耐热度可达1000℃。因此
水玻璃混凝土的耐热度,也可以理解为主要取决于骨料的耐热度。
因和均溶于碱,故水玻璃不能在
碱性环境中使用。同样由于NaF、Na2CO3均溶于水而不耐水,但可采用中等浓度的酸对已硬化水玻璃进行酸洗处理,提高耐水性。
活化硅酸作为水处理助凝剂,常用于给水处理中,在中国已有较长历史,1952年天津自来水公司已经开始使用。经验认为要使活化硅酸起到良好的絮凝效果,必须注意活化的方式和方法、活化硅酸的配制应控制原液的浓度和剩余碱度,并掌握控制活化时间。