改性水玻璃固化黄土的钾锂水稳性机理研究

3.1.2.1　钾水玻璃

钾水玻璃是硅酸钾的水溶液，是用碳酸钾和石英粉或硅砂共熔后生产制取，再与一定量的水加热溶解成液态的钾水玻璃。硅酸钾在水中的溶解度高于硅酸钠的溶解度，硅酸钾具有很强的吸湿性，短时间内因吸收空气中的水分而潮解。

硅酸钾可分为原硅酸钾（2K2O·SiO2）、偏硅酸钾（K2O·SiO2）和多硅酸钾（如四硅酸钾K2O·4SiO2），分子通式为K2O·mSiO2。

钾水玻璃的性能参数与钠水玻璃相同，主要有模数和密度［11-12，15］。

1.模数

模数（m）为SiO2和K2O的摩尔比值，由于SiO2的相对分子质量为60.1，K2O的相对分子质量为94.2，故钾水玻璃的模数m可按如下方法计算：

m=SiO2物质的量÷K2O物质的量=（ωSiO2÷ωK2O）×1.567=R×1.567；

ωSiO2、ωK2O分别为SiO2质量分数和K2O质量分数，R为硅碱比。

2.密度

钾水玻璃的密度、模数、ωSiO2、ωK2O之间的关系可用图3-9表示，知道其中的任意两个，另外两个指标可通过图3-9求得。(www.xing528.com)

数值25～40Be′为波美度，括号外为相应的密度，数值1∶1.5～1∶3.0为硅碱比。

钾水玻璃和钠水玻璃的性质相似，但也存在差异性，这与K+、Na+离子半径、离子半径引起的阴离子配位数有关。钠水玻璃的模数值在2～4之间，钾水玻璃的模数在2.7～5.3之间。钾离子K+的水合能力强于钠离子Na+，因此，钾水玻璃的老化速度缓于钠水玻璃；钾水玻璃的吸湿性强于钠水玻璃，但是，若将二者以一定的比例混合，抗吸湿性比任何一种单组分都要好。

目前市面上除商品钾水玻璃外，还有商品钾钠水玻璃。钾水玻璃的价格高于钠水玻璃。钾水玻璃、钾钠水玻璃多用于电子行业显像管荧光材料的黏结剂或电焊条焊药的黏结剂，机械铸造工业中应用较少；另外，钾水玻璃在我国西北土遗址文物保护加固中也有使用［17-19］。

图3-9　钾水玻璃ωSiO2、ωK2O密度（波美度）、硅碱比关系图（20℃）

初步研究表明，可以用钾水玻璃对钠水玻璃进行无机阳离子复合改性，可提高水玻璃的黏结强度，这方面的研究还很少，需要进一步进行研究［15］。

3.1.2.2　锂水玻璃

锂水玻璃为无色、无味、透明或半透明微浑浊液体，呈弱碱性，pH值为11左右，密度在1.16～1.19 g/cm3之间（25℃），黏度1 Pa·S以下（25℃）。锂水玻璃的分子通式为Li2O·mSiO2·nH2O，其中m、n分别代表模数和水合程度，n的大小与模数、浓度、pH值和温度等相关［11，15］。锂水玻璃用水无限稀释后，呈多分子团状分散的均匀溶液；如浓缩至较高浓度时，发生聚合，再蒸发失水后，即成固体硅酸锂。固体硅酸锂不溶于水和有机溶剂，但与其他碱性水玻璃互溶，遇酸则发生化学反应，生成二氧化硅凝胶。

锂水玻璃不能用类似制取钾、钠水玻璃的方法来生产。生产锂水玻璃的方法有硅溶胶法、硅胶法、离子交换法等。锂水玻璃只能在生成的同时制成分散的溶液状态，一旦失水而析出硅酸锂沉淀，便不能重新溶解，故锂水玻璃固化后具有很好的抗吸湿性，或者说具有良好的水稳性。钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃的黏结性能的顺序为：钠水玻璃＞钾水玻璃＞锂水玻璃；而它们的耐水性能正好相反，即：钠水玻璃＜钾水玻璃＜锂水玻璃［20］。

美国最早研究和生产硅酸锂，迄今仍垄断着国际市场。锂水玻璃的市场价格十分昂贵，仅适用于耐水性涂料等特殊用途；用作铸造砂黏结剂很少，仅限于实验研究；用作土体固化，包括土遗址文物保护还未见有资料介绍，锂水玻璃在这方面的应用还有待更深入的研究开发。