水玻璃改性固化黄土的水稳性机理研究

钠水玻璃的老化过程是其内部能量缓慢释放的过程，那么消除水玻璃的老化就必须向老化的水玻璃体系中输入能量，促使硅酸的聚合度重新均匀化，消除水玻璃的老化。水玻璃物理改性目前有两种解释。

上海交通大学与南京大学从胶体化学的角度出发，得出水玻璃物理改性机理如下：硅酸在酸性条件下进行的聚合往往是不可逆的，而在碱性条件下（水玻璃中）却是可逆的，所以在磁场、超声、微波、加热回流等供应能量时，胶粒很可能重新解聚，使聚硅酸钠的分子量又重新平均化，回到其初始的平衡状态。此外，他们还用实验证明，无论是钠水玻璃和钾水玻璃，高或低模数，经过物理改性后，都有恢复到原有状态（老化1天）的趋向［21］。

华中科技大学以纳米技术的观点来看水玻璃物理改性机理：粒子越小其表面悬空键越多，吸附及化学反应能力越强。水玻璃在最初一段时间内，纳米小粒子多，其黏结性最强；贮存时间越长，纳米粒子越少，黏结力也就下降。老化使水玻璃中的纳米粒子团聚（缩聚）成团聚体（高聚硅酸的缩聚产物），该团聚体是不能再水解的。在外界给予能量（如磁场等）的情况下，这些团聚体可以被打散而重新产生出纳米粒子，使黏结性能再度恢复［15］。王惠祖［14］也对水玻璃中纳米粒子的变化进行了长达200多天的观察，测试水玻璃纳米粒子从无到有，又从有到无的过程。得出的结论是：水玻璃的老化是由于水玻璃中纳米粒子因团聚而消亡，也就是硅酸的聚合作用生成了多硅酸的团聚体。这种团聚体在无外界能量给予的情况下是不可能再产生出纳米粒子来的，需进行改性消除水玻璃的老化，才又会产生出纳米粒子。消除水玻璃的老化，物理改性在于给予能量，主要方法有加热、磁场、超声波处理等。

1）加热

在图3-5中，不同模数的钠水玻璃的黏度随温度的升高而降低，50℃以上时，不同模数的钠水玻璃的黏度显著降低，消除了其老化现象，黏结强度得以恢复。加热改性或温度改性技术较简单，在岩土灌浆中操作性强，易于实现。

2）超声振荡处理(www.xing528.com)

超声振荡处理的方法主要有两种［15］：

第一，将装有钠水玻璃的容器置于超声波清洗器的洗槽内，槽内放有40 mm深的水，超声频率13.5 Hz～18 Hz。开动超声波清洗器，振动一定时间，对水玻璃进行改性，向水玻璃补充能量，以提高其抗老化性能。这种方法适用于实验室研究，能耗低、设备简单。

第二，将超声发生器的磁致伸缩杆直接插入盛有水玻璃的容器中，超声频率16 Hz～25 Hz，功率视水玻璃黏结剂的处理量而定。该法适用于实际生产中应用。

3）磁场处理

磁场处理最适用于中模数水玻璃（m=2.35～2.6）［15］。水玻璃黏结剂磁化后应该尽快使用，放置一段时间后会有强度衰退现象［22］。