調高水玻璃模數的研究

1、調高水玻璃模數的研究談劍 張?？?張方（昆明理工大學，昆明，云南，650093）摘要：在鑄造生產上使用較高模數的水玻璃具有殘留強度低、吹CO2時間短等優(yōu)點，并有好的抗吸濕性和表面穩(wěn)定性，一般低模數的水玻璃可以通過在其中加入一定量的無定形二氧化硅（即白炭黑）來提高模數。該方法雖然能達到調高水玻璃模數的目的，但是經研究表明用這種方法調得的高模數水玻璃質量并不十分理想，在使用上存在很大問題。關鍵詞：水玻璃；模數；無定形二氧化硅；調高模數高模數水玻璃與低模數水玻璃之間最大的不同就是其水玻璃體系中二氧化硅的含量。當濃度一定時，隨著水玻璃體系中二氧化硅含量的增加，模數增加，此時溶液中硅酸溶膠就多，在水玻璃

2、硬化時，隨著水分的脫除，粘度迅速增加、硬化速度加快以致達到最高強度所需的時間短1，因此高模數水玻璃相對于低模數水玻璃，特別是在環(huán)境溫度偏低的冬天，能大大提高水玻璃砂的硬化速度，減少CO2吹氣量，縮短起模時間，提高生產效率2等，所以高模數水玻璃也具有其一定的使用空間和應用價值，有其自身的特點。而目前提高水玻璃模數的方法有兩種：一種是在水玻璃中加入鹽酸（HCl）或氯化銨（NH4Cl）；另一種就是在水玻璃中加入無定形二氧化硅（即白炭黑）；第一種方法已有定論，而第二種方法進行模數調整的效果卻很少有人研究，因此該試驗就是用無定形二氧化硅（即白炭黑）來提高水玻璃模數，并研究用該方法得到的高模數水玻璃對水玻

3、璃砂強度的影響。1、 實驗條件、實驗方法及實驗數據1.1 實驗條件實驗環(huán)境：室內溫度，22，相對濕度，16%實驗設備：SHN碾輪式混砂機、SAC錘擊式制樣機、杠桿式萬能強度試驗機、SWY型液壓萬能試驗機、S.C.202型電熱恒溫干燥箱、天平、燒杯等。實驗用材：市售2.0模數水玻璃、市售2.5模數水玻璃、昆明明朗擦洗砂、市售白炭黑。1.2 實驗方法首先對市售2.0模數水玻璃進行氧化鈉和二氧化硅含量的標定（標定方法：GB/T 4209-1996），測得該水玻璃氧化鈉含量為13.21%，二氧化硅含量為25.91%，按水玻璃模數調整公式：m'=1.033X(SiO2% + x)/Na2O%，其

4、中m'表示調整后的水玻璃模數，x表示無定形二氧化硅即白炭黑的加入百分含量，現要將2.0模數水玻璃調整至2.5模數，因此白炭黑的加入量x=（2.5X13.21%÷1.033）-25.91%，即加入量為6%。稱取250g現有市售2.0模數水玻璃進行水浴加熱(水溫恒定800C) ，稱取白炭黑15g（加入量為6%）邊加入邊攪拌緩慢溶解到水玻璃中去，待白炭黑充分溶解后停止加熱，攪拌，水浴冷卻至室溫。對比實驗如下：1.1不同實驗方案測試用水玻璃列表實驗方案實驗所用水玻璃實驗市售2.0模數水玻璃，即用實驗市售2.5模數水玻璃，即用實驗白炭黑調制的2.5模數水玻璃，調好即用實驗白炭黑調制的2

5、.5模數水玻璃，放置6天后測試實驗市售2.5模數水玻璃，放置6天后測試以上五組實驗均稱取120g對應水玻璃， 2000g砂，SHN碾輪式混砂機，混砂時間2至3分鐘，在SAC錘擊式制樣機上制成50mm×50mm標準試樣。試樣分別制取12個，采用CO2吹硬法，吹氣時間30秒、流量20L/MIN，吹硬后取模，放置，3個為一組測試試樣2小時、5小時、24小時抗壓強度和烘干抗壓強度（烘干溫度200oC，時間40分鐘）。記錄實驗數據。1.3實驗數據1.2不同水玻璃抗壓強度硬化表水玻璃不同硬化時間的抗壓強度（MPa）烘干抗壓強度（MPa）2h5h24h市售2.0模數，即時0.100.240.902

6、.41市售2.5模數，即時0.460.651.332.62調制2.5模數，即時0.290.511.200.84調制2.5模數，6天0.200.370.640.52市售2.5模數，6天0.480.641.302.532、數據分析及討論2.1 該方法調得的2.5模數水玻璃抗壓硬化強度不理想由第、組和第組實驗數據可以看出，用白炭黑調高至2.5模數的水玻璃砂強度并不理想，強度大約只達到了市售2.5模數水玻璃的80%，而烘干強度僅為市售2.5模數水玻璃的30%，甚至比原市售2.0模數水玻璃烘干強度還要低，強度只有其35%。2.2 該方法調得的2.5模數水玻璃存在嚴重的老化現象由第組和第組實驗數據可以看出

7、，用白炭黑調制的2.5模數水玻璃在放置6天后再測量其強度僅為新調置時候的65%，在短短6天時間內強度下降了35%，不僅沒有達到提高模數提高水玻璃強度的作用，反而高的模數加速了水玻璃的老化3，使得水玻璃性質下降甚至不及原市售2.0模數水玻璃；而從第組和第組實驗可以看出，市售2.5模數水玻璃在放置6天后測試的性能基本沒變化。2.3 該方法調得的2.5模數水玻璃質量不理想原因的探討純凈的水玻璃乃是無色透明的液體。而實驗用白炭黑調制成的2.5模數水玻璃則顯渾濁而帶有一定程度的乳白色，初步認為這是由于加入的白炭黑并未完全溶融到水玻璃體系中去而是以微粒的形態(tài)懸濁在水玻璃中所致（雖然該調制水玻璃在放置一周后

8、并沒有沉淀、明顯雜質等異象的產生）。因此只溶解了部分白炭黑的調制2.5模數水玻璃達不到市售2.5模數水玻璃的硬化性能；而懸浮在水玻璃中的另外一部分白炭黑不但沒有起到生成硅酸膠粒的核心作用，反而以雜質的形式存在破壞了硅酸凝膠的形成和其連續(xù)性，使得其強度不僅達不到市售2.5模數水玻璃的要求甚至起到反作用使得烘干強度大大降低。因此，用該方法將白炭黑溶解到水玻璃中去來提高水玻璃模數的方法是不理想的。2.4 調高水玻璃模數方法的探討現已有研究表明：在水玻璃中加入鹽酸（HCl）或氯化銨（NH4Cl）來調高水玻璃模數會產生一定數量的氯化鈉，而氯化鈉是水玻璃中的有害雜質，因此該方法不宜再使用4；而在水玻璃中加

9、入無定形二氧化硅（即白炭黑）的方法經由以上實驗測試，效果也不理想。但是本次實驗所用的無定形二氧化硅（即白炭黑）采用的是水?。囟?00C）加熱，常壓溶解，那么在熱壓釜（高溫高壓）中白炭黑是否能充分溶解，調制成的水玻璃能否達到其應有的使用性能，還有待進一步的實驗測試和驗證。3、結論綜上所述，采用一般方法將無定形二氧化硅（即白炭黑）溶解到水玻璃中來調高水玻璃模數的方法是不很理想的，存在溶解不完全和嚴重的老化現象，而加入鹽酸（HCl）或氯化銨（NH4Cl）也是不可取的，因此建議廣大鑄造工作者不宜進行水玻璃模數的調整而是盡量購買合適模數的優(yōu)質純凈水玻璃，若需要進行水玻璃模數的調整則要有一定的實驗驗證，且調制出來的水玻璃也不宜久存，還需對其進行適當的物理改性以防止老化，否則容易產生負面影響，達不到應有的使用性能，造成經濟上的損失。主要參考文獻1