水玻璃對砂巖浸漬效果的試驗研究

唐世亮，江志萍

(1重慶建工住宅建設有限公司，重慶400015；2重慶漢泰置業(yè)有限公司，重慶400011)

水玻璃對砂巖浸漬效果的試驗研究

唐世亮1，江志萍2

(1重慶建工住宅建設有限公司，重慶400015；2重慶漢泰置業(yè)有限公司，重慶400011)

該文通過水玻璃浸漬砂巖，研究水玻璃模數(shù)、密度對砂巖質(zhì)量吸水率和干燥壓縮強度的影響。研究結(jié)果表明：隨水玻璃模數(shù)的增加，砂巖質(zhì)量吸水率和壓縮強度先提高后減少，隨水玻璃密度的增加，砂巖質(zhì)量吸水率和壓縮強度亦先提高后減少，為了獲得較好的浸漬效果，改善砂巖性能，水玻璃模數(shù)宜控制在約3.0，密度宜控制在約1.465g/cm3。

水玻璃；模數(shù)；密度；質(zhì)量吸水率；干燥壓縮強度；真氣孔率；凍融循環(huán)

0 引言

砂巖是一種沉積巖，主要由砂粒膠結(jié)而成，絕大部分砂巖都是由長石或石英組成。一般情況下，砂巖中粒含量應大于50%，主要含有硅、鈣、黏土和氧化鐵，結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。由于砂巖具有不污染、不反光、不輻射、不易風化、可吸熱、保溫節(jié)能、抗滑等性能優(yōu)點，從而具有很高的使用價值，已經(jīng)成為使用最為廣泛的建筑裝飾石材之一。數(shù)百年前用砂巖裝飾而成的建筑至今仍保存完好，如法國的盧浮宮和巴黎圣母院，美國的哈佛大學等。近年來砂巖作為一種天然建筑裝飾材料，被追隨時尚和自然的建筑設計師所關注，已廣泛地應用在商業(yè)和家庭裝飾裝修上。

盡管砂巖的使用歷史悠久，應用廣泛，且市場需求激增，但不可避免的是砂巖由于自身的物理化學性質(zhì)，決定了其在使用過程中會存在各種缺陷，主要表現(xiàn)為：（1）砂巖孔隙率大、吸水性強，因此砂巖易被水浸透，也容易被凍融破壞，同時，各種污染物也容易通過孔隙進入砂巖內(nèi)部，產(chǎn)生油斑、污漬等污染，影響其本色；（2）由于砂巖的孔隙率大、吸水率高，故砂巖的硬度和耐磨性都較差，強度較低，耐候性較差，從而導致砂巖使用壽命縮短，限制了砂巖的使用范圍；（3）砂巖，尤其是紅砂巖中鐵元素含量高，當水分通過砂巖孔隙進入砂巖內(nèi)部時，會與鐵化合物等發(fā)生化學反應，從而產(chǎn)生銹斑和吐黃等石材病變現(xiàn)象，導致砂巖失去原有的自然色彩；（4）砂巖容易受到苔蘚等植物的侵蝕，這些植物會在砂巖孔隙中生長，破壞砂巖原有自然色彩，產(chǎn)生色變現(xiàn)象，同時也會降低砂巖強度和使用壽命。綜合以上原因分析，砂巖之所以容易產(chǎn)生諸多性能缺陷，其內(nèi)在的一個主要原因是砂巖本身孔隙率大，易吸水。外界侵蝕介質(zhì)正是通過孔隙和水分進入砂巖內(nèi)部對其產(chǎn)生破壞作用，因此，要克服砂巖的這些缺陷，必須盡可能降低砂巖孔隙率和吸水率。水玻璃溶液可通過孔隙進入砂巖內(nèi)部后產(chǎn)生固化作用，并保持在孔隙內(nèi)，從而降低砂巖孔隙率。基于以上分析，本文主要以黃砂巖為研究對象，考查水玻璃模數(shù)、密度對砂巖質(zhì)量吸水率、干燥壓縮強度的影響。

1 原材料及試驗方法

1.1 試驗用主要原材料

（1）水玻璃：重慶某水玻璃廠生產(chǎn)。

（2）砂巖：重慶某石材廠生產(chǎn)的黃砂巖板，其尺寸規(guī)格為600×300×25mm。

（3）NaOH：四川德陽某化工廠生產(chǎn)的片堿，純度為99%，用于調(diào)整水玻璃模數(shù)。

1.2 試驗方法

（1）質(zhì)量吸水率試驗方法參照《天然飾面石材試驗方法第3部分：體積密度、真密度、真氣孔率、吸水率試驗方法》GB/ T9966.3-2001進行。

（2）干燥壓縮強度試驗方法參照《天然飾面石材試驗方法第1部分：干燥、水飽和、凍融循環(huán)后壓縮強度試驗方法》GB/ T9966.1-2001進行。

2 水玻璃性質(zhì)對砂巖性質(zhì)的影響

2.1 水玻璃模數(shù)對砂巖性質(zhì)的影響

水玻璃模數(shù)是水玻璃中二氧化硅和氧化鈉的物質(zhì)量之比，是影響水玻璃質(zhì)量的一個重要參數(shù)。為了研究不同水玻璃模數(shù)對黃砂巖性能的影響，本次試驗利用NaOH，對水玻璃模數(shù)進行了調(diào)整，獲得了模數(shù)分別為1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5的水玻璃。然后將烘干后的砂巖試件分別放入不同模數(shù)水玻璃溶液中浸漬48h，再測試黃砂巖浸漬前后的質(zhì)量吸水率、干燥壓縮強度的變化情況，測試結(jié)果見圖1、圖2。

圖1 鈉水玻璃對砂巖質(zhì)量吸水率的影響

圖2 鈉水玻璃模數(shù)對砂巖壓縮強度的影響

由圖1可知，水玻璃模數(shù)對黃砂巖質(zhì)量吸水率產(chǎn)生了一定的影響，當水玻璃模數(shù)在1.0～3.0內(nèi)時，黃砂巖質(zhì)量變化率隨水玻璃模數(shù)的增加而變大，但當水玻璃模數(shù)繼續(xù)增加，達到3.5時，其質(zhì)量變化率反而變小。這主要是因為水玻璃模數(shù)過大時，粘度過大，反而影響水玻璃向砂巖內(nèi)部滲透程度，只有當水玻璃模數(shù)適當?shù)臅r候，才能使水玻璃充分滲透到黃砂巖的內(nèi)部，又能通過固化作用保留在黃砂巖內(nèi)部孔隙內(nèi)。從試驗的結(jié)果可知，當水玻璃模數(shù)為3.0時，具有最好的浸漬效果。另外由圖2可知，水玻璃模數(shù)對砂巖干燥壓縮強度的影響與水玻璃模數(shù)對砂巖質(zhì)量吸水率有著類似的影響規(guī)律。

2.2 水玻璃密度對砂巖性能的影響

水玻璃密度與水玻璃液體自身的溫度和濃度相關，因此水玻璃的密度可以間接反應水玻璃溶液中硅酸鈉固體的含量，密度越大則水玻璃中硅酸鈉固體含量越高。本次試驗選取了模數(shù)為3.0的水玻璃溶液，并加水稀釋對其密度進行調(diào)整。然后將烘干后的砂巖試件分別放入不同密度水玻璃溶液中浸漬48h，再測試黃砂巖浸漬前后的質(zhì)量吸水率、干燥壓縮強度的變化情況，測試結(jié)果見圖3、圖4。

由圖3可知水玻璃密度對黃砂巖質(zhì)量吸水率產(chǎn)生了一定的影響，當水玻璃密度在1.146～1.465g/cm3內(nèi)時，黃砂巖質(zhì)量變化率隨水玻璃密度的增加而變大，但當水玻璃密度繼續(xù)增加，達到1.573g/cm3時，其質(zhì)量變化率反而變小。由此可見，當水玻璃密度為1.465g/cm3時，具有最好的浸漬效果。這主要是因為水玻璃密度過大時，其濃度和粘度較大，水玻璃通過砂巖內(nèi)部開口孔隙進入其內(nèi)部的難度增加，從而降低浸漬效果，只有當水玻璃密度適當?shù)臅r候，才能使水玻璃充分滲透到黃砂巖的內(nèi)部，又能通過固化作用較好地保留在黃砂巖內(nèi)部孔隙內(nèi)。另外由圖4可知，水玻璃密度對砂巖干燥壓縮強度的影響與水玻璃模數(shù)對砂巖質(zhì)量吸水率有著類似的影響規(guī)律。

圖3 鈉水玻璃密度對砂巖質(zhì)量吸水率的影響

圖4 鈉水玻璃密度對砂巖壓縮強度的影響

3 結(jié)論

（1)當水玻璃模數(shù)在1.0～3.0內(nèi)時，砂巖質(zhì)量變化率和壓縮強度變化率隨水玻璃模數(shù)的增加而變大，但當水玻璃模數(shù)繼續(xù)增加，達到3.5時，其質(zhì)量變化率反而變小。當水玻璃模數(shù)為3.0時，具有最好的浸漬效果。

（2）當水玻璃密度在1.146～1.465g/cm3內(nèi)時，砂巖質(zhì)量變化率和壓縮強度變化率隨水玻璃密度的增加而變大，但當水玻璃密度數(shù)繼續(xù)增加，達到1.573g/cm3時，其質(zhì)量變化率反而變小。當水玻璃密度為1.465g/cm3時，具有最好的浸漬效果。

綜上可知，為了獲得較好的浸漬效果，改善砂巖性能，水玻璃模數(shù)宜控制在約3.0，密度宜控制在約1.465g/cm3。

責任編輯：孫蘇，李紅

Experimental Study on Impregnation Effectof Sodium Silicate on Sandstone

Through the impregnation of sodium silicate on sandstone,the effectof sodium silicate modulus and density on the water absorption and dry compression strength ofsandstone are studied.The study results show thatthe water absorption and dry compression strength increase then decrease with the increase of sodium silicate modulus and they also react the same with the increase of sodium silicate density.To gain better impregnation effectand improve sandstone performance,sodium silicate modulus should be atabout3.0 with density atabout1.465g/cm3.

sodium silicate;modulus;density;specific absorption of quality;dry compression strength;true porosity;freeze-thaw cycle

TU524

A

1671-9107（2013）05-0055-02

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.05.055

2013-03-20

唐世亮（1974-），男，重慶人，本科，工程師，主要從事工程質(zhì)量技術(shù)管理工作。