水玻璃对砂岩浸渍效果的试验研究

唐世亮，江志萍

(1重庆建工住宅建设有限公司，重庆400015；2重庆汉泰置业有限公司，重庆400011)

水玻璃对砂岩浸渍效果的试验研究

唐世亮1，江志萍2

(1重庆建工住宅建设有限公司，重庆400015；2重庆汉泰置业有限公司，重庆400011)

该文通过水玻璃浸渍砂岩，研究水玻璃模数、密度对砂岩质量吸水率和干燥压缩强度的影响。研究结果表明：随水玻璃模数的增加，砂岩质量吸水率和压缩强度先提高后减少，随水玻璃密度的增加，砂岩质量吸水率和压缩强度亦先提高后减少，为了获得较好的浸渍效果，改善砂岩性能，水玻璃模数宜控制在约3.0，密度宜控制在约1.465g/cm3。

水玻璃；模数；密度；质量吸水率；干燥压缩强度；真气孔率；冻融循环

0 引言

砂岩是一种沉积岩，主要由砂粒胶结而成，绝大部分砂岩都是由长石或石英组成。一般情况下，砂岩中粒含量应大于50%，主要含有硅、钙、黏土和氧化铁，结构较稳定。由于砂岩具有不污染、不反光、不辐射、不易风化、可吸热、保温节能、抗滑等性能优点，从而具有很高的使用价值，已经成为使用最为广泛的建筑装饰石材之一。数百年前用砂岩装饰而成的建筑至今仍保存完好，如法国的卢浮宫和巴黎圣母院，美国的哈佛大学等。近年来砂岩作为一种天然建筑装饰材料，被追随时尚和自然的建筑设计师所关注，已广泛地应用在商业和家庭装饰装修上。

尽管砂岩的使用历史悠久，应用广泛，且市场需求激增，但不可避免的是砂岩由于自身的物理化学性质，决定了其在使用过程中会存在各种缺陷，主要表现为：（1）砂岩孔隙率大、吸水性强，因此砂岩易被水浸透，也容易被冻融破坏，同时，各种污染物也容易通过孔隙进入砂岩内部，产生油斑、污渍等污染，影响其本色；（2）由于砂岩的孔隙率大、吸水率高，故砂岩的硬度和耐磨性都较差，强度较低，耐候性较差，从而导致砂岩使用寿命缩短，限制了砂岩的使用范围；（3）砂岩，尤其是红砂岩中铁元素含量高，当水分通过砂岩孔隙进入砂岩内部时，会与铁化合物等发生化学反应，从而产生锈斑和吐黄等石材病变现象，导致砂岩失去原有的自然色彩；（4）砂岩容易受到苔藓等植物的侵蚀，这些植物会在砂岩孔隙中生长，破坏砂岩原有自然色彩，产生色变现象，同时也会降低砂岩强度和使用寿命。综合以上原因分析，砂岩之所以容易产生诸多性能缺陷，其内在的一个主要原因是砂岩本身孔隙率大，易吸水。外界侵蚀介质正是通过孔隙和水分进入砂岩内部对其产生破坏作用，因此，要克服砂岩的这些缺陷，必须尽可能降低砂岩孔隙率和吸水率。水玻璃溶液可通过孔隙进入砂岩内部后产生固化作用，并保持在孔隙内，从而降低砂岩孔隙率。基于以上分析，本文主要以黄砂岩为研究对象，考查水玻璃模数、密度对砂岩质量吸水率、干燥压缩强度的影响。

1 原材料及试验方法

1.1 试验用主要原材料

（1）水玻璃：重庆某水玻璃厂生产。

（2）砂岩：重庆某石材厂生产的黄砂岩板，其尺寸规格为600×300×25mm。

（3）NaOH：四川德阳某化工厂生产的片碱，纯度为99%，用于调整水玻璃模数。

1.2 试验方法

（1）质量吸水率试验方法参照《天然饰面石材试验方法第3部分：体积密度、真密度、真气孔率、吸水率试验方法》GB/ T9966.3-2001进行。

（2）干燥压缩强度试验方法参照《天然饰面石材试验方法第1部分：干燥、水饱和、冻融循环后压缩强度试验方法》GB/ T9966.1-2001进行。

2 水玻璃性质对砂岩性质的影响

2.1 水玻璃模数对砂岩性质的影响

水玻璃模数是水玻璃中二氧化硅和氧化钠的物质量之比，是影响水玻璃质量的一个重要参数。为了研究不同水玻璃模数对黄砂岩性能的影响，本次试验利用NaOH，对水玻璃模数进行了调整，获得了模数分别为1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5的水玻璃。然后将烘干后的砂岩试件分别放入不同模数水玻璃溶液中浸渍48h，再测试黄砂岩浸渍前后的质量吸水率、干燥压缩强度的变化情况，测试结果见图1、图2。

图1 钠水玻璃对砂岩质量吸水率的影响

图2 钠水玻璃模数对砂岩压缩强度的影响

由图1可知，水玻璃模数对黄砂岩质量吸水率产生了一定的影响，当水玻璃模数在1.0～3.0内时，黄砂岩质量变化率随水玻璃模数的增加而变大，但当水玻璃模数继续增加，达到3.5时，其质量变化率反而变小。这主要是因为水玻璃模数过大时，粘度过大，反而影响水玻璃向砂岩内部渗透程度，只有当水玻璃模数适当的时候，才能使水玻璃充分渗透到黄砂岩的内部，又能通过固化作用保留在黄砂岩内部孔隙内。从试验的结果可知，当水玻璃模数为3.0时，具有最好的浸渍效果。另外由图2可知，水玻璃模数对砂岩干燥压缩强度的影响与水玻璃模数对砂岩质量吸水率有着类似的影响规律。

2.2 水玻璃密度对砂岩性能的影响

水玻璃密度与水玻璃液体自身的温度和浓度相关，因此水玻璃的密度可以间接反应水玻璃溶液中硅酸钠固体的含量，密度越大则水玻璃中硅酸钠固体含量越高。本次试验选取了模数为3.0的水玻璃溶液，并加水稀释对其密度进行调整。然后将烘干后的砂岩试件分别放入不同密度水玻璃溶液中浸渍48h，再测试黄砂岩浸渍前后的质量吸水率、干燥压缩强度的变化情况，测试结果见图3、图4。

由图3可知水玻璃密度对黄砂岩质量吸水率产生了一定的影响，当水玻璃密度在1.146～1.465g/cm3内时，黄砂岩质量变化率随水玻璃密度的增加而变大，但当水玻璃密度继续增加，达到1.573g/cm3时，其质量变化率反而变小。由此可见，当水玻璃密度为1.465g/cm3时，具有最好的浸渍效果。这主要是因为水玻璃密度过大时，其浓度和粘度较大，水玻璃通过砂岩内部开口孔隙进入其内部的难度增加，从而降低浸渍效果，只有当水玻璃密度适当的时候，才能使水玻璃充分渗透到黄砂岩的内部，又能通过固化作用较好地保留在黄砂岩内部孔隙内。另外由图4可知，水玻璃密度对砂岩干燥压缩强度的影响与水玻璃模数对砂岩质量吸水率有着类似的影响规律。

图3 钠水玻璃密度对砂岩质量吸水率的影响

图4 钠水玻璃密度对砂岩压缩强度的影响

3 结论

（1)当水玻璃模数在1.0～3.0内时，砂岩质量变化率和压缩强度变化率随水玻璃模数的增加而变大，但当水玻璃模数继续增加，达到3.5时，其质量变化率反而变小。当水玻璃模数为3.0时，具有最好的浸渍效果。

（2）当水玻璃密度在1.146～1.465g/cm3内时，砂岩质量变化率和压缩强度变化率随水玻璃密度的增加而变大，但当水玻璃密度数继续增加，达到1.573g/cm3时，其质量变化率反而变小。当水玻璃密度为1.465g/cm3时，具有最好的浸渍效果。

综上可知，为了获得较好的浸渍效果，改善砂岩性能，水玻璃模数宜控制在约3.0，密度宜控制在约1.465g/cm3。

责任编辑：孙苏，李红

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，重庆人，本科，工程师，主要从事工程质量技术管理工作。