1．前言
1.1水玻璃简述
水玻璃是各种聚硅酸盐水溶液的通称。铸造上最常用的是钠水玻璃，它是硅酸钠（Na2O∙mSiO2）的水溶液[1]，其价格便宜，来源充足。
硅酸钠是弱酸强碱盐，固态时为白色或灰白色团块或粉末，溶于水时，纯的钠水玻璃外观为无色粘稠液体，由于含铁盐而呈灰色或绿色。pH值一般在11至13之间。钠水玻璃的化学式为Na2O∙mSiO2∙nH2O，此化学式只表示三个组成的物质的量的相互比例，钠水玻璃中的硅酸盐究竟以哪些化合物的形态存在于水玻璃中还不太清楚。在玻璃态和结晶态的硅酸钠中，这些基本单元的排列是无规律的，而在结晶态硅酸钠中则是以规则的几何状态重叠。
水玻璃具有如下特性：
（1）黏结力和强度较高
水玻璃硬化后的主要成分为硅凝胶固体，比表面积大，因而具有较高的黏结力。但水玻璃自身质量、配合料性能及施工养护对强度有显著影响。
（2） 耐酸性好
可以抵抗除氢氟酸（HF）、热磷酸和高级脂肪酸以外的几乎所有无机酸和有机酸本文来自优/文(论"文?网，
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（3）耐热性好
硬化后形成的二氧化硅（SiO2）网状骨架，在高温下强度下降很小，当采用耐热耐火集料配制水玻璃砂浆和混凝土时，耐热度可达 1 000℃。因此水玻璃混凝土的耐热度，也可以理解为主要取决于集料的耐热度。
（4） 耐碱性和耐水性差
易溶于碱，故水玻璃不能在碱性环境中使用。同样由于 NaF、Na2CO3 均溶于水而不耐水，但可采用中等浓度的酸对已硬化水玻璃进行酸洗处理，提高耐水性。
五十年代水玻璃吹二氧化碳工艺广泛应用，该工艺水玻璃加入量高、溃散性差，旧砂不能回用，浪费硅砂资源，大量外排固体废弃物，破坏生态环境，生产铸件质量粗糙，使其面临被淘汰。酯硬化新型水玻璃自硬砂1999年问世，水玻璃加入量1.8-3.0%，强度高、溃散性好、旧砂可再生回用，回用率80-90%，可使用时间可调，可用于机械化造型生产线，也可用于单件小批量生产。可生产几公斤至几百吨的各种铸件，现已在铁路车辆、冶金机械、重型机械、矿山机械、通用机械厂几十家企业推广应用。
简单意义的“水玻璃铸造”就是把水玻璃按照一定的比例加入造型材料（一般指硅砂）中，经过搅拌、碾压混6-8min制成为“水玻璃砂”，装入模具、砂箱中吹入CO2气体，CO2与水玻璃经过化学反应形成硅胶使水玻璃砂硬化，经过起模、合箱、浇注等工序完成铸造过程。
1.2水玻璃砂存在的主要问题
1.2.1溃散性差
溃散性是指铸型浇注后型砂和芯砂溃散的难易程度。过去铸造生产中用黏土干型砂、水玻璃CO2砂工艺，型、芯溃散性差，铸件除砂困难，也是铸造黑、脏、累的根源之一。
在浇注后水玻璃砂具有较大的残留强度。型砂被加热到一定温度后，再冷至室温，这时型砂的强度称为型砂在该温度下的残留强度，残留强度是衡量型砂溃散性的指标。
改善水玻璃砂溃散性的方法：
添加附加物——在水玻璃砂中添加附加物是最简单和最实用的解决型砂溃散性的方法，因而早就受到了国内外铸造工作者的重视。
(1)高岭土
文献[4]中曾作了以易碎性粉状添加剂高岭土、石棉水泥生产中的残料及磷钙土粉改善水玻璃砂溃散性的研究报道，指出：高岭土、石棉水泥生产中的残料及磷钙土粉都能使水玻璃砂撞击功曲线第二峰值向更高的温度区推移，没有添加剂和有添加剂混合料撞击功相应为130J和35～40J。高岭土能提高混合料的初强度，减少水玻璃加入量，且加热和冷却时存在相变，导致粘结膜破坏，因而在这三种添加剂中，高岭土更能改善型砂溃散性。若使用经磺氨酸和甲硅烷改性的高岭土[5]则会进一步改善水玻璃砂的溃散性。
(2)Al2O3
吉林工业大学的黄永寿等人[6]通过研究发现Al2O3粉主要影响水玻璃砂800℃左右的高温残留强度，并随Al2O3粉加入量的增加，残留强度第二峰值明显趋于平缓，见图1.1。
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