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陜西油田專用鉆井劑水玻璃硅酸鈉

水玻璃是化學漿液中無機類的一種注漿材料。由于它的價格低廉,貨源較廣,適于各種工程的需要以及配制簡便等優點,故目前仍然是一種大量使用的行之有效的化學漿液。我國所用的水玻璃漿液類型,除了有單一使用的外,大多使用的是水玻璃復合漿液,如水玻璃-氧化鈣、水玻璃-鋁酸鈉、水玻璃-水泥,水玻璃-稀磷酸等。

水玻璃是一種能溶于水的硅酸鹽。它是由不同比例的堿金屬和二氧化硅所組成。最常用的是硅酸鈉水玻璃Na2O·nSiO2,還有硅酸鉀K2O·nSiO2。通常把水玻璃組成中的二氧化硅和氧化鈉(或氧化鉀)的克分子摩爾數之比,稱為模數M。一般水玻璃的模數從1到4之間,模數為0.5的水玻璃(相當于原硅酸鈉)沒有實用價值,而實用價值最大的水玻璃其M在2.0~3.5。模數是影響水玻璃的重要因素,水玻璃在水中溶解的難易程度隨模數而定,M為1時能溶于常溫水中;M加大,則只能溶于熱水中;當M大于3,要在4×105Pa以上蒸氣中才能溶解。低模數的水玻璃晶體組分較多,粘結能力較差。模數高時,膠體組合相對增多,粘結能力也大。目前生產的水玻璃模數在1~3.6之間都有,一般生產的濃度品種有:35°B、40°B、45°B、56°波美度等。除液體水玻璃外,還有不同形狀(塊狀、粒狀、粉狀)的固體水玻璃。液體水玻璃呈青灰色或黃綠色,以無色透明為好。它與水可按任意比例混合成不同濃度(比重)的溶液。同模數的水玻璃溶液,其濃度越高,則比重越大,粘結力越強。常用的固體水玻璃模數為2.6~2.8,比重為1.36~1.50。其濃度常用波美比重計來測定,以波美度(Be)表示。工廠生產的水玻璃濃度為50~56波美度,而一般注漿則多采用35~40波美度,故使用時需加水稀釋。水玻璃的粘度與模數、濃度和溫度關系密切。通常粘度隨溫度降低,模數隨濃度的增加而加大。溫度為-2℃時,水玻璃會開始凍結。液體水玻璃吸收空氣中的CO2,形成無定形硅酸,并逐漸干燥而硬化。反應式為:

      Na2O·nSiO2+CO2+mH2O-→Na2CO3+nSiO2·mH2O

  為加速水玻璃的硬化,常加入硅氟酸鈉Na2SiF6或氟化鈣,水玻璃中加入硅氟酸鈉會發生以下反應,能促使硅酸凝膠加速析出:

      2[Na2O·nSiO2]+Na2SiF6+mH2O-→6NaF+(2n+1)SiO2·mH2O

  硅氟酸鈉的適當加量為水玻璃重量的12%~15%,加量越多,凝結越快。

  作為地基灌漿材料使用時,常將水玻璃溶液與氯化鈣溶液交替地灌入基礎中,其反應式如下:

    Na2O·nSiO2+CaCl2+mH2O-→nSiO2·(m-1)H2O+Ca(OH)2+2NaCl

 反應生成的硅膠起膠結作用,能包裹上粒并充填于孔隙中,而Ca(OH)2又與加入的CaCl2反應生成氫氧化鈣,也起膠結與充填孔隙的作用,故既使基礎提高強度,又能增強其不透水性。

 當水玻璃與水泥水化時所析出的活性很強的氫氧化鈣作用時,可生成具有一定強度的硅酸鈣膠體,使水泥石的強度相應增大,其反應式為:

      Na2O·nSiO2+Ca(OH)2-→CaO·nSiO2↓+2NaOH

  因而將水玻璃加入水泥漿中,可使水泥漿急驟硬化,因而可用于堵水堵漏。

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