Сферы применения и свойства жидкого стекла

Жидкое, или растворимое стекло – это водно-щелочной раствор силиката натрия, калия или лития. В застывшем виде он имеет вид расплава, прозрачного или слегка окрашенного в желтоватый или зеленоватый цвет.

На отечественном строительном рынке раствор можно встретить под торговым наименованием «силикатный клей».

Виды жидкого стекла

Существует несколько способов получения этого вещества:

• Нагревом под большим давлением сырья, содержащего кремнезём, с гидроксидом натрия, калия или лития;
• Нагревом в высокотемпературных печах кварцевого песка и соды;
• Растворением кремниесодержащих осадочных пород в щелочах с одновременным нагреванием до температуры кипения.

В результате, в зависимости от состава компонентов, получают натриевое, литиевое или калиевое жидкое стекло. Согласно действующим нормативно-техническим стандартам, в нашей стране производятся два вида растворов – калиевый и натриевый.

В небольших объёмах и в качестве опытных партий выпускаются также растворы на основе лития и четвертичного аммония. Для них пока ещё нет четко разработанных стандартов, поэтому их производство регламентируется временными техусловиями исследовательских лабораторий.

Литиевые и аммониевые жидкие стёкла не имеют большого распространения из-за их ничтожно малого производства и высокой себестоимости.

Таблица 1. Способы производства натриево-водного силиката различных типов.

Силикатный раствор натрия

Это наиболее распространённый вид силикатных растворов, отличающийся высокой адгезией с другими материалами, хорошей растворимостью и относительно низкой стоимостью.

Хорошее взаимодействие с различными минералами позволяет добавлять натриевое жидкое стекло в бетон, для улучшения его качества.

Благодаря устойчивости к воздействию внешних факторов, его можно применять для работ на открытом воздухе в регионах с самыми суровыми климатическими условиями.

Материал применяют в следующих областях:

• Строительство. Жидкое стекло применяется для гидроизоляции подвалов, фундаментов, бассейнов. Кроме этого, силикатный раствор натрия можно использовать как теплоизоляционный материал или антисептик – использование в качестве пропитки для древесины повышает её стойкость к поражению грибками и плесенью.
• Металлургия. В металлургической промышленности песчаный раствор с жидким стеклом используют для изготовления форм для отливки.
• Бурение и нефтедобыча. Натриевое стекло применяют для укрепления (силикатизации) буровых скважин, создания разделительной мембраны между нефтеносными и водонасыщенными слоями.
• Химическое производство. С применением растворимого стекла изготавливают средства бытовой химии, лаки, краски.
• В быту возможно применение натриевых силикатов в качестве состава, которым можно клеить фарфор, ткани, керамику, дерево. Вещество включается в состав полиролей для автомобилей, стеклянных и окрашенных поверхностей.

А еще с помощью жидкого стекла можно создавать удивительно красивые столешницы

Калийный раствор

Калиевое стекло также отличается повышенной стойкостью к коррозии, воздействию кислотных сред и перепадам температуры и влажности. Внешне от натриевых силикатов оно отличается тем, что после высыхания имеет матовую поверхность. Ввиду этого его часто используют для нанесения на различные поверхности – покрытие жидким стеклом позволяет избавиться от бликов.

Таблица 2. Виды красок на основе раствора силиката калия и нормативы их расхода.

Себестоимость производства калийных силикатов значительно выше, нежели натриевых, что ограничивает широту их использования в промышленности и быту. Спектр использования в основном ограничен лакокрасочным производством и изготовлением электродов для электросварки. Обработка жидким стеклом любой поверхности придаёт ей огнеупорные свойства.

Технические характеристики и свойства

Эксплуатационно-технические характеристики регламентируются стандартами качества ГОСТ №13-078-81. Они могут несколько различаться для разных типов силикатных растворов и зависят от следующих показателей:

• Вида катиона – калий, натрий, литий, четвертной аммоний;
• Плотности жидкого стекла;
• Значения силикатного модуля;
• Процентного соотношения силикатов к общему объёму вещества.
• Вязкости раствора.

Поэтому, перед тем, как выбрать тот или иной состав следует внимательно ознакомиться с его характеристиками.

Эксплуатационные свойства

Готовые к применению составы обладают следующими свойствами:

• Гидрофобность. Обработка поверхности водными силикатами позволяет создать на ней защитное покрытие, предотвращающее впитывание влаги в мельчайшие поры и микротрещины. Благодаря этому свойству в строительстве широко используется гидроизоляция жидким стеклом;
• Антисептичность. Пропитка деревянных изделий, наружных или внутренних стен зданий предотвращает появление на них грибка;
• Огнестойкость. Силикатные растворы могут выступать в качестве антипиренов, придавая обработанным покрытиям огнестойкие качества;
• Антистатичность. Жидкое стекло после застывания не накапливает на своей поверхности статического электричества, вследствие чего не притягивает к себе пыль и мелкую грязь;
• Свойства отвердителя. Грунтовка поверхностей жидким силикатом позволяет увеличить их плотность благодаря заполнению всех пор и пустот;
• Стойкость к агрессивным химическим средам. Добавка силиката натрия или калия в любые строительно-отделочные смеси – штукатурку, лакокрасочные составы, – повышает их стойкость к воздействию кислых и щелочных сред.

Жидкое стекло достаточно долговечно – время его эксплуатации при нанесении с соблюдением всех технологических условий, может превышать 5 и более лет. На воздухе концентрированная смесь может сохнуть от 10-15 минут до часа. В различных растворах (например, с цементом) сроки застывания составляют от 2-3 часов до суток.

На время затвердения оказывают влияние такие факторы как:

• Показатели влажности воздуха;
• Температура воздуха;
• Пропорции смеси – процент содержания в них силиката.

Таблица 3. Состав и технические характеристики разных типов натриевого стекла.

Жидкие силикатные растворы в строительстве

Как уже отмечалось, вещество широко применяется в строительстве и отделочной сфере:

• С его помощью производится гидроизоляция фундаментов, подвалов и прочих помещений, подверженных воздействию повышенной влажности.
• Благодаря низким показателям теплопроводности, водные силикаты могут использоваться и в качестве обмазочных теплоизоляционных материалов.
• Стойкость к повышенным температурам позволяет использовать силикатные составы для увеличения стойкости конструкционных материалов к повышенным температурам и к открытому огню.

Для чего жидкое стекло добавляют в бетон

Одним из главных направлений использования силикатных растворов в строительстве – добавление их в состав бетона, что позволяет значительно улучшить технические и эксплуатационные свойства. Прежде всего, благодаря повышенной текучести, водорастворимые силикаты заполняют все поры и трещины бетонной поверхности. Это даёт возможность:

• Создать влагозащитный слой. После высыхания бетонные растворы приобретают большую пористость. Поэтому конструкции из бетона подвержены воздействию влаги – вода, заполняя мелкие трещины и поры, в зимнее время превращается в лёд и увеличивается в объёме. В результате внутренние трещины расширяются, что через несколько климатических циклов может привести к растрескиванию и разрушению бетонной заливки. Силикатные составы, заполняя мелкие отверстия, препятствуют проникновению влаги вглубь бетона. Жидкие силикаты также увеличивают скорость схватывания бетона;
• Укрепить поверхность. Особенностью бетонных конструкций является невысокая плотность и пористость верхних слоёв. Поэтому они не особенно стойки к различным внешним воздействиям – от физических нагрузок до перепадов температур. Жидкое стекло, благодаря своим хорошим клеящим способностям, играет для бетона укрепляющую роль, делая его более крепким и стойким к агрессивным внешним воздействиям.
• Произвести антисептическую защиту. Антисептические качества силикатных составов создают защиту бетонных стен от появления плесени и грибковых поражений;
• Повысить жаропрочность бетона.

Нюансы использования жидкого стекла

При изготовлении бетонных составов с использованием водорастворимых силикатов следует помнить, что их высокая концентрация может привести к ухудшению технических свойств бетона. Бетонные растворы должны включать в себя не более чем 3% из жидкого стекла.

Это связано с тем, что со временем силикаты могут вымываться водой, и на их месте остаются раковины и поры, что ведёт к преждевременному разрушению полой конструкции.

Другой негативный момент состоит в ослаблении прочности бетона при переизбытке жидкого стекла. Первоначально, силикаты, увеличивая скорость схватывания бетона, ведут к быстрому набору прочности. Однако, уже через 2 недели этот показатель начинает падать и бетонные растворы, изготовленные по традиционной технологии, обгоняют силикатные по этому показателю.

Чем больше добавлено в состав бетона жидкого стекла, тем ниже получится его прочность после полного застывания.

Защитная силикатная плёнка, образующаяся на поверхности бетонных стен, может значительно ухудшать их адгезию. В результате становится затруднительной декоративная обработка стен – облицовка плиткой, окраска, побелка.

Назначение и применение силикатно-цементных растворов

Цементные растворы, изготовляемые с применением жидкого стекла, могут использоваться для наружной отделки бетонных стен, что позволяет увеличить устойчивость поверхностей к сырости и высоким температурам. Для создания термозащитного слоя используются силикатно-цементные растворы, приготовленные в следующих пропорциях:

• Портландцемент – 65-70%.
• Жидкое стекло – 30-35%.

Структура обычного бетона начинает разрушаться уже при температуре, превышающей 200^оС. Использование обмазочной термоизоляции позволяет поднять этот порог до 1000 и более градусов.

С помощью такого же цементно-силикатного раствора можно создавать влагозащитные слои для бетонных конструкций. Подобным образом производится гидроизоляция подвала, внешних стен фундамента, пола и т.д.

Пропорции замеса зависят от области применения состава. В таблице даны рекомендуемые соотношения цемента и жидких силикатов для того или иного случая.

При замесе раствора сухой концентрат жидкого стекла растворяется в воде, после чего в неё последовательно добавляются цемент и песок в нужных пропорциях.

Гидроизоляция бетонного пола и стен

При проведении работ по гидроизоляции, следует соблюдать технические рекомендации и нормативы СНиП. При необходимости обработки цементно-силикатным раствором бассейна, наносить жидкое стекло можно как на внутренние, так и на наружные его поверхности. Для улучшения эффекта, возможно произвести комплексную гидроизоляцию.

Силикатно-цементный раствор наносится на бетонную поверхность бассейна 2-3 слоями, при этом каждый последующий слой следует наносить только после полного высыхания предыдущего.

Гидроизоляция пола жидким стеклом производится следующим образом:

1. Производится предварительная подготовка: обеспыливание, зачистка старого покрытия и т.д;
2. Плита покрывается адгезионным грунт-составом;
3. На пол ровным слоем укладывается жидкая стяжка из цементно-силикатного раствора;
4. После «схватывания» стяжки можно приступать к укладке финишного напольного покрытия.

При обработке стен подвала или фундамента, прежде всего производится зачистка и обработка швов и стыков. После высыхания швов обрабатывается вся поверхность стены. Обработка вновь повторяется спустя сутки. Раствор наносится малярной кистью, валиком или штукатурной кельмой.

Условия хранения и техника безопасности

Согласно инструкции от производителя, хранить жидкое стекло следует в ёмкостях из нержавеющей стали, или в таре, изготовленной из полимеров, стойких к воздействию химических сред. Перед этим пластиковые тары должны быть исследованы на устойчивость к воздействию щелочных и кислотных сред, а также воздействию высоких температур.

Ёмкости, изготовленные из оцинкованного железа, алюминиевых сплавов и стекла не годятся для хранения водорастворимых силикатов, так как имеют свойство вступать с ними в реакцию. Это может привести к образованию нежелательных химических соединений, ухудшающих эксплуатационно-технические характеристики растворов.

Также нельзя допускать замерзания силикатных составов. В зимнее время хранение должно производиться в помещениях с плюсовыми температурами воздуха. Это связано с тем, что при оттаивании замёрзшего раствора в нём образуется кремниевая кислота. Подобное же явление может наблюдаться и при длительном хранении жидкого стекла.

Кремниевая кислота и нерастворимые силикаты образуют осадок на дне ёмкости. Для его удаления тара должна снабжаться дополнительным сливным краном, расположенным близ днища.

Застывший или загустевший раствор можно «реанимировать», разбавив его водой. Гарантийный срок годности зависит от марки и его состава, и обычно составляет не менее 12 месяцев.

При работе с растворами необходимо пользоваться защитной спецодеждой. Жидкое стекло не токсично, но попадание его на слизистые оболочки не рекомендовано из-за входящих в его состав вредных для организма химических соединений. При попадании на слизистую или кожу, следует немедленно промыть пораженное место проточной водой.