Растворимое стекло (натриевое) так же, как и сода, сильно ускоря­ет процессы твердения цементов. Растворимое стекло представляет собой коллоидный раствор натриевых силикатов в воде. Существует и аналог на­триевому - калиевое стекло, но оно встречается гораздо реже. По своему воздействию на цементные композиции натриевое и калиевое растворимое стекло аналогичны.

Достаточно достоверные сведения об изготовлении первого растворимого стекла имеются уже в трудах средневековых алхимиков (1520 г.). Но только в 1818 г. немецкий ученый Йоган Фукс научно обосновал химию и физику его получения. По результатам его трудов, в 1826 г. был построен первый завод по производству растворимого стекла. С этого момента и началось его широкое применение в различных отраслях промышленности.

Химический состав натриевого растворимого стекла выражается формулой:

Na2O • NSiO2 + MH2O

По ней видно, что растворимое стекло не имеет постоянного состава, и соотношение между отдельными составными частями может меняться. От­ношение SiO2 : Na2O = M, показывающее, сколько кремнекислоты приходится на единицу окиси натрия, называется силикатным модулем стекла. Величина его обычно колеблется в пределах от 2,2 до 3,5. Чаще всего производится стекло с модулем 2,6-2,8.

Количество воды может колебаться в определенных пределах. В зависимо­сти от этого меняется консистенция растворимого стекла в коллоидном раство­ре - плотность, измеряемая градусами шкалы Беме или показаниями удельно­го веса. Заводы обычно отпускают растворимое стекло плотностью 40-50 °Be (плотностью 1,38-1,50), и затем на месте работ оно разбавляется водой до нуж­ной концентрации.

При добавлении растворимого стекла к воде, идущей на затворение цемен­та, его сроки схватывания сильно сокращаются (см. таблицу 6.4-1). Обусловле­но это тем, что в результате химической реакции между щелочным силикатом (жидкое стекло) и составными частями цементного клинкера (гидроалюминат кальция) образуются коллоидные гидросиликат кальция и алюминат натрия по уравнению:

3Na2O • SiO2 + 3CaO •Alfi3 • NH2O = 3CaSiO3 • NH2O + 3Nafi •Alfi3

Образующийся в составе бетона алюминат натрия (3Na2O^Al2O3) и явля­ется очень сильным ускорителем его схватывания.

Кроме того, проходит еще одна реакция между жидким стеклом и извес­тью, находящейся в цементе c образованием силиката кальция:

Na2O • 2SiO2 + CaO = Na2O •SiO2 + CaSiO3

Силикат кальция (CaSiO3) очень прочный и плотный материал. Например, пористый кусок негашеной извести, обработанный раствором жидкого стекла, становится настолько плотным и прочным, что его можно полировать. Отла­гаясь в порах твердеющего камня, силикат кальция придает ему повышенную плотность и водонепроницаемость.

Вот эта совокупность свойств - ускорение схватывания бетона от образо­вания алюмината натрия и пониженная проницаемость порового пространства за счет кольматирующего действия силиката кальция - и обусловила широкое применение жидкого стекла в качестве добавки для получения водонепроница­емого бетона для аварийных работ (заделка протечек, зачеканка швов и т. д.).

О характере влияния растворимого стекла на прочность можно судить по таблице 6.4-2.

Как и в случае с содой, растворимое стекло как ускоритель твердения це­ментов находит применение только в исключительных случаях, когда получить высокую начальную прочность важнее, чем высокую последующую, 28-суточ - ную (марочную).

Нужно также обязательно отметить, что растворимое стекло часто бывает непостоянным как по химическому составу, так и по плотности. Проконтроли­ровать этот показатель, хотя бы частично, поможет таблица 6.4-3.