1、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)水玻璃砂性能影響的研究吳宇博 （ 土建0809 08231268 ）摘要：研究采用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)水玻璃進(jìn)行物理改性的影響。試驗(yàn)表明，所需磁場(chǎng)強(qiáng)度低(O027 T)，改性效果好，使用磁化改性的水玻璃所混制的水玻璃砂強(qiáng)度有明顯提高。微觀分析表明，經(jīng)磁化處理的水玻璃，使原來(lái)在水玻璃中的納米顆粒進(jìn)一步化，黏度減小。關(guān)鍵詞：型砂；水玻璃；磁化改性 水玻璃型砂強(qiáng)度高、成本低、操作簡(jiǎn)便、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)環(huán)境潔凈。但由于它的潰散性差，回用困難，20世紀(jì)6O年代末期以來(lái)，有被樹脂等有機(jī)粘結(jié)劑型砂取代的趨勢(shì)。近年來(lái)，由于有機(jī)粘結(jié)劑來(lái)源短缺、成本高、環(huán)境污染等問(wèn)題較為突出，水玻璃砂又重新為各工業(yè)國(guó)家所重視。為

2、解決水玻璃砂的上述缺點(diǎn)，目前廣泛采用物理和化學(xué)的方法對(duì)水玻璃進(jìn)行改性研究【13】，改性水玻璃砂具有強(qiáng)度高、表面安定性好、加入量少等優(yōu)點(diǎn)，且澆注后落砂容易，潰散性好【4】。20世紀(jì)80年代我國(guó)開展水玻璃磁化改性方面的研究【5】，但基本上都是采用穩(wěn)定磁場(chǎng)進(jìn)行磁化處理【68】。本文在此基礎(chǔ)上，采用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)水玻璃進(jìn)行改性，研究其對(duì)水玻璃砂性能的影響。1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法11 試驗(yàn)材料(1)原砂：大林標(biāo)準(zhǔn)砂NB55100。(2)市售水玻璃，其性能指針如表I所示。(3)所用有機(jī)酯為上海重型機(jī)器冶鑄廠提供。表1 水玻璃的性能指針Tab1 Specification of sodium silicate1

3、2 試驗(yàn)方法為了測(cè)定水玻璃在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下的改性效果，采用如圖1所示裝置，當(dāng)電流通過(guò)時(shí)，在線圈中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)速度約為1500 rmin，磁場(chǎng)強(qiáng)度由一變阻器控制線圈兩端輸入電壓的變化而改變，將容器中的水玻璃置于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之中，在不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁化時(shí)間條件下，對(duì)水玻璃進(jìn)行磁化改性處理，然后對(duì)水玻璃的有關(guān)物性指標(biāo)和水玻璃砂的性能進(jìn)行測(cè)定。型砂混制工藝為：2 試驗(yàn)結(jié)果及分析21 磁化時(shí)間對(duì)水玻璃黏度的影響?zhàn)ざ仁撬Ａе匾奈镄灾笜?biāo)，水玻璃黏結(jié)性能的優(yōu)劣與其黏度的變化有關(guān)，經(jīng)磁化處理后的水玻璃黏度顯著減小，且隨著磁化時(shí)間的延長(zhǎng)，水玻璃的黏度不斷下降，測(cè)定結(jié)果見圖2。由圖2可見，新購(gòu)的水玻璃黏度較小

4、，而存放約一年時(shí)間的水玻璃黏度較大，不過(guò)在磁場(chǎng)的作用下，黏度下降幅度較大， 達(dá)到47.1。水玻璃黏度的下降必定與其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)。水玻璃黏度的降低，有利于水玻璃在原砂中的分散，且易在砂粒表面形成黏結(jié)膜。22 磁化時(shí)間對(duì)水玻璃粒徑的影響本文采用納米粒度機(jī)及ZETA電位分析儀測(cè)定水璃粒徑，分析磁化時(shí)間對(duì)水玻璃粒徑的影響，測(cè)定結(jié)果如表2。從表2可以看到：經(jīng)磁化改性后的水玻璃體系中，納米粒子的尺寸減小，以磁化10 min較佳。對(duì)于新購(gòu)水玻璃中剛產(chǎn)生的納米粒子是經(jīng)磁化處理產(chǎn)生的，它可使水玻璃成為真溶液。一般認(rèn)為，水玻璃的“老化”現(xiàn)象是由于其納米粒子發(fā)生團(tuán)聚產(chǎn)生的，在磁場(chǎng)的作用下，組成納米粒子的各

5、分子將重新取向，發(fā)生分子的旋轉(zhuǎn)，破壞了原先的連接， 因而使納米粒子變得更小。根據(jù)這樣的原理，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)比穩(wěn)定磁場(chǎng)對(duì)水玻璃的改性更有效，因?yàn)樵谛D(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，分子更易發(fā)生旋轉(zhuǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度(00190027T)較小的條件下，也能取得明顯的磁化效果。23 磁化時(shí)間對(duì)水玻璃砂性能的影響磁場(chǎng)強(qiáng)度為0027T，水玻璃加人量為原砂的8，有機(jī)酯加入量為水玻璃加入量的10，不同磁化時(shí)間對(duì)水玻璃砂抗拉強(qiáng)度的影響如圖3所示。從圖3可以看出，磁化30 min對(duì)提高水玻璃的粘結(jié)強(qiáng)度有很好的效果，24h后的抗拉強(qiáng)度達(dá)到最高，磁化時(shí)間再延長(zhǎng)，其抗拉強(qiáng)度降低，而未經(jīng)磁化處理的水玻璃砂強(qiáng)度是最低的。這是因?yàn)樗?/p>

6、玻璃經(jīng)過(guò)磁化處理后，水玻璃中帶電的凝膠團(tuán)在磁場(chǎng)中獲得能量，促使大分子的凝膠團(tuán)解聚成為可溶性溶膠，使水玻璃成為均勻的溶膠體，體系中納米粒子更小，提高了水玻璃的粘結(jié)強(qiáng)度，從而使水玻璃砂的抗拉強(qiáng)度提高。從圖2中還可以看出，磁化處理對(duì)高模數(shù)水玻璃強(qiáng)度的提高不明顯，這還有待于進(jìn)一步研究，可能是高模數(shù)水玻璃容易形成環(huán)四硅酸、立方八硅酸和其它縮聚產(chǎn)物而難以解聚。24 磁化后水玻璃放置不同時(shí)間對(duì)水玻璃砂抗拉強(qiáng)度的影響本實(shí)驗(yàn)研究了水玻璃在磁化15、30、45、60min后，分別放置在室內(nèi)1、2、3、24h后開始混砂，測(cè)定水玻璃砂在1、2、3、24h的干強(qiáng)度。磁場(chǎng)強(qiáng)度為0027T，水玻璃模數(shù)為23(新)和285，

7、水玻璃加入量為原砂的8，有機(jī)酯加入量為水玻璃加入量的10，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4圖11。從圖中可以看出，隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，水玻璃砂的強(qiáng)度逐漸減小。由于磁化處理后的水玻璃處于高能量激活狀態(tài)，為不穩(wěn)定狀態(tài)，必然向低能態(tài)轉(zhuǎn)變。磁化過(guò)程是外界提供能量將高分子鏈狀硅酸分子分散的均勻化過(guò)程。另外，水是極性分子，受磁場(chǎng)力的作用，能量提高，氫鍵夾角減小且拉長(zhǎng)，使分子更具極性，增強(qiáng)了硅酸膠粒的水化能力，也增加了硅酸鈉的溶解度。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以很明顯看出，放置一段時(shí)間的磁化水玻璃，磁化效果將逐漸失。25 磁化水玻璃對(duì)型砂存放性的影響研究水玻璃型砂試樣存放性的變化，主要測(cè)定了磁化后水玻璃砂試樣放置時(shí)間與抗拉強(qiáng)度的化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖12所示。由圖12可見，兩條曲線有相同的變化趨勢(shì)，強(qiáng)度在24h后都下降，但在48h內(nèi)兩條曲線的變化幅度都不是非常大，48h后變化的幅度相對(duì)比較大，5天后未磁化水玻璃曲線還處于下降的