2.试验方式、试验结果和分析
2.1不同超细粉对强度的影响
采用三种超细粉（超细粉A、超细粉B、超细粉C）作为改性粉末，采用三种试剂（试剂a、试剂b、试剂c）作分散剂，试验材料的配比为：超细粉10g、分散剂1g、普通水玻璃200g（模数为2.3、浓度为50 OBe），初选的试验结果如表1所示，试验条件是温度29℃、相对湿度94％。
由下表1中可知，在加入5.5%的改性超细粉末材料后，改性水玻璃的溃散性都有很好的结果（残留强度很低），但常温的24h强度也有不同程度的下降，改性水玻璃的均匀相差较大。混匀性最好的前三位依次为：试验7、试验4、试验1；24h强度最大的前三位依次是：试验7、试验2、试验6；残留强度最低的前三位依次是：试验1、试验6、试验5。综合性能好的应为（以温度强度、混匀性为首要测试指标）：试验2、5、6、7。分析这四组试验结果可以看出四组砂型都具有很好的溃散性，较好的混匀性，他们的常温粘结强度降低可能是由于粉末材料的加入量过大所至。为此，我们进行了粉末材料加入量变化的试验。在试验中结果记录中，试验号记为Xy，X表示对应表1中的第2、5、6、7号试验，y表示与初选试验作为第一次试验对应的1、2、3、4次试验。
表1. 超细粉末、分散剂对水玻璃的粘结强度、残留强度和均匀性的影响
2.2 超细粉加入量对强度的影响
不同超细粉材料加入量对改性水玻璃性能的影响见表2所示，试验条件是温度27℃、相对湿度92％，其中上标为1粉末材料的加入量都是5.5％，上标为2的加入量为3％，上标为3的加入量为2％，上标为4的加入量为1％。结果显示，随着粉末材料加入量的降低，改性水玻璃的24h常温强度和表1相比有显著提高，改性水玻璃的常温强度增大率都比较大，残留强度的升高了很多，但是与未改性相比还是降低了不少。可以看出改性效果优秀的试验序号是23，与不改性普通水玻璃相比，24h强度提高了30.7%、残留强度降低了40.1%。因此，所选用的超细粉末材料都是改善水玻璃溃散性的优秀改性剂，其中B的效果优秀。
表2 超细粉加入量对改性水玻璃性能的影响
如上表2所示，2号实验的几组试样24h常温强度比较高，残留强度也比较适中，进一步研究发现，第2号试样的外加物加入量和24h常温强度的关系是24h常温强度随加入量的增大是先升高后降低的，残留强度也是先升高后降低的，通过图1可以看出两条曲线是一致的。综合两个指标可以初步认为，含有超细粉的外加物加入量在2％左右为最好。改性剂加入量不适当对强度有很大的影响，其原因可能是：加入量太大，改变了水玻璃的硬化体制，得不到高强度，加入量过低，则又起不到改性的作用。详细深入的原因，将由对水玻璃粘结剂膜的微观分析而获得。
图1 第2号试样常温强度、残留强度和加入量的关系图
2.3 分散剂对强度的影响
在试验中添加了一些非超细粉的物质，由于能够起到增加超细粉的分散作用，我们把他们称为分散剂，作为外加物的组成部分，它对强度也必然会有影响。选取试验效果比较好的超细粉B，测试其不同分散剂加入量条件下的强度，结果如表3示，试验条件是温度25℃、相对湿度86％。
表3 添加分散剂的对比结果
在上边两组对比试验中，添加具有分散作用的试剂a不仅对超细粉B在水玻璃中的分散状况有影响，而且对强度也有一定的提高，可以看出加了分散剂的超细粉，强度提高的幅度都很大。可以这样认为，正是因为提高了超细粉的分散情况，才改善了水玻璃的内部结构，才使强度得到提高的。
3 结果及讨论
一般的粉体材料改性水玻璃，只能部分溶解，静置后都会有很多沉淀物，达不到改性的目的。用超细粉作为悬浮剂，因为超细粉接近纳米粉，具有小尺寸效应，它会和水玻璃有很强的粘结能力，这样沉淀就会减少很多。同时，选用的超细材料B本身有一定的水溶性，能吸水膨胀性，而且有一定的吸附性和阳离子交换能力，是具有超细通道结构的材料，当它们加入到水玻璃里面的时候，由于材料非常细小，化学活性很大，而且材料本身具有的层状结构能够细化硬化后的胶粒，故而可以提高水玻璃的24h粘结强度；经过800℃焙烧一小时后，超细物质B能够和水玻璃生成和玻璃体膨胀率不一致的物质，能够撕裂玻璃体，降低砂型的残留强度，这样就会使溃散性加强，具体的验证试验会在以后的深入研究中提及的。
超细粉末（或纳米）材料改性水玻璃是一种比较先进的改性水玻璃的方法，它具有改性剂加入量少、成本低、效果好等优点，能将新型的纳米超细粉技术与传统的水玻璃工艺及材料技术相结合，获得强度很高、溃散性比较好的水玻璃砂铸型，有望彻底解决水玻璃旧砂的落砂清理及再生回用难题。目前试验的改性水玻璃砂出现的残留强度偏高、常温强度略低等现象，主要是因为试验的超细材料含有的纳米级别的成分比较低，纯度不是很高，影响了材料的细度和分散，今后研究的重点是制备性能优良的超细材料。可以预测，真正意义上的纳米粉末材料改性水玻璃，有望使水玻璃的性能产生飞越，这是一个值得仔细深入研究的问题。
从已进行的试验测试结果可以看出，超细粉末改性水玻璃的优点是，常温强度比较高、溃散性的问题基本可以解决，选用超细粉B和试剂a，在外加物加入量为2％的时候，24h温强度可以达到2.00MPa，残留强度只有0.88MPa。与不改性普通水玻璃相比（24h常温强度可以达到1.57MPa，残留强度1.47MPa），其24h强度提高了30.7%、残留强度降低了40.1%，超细粉末改性水玻璃的效果非常明显。(e-works)
