• építőipar

Szilikátok az építőiparban: vízüveg

A szilikátok a kovasav (tulajdonképpen a meta-kovasav, H₂Si0₃) sói, olyan szervetlen vegyületek, melyek alapelemként tartalmazzák a szilíciumot. A szilícium a szénhez hasonlóan négyértékű elem, tehát ennek megfelelően négy másik elemmel létesíthet kötést. Akkor beszélünk szilikátvázról, ha több szilíciumatom kötődik össze egymással oxigénatomokon keresztül. A szilikátok a legtöbb építőanyagban, sok természetes kőzetben vagy mes­terségesen előállított építőanyagban (pl. téglában, üvegben) megtalálhatók kötőanyagként, eltérően kötött formában.

Vízüveg

Az épületvédelemben vagy az épületek felújítása során szilikátfestékek és -vakolatok kötőanyaga­ként, alapozáshoz vagy felületi kiegyenlítéshez gyakran használják az alkáli-vízüvegeket, amelye­ket a köznyelv csak vízüvegnek nevez. A szilikátok legnagyobb jelentősége az egy- és kétkomponensű festékek előállításában van, amelyeket kimondottan szívesen használnak a műemlékvédelemben, és ta­lán ez a szilikátok legismertebb alkalmazása.

Ennek az az oka, hogy a szilikátfestékekben lehetővé válik magas vízgőzdiffuzió, és hogy a szilikátfestékek jól tapadnak az ásványi alapfelülethez. Továbbá a szilikátok nagyon kohezívek és megszilárdítják a málló, pergő felületeket is, ilyen például a terméskő, a vakolatok stb.

A vízüveg (alkáli-szilikát) nem egységes összeté­telű vegyület, hanem változó összetételű alkáli-szi­likátok üvegesen megszilárdult olvadékai, ill. ezek oldatai. Az alkáli-szilikát-oldatokat a kovasav (Si0₂) és az alkáli-oxidok (Me₂0) egymáshoz viszonyított aránya és a fajsúly jellemzi. A tömény alkáli-szilikát­oldatok savanyítás hatására azonnal gélesen megszi­lárdulnak a kiváló kovasav miatt.

A nátrium-szilikát vizes oldatában beáll az egyensúly:

Na₂Si0₃ + 2H₂0 <-> H₂Si0₃ + 2NaOH

A keletkező kovasav hajlamos a kondenzáci­óra, ill. polikondenzációra. Ezért már a nátrium-­szilikát-oldatban is jelen vannak nagyobb mole­kulasúlyú kovasavmolekulák, eltérő kondenzációs fokkal. A levegő szénsavtartalmának hatására a nátrium-hidroxid lassan megkötődik, ez eltolja az egyensúlyt.

Tisztán szilikátos kötőanyag a nátrium-szilikát (Na₂Si0₃) és a kálium-szilikát (K₂Si0₃), amelyet káli-vízüvegnek is nevezünk. Ezeket az alkáli-szili­kátokat mesterségesen állítják elő, kvarc és nátron­vagy kálilúg nagy hőmérsékletű reakciójában. Ha az amorf vagy kristályos szilikátot (Si0₂) hamu­zsírral összeolvasztják, a szilikátvázat káliumionok fogják megtörni, ilyenkor kálium-szilikát keletkezik, mégpedig a káli-vízüveg (K₂Si0₃).

A szilikátos kötőanyagok megkötése a kálium­-szilikát (káli-vízüveg) példáján:

A vízüveg reagál a levegő szén-dioxidjával (szénsav), és a reakcióban kovasavgél, a kovasav egyik polimerizált formája képződik. A kötés során a vízüveg a mészhidráttal kalcium-szilikáttá alakul, a folyamat általános összefoglaló neve a kovásodás. Konkrétan az alkáli-szilikátok alkáli-hidroxiddá (al­káli-karbonát) és kovasavgéllé alakulnak. A hidro­xid idővel kimosódik, ezzel szemben a kovasavgél megmarad a felszínen és kialakul belőle a szili­kátváz.

Ez visszaveti az alatta lévő szilikátréteg bomlásának előrehaladását. Minél vastagabb a felső réteg, annál lassabban diffundál ki a víz és annál las­sabban megy végbe a bomlási folyamat. A bomlás sebessége tehát annak megfelelően lassul, ahogy a kovagélréteg növekszik. Továbbá adott szilikátréteg bomlásának sebességét az is meghatározza, hogy milyen gyorsan megy végbe a hidrolízis a felszínen, és hogy milyen gyorsan képes a víz diffundálni a felszínt borító szilikátrétegen keresztül.

Lúgosság

A szilikátvegyületek erősen lúgosak és a megfe­lelő alkáli-karbonátokkal jól oldható, épületkárosító sókat képeznek a falazatokban vagy a homlokzatok felszínén. Ez az oka, hogy előnyben részesítik az alkáliszegény szilikátvegyületeket, hogy minél inkább visszaszorítsák a sóképződést. Szinte kizá­rólag kálium-szilikát-oldatot és -hidrátot (por ala­kú) használnak, amely egyrészt kevésbé hajlamos sókivirágzást okozni, másrészt a kötési folyamat során nem köt meg kristályvizet. Ezenkívül a kálium-szilikát-oldatok sokkal inkább ellenállók az alapfelület víztartalmával szemben.