Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Microsilica )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с коллоидным кремнеземом .
Частицы дыма кремнезема в просвечивающем электронном микроскопе

Микрокремнезем , также известный как микрокремнезем , (CAS - номер 69012-64-2, EINECS номер 273-761-1) является аморфным (некристаллическим) полиморфом диоксида кремния , оксид кремния . Это сверхмелкозернистый порошок, собираемый как побочный продукт при производстве сплава кремния и ферросилиция, и состоит из сферических частиц со средним диаметром частиц 150 нм. Основная область применения - это пуццолановый материал для высококачественного бетона.

Иногда его путают с коллоидным кремнеземом (также известным как пирогенный кремнезем, номер CAS 112945-52-5). Однако процесс производства, характеристики частиц и области применения коллоидного кремнезема отличаются от таковых для микрокремнезема.

История [ править ]

Первое испытание микрокремнезема в бетонах на основе портландцемента было проведено в 1952 году. Самым большим недостатком исследования свойств микрокремнезема было отсутствие материала для экспериментов. В ранних исследованиях использовалась дорогая добавка, называемая коллоидным диоксидом кремния, аморфной формой диоксида кремния, полученной путем сжигания тетрахлорида кремния в водородно-кислородном пламени. С другой стороны, микрокремнезем - это очень мелкий пуццолановый аморфный материал, побочный продукт производства элементарного кремния или сплавов ферросилиция в электродуговых печах. До конца 1960-х годов в Европе и до середины 1970-х годов в Соединенных Штатах пары кремнезема просто выбрасывались в атмосферу.

С введением в действие более жестких природоохранных законов в середине 1970-х годов кремниевые заводы начали собирать пары кремнезема и искать способы их применения. Первоначальная работа, проделанная в Норвегии, привлекла наибольшее внимание, поскольку показала, что бетон на основе портландцемента, содержащий пары кремнезема, имеет очень высокую прочность и низкую пористость. С тех пор исследования и разработки микрокремнезема сделали его одной из самых ценных и универсальных добавок в мире для бетона и цементных изделий.

Свойства [ править ]

Компоненты цемента:
сравнение химических и физических характеристик [a] [1] [2] [3]
ИмуществопортландцементКремнистая [b] летучая золаИзвестняковая [c] летучая золаЦемент шлаковыйДым кремнезема
Содержание (%)
SiO 221,95235 год35 год85–97
Al 2 O 36.9231812-
Fe 2 O 331161-
CaO63521 год40<1
MgO2,5----
SO 31,7----
Удельная поверхность [d]
(м 2 / кг)		37042042040015 000–
30 000
Удельный вес3,152.382,652,942,22
Общее использование в бетонеПервичное связующееЗамена цементаЗамена цементаЗамена цементаУсилитель собственности
  1. ^ Указанные значения являются приблизительными: значения для конкретного материала могут отличаться.
  2. ^ ASTM C618 Класс F
  3. ^ ASTM C618 Класс C
  4. ^ Измерения удельной поверхности микрокремнезема методом адсорбции азота (БЭТ), другие измерения методом воздухопроницаемости (Блейн).

Пары кремнезема - это сверхмелкозернистый материал со сферическими частицами диаметром менее 1 мкм, в среднем около 0,15 мкм. Это делает его примерно в 100 раз меньше, чем средняя частица цемента. [4] Объемная плотность микрокремнезема зависит от степени уплотнения в силосе и варьируется от 130 (без уплотнения) до 600 кг / м 3 . Удельный вес микрокремнезема обычно находится в диапазоне от 2,2 до 2,3. Удельную поверхность микрокремнезема можно измерить методом БЭТ или методом адсорбции азота. Обычно он составляет от 15 000 до 30 000 м 2 / кг. [5]

Производство [ править ]

Пары кремнезема являются побочным продуктом карботермического восстановления высокочистого кварца углеродсодержащими материалами, такими как уголь, кокс, древесная стружка, в электродуговых печах при производстве кремния и ферросилициевых сплавов.

Приложения [ править ]

Бетон [ править ]

Из - за свою крайнюю тонкость и высокого кремнезем содержания, микрокремнезем является очень эффективным пуццолановым материалом. [6] [7] Стандартные спецификации для микрокремнезема, используемого в цементных смесях: ASTM C1240, [8] EN 13263. [9]

Микрокремнезем добавляет к портландцементному бетону для улучшения его свойств, в частности , его прочность на сжатии , прочность соединения , и к истиранию сопротивления. Эти улучшения являются результатом как механических улучшений, вызванных добавлением очень тонкого порошка к смеси цементной пасты, так и пуццолановых реакций между дымом кремнезема и свободным гидроксидом кальция в пасте. [10]

Добавление микрокремнезема также снижает проницаемость бетона для хлорид- ионов , что защищает арматурную сталь бетона от коррозии , особенно в богатой хлоридом среде, такой как прибрежные районы, влажные континентальные дороги и взлетно-посадочные полосы (из-за использования противообледенительных солей. ) и мосты с морской водой . [11]

До середины 1970-х годов почти весь дым кремнезема выбрасывался в атмосферу. После того, как экологические соображения вызвали необходимость сбора и захоронения микрокремнезема, стало экономически выгодным использовать микрокремнезем в различных областях, в частности, в высокопроизводительном бетоне. [12] Воздействие микрокремнезема на различные свойства свежего и затвердевшего бетона включает:

  • Обрабатываемость: с добавлением микрокремнезема потеря осадки со временем прямо пропорциональна увеличению содержания микрокремнезема из-за введения большой площади поверхности в бетонную смесь путем ее добавления. Хотя оседание уменьшается, смесь остается очень прочной.
  • Сегрегация и просачивание : дым двуокиси кремния значительно снижает просачивание, потому что свободная вода расходуется на смачивание большой площади поверхности дыма двуокиси кремния, и, следовательно, количество свободной воды, остающейся в смеси для стравливания, также уменьшается. Пары кремнезема также блокируют поры в свежем бетоне, поэтому вода внутри бетона не может выйти на поверхность.

Карбид кремния [ править ]

Пары кремнезема в качестве побочного продукта могут использоваться для производства карбида кремния .

См. Также [ править ]

  • Щелочно-кремнеземная реакция
  • Спроектированный цементный композит
  • Энергетически модифицированный цемент (ЭМС)
  • Летающий пепел
  • Каолинит
  • Пуццолан
  • Рисовая шелуха зола
  • Метакаолин

Ссылки [ править ]

  1. ^ Голландия, Теренс С. (2005). «Руководство пользователя по кремнеземному дыму» (PDF) . Технический отчет Федерального управления шоссейных дорог Министерства транспорта США и Министерства транспорта США FHWA-IF-05-016 . Проверено 31 октября 2014 года .
  2. ^ Косматка, С .; Керкхофф, Б .; Панерезе, В. (2002). Проектирование и контроль бетонных смесей (14-е изд.). Портлендская цементная ассоциация, Скоки, Иллинойс.
  3. ^ Гэмбл, Уильям. «Цемент, раствор и бетон». В Баумейстере; Аваллоне; Баумейстер (ред.). Справочник Марка для инженеров-механиков (Восьмое изд.). Макгроу Хилл. Раздел 6, с. 177.
  4. ^ «Глава 3 Летучая зола, шлак, кремнеземный дым и природные пуццоланы» (PDF) . Мемфисский университет.
  5. ^ "Руководство пользователя по кремнеземному дыму" (PDF) . Ассоциация кремнеземных паров.
  6. ^ Комитет ACI 226. 1987b. «Кремнезем в бетоне: предварительный отчет», журнал ACI Materials, март – апрель: 158–66.
  7. ^ Luther, MD 1990. «Высокоэффективный микрокремнезем (микрокремнезем) - Модифицированные цементные ремонтные материалы». 69-е ежегодное собрание Исследовательского совета по транспорту, доклад № 890448 (январь)
  8. ^ ASTM C1240. Стандартные технические условия на пары кремнезема, используемые в цементных смесях, http://astm.org
  9. ^ EN 13263 Дым кремнезема для бетона. http://www.cen.eu
  10. ^ Detwiler, RJ и Мехта, ПК, химические и физические эффекты микрокремнезема на механическое поведение бетона , материалы Journal ноября 1989
  11. ^ Рэйчел Дж. Детвилер; Крис А. Фапохунда и Дженнифер Натале (январь 1994 г.). «Использование дополнительных вяжущих материалов для повышения стойкости к проникновению хлорид-ионов в бетоны, затвердевающие при повышенных температурах» . Материалы журнала.
  12. ^ ACI 234R-06. Руководство по дыму кремнезема в бетоне , Американский институт бетона

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Федеральное управление автомобильных дорог США . «Кремнеземный дым» . Архивировано из оригинала на 2007-01-22 . Проверено 24 января 2007 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  • Портлендская цементная ассоциация . «Глава 3 Летучая зола, шлак, дым двуокиси кремния и природные пуццоланы» (PDF) . Проверено 7 апреля 2012 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  • Ассоциация кремнеземных паров. «Руководство пользователя по кремнеземному дыму» (PDF) . Проверено 5 мая 2012 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Ассоциация кремнеземных паров