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天生我材必有用:微硅粉在混凝土的应用
2020年09月14日 发布 分类:粉体入门 点击量:743
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微硅粉也称凝聚硅灰、微硅粉,铁合金在冶炼硅铁和工业硅(金属硅)时,矿热电炉内产生出大量挥发性很强的SiO2Si气体,气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成。它是大工业冶炼中的副产物,整个过程需要用除尘环保设备进行回收,因为质量比较轻,有需要还需要用加密设备进行加密。

微硅粉

如果没有特定的环保收尘装置收集而是直接排入空气中,那将微硅漂浮在空中,造成严重的大气污染,若粉尘进入人的眼睛,甚至经过呼吸道或者食道进入人体内,会引起刺激使得黏膜发干,长期在这种环境下工作生活会造成人体呼吸道纤维化,患上尘肺病,危害人体健康。此外,微硅粉的大量堆积也会占用宝贵的土地资源。

微硅这个看似没啥用“废物”,但这世间就不该有材料在材料工程师眼里是毫无用处的,我们可爱的工程师还是为它寻找了去路,让它实现了自己的价值。目前可应用于商品砼、高强度砼、自流平砼、不定形耐火材料、干混(预拌)砂浆、高强度无收缩灌浆料、耐磨工业地坪、修补砂浆、聚合物砂浆、保温砂浆、抗渗砼、砼密实剂、砼防腐剂、水泥基聚合物防水剂;橡胶、塑料、不饱合聚酯、油漆、涂料以及其他高分子材料的补强,陶瓷制品的改性等等。今天小编跟大家一起来康康被用于混凝土的硅灰。

一、微硅粉的理化性质简介

微硅粉主要化学成分是SiO2,因此微硅粉的理化性质和SiO2的理化性质大致相似,微硅粉的耐火度较高,约为1600℃,一种稳定的不容易发生化学反应的物质。

它在冶炼工业硅或制造硅铁合金的生产过程中形成,因此其形成历经3种物态之间的变化。经烟道出来的硅蒸气(①态)在回收集尘装置中急速遇冷氧化又重新冷凝为固状(②态),这个急速的物态变化使得微硅粉成为非晶体相(③态),由于其矿物结构是无定形的,因此微硅粉具有较高的火山灰活性。

微硅粉在不同相之间相互转变的过程中,在表面张力的作用下,形成了大小不等的玻璃球状的粉末颗粒,颗粒表面一般都是比较光滑的。这些球状粉末颗粒也可能参与抱团,由若干个形状大小不同的球状粉末颗粒黏结在一起形成更大的团聚体。

微硅粉

微硅粉在自然状态下呈现白色,而其颜色深浅的影响因素有很多,不仅与密度有关,还与碳元素及氧化铁质量分数成正比。微硅粉的密度越小,碳元素质量分数与氧化铁质量分数越少,微硅粉的颜色越浅。一般来说,经过半加密之后的微硅粉为淡灰色;经过加密之后的微硅粉的特征颜色介于淡灰色和深灰色之间;经过高加密之后的微硅粉通常为灰色和深灰色

根据人工加密程度的不同,微硅粉分为原状微硅粉、轻度加密微硅粉、半加密微硅粉以及高度加密微硅粉。微硅粉经过加密之后其松散容积大大提高,更多呈现的是微小颗粒互相抱团聚集的团聚体,这种团聚体聚合能力较弱,具有良好的分散能力。原态微硅粉由于没有进行人工加密,因此其密度很小。与经过加密的微硅粉松装容积500-700kg/m3相比,原态微硅粉的松装容积仅150-200kg/m3实在松散至极运输效率低、运输成本高微硅粉

二、微硅粉在混凝土中的应用

早在上世纪四十至五十年代,就已经有企业对硅灰在混凝土中应用这一命题展开专项研究。最早可查的是来自挪威的艾肯碳素公司,艾肯公司在对这种大工业冶炼副产品进行处理的时候发现,按照硅灰的物理性质,可以对硅灰进行分级,并对比了混凝土制造所用的材料,发现硅灰的物理表现具有颗粒细小、二氧化硅浓度高、活性强等特点,在理想状态下加入到混凝土中,可以大幅提升混凝土的耐久性能和物理抗性,还能使其保持一个较长的稳定状态,延长混凝土的使用寿命。这种工艺一旦实现,可以使硅灰得到二次利用,被应用于制造高性能混凝土,拥有极高的经济价值。

此后的三十年里,不断有来自北欧等地的企业投入到硅灰混凝土的研究之中,最终也率先在北欧实现了从理论到实践的跨越。上世纪70年代,欧洲大陆西北部与大不列颠岛之间的北海海底油田开始建造,材料就大规模地使用到了以硅灰作为原料的高性能混凝土,并于80年代油田正式开始投产。在实际运用中,硅灰混凝土承受住了北欧海上强劲的风浪、复杂的海底环境等诸多考验,并且在此后数十年内仍然保持高强度和良好的耐久性,硅灰混凝土的表现获得了世界的关注。随后世界各地对硅灰混凝土的使用遍地开花,硅灰混凝土开始被频繁地运用到国家级大型水利工程建设中,由此打开了硅灰在混凝土中大范围研究和运用的新时期

硅灰混凝土

我国是硅铁、工业硅生产大国自然不能落下对微硅粉的利用工作,硅灰混凝土以其数十年经久耐磨的优秀性能、强抗冲刷磨损、抗渗漏等性能,被广泛运用于我国的大型水利工程、基础设施建设工程中,以硅灰为主要原料的混凝土制品被应用于葛洲坝水闸、上海黄浦大桥、长江三峡水电站等等大型国家级水利工程,展现了硅灰混凝土优越物理性能的同时,也以经济、高性价比等优势,吸引了大量混凝土制造企业的目光。

三、微硅粉在混凝土中发挥什么功效

微硅粉具有质量轻、颗粒小、比表面积大、火山灰活性高等特点,可以被应用于水泥或混凝土中,用来改善水泥或混凝土的性能。原态微硅粉在与混凝土一起搅拌时易产生扬尘等问题,因此一般在混凝土中掺加的是经过加密的微硅粉。在混凝土中掺加粒度分布适当的适量的微硅粉,能起到以下作用

增加强度。微硅粉的加入使混凝土抗压、抗折强度大大增加,掺入5-10%的微硅粉,抗压强度可提高10-30%,抗折强度提高10%以上。

增加致密度。抗渗性能力提高5-18倍,抗化能力提高4倍以上。

③提高混凝土的抗冻微硅粉在经过300-500次快速冻解循环,相对弹性模量隆低10-20%,而普通混凝土通过25-50次循环,相对弹性模量隆低为30-73%

早强性微硅粉混凝土使诱导期缩短,具有早强的特性。

抗冲磨、控空蚀性微硅粉混凝土比普通混凝土抗冲磨能力提高0.5-2.5倍,抗空蚀能力提高3-16倍。

参考资料:

1硅灰在混凝土中的应用发展:新疆德广众合质检技术服务有限公司杨骁著。

2浅谈微硅粉在混凝土中的应用南阳理工学院土木工程学院孙大珩,赵剑峰,张士昂,刘若飞,李常昊,张扬等著。

编辑:Alpha


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