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              天生我材必有用:微硅粉在混凝土的應用
              2020年09月14日 發布 分類:粉體入門 點擊量:1766
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              微硅粉也稱凝聚硅灰、微硅粉,鐵合金在冶煉硅鐵和工業硅(金屬硅)時,礦熱電爐內產生出大量揮發性很強的SiO2Si氣體,氣體排放后與空氣迅速氧化冷凝沉淀而成。它是大工業冶煉中的副產物,整個過程需要用除塵環保設備進行回收,因為質量比較輕,有需要還需要用加密設備進行加密。

              微硅粉

              如果沒有特定的環保收塵裝置收集而是直接排入空氣中,那將微硅漂浮在空中,造成嚴重的大氣污染,若粉塵進入人的眼睛,甚至經過呼吸道或者食道進入人體內,會引起刺激使得黏膜發干,長期在這種環境下工作生活會造成人體呼吸道纖維化,患上塵肺病,危害人體健康。此外,微硅粉的大量堆積也會占用寶貴的土地資源。

              微硅這個看似沒啥用“廢物”,但這世間就不該有材料在材料工程師眼里是毫無用處的,我們可愛的工程師還是為它尋找了去路,讓它實現了自己的價值。目前可應用于商品砼、高強度砼、自流平砼、不定形耐火材料、干混(預拌)砂漿、高強度無收縮灌漿料、耐磨工業地坪、修補砂漿、聚合物砂漿、保溫砂漿、抗滲砼、砼密實劑、砼防腐劑、水泥基聚合物防水劑;橡膠、塑料、不飽合聚酯、油漆、涂料以及其他高分子材料的補強,陶瓷制品的改性等等。今天小編跟大家一起來康康被用于混凝土的硅灰。

              一、微硅粉的理化性質簡介

              微硅粉主要化學成分是SiO2,因此微硅粉的理化性質和SiO2的理化性質大致相似,微硅粉的耐火度較高,約為1600℃,一種穩定的不容易發生化學反應的物質。

              它在冶煉工業硅或制造硅鐵合金的生產過程中形成,因此其形成歷經3種物態之間的變化。經煙道出來的硅蒸氣(①態)在回收集塵裝置中急速遇冷氧化又重新冷凝為固狀(②態),這個急速的物態變化使得微硅粉成為非晶體相(③態),由于其礦物結構是無定形的,因此微硅粉具有較高的火山灰活性。

              微硅粉在不同相之間相互轉變的過程中,在表面張力的作用下,形成了大小不等的玻璃球狀的粉末顆粒,顆粒表面一般都是比較光滑的。這些球狀粉末顆粒也可能參與抱團,由若干個形狀大小不同的球狀粉末顆粒黏結在一起形成更大的團聚體。

              微硅粉

              微硅粉在自然狀態下呈現白色,而其顏色深淺的影響因素有很多,不僅與密度有關,還與碳元素及氧化鐵質量分數成正比。微硅粉的密度越小,碳元素質量分數與氧化鐵質量分數越少,微硅粉的顏色越淺。一般來說,經過半加密之后的微硅粉為淡灰色;經過加密之后的微硅粉的特征顏色介于淡灰色和深灰色之間;經過高加密之后的微硅粉通常為灰色和深灰色

              根據人工加密程度的不同,微硅粉分為原狀微硅粉、輕度加密微硅粉、半加密微硅粉以及高度加密微硅粉。微硅粉經過加密之后其松散容積大大提高,更多呈現的是微小顆粒互相抱團聚集的團聚體,這種團聚體聚合能力較弱,具有良好的分散能力。原態微硅粉由于沒有進行人工加密,因此其密度很小。與經過加密的微硅粉松裝容積500-700kg/m3相比,原態微硅粉的松裝容積僅150-200kg/m3實在松散至極運輸效率低、運輸成本高微硅粉

              二、微硅粉在混凝土中的應用

              早在上世紀四十至五十年代,就已經有企業對硅灰在混凝土中應用這一命題展開專項研究。最早可查的是來自挪威的艾肯碳素公司,艾肯公司在對這種大工業冶煉副產品進行處理的時候發現,按照硅灰的物理性質,可以對硅灰進行分級,并對比了混凝土制造所用的材料,發現硅灰的物理表現具有顆粒細小、二氧化硅濃度高、活性強等特點,在理想狀態下加入到混凝土中,可以大幅提升混凝土的耐久性能和物理抗性,還能使其保持一個較長的穩定狀態,延長混凝土的使用壽命。這種工藝一旦實現,可以使硅灰得到二次利用,被應用于制造高性能混凝土,擁有極高的經濟價值。

              此后的三十年里,不斷有來自北歐等地的企業投入到硅灰混凝土的研究之中,最終也率先在北歐實現了從理論到實踐的跨越。上世紀70年代,歐洲大陸西北部與大不列顛島之間的北海海底油田開始建造,材料就大規模地使用到了以硅灰作為原料的高性能混凝土,并于80年代油田正式開始投產。在實際運用中,硅灰混凝土承受住了北歐海上強勁的風浪、復雜的海底環境等諸多考驗,并且在此后數十年內仍然保持高強度和良好的耐久性,硅灰混凝土的表現獲得了世界的關注。隨后世界各地對硅灰混凝土的使用遍地開花,硅灰混凝土開始被頻繁地運用到國家級大型水利工程建設中,由此打開了硅灰在混凝土中大范圍研究和運用的新時期

              硅灰混凝土

              我國是硅鐵、工業硅生產大國自然不能落下對微硅粉的利用工作,硅灰混凝土以其數十年經久耐磨的優秀性能、強抗沖刷磨損、抗滲漏等性能,被廣泛運用于我國的大型水利工程、基礎設施建設工程中,以硅灰為主要原料的混凝土制品被應用于葛洲壩水閘、上海黃浦大橋、長江三峽水電站等等大型國家級水利工程,展現了硅灰混凝土優越物理性能的同時,也以經濟、高性價比等優勢,吸引了大量混凝土制造企業的目光。

              三、微硅粉在混凝土中發揮什么功效

              微硅粉具有質量輕、顆粒小、比表面積大、火山灰活性高等特點,可以被應用于水泥或混凝土中,用來改善水泥或混凝土的性能。原態微硅粉在與混凝土一起攪拌時易產生揚塵等問題,因此一般在混凝土中摻加的是經過加密的微硅粉。在混凝土中摻加粒度分布適當的適量的微硅粉,能起到以下作用

              增加強度。微硅粉的加入使混凝土抗壓、抗折強度大大增加,摻入5-10%的微硅粉,抗壓強度可提高10-30%,抗折強度提高10%以上。

              增加致密度。抗滲性能力提高5-18倍,抗化能力提高4倍以上。

              ③提高混凝土的抗凍微硅粉在經過300-500次快速凍解循環,相對彈性模量隆低10-20%,而普通混凝土通過25-50次循環,相對彈性模量隆低為30-73%

              早強性微硅粉混凝土使誘導期縮短,具有早強的特性。

              抗沖磨、控空蝕性微硅粉混凝土比普通混凝土抗沖磨能力提高0.5-2.5倍,抗空蝕能力提高3-16倍。

              參考資料:

              1硅灰在混凝土中的應用發展:新疆德廣眾合質檢技術服務有限公司楊驍著。

              2淺談微硅粉在混凝土中的應用南陽理工學院土木工程學院孫大珩,趙劍峰,張士昂,劉若飛,李常昊,張揚等著。

              編輯:Alpha


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