Кремнеземный дым

Кремнеземный дым , также известный как микрокремнезем (номер CAS 69012-64-2, номер EINECS 273-761-1) представляет собой аморфный (некристаллический) полиморф диоксида кремния , кремнезема . Это ультрамелкий порошок, собираемый как побочный продукт производства сплавов кремния и ферросилиция, и состоит из сферических частиц со средним диаметром частиц 150 нм. Основная область применения – пуццолановый материал для высокопрочного бетона.
Его иногда путают с коллоидным кремнеземом (также известным как пирогенный кремнезем, номер CAS 112945-52-5). Однако производственный процесс, характеристики частиц и области применения коллоидного кремнезема отличаются от пылевидного кремнезема.
История
[ редактировать ]Первое испытание кремнезема в портландцемента на основе бетонах было проведено в 1952 году. Самым большим препятствием для изучения свойств кремнезема было отсутствие материала для экспериментов. В ранних исследованиях использовалась дорогая добавка под названием коллоидный кремнезем — аморфная форма кремнезема, полученная путем сжигания тетрахлорида кремния в водородно-кислородном пламени. С другой стороны, дым кремнезема представляет собой очень мелкий пуццолановый аморфный материал, побочный продукт производства элементарного кремния или сплавов ферросилиция в электродуговых печах. До конца 1960-х годов в Европе и середины 1970-х годов в США пары кремнезема просто выбрасывались в атмосферу.
С введением в середине 1970-х годов ужесточения природоохранного законодательства кремниевые заводы начали собирать пары кремнезема и искать возможности его применения. Наибольшее внимание было уделено первым работам, проведенным в Норвегии, поскольку они показали, что бетоны на основе портландцемента, содержащие пары кремнезема, обладают очень высокой прочностью и низкой пористостью . С тех пор исследования и разработки микрокремнезема сделали его одной из самых ценных и универсальных добавок в мире для бетона и цементных изделий.
Характеристики
[ редактировать ]Свойство | Портленд цемент |
Кремнистый [ б ] летучая зола |
известковый [ с ] летучая зола |
Шлак цемент |
Кремнезем дым | |
---|---|---|---|---|---|---|
Массовая доля (%)
|
SiO 2 | 21.9 | 52 | 35 | 35 | 85–97 |
Al2OAl2O3 | 6.9 | 23 | 18 | 12 | — | |
Fe2OFe2O3 | 3 | 11 | 6 | 1 | — | |
Высокий | 63 | 5 | 21 | 40 | < 1 | |
MgO | 2.5 | — | — | — | — | |
SOSO3 | 1.7 | — | — | — | — | |
Удельная поверхность (м 2 /кг) [ д ] | 370 | 420 | 420 | 400 | 15,000 – 30,000 | |
Удельный вес | 3.15 | 2.38 | 2.65 | 2.94 | 2.22 | |
Общее назначение | Первичное связующее | Замена цемента | Замена цемента | Замена цемента | Усилитель свойств | |
|
Дым кремнезема представляет собой ультрамелкий материал со сферическими частицами диаметром менее 1 мкм, средний размер которых составляет около 0,15 мкм. Это делает его примерно в 100 раз меньше средней частицы цемента. [ 4 ] Насыпная плотность микрокремнезема зависит от степени уплотнения в силосе и варьируется от 130 (неуплотненный) до 600 кг/м. 3 . Удельный вес микрокремнезема обычно находится в диапазоне от 2,2 до 2,3. Удельную поверхность кремнезема можно измерить методом БЭТ или методом адсорбции азота. Обычно она составляет от 15 000 до 30 000 м. 2 /кг. [ 5 ]
Производство
[ редактировать ]Дым кремнезема является побочным продуктом карботермического высокой чистоты восстановления кварца углеродсодержащими материалами, такими как уголь, кокс, щепа, в электродуговых печах при производстве кремния и ферросилициевых сплавов.
Приложения
[ редактировать ]Конкретный
[ редактировать ]Из-за своей чрезвычайной тонкости и высокого содержания кремнезема микрокремнезем является очень эффективным пуццолановым материалом. [ 6 ] [ 7 ] Стандартные спецификации для микрокремнезема, используемого в цементирующих смесях: ASTM C1240, [ 8 ] ЕН 13263. [ 9 ]
Дым кремнезема добавляется в портландцементный бетон для улучшения его свойств, в частности, прочности на сжатие , прочности сцепления и устойчивости к истиранию . Эти улучшения обусловлены как механическими улучшениями, возникающими в результате добавления очень мелкого порошка в смесь цементного теста, так и пуццолановыми реакциями между микрокремнеземом и свободным гидроксидом кальция в пасте. [ 10 ]
Добавление микрокремнезема также снижает проницаемость бетона для хлорида ионов , что защищает арматурную сталь бетона от коррозии , особенно в средах с высоким содержанием хлоридов, таких как прибрежные районы и влажные континентальные дороги и взлетно-посадочные полосы (из-за использования противогололедных солей) . ) и с морской водой . мосты [ 11 ] Кроме того, пары кремнезема имеют важное применение в нефтяных и газовых операциях. Дым кремнезема можно использовать для первичного размещения раствора в качестве гидравлического уплотнения в стволе скважины или для вторичных применений, таких как восстановительные операции, включая устранение утечек, расколов и закрытие истощенных зон. [ 12 ]
До середины 1970-х годов почти весь кремнезем выбрасывался в атмосферу. После того, как экологические проблемы потребовали сбора и захоронения микрокремнезема, стало экономически целесообразно использовать микрокремнезем в различных областях применения, в частности, при производстве высокоэффективного бетона. [ 13 ] Влияние микрокремнезема на различные свойства свежего и затвердевшего бетона включает:
- Работоспособность: при добавлении микрокремнезема потеря осадки со временем прямо пропорциональна увеличению содержания кремнезема из-за увеличения площади поверхности бетонной смеси при его добавлении. Хотя осадка уменьшается, смесь остается высоко связной.
- Сегрегация и выделение кремнезема : пары кремнезема значительно уменьшают выделение кремнезема, поскольку свободная вода расходуется на смачивание большой площади поверхности кремнезема и, следовательно, количество свободной воды, остающейся в смеси для отделения кремнезема, также уменьшается. Пары кремнезема также блокируют поры свежего бетона, поэтому вода из бетона не может выйти на поверхность.
Карбид кремния
[ редактировать ]Пары кремнезема, как побочный продукт, могут быть использованы для производства карбида кремния .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Холланд, Теренс К. (2005). «Руководство пользователя кремнеземного дыма» (PDF) . Технический отчет FHWA-IF-05-016 Ассоциации по дыму кремнезема и Федерального управления автомобильных дорог Министерства транспорта США . Проверено 31 октября 2014 г.
- ^ Косматка, С.; Керкхофф, Б.; Панерезе, В. (2002). Проектирование и контроль бетонных смесей (14-е изд.). Ассоциация портландцемента, Скоки, Иллинойс.
- ^ Гэмбл, Уильям. «Цемент, раствор и бетон». В Баумайстере; Аваллоне; Баумайстер (ред.). Справочник Марка для инженеров-механиков (Восьмое изд.). МакГроу Хилл. Раздел 6, стр. 177.
- ^ «Глава 3 Летучая зола, шлак, кремнезем и природные пуццоланы» (PDF) . Университет Мемфиса.
- ^ «Руководство пользователя кремнеземного дыма» (PDF) . Ассоциация кремнеземного дыма.
- ^ Комитет ACI 226. 1987b. «Дым кремнезема в бетоне: предварительный отчет», Журнал ACI Materials , март – апрель: 158–66.
- ^ Лютер, доктор медицинских наук, 1990. «Высокоэффективный микрокремнезем (микрокремнезем) — модифицированные цементные ремонтные материалы». 69-е ежегодное собрание Совета по транспортным исследованиям, документ №. 890448 (январь)
- ^ ASTM C1240. Стандартные спецификации на пары кремнезема, используемые в цементных смесях, http://astm.org
- ^ EN 13263 Дым кремнезема для бетона. http://www.cen.eu
- ^ Детвайлер, Р.Дж. и Мехта, П.К., Химическое и физическое воздействие дыма кремнезема на механическое поведение бетона , Журнал материалов, ноябрь 1989 г.
- ^ Рэйчел Дж. Детвайлер; Крис А. Фапохунда и Дженнифер Натале (январь 1994 г.). «Применение дополнительных вяжущих материалов для повышения устойчивости к проникновению хлорид-ионов в бетоны, отверждаемые при повышенных температурах» . Материалы журнала.
- ^ «Кремнеземный дым для нефти и газа | RED Industrial Products» . КРАСНЫЙ Индастриал . Проверено 06 февраля 2023 г.
- ^ МСА 234R-06. Руководство по дыму кремнезема в бетоне , Американский институт бетона
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Федеральное управление автомобильных дорог США . «Силикатный дым» . Архивировано из оригинала 22 января 2007 г. Проверено 24 января 2007 г.
- Ассоциация портландцемента . «Глава 3 Летучая зола, шлак, кремнезем и природные пуццоланы» (PDF) . Проверено 7 апреля 2012 г.
- Ассоциация кремнеземного дыма. «Руководство пользователя кремнеземного дыма» (PDF) . Проверено 5 мая 2012 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]