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把微硅粉硅灰作為摻和劑用于混凝土工業(yè)是國(guó)內(nèi)外硅粉利用中研究是早、成果最多、應(yīng)用最廣的一個(gè)領(lǐng)域。由于微硅粉粒度細(xì),比表面積大,具有很高的火山灰活性,作為添加劑可以配制高強(qiáng)度混凝土。自1983年以來(lái),在北美、歐洲、日本等都開(kāi)始大量使用硅粉混凝土,僅1989年,挪威就有4萬(wàn)t微硅粉用于混凝土,相當(dāng)于50萬(wàn)t水泥摻有微硅粉,加拿大1985-1989年共使用了微硅粉混凝土100萬(wàn)m3。微硅粉加入混凝土中改善了混凝土多方面性能:
1 微硅粉硅灰提高混凝土早期強(qiáng)度和最終強(qiáng)度
國(guó)外研究證明,當(dāng)微硅粉對(duì)水泥的取代率在30%以?xún)?nèi)時(shí),蒸養(yǎng)溫度為80℃,砂漿一天的抗壓強(qiáng)度為不摻微硅粉的2倍(100MPa),若采用蒸壓養(yǎng)護(hù),則幾乎達(dá)3倍(150MPa)。加拿大研究表明,當(dāng)微硅粉與高效減水劑復(fù)合使用時(shí),混凝土的抗壓強(qiáng)度為不摻硅粉的3~5倍。目前,美國(guó)、丹麥、挪威等國(guó)已有微硅粉作摻和劑配制了強(qiáng)度高達(dá)1100kg/cm2 的混凝土,而且工藝簡(jiǎn)單。微硅粉在混凝土中的效應(yīng),隨微硅粉用量增加,活性和微粒對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響也逐漸增強(qiáng)。
2 微硅粉硅灰增加致密度
混凝土中摻入微硅粉增加了起反應(yīng)的硅含量,在電鏡下觀(guān)察,摻微硅粉混凝土的水泥石空隙中有晶體生長(zhǎng)。另外,微硅粉顆粒很細(xì)小,均勻地充填了混凝土微孔,減少了微空容積,從而使致密性增強(qiáng)。
3 微硅粉硅灰改善混凝土離析和泌水性能
國(guó)外研究證明,微硅粉摻入量愈多,混凝土材料愈難以離析和泌水,當(dāng)取代率達(dá)15%時(shí),混凝土坍落度即使達(dá)15~20cm也不產(chǎn)生離析和泌水,當(dāng)取代率達(dá)20%~30 時(shí),混凝土直接放入自來(lái)水中也不易產(chǎn)生離析。
4 微硅粉硅灰提高混凝土的抗?jié)B性、抗化學(xué)侵蝕性和比電阻
由于微硅粉的摻入提高了混凝土的密實(shí)性,大大減少了水泥石空隙,所以提高了微硅粉混凝土的抗?jié)B性能 國(guó)內(nèi)外研究認(rèn)為,當(dāng)混凝土中微硅粉取代率為10%~20 時(shí),顯著改善了混凝土的抗?jié)B性、抗化學(xué)侵蝕性,而且對(duì)鋼筋的耐腐蝕性也有改善,這是由于密實(shí)性的提高和SiO2 含量的增加,有效地阻止了酸離子的侵入和腐蝕作用。
微硅粉硅灰的使用方法
1﹑微硅粉硅灰摻加方法:
硅灰混凝土及澆注料應(yīng)由試驗(yàn)室作出施工配合比。嚴(yán)格按照配合比施工。在硅灰混凝土的攪拌中硅灰應(yīng)在骨料投料之后立即加入攪拌機(jī)。加入方式有兩種程序:
(1)投入骨料,隨后投入硅灰、水泥干拌后,再加入水和其它外加劑。
(2)投入粗骨料+75%水+硅灰+50%細(xì)骨料,攪拌15-30秒,然后投入水泥+外加劑+50%細(xì)骨料+25%水,攪拌至均勻。攪拌時(shí)間比普通混凝土延長(zhǎng)20-25%或50-60秒。切忌將硅粉加入已拌和的混凝土中。
微硅粉(學(xué)名“硅灰”, Microsilica 或 Silica Fume ),系在冶煉硅鐵合金或工業(yè)硅時(shí),通過(guò)煙道排出的硅蒸汽氧化后,經(jīng)特別設(shè)計(jì)的收塵器收集得到的無(wú)定形、粉末狀的二氧化硅( SiO2 )。微硅粉平均粒徑在 0.15~0.20 μ m ,比表面積為 15000~20000m 2 /kg ,具有極強(qiáng)的表面活性。
微硅粉主要成分是無(wú)定形二氧化硅,爐氣上升也夾帶著雜質(zhì),如游離C、Fe2O3、CaO、K2O、Na2O等。硅粉的顏色隨C、Fe2O3含量增高而色澤由白、灰白到灰、深灰變化。
直接經(jīng)過(guò)收塵的微硅粉,我們稱(chēng)之為原灰,其堆積密度150~300kg/m3,為了運(yùn)輸和工程應(yīng)用的方便,也可以對(duì)原灰進(jìn)行加密處理。
微硅粉的特性主要表現(xiàn)在兩方面:火山灰活性和微顆粒性。所以,微硅粉多作為填充料、改性外加劑使用。
? 用于高性能混凝土,提高混凝土強(qiáng)度,改善性能,延長(zhǎng)混凝土壽命
? 用于耐火材料,增強(qiáng)流動(dòng)性,減少用水量,提高產(chǎn)品強(qiáng)度和耐久性
? 用于干粉砂漿、灌漿料,提高早期強(qiáng)度
? 用于耐磨地坪,增加流動(dòng)度,提高耐磨蝕
? 用于油漆、涂料、樹(shù)脂、橡膠及其它高分子材料填充物
目前,為了提高強(qiáng)度和增加耐久性,往應(yīng)用于國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高性能混凝土里添加微硅粉已經(jīng)被廣泛接受。加了微硅粉的高性能混凝土,表現(xiàn)出較強(qiáng)的韌性,較高的抗凍,抗磨損能力和抗化學(xué)腐蝕能力,延長(zhǎng)了建筑使用壽命,使后期的維護(hù)、檢修費(fèi)用大大節(jié)省。近年來(lái),國(guó)內(nèi)一些橋梁、碼頭出現(xiàn)坍塌毀壞的事例屢見(jiàn)不鮮,多數(shù)是由于其鋼筋混凝土被海水侵蝕嚴(yán)重造成的。而加入微硅粉能很好地解決這一點(diǎn)。
? 可降低氯離子和海水對(duì)混凝土的侵蝕性
? 可以使混凝土擁有極高的電阻系數(shù)
? 可以提高建筑物如飛機(jī)跑道、航母甲板、高速公路等的抗磨損性
? 可以擁有較強(qiáng)的抗化學(xué)腐蝕能力
加入微硅粉的噴射混凝土多用于固巖工程、開(kāi)礦隧道襯砌、海工項(xiàng)目的立柱或饑餓購(gòu)得修復(fù)等,粘結(jié)性好,不僅可在干濕環(huán)境下施工,減少回彈,而且細(xì)度適合各種噴口,使噴射混凝土施工更經(jīng)濟(jì),更節(jié)省時(shí)間,更有效。
? 可以減少?lài)娚浠炷粱貜棑p失達(dá)50%
? 可以提高施工效率,一次噴層厚度可達(dá)12英寸
? 可擁有更高的粘結(jié)強(qiáng)度
? 可擁有較高的電阻系數(shù)和較低的滲透性
? 可擁有較高的抗壓強(qiáng)度和撓曲強(qiáng)度
微硅粉作為一種新原料,在耐火行業(yè)普遍使用。它對(duì)不定形耐火材料的改善有重要作用,表現(xiàn)為:
? 傳統(tǒng)耐火材料中有眾多孔隙,微硅粉充填于孔隙中,提高了體積密度和降低氣孔率,強(qiáng)度可明顯增強(qiáng)
? 微硅粉有強(qiáng)的活性,在水中能形成膠體粒子,加入適量的分散劑,可增強(qiáng)流動(dòng)性,從而改善澆注性能
? 微硅粉在水中易形成—Si-OH基,具有較強(qiáng)的親水性和活性,能增強(qiáng)耐火材料的凝聚,同時(shí)對(duì)高溫性能有較大的改 善,并可延長(zhǎng)耐火制品的使用壽命
? 代替純鋁氧化泥作耐火材料,節(jié)省成本
? 應(yīng)用于水泥工業(yè) 這種類(lèi)似于混凝土添加材料,目前一些國(guó)家在不斷發(fā)展這方面的應(yīng)用,研制各種混合水泥,質(zhì)量?jī)?yōu)于普通水泥。
? 作化肥的防結(jié)塊劑
? 作硅酸鹽磚的原料
? 利用二氧化硅粉塵制取樹(shù)脂及其他高分子有機(jī)化合物為主的聚合物產(chǎn)品,并用作黑、白碳黑、滑石、石棉、氣溶劑等物的代用品,作為添加材料
1、用于砂漿與砼中:
高層建筑物、海港碼頭、水庫(kù)大壩、水利、涵閘、鐵路、公路、橋梁、地鐵、隧道、機(jī)場(chǎng)跑道、砼路面以及煤礦巷道錨噴加固等。
2、材料工業(yè)中:
(1)高檔高性能低水泥耐火澆注料及預(yù)制件,使用壽命是普通澆注料的三倍,耐火度提高約100℃,高溫強(qiáng)度及抗熱震性能都明顯改善。已普遍應(yīng)用于:焦?fàn)t、煉鐵、煉鋼、軋鋼、有色金屬、玻璃、陶瓷及發(fā)電等行業(yè)。(2)大型鐵溝及鋼包料、透氣磚、涂抹修補(bǔ)料等。
(3)自流型耐火澆注材料及干濕法噴射施工應(yīng)用。
(4)氧化物結(jié)合碳化硅制品(陶瓷窯窯具、隔焰板等)。
(5)高溫型硅酸鈣輕質(zhì)隔熱材料。
(6)電瓷窯用剛玉莫來(lái)石推板。
(7)高溫耐磨材料及制品。
(8)剛玉及陶瓷制品。
(9)目前除在澆注型耐火材料中普遍使用之外,在電熔和燒結(jié)型耐火材料亦獲得大量應(yīng)用。
3、新型墻體材料、飾面材料:
(1)墻體保溫用聚合物砂漿、保溫砂漿、界面劑。
(2)水泥基聚合物防水材料。
(3)輕骨料保溫節(jié)能砼及制品。
(4)內(nèi)外墻建筑用膩?zhàn)臃奂庸ぁ?/p>
4、 其他用途:
(1)硅酸鹽磚原料。
(2)生產(chǎn)水玻璃。
(3)用做有機(jī)化合物的補(bǔ)強(qiáng)材料。因其成份與氣相法生產(chǎn)的白炭黑相近。可以用在橡膠、樹(shù)脂、涂料、油漆、不飽合聚酯等高分子材料中用作填充補(bǔ)強(qiáng)材料。(4)化肥行業(yè)中用作防結(jié)塊劑。
1、水泥或混凝土摻合劑
微硅粉能夠填充水泥顆粒間的孔隙,同時(shí)與水化產(chǎn)物生成凝膠體,與堿性材料氧化鎂反應(yīng)生成凝膠體。在水泥基的砼、砂漿與耐火材料澆注料中,摻入適量的硅灰,可起到如下作用:
1、顯著提高抗壓、抗折、抗?jié)B、防腐、抗沖擊及耐磨性能。
2、具有保水、防止離析、泌水、大幅降低砼泵送阻力的作用。
3、顯著延長(zhǎng)砼的使用壽命。特別是在氯鹽污染侵蝕、硫酸鹽侵蝕、高濕度等惡劣環(huán)境下,可使砼的耐久性提高一倍甚至數(shù)倍。
4、大幅度降低噴射砼和澆注料的落地灰,提高單次噴層厚度。
5、是高強(qiáng)砼的必要成份,已有C150砼的工程應(yīng)用。
6、具有約5倍水泥的功效,在普通砼和低水泥澆注料中應(yīng)用可降低成本.提高耐久性。
7、有效防止發(fā)生砼堿骨料反應(yīng)。
8、提高澆注型耐火材料的致密性。在與Al2O3并存時(shí),更易生成莫來(lái)石相,使其高溫強(qiáng)度,抗熱振性增強(qiáng)。 9、具有極強(qiáng)的火山灰效應(yīng),拌合混凝土?xí)r,可以與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2發(fā)生二次水化反應(yīng),形成膠凝產(chǎn)物,填充水泥石結(jié)構(gòu),改善漿體的微觀(guān)結(jié)構(gòu),提高硬化體的力學(xué)性能和耐久性。
10、微硅粉為無(wú)定型球狀顆粒,可以提高混凝土的流變性能。
11、微硅粉的平均顆粒尺寸比較小,具有很好的填充效應(yīng),可以填充在水泥顆粒空隙之間,提高混凝土強(qiáng)度和耐久性。
2、耐火材料添加劑
優(yōu)質(zhì)微硅粉主要被用作高性能耐火澆注料、預(yù)制件、鋼包料、透氣磚、自流型耐火澆注料及干濕法噴射材料。在高溫陶瓷領(lǐng)域,如:氧化物結(jié)合碳化硅制品,高溫型硅酸鈣輕質(zhì)隔熱材料,電磁窯用剛玉莫來(lái)石推板,高溫耐磨材料及制品,剛玉及陶瓷制品,賽龍結(jié)合制品等,微硅粉的使用具有高流動(dòng)性、低蓄水量、高致密度和高強(qiáng)度等特點(diǎn)。
3、 冶金球團(tuán)粘合劑
微硅粉用水調(diào)和制球團(tuán)后進(jìn)行自然干燥或燒結(jié),不另加粘結(jié)劑,球團(tuán)中雜質(zhì)很少,可返回電爐作為冶煉材料。
4、化工產(chǎn)品分散劑
為了防止某些化工合成粉體結(jié)塊,可用微硅粉取代較貴的處理材料,代替部分分散隔離及或增加效果,廣泛用于微細(xì)農(nóng)藥、化肥、滅火劑等產(chǎn)品。
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