Кремнеземная пыль , также известная как микрокремнезем , (номер CAS 69012-64-2, номер EINECS 273-761-1) представляет собой аморфный (некристаллический) полиморф диоксида кремния , кремнезема . Это ультратонкий порошок, собираемый как побочный продукт производства сплава кремния и ферросилиция, и состоит из сферических частиц со средним диаметром частиц 150 нм. Основная область применения — в качестве пуццоланового материала для высокопроизводительного бетона.
Иногда его путают с пирогенным кремнеземом (также известным как пирогенный кремнезем, номер CAS 112945-52-5). Однако процесс производства, характеристики частиц и области применения пирогенного кремнезема отличаются от таковых у кремнеземной пыли.
Первое испытание микрокремнезема в бетонах на основе портландцемента было проведено в 1952 году. Самым большим недостатком исследования свойств микрокремнезема была нехватка материала для экспериментов. Ранние исследования использовали дорогую добавку, называемую коллоидным кремнеземом, аморфную форму кремнезема, полученную 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 середины 1970-х годов в Соединенных Штатах микрокремнезем просто выбрасывался в атмосферу.
С введением более жестких экологических законов в середине 1970-х годов кремниевые плавильщики начали собирать микрокремнезем и искать его применение. Ранние работы, проведенные в Норвегии, привлекли наибольшее внимание, поскольку они показали, что бетоны на основе портландцемента, содержащие микрокремнезем, 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.
Кремнеземная пыль представляет собой сверхтонкий материал со сферическими частицами диаметром менее 1 мкм, средний размер которых составляет около 0,15 мкм. Это делает ее примерно в 100 раз меньше средней цементной частицы. [4] Насыпная плотность кремнеземной пыли зависит от степени уплотнения в силосе и варьируется от 130 (неуплотненная) до 600 кг/м 3 . Удельный вес кремнеземной пыли обычно находится в диапазоне от 2,2 до 2,3. Удельную площадь поверхности кремнеземной пыли можно измерить методом БЭТ или методом адсорбции азота. Обычно она составляет от 15 000 до 30 000 м 2 /кг. [5]
Кремнеземистый порошок является побочным продуктом карботермического восстановления высокочистого кварца углеродистыми материалами, такими как уголь, кокс, древесная щепа, в электродуговых печах при производстве кремниевых и ферросилициевых сплавов.
Благодаря своей чрезвычайной тонкости и высокому содержанию кремнезема, кремнеземная пыль является очень эффективным пуццолановым материалом. [6] [7] Стандартные спецификации для кремнеземной пыли, используемой в цементных смесях, — ASTM C1240, [8] EN 13263. [9]
Кремнеземная пыль добавляется в портландцементный бетон для улучшения его свойств, в частности, прочности на сжатие , прочности сцепления и стойкости к истиранию . Эти улучшения являются результатом как механических улучшений, возникающих в результате добавления очень тонкого порошка в цементную пасту, так и пуццолановых реакций между кремнеземной пылью и свободным гидроксидом кальция в пасте. [10]
Добавление микрокремнезема также снижает проницаемость бетона для ионов хлорида , что защищает арматурную сталь бетона от коррозии , особенно в средах с высоким содержанием хлорида, таких как прибрежные районы и влажные континентальные дороги и взлетно-посадочные полосы (из-за использования солей для борьбы с обледенением ) и мосты с соленой водой . [11] Кроме того, микрокремнезем имеет важное применение в нефтегазовых операциях. Микрокремнезем может использоваться для первичного размещения раствора в качестве гидравлического уплотнения в стволе скважины или для вторичных применений, таких как восстановительные работы, включая ремонт утечек, трещин и закрытие истощенных зон. [12]
До середины 1970-х годов почти весь кремнеземный пар выбрасывался в атмосферу. После того, как экологические проблемы потребовали сбора и захоронения кремнеземного пара, стало экономически выгодно использовать кремнеземный пар в различных областях, в частности, в высокопроизводительном бетоне. [13] Влияние кремнеземного пара на различные свойства свежего и затвердевшего бетона включает:
Пары кремния, как побочный продукт, могут быть использованы для производства карбида кремния .
