二、微硅粉的特性
增強效應
微硅粉,作為混凝土中所應用的活性礦物摻料之一,摻入后可以改善水泥石膠凝物質的組成,特別可以減少和消除游離石灰。因為活性礦物中的SiO2可以和游離石灰及高堿性水化硅鈣產生火山灰反應,生成強度更高、穩定性更優的低堿性水化硅酸鈣,膠凝物質的數量得到大幅增加,水泥石與集料的界面結構也得到大幅改善。因此,混凝土強度得以大幅提高。這就是硅粉對混凝土的增強效應。
填充效應
在混凝土中摻入適量的超細礦物摻料----微硅粉(平均粒徑0.10-0.26um),由于其平均粒徑比粉煤灰和礦渣又小一個數量級,微硅粉可以進一步填充于粉煤灰和礦渣粒子之間的空隙,使膠凝材料的粒子的密實性進一步提高,強度進一步增加。除此之外,填充效應提高了混凝土的致密性,因此還能改善混凝土的耐久性。
增塑效應
在高效減水劑的協同作用下,在拌合過程中,極小的圓球形微硅粉顆粒的表面覆蓋了一層表面活性物質,與水泥粒子以及其他礦物摻料粒子一樣,使顆粒之間產生靜電斥力,由于球狀的硅灰粒子遠小于水泥粒子,它們在水泥顆粒之間起到“滾珠”作用,使水泥漿體的流動性增加,從而使泵送和灌注更為容易,因此增強效應得以有效體現。
對混凝土耐久性改善
活性硅粉的摻入,在混凝土水化物中形成大量低堿性水化硅酸鈣膠凝,它們能吸收和固定大量的Na+,K+離子,從而使混凝土孔溶液中的有效堿含量大大減少,因而,極大地減少了堿集料反應的危害性。而且,硅粉還能填充在水泥粒子之間和界面的空隙中,使混凝土的抗滲性大幅度提高,這樣,水和侵蝕介質難以進入混凝土的內部,故而混凝土的耐久性大大提高。
三、微硅粉的應用
1. 建筑工程:該領域微硅粉主要添加到混凝土中,除了增加其強度和提升其耐久性,以微硅粉(硅灰)配制的高性能混凝土還具有優異的構造性能、大幅降低工程維護費用并支持環境可持續發展。
? 高性能混凝土:配置高性能混凝土中添加,提高混凝土的力學性能,以達到設計強度要求,抗壓強度一般高于70Mpa,主要用于城市高層結構的承重梁,應用的建筑項目多集中在房地產項目或辦公樓;
? 活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,簡稱RPC): 為高性能混凝土后,研究成功的一種超高硬、低脆性、耐久性優異的新型超高強混凝土。目前國內主要應用在高鐵項目的小型預制構件,其抗壓強度可以達到120Mpa左右;
? 抗沖耐磨混凝土:主要應用于水電站項目的消力池和泄洪洞兩個部位,由于該兩部位的特殊性,使硅粉的添加顯得必不可少。混凝土添加硅粉后,其抗沖磨能力比一般混凝土提高一倍左右,抗48m/s流速級的抗磨蝕能力提高3倍以上;
④隧道噴射混凝土:微硅粉添加在噴混砂漿里,可以降低噴射回彈率,增大致密性;
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綜上所述,微硅粉在水泥混凝土行業內的應用的主要優勢是首先微硅粉能夠提高鋼筋混凝土的強度,其次微硅粉的摻入能夠降低混凝土的滲透性,增大鋼筋混凝土的抗腐蝕能力,另外,微硅粉用于混凝土中時,能夠提高混凝土的耐磨能力和抗沖擊能力,適用于高磨易腐蝕損傷的部位,最后,微硅粉在降低大體積混凝土的水化溫升、減少噴射混凝土的回彈損失,增大粘聚力,降低發生堿骨料反應等方面都有獨特的優勢。
2. 耐火材料:高檔高性能低水泥耐火澆注料及預制件,使用壽命是普通澆注料的三倍,耐火度提高約100℃,能大大提高澆注型耐火材料的致密性。在與Al2O3并存時,更易生成莫來石相,使其高溫強度,抗熱振性增強。高溫強度及抗熱震性能明顯改善。正因如此,微硅粉已普遍應用于:焦爐、大型鐵溝及鋼包料、透氣磚、有色金屬、玻璃、陶瓷及發電等行業。
3. 外墻保溫材料:超薄真空絕熱保溫板,其主要原料材料為微硅粉,特點為
保溫節能效果優異,導熱系數低,效果相當于其它保溫材料的6-10倍以上。用1-2厘米厚就能達到75%的節能要求,相當于其它保溫材料10cm以上的保溫節能效果??梢詼p少房屋公攤面積,增加2-6%得房率。
四、微硅粉的生產
生產收集原理簡述
第一步:廢氣凈化
電爐出口煙氣經過煙罩、主煙氣管道,通過冷卻器降溫后進入旋風分離除塵器,再經過布袋除塵器。煙氣通過風機進入布袋除塵器,粉塵被濾袋內表面捕集下來,凈化后達到環保標準的煙氣從濾袋外排出,上升到除塵器頂部從排放口排入大氣。
第二步:微硅粉收集
當設備運行阻力或時間到達設定值時,卸灰過程開始。利用主風機前段負壓,通過反吸風管道及進出風管閥門的切換實現對布袋除塵器各倉室的清灰過程,回收下來的粉塵通過輸灰管道由風機送入至微硅粉均化裝置。
第三步:微硅粉加密
經過布袋除塵器收集的微硅粉初始密度只有150-200kg/m3,在運輸上耗費很大的費用,因此,經過加密后的微硅粉呈球狀,堆積比重由原來散裝微硅粉0.2t/m3左右增至0.3~0.6t/m3,這樣能使包裝及運輸費減少約30~60%。與此同時,裝卸效率得到提高、貯存空間和占地也減少,且生產現場揚塵現象大大減緩,改善了勞動條件和環境。
五、微硅粉的品質控制
微硅粉本質上是冶煉過程中的一種“副產品”或者說“廢品”,并非通過刻意生產加工而來,所以其質量會更多的受外界因素的影響。為了讓產品品質做到相對穩定,做了很多探索和研究,摸索出一套有效的品質控制方法主要表現如下:
I.產生源的品質控制
①、爐型大小的選擇:爐型的大小決定產品質量的穩定性。過小的爐體,爐況變化較頻繁,導致SiO2質量不穩定,而大于12500KVA的爐體,產量較少,不能保證產品供應的延續性,故, 6300KVA到12500KVA的工業硅爐為首選,可以確保工程用微硅粉SiO2含量≥85%且相應雜質含量較少,各指標均可滿足相關標準;
②、將冶煉爐負荷大小、礦石原料產地品質、還原劑類別等礦熱爐本身的因素進行初步分類,將采集微硅粉樣品進行分析,根據化驗結果做出產品分類。
II.生產過程的品質控制
①.在微硅粉“生產線”(環保設備)自動控制領域,通過對現場爐況的觀察,與廠內技術人員交流,在不影響環保除塵設備效果的情況下,對主風機控制參數進行調節,改變不同爐況的各級風速,改變過濾布袋的內外壓差,控制過濾效果,達到調節硅灰含量及其他參數的目的。另外,也可以對收塵設備進行升級,加裝溫度調節捕風器組、擴大布袋除塵器過濾面積等方式,達到改變整個收塵系統SiO2冷凝時間、成型性狀等,最終對微硅粉的各項參數進行一定范圍內的可調可控。
②.產品卸料封包前,操作員須目測確保袋內微硅粉顏色均勻且產品無結塊,并將有唯一編號的質量卡縫制于包裝袋上。這使得每袋微硅粉都具有了溯源性,強化了操作人員的責任心,也便于生產、存儲各環節的識別,大大增強了產品的質量保證。
③、生產現場的巡查是品控過程中的重要一環。專職現場巡查人員會每日進行例行的料場巡視及冶煉現場記錄工作,確保冶煉工藝、原料及成品未發生變動,保證微硅粉產品的質量穩定。若發生了工藝、原料、爐況變化及其他可能對微硅粉品質產生影響的情況,需及時將當日產品區別存放,并將樣品及時做指標分析,依據化驗結果再行分類。
III.產品出庫、入庫品質控制
①.產品入庫堆放時,不同爐型的產品須分類堆放;同一設備的產品,以一周內生產的產品為一批次單獨堆放。庫管人員須做好不同批次產品的產地記錄和堆放位置記錄?;炄藛T以一整車(25-30噸)為一批次再進行一次抽檢,抽檢樣品數量不低于二十袋,每包取樣重量不低于100g,樣品混合均勻后送檢。每次檢查均需記錄檢驗時間、指標數據等相關信息。
微硅粉未來應用趨勢
近年來,由于國家對環保的重視,逐步加強了對污染企業的管理,特別是國內對高強混凝土需求的增加,許多鐵合金生產企業配備了收塵設備,并開發、引進了加密技術。我國微硅粉產品發展迅速。高強度混凝土、微硅粉噴射混凝土、硅粉砂漿、低水泥澆注料等科研成果都已通過了部級或省、市級技術鑒定,并已在許多工程中應用,技術經濟效果顯著。隨著國家經濟建設的發展,以及對我國全長約1.8萬公里海岸線的大力建設(海港深水碼頭、跨海大橋、海上鉆井平臺等),微硅粉的應用領域必將會得到更進一步拓展。面對如此巨大的市場,這對微硅粉的生產管理、品質控制以及供應保證體系提出了更高的要求,不僅需要確保大批量的生產供應,而且更需要我們在此過程中做到現代化、科學化及精細化的管理,做到真正意義上的變“廢”為寶。