微硅粉的應用

    本世紀70年代，北歐各國首先研究了微硅粉在混凝土中的應用，挪威工業大學的M·Slad首次做了微硅粉的試驗，發現混凝土摻用微硅粉后許多性能得到改善。80年代以后，歐美和日本相繼開展了微硅粉綜合利用的研究，并取得了長足的進步。針對微硅粉的應用，1983年在加拿大，1986年在西班牙召開了兩次國際會議，據文獻報道，西歐及北美各國已將摻有微硅粉的混凝土應用于高層建筑、高速公路、橋梁和石油平臺等工程中。

    我國對微硅粉應用的研究起就較晚，1985年水電部研究成功把微硅粉作為摻合料的噴射混凝土新工藝，并成功地應用于四川省漁子溪二級水電站引水隧洞工程中，同年12月通過了水電部的技術鑒定。1983—1 986年上海鐵合金與上海建筑科學院等單位合作研究了微硅粉在混凝土中的應用。

    1985年后，微硅粉應用領域的研究日益擴大，已成功地應用于建筑、耐火材料、化工等行業。綜合國內外情況，現在微硅粉的應用主要有如下幾個方面。

一、在混凝土方面的應用
    把微硅粉作為摻和劑用于混凝土工業是國內外硅粉利用中研究是早、成果最多、應用最廣的一個領域。由于微硅粉粒度細，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度混凝土。自1983年以來，在北美、歐洲、日本等都開始大量使用硅粉混凝土，僅1989年，挪威就有4萬t微硅粉用于混凝土，相當于50萬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m3。微硅粉加入混凝土中改善了混凝土多方面性能：

1、提高混凝土早期強度和最終強度
    國外研究證明，當微硅粉對水泥的取代率在30％以內時，蒸養溫度為80℃，砂漿一天的抗壓強度為不摻微硅粉的2倍(100MPa)，若采用蒸壓養護，則幾乎達3倍(150MPa)。加拿大研究表明，當微硅粉與高效減水劑復合使用時，混凝土的抗壓強度為不摻硅粉的3～5倍。目前，美國、丹麥、挪威等國已有微硅粉作摻和劑配制了強度高達1100kg／cm2 的混凝土，而且工藝簡單。微硅粉在混凝土中的效應，隨微硅粉用量增加，活性和微粒對混凝土強度的影響也逐漸增強。

2、增加致密度
    混凝土中摻入微硅粉增加了起反應的硅含量，在電鏡下觀察，摻微硅粉混凝土的水泥石空隙中有晶體生長。另外，微硅粉顆粒很細小，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。

3、改善混凝土離析和泌水性能
    國外研究證明，微硅粉摻入量愈多，混凝土材料愈難以離析和泌水，當取代率達15％時，混凝土坍落度即使達15～20cm也不產生離析和泌水，當取代率達20％～30 時，混凝土直接放入自來水中也不易產生離析。

4、提高混凝土的抗滲性、抗化學侵蝕性和比電阻
    由于微硅粉的摻入提高了混凝土的密實性，大大減少了水泥石空隙，所以提高了微硅粉混凝土的抗滲性能 國內外研究認為，當混凝土中微硅粉取代率為10％～20 時，顯著改善了混凝土的抗滲性、抗化學侵蝕性，而且對鋼筋的耐腐蝕性也有改善，這是由于密實性的提高和SiO2 含量的增加，有效地阻止了酸離子的侵入和腐蝕作用。另外，由于微硅粉比電阻很高，所以混凝土比電阻可提高1．9—16倍，有利于保護鋼筋和埋設件。目前這些技術已在港口堤岸、水電站堤壩、飛機場跑道、越江隧道、多層廠房的防滲耐油地坪等工程中得到實際應用，上海市延安中路黃浦江越江隧道等特殊工程中。

二、在水工抗磨蝕材料中的應用
    南京水利科學研究院用微硅粉作為添加劑配制的“硅粉砂漿”已用于葛洲壩水閘修補工程中，結果表明，“硅粉砂漿”具有以下優良性能：
1)“硅粉砂漿”具有優越的抗沖磨性能，與600號普通水泥相比，抗沖磨性能提高60％～ 150％。
2)“硅粉砂漿”顯著提高了砂漿的密實性，砂漿吸水率降低到普通水泥的20 ～30％而抗滲能力大大提高，能有效地阻止有害離子的侵入，從而提高了砂漿的耐久性。
3)“硅粉砂漿”的抗壓強度比普通砂漿提高45% ～66％，抗拉強度提高7％～20 %，最高強度可達11600N／cm 2，“硅粉砂漿”還能促進水泥水化，提高早強。

三、作返回爐料
    美國曾提出以球團形式作為電爐冶煉原料．球團的料比為每453．6kg硅石配22．7—113．4kg微硅粉，制成球團，球的最大尺寸為1 9-25mm。微硅粉成球的方法多用傳統的圓盤成球機，挪威、日本等國都有報道，用紙漿廢液、硅酸鈉、NaCI、堿或堿土金屬氫氧化物等水溶液或凈水作粘結劑，球團中含水率為20％，干球密度(0．72-0．75)×10 kg／m。，在空氣中經一晝夜干燥，球團即可獲得足夠的機械強度。經電爐冶煉證明，加入較大量的球團時，爐子運行正常。挪威�？瞎�司用水調和成10-15mm球團，在豎爐中800一1200攝氏度燒結，不會爆裂且有足夠強度，可返回作冶煉原料。前蘇聯將它用紙漿廢液作粘結劑，按30%比例加入電爐使用，效果良好。

四、在耐火燒注料中的應用
    低水泥澆注料是70年代發展起來的一種新型耐高溫耐火注料，首先由法國研制成功。1983年美國通用耐火材料公司將低水泥澆注料用于高爐出鐵溝內襯，使用壽命是原普通澆注料的3倍。
    低水泥澆注料主要是配入了微硅粉和高效減水劑，可以節約鋁酸鹽水泥50 ～70％，冶金部建筑研究總院對低水泥澆注料的試驗結果見表3。與普通澆注料相比，低水泥澆注料在氣孔率、強度、耐火度等方面都有所提高。
    表3 低水泥澆注料和普通澆注料性能的對比

五、在化學工業中的應用
    早在幾年前有人研究硅粉在制造泡花堿(水玻璃)中的應用取得成功。目前大都采用石英砂制造泡花堿，其模數不大于3．5，而使用硅粉制泡花堿，既可免去破碎、研磨石英砂對工人的危害，又可簡化工藝、節約能源，并能制造出模數大于4的泡花堿，新工藝的基本原理如下：

低模數泡花堿 微硅粉m+n>4

高模數的泡花堿為中性，可廣泛應用于高溫噴涂、鑄鈉、爐襯等方面。

六、在橡膠工業中的應用
    據前蘇聯文獻報道，微硅粉可作為制取橡膠、樹脂的礦物原料，含有微硅粉填料的橡膠，其相對延伸率、拉撕裂強度和抗老化性能均得到改善。預計微硅粉替代白炭黑用于橡膠工業是完全可能的。

七、其他用途
    微硅粉與KOH或K2CO3混合加熱可制成緩效濃肥硅酸鉀，它不易流失，能促進作物根部發育，抑制病蟲害。微硅粉還可用作化肥防結塊劑。另外，前蘇聯還利用微硅粉作硅酸鹽磚，當微硅粉配入7%時，磚的標號可達M250—M300。