微硅粉的應(yīng)用

    本世紀(jì)70年代，北歐各國(guó)首先研究了微硅粉在混凝土中的應(yīng)用，挪威工業(yè)大學(xué)的M·Slad首次做了微硅粉的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)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(kāi)展了微硅粉綜合利用的研究，并取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。針對(duì)微硅粉的應(yīng)用，1983年在加拿大，1986年在西班牙召開(kāi)了兩次國(guó)際會(huì)議，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，西歐及北美各國(guó)已將摻有微硅粉的混凝土應(yīng)用于高層建筑、高速公路、橋梁和石油平臺(tái)等工程中。

    我國(guó)對(duì)微硅粉應(yīng)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(yīng)用于四川省漁子溪二級(jí)水電站引水隧洞工程中，同年12月通過(guò)了水電部的技術(shù)鑒定。1983—1 986年上海鐵合金與上海建筑科學(xué)院等單位合作研究了微硅粉在混凝土中的應(yīng)用。

    1985年后，微硅粉應(yīng)用領(lǐng)域的研究日益擴(kuò)大，已成功地應(yīng)用于建筑、耐火材料、化工等行業(yè)。綜合國(guó)內(nèi)外情況，現(xiàn)在微硅粉的應(yīng)用主要有如下幾個(gè)方面。

一、在混凝土方面的應(yīng)用
    把微硅粉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、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％以內(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、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、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、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。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(hù)鋼筋和埋設(shè)件。目前這些技術(shù)已在港口堤岸、水電站堤壩、飛機(jī)場(chǎng)跑道、越江隧道、多層廠房的防滲耐油地坪等工程中得到實(shí)際應(yīng)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(yīng)用
    南京水利科學(xué)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(bǔ)工程中，結(jié)果表明，“硅粉砂漿”具有以下優(yōu)良性能：
1)“硅粉砂漿”具有優(yōu)越的抗沖磨性能，與600號(hào)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(shí)性，砂漿吸水率降低到普通水泥的20 ～30％而抗?jié)B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(qiáng)度比普通砂漿提高45% ～66％，抗拉強(qiáng)度提高7％～20 %，最高強(qiáng)度可達(dá)11600N／cm 2，“硅粉砂漿”還能促進(jìn)水泥水化，提高早強(qiáng)。

三、作返回爐料
    美國(guó)曾提出以球團(tuán)形式作為電爐冶煉原料．球團(tuán)的料比為每453．6kg硅石配22．7—113．4kg微硅粉，制成球團(tuán)，球的最大尺寸為1 9-25mm。微硅粉成球的方法多用傳統(tǒng)的圓盤(pán)成球機(jī)，挪威、日本等國(guó)都有報(bào)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(jié)劑，球團(tuán)中含水率為20％，干球密度(0．72-0．75)×10 kg／m。，在空氣中經(jīng)一晝夜干燥，球團(tuán)即可獲得足夠的機(jī)械強(qiáng)度。經(jīng)電爐冶煉證明，加入較大量的球團(tuán)時(shí)，爐子運(yùn)行正常。挪威埃肯公司用水調(diào)和成10-15mm球團(tuán)，在豎爐中800一1200攝氏度燒結(jié)，不會(huì)爆裂且有足夠強(qiáng)度，可返回作冶煉原料。前蘇聯(lián)將它用紙漿廢液作粘結(jié)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(yīng)用
    低水泥澆注料是70年代發(fā)展起來(lái)的一種新型耐高溫耐火注料，首先由法國(guó)研制成功。1983年美國(guó)通用耐火材料公司將低水泥澆注料用于高爐出鐵溝內(nèi)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(jié)約鋁酸鹽水泥50 ～70％，冶金部建筑研究總院對(duì)低水泥澆注料的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。與普通澆注料相比，低水泥澆注料在氣孔率、強(qiáng)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(duì)比

五、在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用
    早在幾年前有人研究硅粉在制造泡花堿(水玻璃)中的應(yīng)用取得成功。目前大都采用石英砂制造泡花堿，其模數(shù)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(duì)工人的危害，又可簡(jiǎn)化工藝、節(jié)約能源，并能制造出模數(shù)大于4的泡花堿，新工藝的基本原理如下：

低模數(shù)泡花堿 微硅粉m+n>4

高模數(shù)的泡花堿為中性，可廣泛應(yīng)用于高溫噴涂、鑄鈉、爐襯等方面。

六、在橡膠工業(yè)中的應(yīng)用
    據(jù)前蘇聯(lián)文獻(xiàn)報(bào)道，微硅粉可作為制取橡膠、樹(shù)脂的礦物原料，含有微硅粉填料的橡膠，其相對(duì)延伸率、拉撕裂強(qiáng)度和抗老化性能均得到改善。預(yù)計(jì)微硅粉替代白炭黑用于橡膠工業(yè)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(jìn)作物根部發(fā)育，抑制病蟲(chóng)害。微硅粉還可用作化肥防結(jié)塊劑。另外，前蘇聯(lián)還利用微硅粉作硅酸鹽磚，當(dāng)微硅粉配入7%時(shí)，磚的標(biāo)號(hào)可達(dá)M250—M300。