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什么是硅灰?它有哪些特性?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-11-06

硅灰又称凝聚硅灰或硅粉,是电弧炉冶炼硅金属或硅铁合金时的副产品。即硅铁厂在冶炼硅金属时,将高纯度的石英、焦碳投到电弧炉内,在温度高达2000℃下,石英被还原成硅的同时,约有10%~15%的硅化为蒸汽,在烟道内随气流上升遇氧结合成一氧化硅(SiO) 气体,逸出炉外时,SiO遇冷空气后再氧化成SiO,最后冷凝成极微细的颗粒。这种SiO颗粒,日本称“活性硅”,法国称“硅尘”,比较多的国家称“冷凝硅烟灰”,我国统称为“硅灰”。

硅灰的主要成分中,SiO含量达80%以上,绝大部分是非晶态的无定形SiO,其他成分含量都较少,氧化铁、氧化钙、氧化硫的含量随矿石的成分不同稍有变化,一般不超过1%,烧失量约为1.5% ~3%。

由于硅灰的生成条件特别,因而其具有颗粒细(平均粒径为0.1~0.2μm),比表面积大(一般为20000~25000m/kg)的特点,同时硅粉还具有极高的火山灰活性。

由于硅灰特别细,比表面积特别大,因此,在通常情况下掺入硅灰后需水量增大。但是,在适当的条件下,硅灰也可以表现出减水作用。笔者在进行硅灰与超塑化剂共同作用的研究中发现,掺用超塑化剂时,硅灰对需水量的影响表现出截然不同的行为。图1给出超塑化剂掺量对掺与不掺硅灰砂浆需水量的影响。从图中可以看出,不掺超塑化剂时,掺10%硅灰使得砂浆需水量显著增加,大约增加22.7%;掺0.6%超塑化剂时,掺与不掺硅灰砂浆的需水量相差不大;继续增加超塑化剂掺量,不掺硅灰砂浆的需水量基本保持不变,而掺10%硅灰砂浆的需水量仍然随超塑化剂掺量的增加而降低,其最终效果掺10%硅灰砂浆的需水量可以明显低于不掺硅灰砂浆的需水量,大约可降低22.2%。

仔细分析一下,硅灰的颗粒很小,而且是球形的,为什么不表现出减水作用,而且使需水量增加?其原因在于它具有非常大的比表面积。硅灰的比表面积是水泥的10~20倍,如此大的比表面积使得表面需水量显著地增加,这一作用超过了它的填充作用和润滑作用,最终结果使需水量增加。值得注意的是,掺入硅灰使需水量增加但并不意味着它没有填充作用和润滑作用。显然,非常小的颗粒必然表现出较强的填充作用,球形的颗粒形状必然表现出较强的润滑作用。但是,非常大的比表面积也必然导致表面水的增加。硅灰对需水量的影响是这些作用的综合结果,不能以单一作用来判断硅灰对需水量的影响,也不能用硅灰对需水量的影响去判断某一种作用的效果。

不掺超塑化剂时,硅灰的表面作用大于它的填充作用和润滑作用,因而使需水量增加。掺入0.6%的超塑化剂后,其表面作用得到了改善,使得其表面作用与填充作用和润滑作用相当,因而表现出对需水量没有影响。继续增加超塑化剂掺量,硅灰的表面作用可以得到进一步的改善,使得硅灰的填充作用和润滑作用远远超过它的表面作用,因而表现出需水量的降低。这也间接证明了超塑化剂对粉状物料表面性质的影响。

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