دخان السيليكا
غبار السيليكا ، المعروف أيضاً باسم السيليكا الدقيقة (رقم CAS 69012-64-2، رقم EINECS 273-761-1)، هو شكل متعدد غير متبلور من ثاني أكسيد السيليكون ، السيليكا . وهو مسحوق فائق النعومة يُجمع كمنتج ثانوي لإنتاج سبائك السيليكون والفيروسليكون، ويتكون من جزيئات كروية بقطر متوسط يبلغ 150 نانومتر. يُستخدم بشكل أساسي كمادة بوزولانية في الخرسانة عالية الأداء.
يُخلط أحيانًا بينه وبين السيليكا المدخنة (المعروفة أيضًا باسم السيليكا الحرارية، رقم CAS 112945-52-5). ومع ذلك، فإن عملية الإنتاج وخصائص الجسيمات ومجالات استخدام السيليكا المدخنة تختلف تمامًا عن تلك الخاصة بغبار السيليكا.
تاريخ
أُجريت أولى التجارب على غبار السيليكا في الخرسانة القائمة على أسمنت بورتلاند عام ١٩٥٢. وكان العائق الأكبر أمام استكشاف خصائص غبار السيليكا هو نقص المواد اللازمة للتجربة. استخدمت الأبحاث المبكرة مادة مضافة باهظة الثمن تُسمى السيليكا المدخنة، وهي شكل غير متبلور من السيليكا يُصنع عن طريق احتراق رابع كلوريد السيليكون في لهب الهيدروجين والأكسجين. أما غبار السيليكا، فهو مادة بوزولانية دقيقة جدًا وغير متبلورة، وهي منتج ثانوي لإنتاج السيليكون العنصري أو سبائك الفيروسليكون في أفران القوس الكهربائي. قبل أواخر الستينيات في أوروبا ومنتصف السبعينيات في الولايات المتحدة ، كان يتم ببساطة إطلاق غبار السيليكا في الغلاف الجوي.
مع تطبيق قوانين بيئية أكثر صرامة في منتصف سبعينيات القرن الماضي، بدأت مصاهر السيليكون بجمع غبار السيليكا والبحث عن استخداماته. حظيت الدراسات المبكرة التي أُجريت في النرويج بمعظم الاهتمام، إذ أظهرت أن الخرسانة القائمة على أسمنت بورتلاند والمحتوية على غبار السيليكا تتميز بقوة عالية جدًا ومسامية منخفضة . ومنذ ذلك الحين، جعل البحث والتطوير في مجال غبار السيليكا منه أحد أهم الإضافات وأكثرها تنوعًا في العالم للخرسانة والمنتجات الأسمنتية.
ملكيات
| ملكية | أسمنت بورتلاند | رماد متطاير سيليسي [ ب ] | رماد متطاير كلسي [ ج ] | أسمنت الخبث | دخان السيليكا | |
|---|---|---|---|---|---|---|
النسبة المئوية للكتلة | SiO 2 | 21.9 | 52 | 35 | 35 | 85-97 |
| Al 2 O 3 | 6.9 | 23 | 18 | 12 | — | |
| Fe 2 O 3 | 3 | 11 | 6 | 1 | — | |
| كاو | 63 | 5 | 21 | 40 | < 1 | |
| أكسيد المغنيسيوم | 2.5 | — | — | — | — | |
| SO 3 | 1.7 | — | — | — | — | |
| المساحة السطحية النوعية (م² / كجم) [ يوم ] | 370 | 420 | 420 | 400 | 15000 – 30000 | |
| الكثافة النوعية | 3.15 | 2.38 | 2.65 | 2.94 | 2.22 | |
| إعلان عام | المجلد الأساسي | استبدال الأسمنت | استبدال الأسمنت | استبدال الأسمنت | محسن للعقارات | |
| ||||||
غبار السيليكا مادة فائقة النعومة، تتكون من جزيئات كروية يقل قطرها عن 1 ميكرومتر، ويبلغ متوسط قطرها حوالي 0.15 ميكرومتر. وهذا يجعلها أصغر بحوالي 100 مرة من متوسط حجم جزيئات الأسمنت. [ 4 ] تعتمد الكثافة الظاهرية لغبار السيليكا على درجة التكثيف في الصومعة، وتتراوح من 130 (غير مكثف) إلى 600 كجم/م³ . أما الكثافة النوعية لغبار السيليكا فتتراوح عمومًا بين 2.2 و2.3. ويمكن قياس المساحة السطحية النوعية لغبار السيليكا باستخدام طريقة BET أو طريقة امتزاز النيتروجين، وتتراوح عادةً بين 15000 و30000 م² / كجم. [ 5 ]
إنتاج
يُعد دخان السيليكا منتجًا ثانويًا في عملية الاختزال الكربوني الحراري للكوارتز عالي النقاء باستخدام مواد كربونية مثل الفحم وفحم الكوك ورقائق الخشب، في أفران القوس الكهربائي في إنتاج سبائك السيليكون والحديد والسيليكون.
التطبيقات
أسمنت
بسبب نعومته الفائقة ومحتواه العالي من السيليكا، يُعدّ غبار السيليكا مادة بوزولانية فعّالة للغاية. [ 6 ] [ 7 ] المواصفات القياسية لغبار السيليكا المستخدم في الخلطات الأسمنتية هي ASTM C1240، [ 8 ] وEN 13263. [ 9 ]
تُضاف غبار السيليكا إلى خرسانة أسمنت بورتلاند لتحسين خصائصها، ولا سيما مقاومتها للضغط ، وقوة تماسكها ، ومقاومتها للتآكل . وتنتج هذه التحسينات عن التحسينات الميكانيكية الناتجة عن إضافة مسحوق ناعم جدًا إلى خليط عجينة الأسمنت، بالإضافة إلى التفاعلات البوزولانية بين غبار السيليكا وهيدروكسيد الكالسيوم الحر في العجينة. [ 10 ]
تُقلل إضافة غبار السيليكا من نفاذية الخرسانة لأيونات الكلوريد ، مما يحمي حديد التسليح من التآكل ، خاصةً في البيئات الغنية بالكلوريدات كالمناطق الساحلية والطرق والممرات الرطبة في المناطق القارية (بسبب استخدام أملاح إزالة الجليد ) والجسور البحرية . [ 11 ] علاوة على ذلك، يُستخدم غبار السيليكا استخدامات مهمة في عمليات النفط والغاز. يُمكن استخدامه في وضع الملاط كطبقة مانعة للتسرب في البئر، أو في تطبيقات ثانوية كعمليات الإصلاح، بما في ذلك إصلاح التسريبات والتشققات وإغلاق المناطق المستنفدة. [ 12 ]
قبل منتصف سبعينيات القرن العشرين، كان يُطلق معظم غبار السيليكا في الغلاف الجوي. وبعد أن استدعت المخاوف البيئية جمع غبار السيليكا ودفنه في مكبات النفايات ، أصبح استخدامه مجديًا اقتصاديًا في تطبيقات متنوعة، ولا سيما في الخرسانة عالية الأداء. [ 13 ] تشمل تأثيرات غبار السيليكا على خصائص الخرسانة الطرية والمتصلبة ما يلي:
- قابلية التشغيل: مع إضافة غبار السيليكا، يتناسب انخفاض الهبوط مع مرور الوقت تناسبًا طرديًا مع زيادة محتوى غبار السيليكا، وذلك نتيجةً لزيادة مساحة السطح في الخلطة الخرسانية. وعلى الرغم من انخفاض الهبوط، إلا أن الخلطة تظل متماسكة للغاية.
- الانفصال والنزف : يقلل غبار السيليكا من النزف بشكل ملحوظ، لأن الماء الحر يُستهلك في ترطيب مساحة سطح غبار السيليكا الكبيرة، وبالتالي يقل الماء الحر المتبقي في الخليط للنزف. كما يسد غبار السيليكا مسام الخرسانة الطرية، مما يمنع الماء الموجود داخلها من الوصول إلى السطح.
كربيد السيليكون
يمكن استخدام أبخرة السيليكا، كمنتج ثانوي، لإنتاج كربيد السيليكون .
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ هولاند، تيرينس سي. (2005). "دليل مستخدم غبار السيليكا" (ملف PDF) . جمعية غبار السيليكا وإدارة الطرق السريعة الفيدرالية التابعة لوزارة النقل الأمريكية، التقرير الفني FHWA-IF-05-016 . تاريخ الاطلاع: 31 أكتوبر 2014 .
- ↑ كوسماتكا، س.؛ كيركوف، ب.؛ بانيريز، و. (2002). تصميم ومراقبة الخلطات الخرسانية ( الطبعة الرابعة عشرة). جمعية أسمنت بورتلاند، سكوكاي، إلينوي.
- ↑ غامبل، ويليام. "الأسمنت والملاط والخرسانة". في باوميستر؛ أفالون؛ باوميستر (محررون). دليل مارك للمهندسين الميكانيكيين ( الطبعة الثامنة). ماكجرو هيل. القسم 6، الصفحة 177.
- ↑ "الفصل الثالث: الرماد المتطاير، والخبث، وأبخرة السيليكا، والمواد البوزولانية الطبيعية" (ملف PDF) . جامعة ممفيس. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 29 يونيو 2010. تاريخ الاطلاع: 5 مايو 2012 .
- ↑ "دليل مستخدم غبار السيليكا" (ملف PDF) . جمعية غبار السيليكا.
- ↑ لجنة ACI 226. 1987ب. "أدخنة السيليكا في الخرسانة: تقرير أولي"، مجلة ACI للمواد مارس-أبريل: 158-66.
- ↑ لوثر، دكتور في الطب، 1990. "غبار السيليكا عالي الأداء (السيليكا الدقيقة) - مواد إصلاح أسمنتية معدلة". الاجتماع السنوي التاسع والستون لمجلس أبحاث النقل، ورقة بحثية رقم 890448 (يناير)
- ↑ ASTM C1240. المواصفة القياسية لأبخرة السيليكا المستخدمة في الخلطات الأسمنتية، http://astm.org
- ↑ EN 13263 دخان السيليكا للخرسانة. http://www.cen.eu
- ↑ ديتويلر، آر جيه وميهتا، بي كيه، التأثيرات الكيميائية والفيزيائية لأبخرة السيليكا على السلوك الميكانيكي للخرسانة ، مجلة المواد، نوفمبر 1989
- ↑ راشيل ج. ديتويلر؛ كريس أ. فابوهوندا وجينيفر ناتالي (يناير 1994). "استخدام مواد إسمنتية تكميلية لزيادة مقاومة اختراق أيونات الكلوريد في الخرسانة المعالجة في درجات حرارة مرتفعة" . مجلة المواد.
- ↑ "أبخرة السيليكا للنفط والغاز | منتجات ريد الصناعية" . ريد الصناعية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2023-02-06 .
- ↑ ACI 234R-06. دليل غبار السيليكا في الخرسانة ، المعهد الأمريكي للخرسانة
للمزيد من القراءة
- إدارة الطرق السريعة الفيدرالية الأمريكية . "أبخرة السيليكا" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 22 يناير 2007. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 يناير 2007 .
- جمعية أسمنت بورتلاند . "الفصل 3: الرماد المتطاير، والخبث، وغبار السيليكا، والبوزولان الطبيعي" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 29-06-2010 . تاريخ الاطلاع: 07-04-2012 .
- جمعية غبار السيليكا. "دليل مستخدم غبار السيليكا" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 مايو 2012 .
روابط خارجية
- المواد الخزفية
- أنواع الزجاج
- ثاني أكسيد السيليكون