Qu'est-ce que la fumée de micro silice?
Vous savez peut-être déjà que la fumée de micro silice est un sous-produit de la production de silicium élémentaire. Mais saviez-vous que les microparticules de fumée de silice sont en forme de sphère et sont très fines, avec une taille moyenne de seulement 0.1 à 0.3 micromètres? Cette propriété en fait un excellent additif pour les mélanges de béton. Ces petites tailles de particules facilitent le broyage avec du ciment Portland pour obtenir du ciment mélangé. Le contenu du béton mélangé à la fumée de micro silice est généralement du ciment, fumée de silice, agrégat fin et grossier, et de l'eau.
Micro Silica fume is used as an additive to concrete or as a component in Portland cement. It has shown to increase compressive strength and reduce permeability and shrinkage of the concrete. This means that you can use less concrete to get the same effect with micro silica fume in your mixture. Another use for Micro Silica Fume is in concrete, where the silica fume provides a chemical reaction with the cement paste, which produces heat. This heat production helps to make the concrete easier to handle and build with. Another use for silica fume is as a soil conditioner in agriculture. Because of its fantastic ability to absorb liquid has been used as a replacement for organic fertilizers such as manure, blood meal, and bone ash. This is important because the chemical compounds that make up the organic fertilizers convert to nitrates in water. This can cause problems with surrounding ecosystems and groundwater. Micro silica fume is also used as a flame retardant because it has an amazing ability to absorb liquid and form a protective barrier around itself.
What are the Benefits of Using Silica Fume for Construction?
Before we discuss the use of Micro Silica Fume in construction, let us get to know silica fume better:
- Silica fume contains more than 90% of silicon dioxide.
- The rest of the constituents include carbon, soufre, aluminum oxides, le fer, calcium, sodium, magnésium, et potassium.
- The surface area for silica fume particles is between 13,000 à 30,000 sq meters per kilogram. Cependant, the best-suited, most practical specification is around 15,000 sq meters per kilogram or 15 sq meters per gram.
- Silica fume in the range of 500 à 700 kilograms per cubic meter density is considered ideal for concrete additives.
Now that we know micro silica fume better, let us explore the advantages of adding it to concrete mixes:
- Silica fume makes the concrete mix more efficient and reduces wastage by reducing segregation and bleeding of the mix
- It enhances the properties of fresh and hardened concrete (discussed later in the article)
- Higher concrete durability
- Greater early compressive strength for the mix
- Concrete mixes with added silica fume exhibit a high modulus of elasticity and flexural strength
- Smaller particles attributed to high bond strength
- Silica fume prevents thermally induced cracking, thereby making it suitable for mass concreting purposes
- Ability to prevent most aggressive chemical attacks
Micro silica fume is popular in construction projects for immeubles de grande hauteur, structures de stationnement, dam structures, béton projeté residential projects, and even nuclear waste storage facilities.
Chemical reactions within micro silica fume concrete
Chemical reactions are triggered as soon as the dry mix of Portland cement, and micro silica fume is mixed with water. Two chemical compounds are produced, namely Calcium Hydroxide and Calcium Silicate Hydrate. The first chemical, Calcium Hydrate, is also known as free lime. It facilitates by lining all the existing pores in concrete as a filler. The second chemical, Silicate de calcium hydraté, is the crystalline compound that provides strength to the mix.
Following the first reaction, a subsequent pozzolanic reaction takes place among calcium hydroxide and silica fume to produce more Calcium Silicate Hydrate compounds. These further fill up the voids around the existing hydrated particles of cement. The formation of such crystal compounds makes the concrete denser by converting bigger voids into smaller ones. Giving out a resultant concrete material that exhibits improved flexural, compressif, et force de liaison.
La micro fumée de silice s'est avérée utile en termes de résistance au gel-dégel et offre une résistance élevée à la compression.
Types de fumée de silice disponibles sur le marché
- Fumée de silice telle que produite - Ce type de fumée de silice est disponible sous forme de poudre extrêmement fine. Il a une densité apparente plus faible, et son débit dépend de l'efficacité de l'équipement de transport pneumatique. Comme le matériau est difficile à manipuler, cela implique une charge plus élevée, stockage, frais de transport et de dosage. It is not a popular choice for construction projects because of the dust it generates while processing.
- Silica fume slurry – A water-based slurry is prepared from the as-produced silica fume, which is easy to transport and use. It contains about 40-60% fumée de silice.
- Fumée de silice densifiée – Also known as compacted silica fume, ce type est fourni sous la forme de produits denses qui permettent une manipulation similaire à celle du ciment Portland. Il est produit en maintenant la fumée de silice telle que produite dans des silos où l'air comprimé est introduit par le bas, ce qui entraîne le dépôt de particules denses.
- Fumée de silice pastillée – est préparé en ajoutant de petites quantités d'eau et de ciment à la fumée de silice telle que produite. Un granulateur à disque est utilisé pour transformer le mélange en granulés denses.
Comment utiliser la fumée de micro silice dans les projets de construction?
Adding silica fume to concrete brings out striking changes in ordinary concrete mixes. They include:
- Improvements in strength
Les cristaux d'hydroxyde de calcium produits dans le mélange de béton de fumée de silice constituent la base de la fabrication de cristaux de plus petite taille qui sont orientés de manière plus aléatoire dans le mélange.. L'ajout de micro-fumées de silice améliore la force de liaison dans le mélange de pâte de ciment. Il facilite également les connexions entre les différents composants composites présents dans le mélange de béton, lui conférant ainsi une grande résistance. Ces particules d'agrégats renforcent également le béton, jouant ainsi un rôle beaucoup plus influent que d'être simplement un additif de remplissage.
UN étude was conducted where the effect of silica fume on durability of fly ash concrete composites was recorded. The researchers used four different silica fume concentrations (3%, 6%, 9% et 12%). It was observed that the added silica fume positively affects the carbonation resistance, durability of water impermeability, and freeze-thaw resistance. Greater concentrations of silica fume decreased the carbonation depth. Aussi, adding silica fume has a small impact on the workability and dry shrinkage properties of fly ash containing concrete composites. Les concentrations de fumée de silice sont indirectement corrélées à l'affaissement et au débit d'affaissement.
- Améliorations de la résistance au gel
Même après 300 à 500 cycles de congélation-décongélation rapides, le module élastique relatif de la fumée de silice est 10-20%. En revanche, le module d'élasticité moyen du béton conventionnel est 30-73% après 25-50 cycles.
- Améliorations du remplissage
On observe que la concentration de fumée de silice de 15% dans le mélange de béton augmente considérablement la résistance du mélange. L'ajout de fumée de silice réduit considérablement la taille des vides des particules de ciment. Cet effet est similaire à la façon dont les particules de ciment agissent comme charges entre les granulats, vides d'agrégats grossiers et d'agrégats fins. De telles augmentations de la densité et de la résistance du béton à haute résistance ont un effet de remplissage attribué à l'ajout de fumée de silice.
- Amélioration des saignements
Les particules de fumée de silice apportent une homogénéité dans les mélanges de béton en remplissant les pores. La présence de fumée de silice au moment de la transition de l'interface coulis de ciment et granulats réduit le ressuage du béton. Il ne permet pas à l'humidité de s'accumuler sous l'agrégat.
Lorsqu'il s'agit d'ajouter de la fumée de silice au mélange de béton de préparation, la composition varie en fonction de l'utilisation finale et du type de béton. La concentration typique varie entre 10% à 15% of cementing material. Nous listons les différents ratios comme suit:
- Béton haute performance: 5-10%
- Béton hydraulique: 5-10%
- Béton projeté: 5-10%
- Aide au pompage: 2-3%
- Sol industriel résistant à l'usure: 6-8%
- Mortier polymère et mortier d'isolation thermique: 10-15%
Procédé de préparation du béton à la micro-fumée de silice:
- Broyage des agglomérations en particules de fumée de silice appropriées.
- Mélange de particules de fumée de silice avec d'autres constituants du béton de manière uniforme
- Ajouter de l'eau au mélange sec jusqu'à 75%
- Ajout de gros granulats
- Ajout de fumée de silice, suivi de ciment ou de cendres volantes dans un mélangeur rotatif
- Ajout de granulats fins
- Ajout du reste 25% de l'eau pour amener le mélange à la consistance et à la maniabilité désirées
Propriétés de Micro Silica Fume qui le distinguent des autres matériaux de construction
La fumée de silice en tant qu'additif au béton présente plusieurs avantages. Properties of fresh silica fume concrete include:
- High plastic shrinkage
- Conventional concrete mixtures require relatively less water content to achieve similar workability. The advantages of the addition of silica fume outweigh the extra water content requirements.
- Low workability, car la teneur en eau plus élevée est nécessaire.
- Le béton de fumée de silice a tendance à avoir une faible valeur d'affaissement
- Le béton avec de la fumée de silice ajoutée présentera moins de ressuage et de ségrégation
- Un mélange cohésif avec de la fumée de silice
Certaines propriétés du béton de fumée de silice durci qui sont différentes du béton de fumée de silice frais sont:
- Résistance à la compression plus élevée que le béton ordinaire
- Module d'élasticité plus élevé que le béton ordinaire
- Fluage bien moindre par rapport au béton ordinaire
Le meilleur matériau pour les projets de construction – Why You Should Use Micro Silica Fume
Let us discuss different use cases for silica fume in construction projects.
- Applications in concrete
The popularly used High Performance Concrete can have silica fume as an additive. Not only does it improve durability and strength, but the HPC also produced using silica fume results in improved resistance to abrasion, higher toughness, resistance to corrosion and chemicals, and economic efficiencies.
Structures like parking decks, highways and highway bridges, et les structures marines sont confrontées à une détérioration constante due à la corrosion des barres d'armature, abrasion, et attaques chimiques. Silica fume addition protects the concrete structures against regularly applied de-icing salts, Circulation, eau de mer, et catastrophes naturelles. L'ajout de fumée de silice réduit également les coûts de maintenance en éliminant la détérioration du béton et la corrosion des barres d'armature.
- Applications dans les matériaux de réparation
La fumée de silice est idéale partout où des produits de réparation à base de ciment sont appliqués. Several applications include vertical and overhead mortars that can have greater adhesion by adding silica fume. It is useful even for underwater grouting that’s to its reduced permeability. It is also useful when exposed to reactive chemicals like sulfates, nitrates, chlorides and acids. The reduced bleeding property helps keep the application both economical and more efficient.
- Applications in refractory as well as ceramics
Sililca fume has a small particle size, making it best suited for refractory castables. Low-temperature sintering is made possible in its presence. It also provides castables resistant to slag, métal, and gas penetration. Ces bétons restent solides même à des températures élevées.
- Applications dans le béton projeté
Une économie et des efficacités substantielles sont présentées par le béton projeté qui a ajouté de la fumée de micro silice. Les applications populaires pour le béton projeté à la fumée de silice comprennent le revêtement de tunnel minier, stabilisations rocheuses, and massive maintenance improvements in old bridges and marine columns. Thanks to the smaller particle sizes that help improve bonding strength, les fumées de silice dans le béton projeté offrent d'excellentes performances pour les procédés de béton projeté sec et humide. The reductions in rebound losses measure up to 50%. Silica fume ensures thick application and the least rebound loss at each passage of the shotcrete dispensing nozzle. A single pass of the nozzle can deposit up to 12 pouces. Le béton projeté à base de fumée de silice a une faible perméabilité et une résistivité électrique élevée. Comme le béton de fumée de silice, le béton projeté à la fumée de silice présente également une meilleure résistance à la flexion et à la compression.
- Applications dans l'injection de puits de pétrole
La fumée de silice permet une double application. Dans le cas de la demande principale, le coulis est placé comme scellant hydraulique dans le puits foré. Pour les applications secondaires, la fumée de silice est utilisée pour réparer les fuites, divise, et fermeture des emplacements épuisés. Silica fume is a non-reactive and tightly bonded material. It does not allow gases to pass and improves operational efficiency.
Ainsi, using micro silica fume in oil well-related applications helps improve flow and decreases permeability. Silica fume is a lightweight option that also has high compressive strength.
Sustainability of silica fume use in construction
The Environmental Protection Agency (APE) has identified only three sustainable Supplementary Cementitious Materials. They are silica fume, ciment de laitier, et cendres volantes. L'EPA a désigné la fumée de silice comme l'un des composants minéraux récupérés, ce qui en fait un matériau d'avenir. Non seulement la micro fumée de silice prolonge le cycle de vie des structures en béton, son ajout contribue grandement à réduire l'empreinte du béton dans le monde entier. Sa capacité à résister aux catastrophes naturelles, faible entretien, et ses propriétés inertes en font le meilleur choix pour les projets de construction.
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