La fumée de silice est produite comme sous-produit dans la fabrication d'alliages de silicium métal et de ferrosilicium, qui sont couramment utilisés dans de nombreux applications industrielles y compris la production d'acier et d'aluminium, fabrication de silicone, fabrication de puces informatiques, et plus.
Et tandis que ces matériaux présentent une grande valeur, leur sous-produit, la fumée de silice, joue un rôle plus important dans l'industrie du béton. Lisez la suite pour savoir ce qu'est exactement la fumée de silice et ce qui en fait un ajout inestimable au béton.
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Qu'est-ce que la fumée de silice?
Fumée de silice, également connu sous le nom de silice volatilisée, micro silice, ou fumée de silice condensée, est un matériau pouzzolanique, qui présente une poudre d de couleur grise, quelque peu similaire en apparence aux cendres volantes ou au ciment Portland. Il se compose principalement de non-cristallin (ou amorphe) Dioxyde de silicone (SiO2), chaque particule étant approximativement 0.01 fois la taille d'une particule de ciment moyenne.
Chaque fois que les producteurs de béton ont besoin de modifier les propriétés naturelles du béton, Des SCM ou des matériaux de cimentation supplémentaires peuvent être utilisés pour obtenir les propriétés souhaitées. Ces matériaux sont généralement ajoutés au béton lors du dosage et sont utilisés en remplacement d'une partie du ciment Portland.
La fumée de silice est un exemple de tels SCM. En raison de ses propriétés chimiques et physiques, le béton contenant de la fumée de silicium peut devenir très durable et acquérir une résistance incroyable.
Cependant, certains problèmes sont associés à l'utilisation de fumée de silice dans le béton. En tant que tel, son utilisation sans discernement n'est pas recommandée. À la place, les applications de fumée de silice doivent être limitées à des produits hautement spécialisés.
Que signifie « pouzzolanique »?
Le matériau pouzzolanique décrit un matériau qui peut réagir avec l'hydroxyde de calcium (CH). C'est un matériau siliceux ou siliceux et alumineux qui ne possède aucune valeur cimentaire, mais, en présence d'humidité et d'une forme fortement divisée, réagit chimiquement avec le CH à des températures régulières pour former un matériau aux propriétés cimentaires.
Le terme pouzzolanique vient d'une petite ville italienne, Pouzzoles. Dans cette ville, les premiers Romains ont combiné des cendres volcaniques avec une roche calcaire pour créer des mortiers pour lier des pierres massives ensemble. Même aujourd'hui, deux mille décennies plus tard, les structures résultantes conservent leur robustesse.
La fumée de silice est un exemple de matériaux pouzzolaniques artificiels et est, Donc, largement utilisé dans l'industrie du béton.
Comment fonctionne la fumée de silice dans le béton?
Une fois le ciment Portland mélangé avec de l'eau, ils commencent à « s'hydrater » ou à réagir les uns aux autres. Au cours de ce processus, une réaction chimique forme deux molécules chimiques:
- Silicate de calcium hydraté (CSH), qui est le principal composé responsable de la cristallisation.
- Hydroxyde de calcium (CH), qui est un sous-produit de la réaction, également connu sous le nom de "chaux libre". Ce composé n'est responsable que de la lixiviation du béton ou du revêtement des pores accessibles à l'intérieur du béton.
Une réaction pouzzolanique se produit entre la fumée de silice et le CH, créant des molécules CSH supplémentaires dans les vides des particules de ciment hydraté. Ces molécules CSH supplémentaires améliorent la flexion, compressif, et adhérence pour le béton. Ils créent également une matrice généralement plus saine, car des fournitures CS supplémentaires remplissent des régions qui seraient restées aussi peu de vides autrement, sujet à des substances nocives et à une pénétration potentielle.
La fumée de silice à utiliser dans le béton est disponible sous forme sèche et humide. Il est généralement ajouté lors de la production de béton à 5% à 10% en poids dans une centrale à béton et a été produit avec succès dans des centrales sèches et centrales.
Avantages et inconvénients de la fumée de silice dans le béton
Aujourd'hui, la fumée de silice est largement utilisée dans industrie de construction, il est donc important de comprendre quelles propriétés la fumée de silice apporte au béton, ainsi que ses avantages et inconvénients associés.
Avantages de la microsilice dans le béton
Être un matériau pouzzolanique efficace, la fumée de silice est couramment ajoutée au béton pour améliorer ses propriétés, en particulier la force de liaison, résistance à la compression, et résistance à la corrosion.
Les principaux avantages de l'utilisation de la fumée de silice dans le béton comprennent:
- La fumée de silice présente une charge inorganique neutre avec une stabilité incroyable propriétés chimiques et physiques. Il ne participe pas à la réaction de durcissement, ne contient pas d'eau cristalline, et n'affecte pas le métabolisme de la réaction.
- L'ajout de fumée de silice au béton peut augmenter la conductivité thermique et le retardateur de flamme, ainsi que modifier la viscosité de l'adhésif.
- Il a de grandes performances d'adsorption, ne produit aucun phénomène d'agglomération, est facile à mélanger, et offre une bonne infiltration pour différents types de résine.
- L'ajout de fumée de silice permet de réduire la température maximale exothermique de la réaction de durcissement de la résine époxy, le taux de retrait des produits solidifiés, et leur coefficient de dilatation linéaire. Cela permet d'éviter les fissures en éliminant les contraintes internes.
- La fumée de silice possède des propriétés comme une forte densification, distribution de taille raisonnable, ainsi qu'une grande résistance à l'usure et une grande dureté. Cela peut augmenter considérablement la résistance à la compression, résistance à la traction, affecter la résistance et la résistance à l'usure des produits durcis, et augmenter la résistance à l'abrasion en 0.5 à 2.5 fois.
- Faible teneur en impuretés, poudre de silicium pur, et des propriétés chimiques et physiques stables ajoutent une résistance à la voûte et de bonnes propriétés d'isolation au matériau de durcissement.
- La fumée de silice se compose de grains finement calibrés et se distribue raisonnablement, ce qui signifie qu'il peut efficacement éliminer ou réduire la stratification et les précipitations.
- Silice (SiO2) dans la fumée de silice appartient aux matériaux inertes. Cela signifie qu'il n'entre pas en réaction avec la plupart des alcaloïdes et des acides. Si la poudre de silicium est uniformément répartie sur la surface des objets, il augmente la cavitation et la résistance à la corrosion en 3 à 16 fois.
- Le module d'élasticité relatif de la fumée de silice est compris entre 10% et 20% après 300 à 500 cycles de gel-dégel, tandis que le module d'élasticité du béton sans ajout de fumée de silice est 30% à 73% après 25 à 50 cycles. Par conséquent, l'ajout de fumée de silice au béton permet d'améliorer la résistance au gel.
- La fumée de silice est une poudre très fine. Lorsqu'il est utilisé comme matériau de remplissage polymère, il peut réduire la quantité de chargement et économiser la quantité requise de polymère, réduisant ainsi le coût global du produit.
Inconvénients de la silice fumée dans le béton
La fumée de silice n'est pas un composé magique. Naturellement, l'utilisation de la fumée de silice dans le béton s'accompagne de certaines difficultés:
- Construction difficile et mauvaise maniabilité. La maniabilité du béton est un facteur important dans le développement de la proportion de mélange de béton. Malheureusement, le béton à la fumée de silice présente une mauvaise maniabilité. Le béton contenant de la fumée de silice n'est pas facile à enduire et est difficile à faire vibrer à grain fin. Cela conduit à une diminution de la douceur et de l'uniformité de la surface du béton.
- Retrait à sec. La fumée de silice augmente le taux de retrait du béton, surtout le retrait à sec précoce. Cela affecte la résistance globale du béton en le rendant plus sujet à la fissuration. Par exemple, une fois la construction terminée, le renforcement des gicleurs et de l'entretien de l'eau peut réduire le problème, mais les fissures sont toujours inévitables dans la plupart des projets de construction.
- Fissures de température. Le béton contenant des fumées de silice se développe rapidement, tandis que la chaleur d'hydratation du béton correspondante se dissipe également rapidement. Cela conduit à une augmentation de la température de la chaleur d'hydratation du béton, augmentant la contrainte à haute température dans le matériau. La concentration de contraintes à l'intérieur de la fissure de retrait à sec peut étendre la fissure, conduisant à la formation de fissures de transfixion.
Applications de la fumée de silice dans le béton
Les deux principales applications de la micro silice dans le béton consistent à créer des mélanges de béton à haute performance et à haute résistance.
Béton Haute Performance (CHP)
Béton haute performance (CHP) produit avec de la fumée de silice a été identifié comme l'un des matériaux avancés les plus précieux nécessaires à la construction d'infrastructures.
En plus d'une durabilité accrue et d'une résistance accrue, Le HPC contenant de la fumée de silice offre une résistance accrue à l'abrasion, produits chimiques, et corrosion, ténacité améliorée, et amélioration de la durabilité et de la rentabilité du cycle de vie.
Ponts de stationnement, ponts routiers, revêtements de tablier de pont, et les structures marines sont sujettes à une détérioration continue due à l'abrasion, courant de corrosion des barres d'armature, et attaque chimique. La fumée de silice est utilisée pour protéger le béton contre l'eau de mer, sels de déglaçage, impact lourd, et le trafic, minimisant ainsi les dépenses de maintenance.
Les principaux avantages du béton haute performance comprennent:
- Résistance accrue aux chocs et à l'abrasion sur les sols, ponts, superpositions, et structures verticales
- Résistivité électrique extrêmement élevée
- La très faible perméabilité à l'intrusion d'eau et au chlorure
- Résistance supérieure à l'impact chimique des acides, chlorures, sulfates, et nitrates
Béton à haute résistance
Le béton à haute résistance produit avec de la fumée de silice offre une plus grande flexibilité de conception pour les ingénieurs et les architectes. Il est traditionnellement utilisé dans les immeubles de grande hauteur au profit de l'augmentation de l'espace utilisable, car il permet l'utilisation de colonnes plus petites. Le béton à haute résistance contenant de la fumée de silice est souvent utilisé dans les poutres précontraintes et préfabriquées, permettant de plus grandes portées dans les conceptions de ponts structuraux.
Les principaux avantages du béton à haute résistance comprennent:
- Module élastique élevé dépassant 7 millions de psi (40,000 MPa)
- Résistance à la compression jusqu'à 20,000 psi (140 MPa)
- Résistance initiale élevée pour les applications préfabriquées et les projets accélérés
- Haute résistance à la flexion jusqu'à 2,000 psi (12 MPa)
Les plats à emporter
La fumée de silice est un matériau pouzzolanique très efficace qui a un potentiel important d'utilisation dans le béton, car il permet d'améliorer la durabilité et les propriétés mécaniques du matériau. Les applications de la fumée de silice dans le béton comprennent les ponts, structures de stationnement, tabliers de pont, immeubles de grande hauteur, et plus.
