El humo de sílice , también conocido como microsílice , (número CAS 69012-64-2, número EINECS 273-761-1) es un polimorfo amorfo (no cristalino) de dióxido de silicio , sílice . Es un polvo ultrafino recogido como subproducto de la producción de aleaciones de silicio y ferrosilicio y está formado por partículas esféricas con un diámetro medio de partícula de 150 nm. El principal campo de aplicación es como material puzolánico para hormigón de altas prestaciones.
A veces se confunde con la sílice pirógena (también conocida como sílice pirogénica, número CAS 112945-52-5). Sin embargo, el proceso de producción, las características de las partículas y los campos de aplicación de la sílice de pirólisis son todos diferentes de los del humo de sílice.
Historia
La primera prueba de humo de sílice en Portland- de cemento basados en hormigones se llevó a cabo en 1952. El mayor inconveniente de la exploración de las propiedades de humo de sílice era la falta de material con el que experimentar. Las primeras investigaciones utilizaron un aditivo costoso llamado sílice pirógena, una forma amorfa de sílice que se obtiene mediante la combustión de tetracloruro de silicio en una llama de hidrógeno y oxígeno. El humo de sílice, por otro lado, es un material amorfo puzolánico muy fino, un subproducto de la producción de silicio elemental o aleaciones de ferrosilicio en hornos de arco eléctrico. Antes de finales de la década de 1960 en Europa y mediados de la de 1970 en Estados Unidos , los vapores de sílice simplemente se ventilaban a la atmósfera.
Con la implementación de leyes ambientales más estrictas a mediados de la década de 1970, las fundiciones de silicio comenzaron a recolectar el humo de sílice y buscar sus aplicaciones. El trabajo inicial realizado en Noruega recibió la mayor parte de la atención, ya que había demostrado que los hormigones a base de cemento Portland que contenían vapores de sílice tenían resistencias muy altas y porosidades bajas. Desde entonces, la investigación y el desarrollo del humo de sílice lo convirtió en uno de los aditivos más valiosos y versátiles del mundo para hormigón y productos cementosos.
Propiedades
Propiedad | cemento Portland | Cenizas volantes silíceas [b] | Cenizas volantes calcáreas [c] | Cemento de escoria | Humo de sílice | |
---|---|---|---|---|---|---|
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 | - | |
CaO | 63 | 5 | 21 | 40 | <1 | |
MgO | 2.5 | - | - | - | - | |
SO 3 | 1,7 | - | - | - | - | |
Superficie específica [d] (m 2 / kg) | 370 | 420 | 420 | 400 | 15.000– 30.000 | |
Gravedad específica | 3,15 | 2,38 | 2,65 | 2,94 | 2.22 | |
Uso general en hormigón | Carpeta primaria | Reemplazo de cemento | Reemplazo de cemento | Reemplazo de cemento | Potenciador de la propiedad | |
El humo de sílice es un material ultrafino con partículas esféricas de menos de 1 μm de diámetro, siendo el promedio de aproximadamente 0,15 μm. Esto lo hace aproximadamente 100 veces más pequeño que la partícula de cemento promedio. [4] La densidad aparente del humo de sílice depende del grado de densificación en el silo y varía de 130 (no densificado) a 600 kg / m 3 . La gravedad específica del humo de sílice está generalmente en el rango de 2,2 a 2,3. La superficie específica del humo de sílice se puede medir con el método BET o el método de adsorción de nitrógeno. Suele oscilar entre 15.000 y 30.000 m 2 / kg. [5]
Producción
El humo de sílice es un subproducto de la reducción carbotérmica de cuarzo de alta pureza con materiales carbonosos como carbón, coque, astillas de madera, en hornos de arco eléctrico en la producción de aleaciones de silicio y ferrosilicio .
Aplicaciones
Hormigón
Debido a su finura extrema y alta de sílice contenido, humo de sílice es un muy eficaz puzolánica material. [6] [7] Las especificaciones estándar para el humo de sílice utilizado en mezclas cementosas son ASTM C1240, [8] EN 13263. [9]
Se agrega humo de sílice al concreto de cemento Portland para mejorar sus propiedades, en particular su resistencia a la compresión , fuerza de unión y resistencia a la abrasión . Estas mejoras provienen tanto de las mejoras mecánicas resultantes de la adición de un polvo muy fino a la mezcla de pasta de cemento como de las reacciones puzolánicas entre el humo de sílice y el hidróxido de calcio libre en la pasta. [10]
La adición de humo de sílice también reduce la permeabilidad del hormigón a cloruro de iones , que protege el acero de refuerzo de hormigón de la corrosión , especialmente en entornos de cloruro ricos como las regiones costeras y las de continental húmedo carreteras y pistas de aterrizaje (a causa de la utilización de deshielo sales ) y puentes de agua salada . [11]
Antes de mediados de la década de 1970, casi todo el humo de sílice se descargaba a la atmósfera. Después de que las preocupaciones ambientales requirieran la recolección y el vertido del humo de sílice, se volvió económicamente viable usar humo de sílice en varias aplicaciones, en particular en concreto de alto rendimiento. [12] Los efectos del humo de sílice sobre las diferentes propiedades del hormigón fresco y endurecido incluyen:
- Trabajabilidad: Con la adición de humo de sílice, la pérdida de asentamiento con el tiempo es directamente proporcional al aumento en el contenido de humo de sílice debido a la introducción de una gran superficie en la mezcla de hormigón por su adición. Aunque la depresión disminuye, la mezcla sigue siendo muy cohesiva.
- Segregación y sangrado : el humo de sílice reduce significativamente el sangrado porque el agua libre se consume al humedecer la gran superficie del humo de sílice y, por lo tanto, el agua libre que queda en la mezcla para el sangrado también disminuye. El humo de sílice también bloquea los poros en el hormigón fresco, por lo que no se permite que el agua dentro del hormigón salga a la superficie.
Carburo de silicio
Los humos de sílice, como subproducto, pueden usarse para producir carburo de silicio .
Ver también
- Reacción álcali-sílice
- Compuesto cementoso de ingeniería
- Cemento modificado energéticamente (EMC)
- Ceniza voladora
- Caolinita
- Puzolana
- Ceniza de cáscara de arroz
- Metacaolín
Referencias
- ^ Holanda, Terence C. (2005). "Manual del usuario de humo de sílice" (PDF) . Informe técnico FHWA-IF-05-016 de la Asociación de gases de sílice y el Departamento de transporte de los Estados Unidos de la Administración federal de carreteras . Consultado el 31 de octubre de 2014 .
- ^ Kosmatka, S .; Kerkhoff, B .; Panerese, W. (2002). Diseño y Control de Mezclas de Concreto (14 ed.). Asociación de cemento Portland, Skokie, Illinois.
- ^ Apuesta, William. "Cemento, Mortero y Concreto". En Baumeister; Avallone; Baumeister (eds.). Manual de Mark para ingenieros mecánicos (octava ed.). McGraw Hill. Sección 6, página 177.
- ^ "Capítulo 3 cenizas volantes, escoria, humo de sílice y puzolanas naturales" (PDF) . La Universidad de Memphis.
- ^ "Manual del usuario de humo de sílice" (PDF) . Asociación de humo de sílice.
- ^ Comité ACI 226. 1987b. "Humo de sílice en hormigón: informe preliminar", ACI Materials Journal marzo-abril: 158–66.
- ^ Luther, MD 1990. "Humo de sílice de alto rendimiento (microsílice): materiales de reparación cementosos modificados". 69a reunión anual de la Junta de Investigación en Transporte, documento no. 890448 (enero)
- ^ ASTM C1240. Especificación estándar para el humo de sílice utilizado en mezclas de cemento, http://astm.org
- ^ EN 13263 Humo de sílice para hormigón. http://www.cen.eu
- ^ Detwiler, RJ y Mehta, PK, Efectos físicos y químicos del humo de sílice en el comportamiento mecánico del hormigón , Revista de materiales ,noviembre de 1989
- ^ Rachel J. Detwiler; Chris A. Fapohunda y Jennifer Natale (enero de 1994). "Uso de materiales cementantes suplementarios para aumentar la resistencia a la penetración de iones cloruro de hormigones curados a temperaturas elevadas" . Diario de materiales.
- ^ ACI 234R-06. Guía para el humo de sílice en el concreto , Instituto Americano del Concreto
Otras lecturas
- Administración Federal de Carreteras de EE . UU . "Humo de sílice" . Archivado desde el original el 22 de enero de 2007 . Consultado el 24 de enero de 2007 .
- Asociación de cemento Portland . "Capítulo 3 cenizas volantes, escoria, humo de sílice y puzolanas naturales" (PDF) . Consultado el 7 de abril de 2012 .
- Asociación de humo de sílice. "Manual del usuario de humo de sílice" (PDF) . Consultado el 5 de mayo de 2012 .
enlaces externos
- Asociación de humos de sílice