सिलिका धुंआ

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Not to be confused with सिलिका धुआँ.
संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी में देखे गए सिलिका धूआं कण

सिलिका धूआं, जिसे माइक्रोसिलिका के रूप में भी जाना जाता है, सिलिकॉन डाइऑक्साइड, सिलिका का अनाकार (गैर-क्रिस्टलीय) बहुरूप है। यह सिलिकॉन और फेरोसिलिकॉन मिश्र धातु उत्पादन के उप-उत्पाद के रूप में एकत्र किया गया अल्ट्राफाइन पाउडर है और इसमें 150 nm के औसत कण व्यास वाले गोलाकार कण होते हैं। आवेदन का मुख्य क्षेत्र उच्च प्रदर्शन कंक्रीट के लिए पॉज़ोलानिक सामग्री के रूप में है।

यह कभी-कभी फ्यूमड सिलिका (जिसे पायरोजेनिक सिलिका, सीएएस संख्या 112945-52-5 के रूप में भी जाना जाता है) के रूप में होता है। चूँकि, उत्पादन प्रक्रिया, कण विशेषताओं और फ्यूम सिलिका के आवेदन के क्षेत्र से भिन्न हैं।

इतिहास

पोर्टलैंड-सीमेंट-आधारित कंक्रीट में सिलिका धूआं का प्रथम परीक्षण 1952 में किया गया था। सिलिका धूआं के गुणों का परीक्षण में सबसे बड़ी सामग्री की कमी थी जिसके साथ प्रयोग किया जा सके। प्रारंभिक शोध में हाइड्रोजन-ऑक्सीजन लौ में सिलिकॉन टेट्राक्लोराइड के दहन द्वारा बनाई गई सिलिका का अनाकार रूप फ्यूमड सिलिका नामक उच्च मूल्य योजक का उपयोग किया गया था। दूसरी ओर सिलिका धूआं, अधिक सूक्ष्म पोज़ोलानिक, अनाकार सामग्री है, जो विद्युत चाप भट्टियों में मौलिक सिलिकॉन या फेरोसिलिकॉन मिश्र धातुओं के उत्पादन का उप-उत्पाद है। यूरोप में 1960 के दशक के अंत से पूर्व और संयुक्त राज्य अमेरिका में 1970 के दशक के मध्य में, सिलिका के धुएं को वातावरण में विस्तारित कर दिया गया था।

1970 दशक के मध्य के समय कठिन पर्यावरण नियमों के कार्यान्वयन के साथ, सिलिकॉन प्रगालक ने सिलिका धूआं एकत्र करना और इसके अनुप्रयोगों का परीक्षण करना प्रारंभ किया। नॉर्वे में किए गए प्रारंभिक कार्य ने सबसे अधिक ध्यान आकर्षित किया, क्योंकि इससे ज्ञात होता था कि पोर्टलैंड सीमेंट-आधारित-कंक्रीट में सिलिका के धुएं में अधिक शक्ति और कम सरंध्रता थी। तब से सिलिका धूआं के अनुसंधान और विकास ने इसे कंक्रीट और सीमेंट वाले उत्पादों के लिए विश्व के सबसे मूल्यवान और बहुमुखी मिश्रणों में से बना दिया।

गुण

Components of cement:
comparison of chemical and physical characteristics[lower-alpha 1][1][2][3]
Property Portland
cement 		Siliceous[lower-alpha 2]
fly ash 		Calcareous[lower-alpha 3]
fly ash 		Slag
cement 		Silica
fume
Proportion by mass (%)
 SiO2 21.9 52 35 35 85–97
Al2O3 6.9 23 18 12 —
Fe2O3 3 11 6 1 —
CaO 63 5 21 40 < 1
MgO 2.5 — — — —
SO3 1.7 — — — —
Specific surface (m2/kg)[lower-alpha 4] 370 420 420 400 15,000
– 30,000
Specific gravity 3.15 2.38 2.65 2.94 2.22
General purpose Primary binder Cement replacement Cement replacement Cement replacement Property enhancer
  1. ↑ Values shown are approximate: those of a specific material may vary.
  2. ↑ ASTM C618 Class F
  3. ↑ ASTM C618 Class C
  4. ↑ Specific surface measurements for silica fume by nitrogen adsorption (BET) method, others by air permeability method (Blaine).

सिलिका धूआं 1 माइक्रोन से कम व्यास वाले गोलाकार कणों वाला अति सूक्ष्म पदार्थ है, औसत लगभग 0.15 माइक्रोन है। यह इसे औसत सीमेंट कण से लगभग 100 गुना छोटा बनाता है।[4] सिलिका धूआं का थोक घनत्व साइलो में घनत्व की डिग्री पर निर्भर करता है और 130 (अघनित) से 600 किलोग्राम/मीटर तक भिन्न होता है सिलिका धूआं का विशिष्ट गुरुत्व सामान्यतः 2.2 से 2.3 की सीमा में होता है। सिलिका धूआं के विशिष्ट सतह क्षेत्र को बीईटी सिद्धांत या नाइट्रोजन सोखने विधि से मापा जा सकता है। यह सामान्यतः 15,000 से 30,000 m2/kg तक होता है।.[5]


उत्पादन

सिलिका धूआं सिलिकॉन और फेरोसिलिकॉन मिश्र धातुओं के उत्पादन में इलेक्ट्रिक आर्क भट्टियों में कोयला, कोक, लकड़ी-चिप्स जैसे कार्बनयुक्त पदार्थों के साथ उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज की कार्बोथर्मिक कमी में उपोत्पाद है।

अनुप्रयोग

कंक्रीट

इसकी अत्यधिक सूक्ष्मता और उच्च सिलिका सामग्री के कारण, सिलिका धूआं अधिक प्रभावी पोज़ोलानिक सामग्री है।[6][7] सीमेंट के मिश्रण में प्रयुक्त सिलिका धूआं के लिए मानक विनिर्देश ASTM C1240, EN 13263 हैं। [8][9]सिलिका फ्यूम को पोर्टलैंड सीमेंट कंक्रीट के गुणों में सुधार करने के लिए जोड़ा जाता है, विशेष रूप से इसकी संपीड़न शक्ति, बंधन शक्ति और घर्षण (यांत्रिक) प्रतिरोध का उपयोग किया जाता है। ये सुधार सीमेंट पेस्ट मिश्रण में अधिक सूक्ष्म पाउडर मिलाने के साथ-साथ पेस्ट में सिलिका धूआं और मुक्त कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड के मध्य पॉज़ज़ोलैनिक प्रतिक्रियाओं से उत्पन्न दोनों यांत्रिक सुधारों का उत्पाद है।[10]

सिलिका धूआं मिश्रित करने से क्लोराइड आयनों के लिए कंक्रीट की पारगम्यता (द्रव) भी कम हो जाती है, जो कंक्रीट के सरिया को क्षरण से बचाता है, विशेष रूप से क्लोराइड युक्त वातावरण जैसे कि तटीय क्षेत्रों और नम महाद्वीपीय रोडवेज, रनवे और समुद्री जल पुल के उपयोगों का कारण है।[11] इसके अतिरिक्त, सिलिका धुएं का तेल और गैस संचालन में महत्वपूर्ण उपयोग होता है। सिलिका धूआं का उपयोग ग्राउट के प्राथमिक प्लेसमेंट के लिए उत्तम प्रकार से बोर में हाइड्रोलिक सील के रूप में किया जा सकता है, या द्वितीयक अनुप्रयोगों जैसे रिसाव में सुधार, विभाजन, और क्षीण क्षेत्रों को बंद करने सहित सुधारात्मक संचालन के लिए किया जा सकता है। [12]1970 के दशक के मध्य से पूर्व, लगभग सभी सिलिका धूआं वातावरण में छुट्टी दे दी गई थी। पर्यावरण संबंधी चिंताओं के बाद सिलिका धूआं का संग्रह और लैंडफिलिंग आवश्यक हो गया, यह विशेष रूप से उच्च-प्रदर्शन कंक्रीट में विभिन्न अनुप्रयोगों में सिलिका धूआं का उपयोग करने के लिए आर्थिक रूप से व्यवहार्य हो गया।[13] ताजा और कठोर कंक्रीट के विभिन्न गुणों पर सिलिका धूआं के प्रभाव में शामिल हैं:

  • व्यावहारिकता: सिलिका धूआं को जोड़ने के साथ, समय के साथ कंक्रीट मंदी परीक्षण हानि, इसके अलावा कंक्रीट मिश्रण में बड़े सतह क्षेत्र की शुरूआत के कारण सिलिका धूआं सामग्री में वृद्धि के लिए सीधे आनुपातिक है। चूँकि मंदी कम हो जाती है, मिश्रण अत्यधिक सामंजस्यपूर्ण रहता है।
  • कंक्रीट में भिन्नाव: सिलिका फ्यूम रक्तस्राव को काफी कम कर देता है क्योंकि सिलिका फ्यूम के बड़े सतह क्षेत्र को गीला करने में मुक्त पानी की खपत होती है और इसलिए रक्तस्राव के लिए मिश्रण में बचा हुआ पानी भी कम हो जाता है। सिलिका का धूआं ताज़े कंक्रीट के छिद्रों को भी बंद कर देता है, इसलिए कंक्रीट के अंदर का पानी सतह पर नहीं आने देता।

सिलिकन कार्बाइड

सिलिका धूआं, उपोत्पाद है, जिसका उपयोग सिलिकॉन कार्बाइड के उत्पादन के लिए किया जा सकता है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Holland, Terence C. (2005). "Silica Fume User's Manual" (PDF). Silica Fume Association and United States Department of Transportation Federal Highway Administration Technical Report FHWA-IF-05-016. Retrieved October 31, 2014.
  2. ↑ Kosmatka, S.; Kerkhoff, B.; Panerese, W. (2002). Design and Control of Concrete Mixtures (14 ed.). Portland Cement Association, Skokie, Illinois.
  3. ↑ Gamble, William. "Cement, Mortar, and Concrete". In Baumeister; Avallone; Baumeister (eds.). Mark's Handbook for Mechanical Engineers (Eighth ed.). McGraw Hill. Section 6, page 177.
  4. ↑ "Chapter 3 Fly Ash, Slag, Silica Fume, and Natural Pozzolans" (PDF). The University of Memphis.
  5. ↑ "सिलिका धूआं उपयोगकर्ता पुस्तिका" (PDF). Silica Fume Association.
  6. ↑ ACI Committee 226. 1987b. "Silica fume in concrete: Preliminary report", ACI Materials Journal March–April: 158–66.
  7. ↑ Luther, M. D. 1990. "High-performance silica fume (microsilica)—Modified cementitious repair materials". 69th annual meeting of the Transportation Research Board, paper no. 890448 (January)
  8. ↑ ASTM C1240. Standard Specification for Silica Fume Used in Cementitious Mixtures, http://astm.org
  9. ↑ EN 13263 Silica fume for concrete. http://www.cen.eu
  10. ↑ Detwiler, R.J. and Mehta, P.K., Chemical and Physical Effects of Silica Fume on the Mechanical Behavior of Concrete, Materials Journal Nov. 1989
  11. ↑ Rachel J. Detwiler; Chris A. Fapohunda & Jennifer Natale (January 1994). "ऊंचे तापमान पर ठीक किए गए कंक्रीट के क्लोराइड आयन प्रवेश के प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए पूरक सीमेंटिंग सामग्री का उपयोग". Materials Journal.
  12. ↑ "Silica Fume for Oil and Gas | R-E-D Industrial Products". R-E-D Industrial (in English). Retrieved 2023-02-06.
  13. ↑ ACI 234R-06. Guide to Silica Fume in Concrete, American Concrete Institute


अग्रिम पठन


बाहरी संबंध

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