Silis dumanı

Silis dumanı (CAS numarası 69012-64-2, EINECS numarası 273-761-1), silisyum dioksitin amorf (kristal olmayan) bir polimorfudur. Mikrosilika olarak da bilinir. Silisyum ve ferrosilikon alaşımı üretiminin bir yan ürünü olarak toplanan ultra ince bir tozdur ve ortalama 150 nanometre partikül çapına sahip küresel partiküllerden oluşur. Ana uygulama alanı, puzolanik malzeme olarak yüksek performanslı betonda kullanılmasıdır.
Bazen isli silika (amorf silika olarak da bilinir, CAS numarası 112945-52-5) ile karıştırılır. Ancak isli silikanın üretim süreci, parçacık özellikleri ve uygulama alanlarının tümü, silis dumanınınkinden farklıdır.
Tarihi
Portland çimentosu bazlı betonlarda silis dumanının ilk testi 1952 yılında gerçekleştirilmiştir. O yıllarda deney yapılacak malzeme eksikliği silis dumanının özelliklerinin açığa kavuşturulmasında büyük bir dezavantajdı. İlk araştırmalarda, silisyum tetraklorürün hidrojen-oksijen alevinde yakılmasıyla elde edilen, pahalı olan, amorf silika kullanılmıştır. Öte yandan silis dumanı, elektrik ark fırınlarında elementsel silisyum veya ferrosilikon alaşımlarının üretimi sırasında bir yan ürün olarak açığa çıkan çok ince puzolanik, amorf bir malzemedir. Avrupa'da 1960'ların sonlarından ve Amerika Birleşik Devletleri'nde 1970'lerin ortalarından önce silika dumanları atmosfere salınmaktaydı.
1970'lerin ortalarında daha katı çevre yasalarının uygulanmasıyla birlikte, silisyum izabe tesisleri silis dumanını toplamaya ve uygulama alanlarını araştırmaya başlamıştır. Norveç'te yapılan ilk çalışmalar, silis dumanı içeren Portland çimentosu bazlı betonların çok yüksek mukavemete ve düşük gözenekliliğe sahip olduğunu gösterdiğinden büyük ilgi gördü. O zamandan beri silis dumanının araştırılması ve geliştirilmesi, silis dumanını beton ve çimentolu ürünler için dünyanın en değerli ve çok yönlü katkılarından biri haline getirmiştir.
Özellikler,
Silis dumanı, çapı 1 μm'den küçük, ortalamaları yaklaşık 0,15 μm olan küresel parçacıklara sahip ultra ince bir malzemedir. Bu da onu ortalama çimento partikülünden yaklaşık 100 kat daha küçük yapar. Silis dumanının kütle yoğunluğu silodaki yoğunlaştırma derecesine bağlıdır ve 130 (yoğunlaştırılmamış) ile 600 kg/m3 arasında değişir. Silis dumanının özgül ağırlığı genellikle 2.2 ila 2.3 aralığındadır. Silis dumanının spesifik yüzey alanı, BET yöntemi veya azot yüzermesi (adsorpsiyon) yöntemi ile ölçülebilir. Tipik olarak 15.000 ila 30.000 m2/kg arasında değişmektedir.
Üretimi
Silis dumanı, silisyum ve ferrosilis alaşımlarının üretiminde elektrik ark ocaklarında, yüksek saflıkta kuvarsın kömür, kok, odun talaşı gibi karbonlu malzemelerle karbotermik indirgenmesinin bir yan ürünüdür.
Uygulamaları
Beton
Aşırı inceliği ve yüksek silika içeriği nedeniyle silika dumanı çok etkili bir puzolanik malzemedir. Çimentolu karışımlarda kullanılan silika dumanı için standart şartnameler ASTM C1240 ve EN 13263'tür.
Portland çimento betonuna, özelliklerini, özellikle basınç dayanımını, bağ dayanımını ve aşınma direncini iyileştirmek için silis dumanı eklenir. Bu iyileştirmeler hem çimento hamuru karışımına çok ince bir tozun eklenmesinden kaynaklanan mekanik iyileştirmelerden hem de hamurdaki silis dumanı ile serbest kalsiyum hidroksit arasındaki puzolanik reaksiyonlardan kaynaklanmaktadır.
Dahası, silis dumanı ilavesi betonun klorür iyonlarına karşı geçirgenliğini azaltarak özellikle nemli ve kıyı bölgelerdeki karayollarında ve köprülerde, kısacası klorür açısından zengin ortamlarda betonun donatılarını korozyondan korur.
1970'lerin ortalarından önce neredeyse tüm silis dumanı atmosfere salınmaktaydı. Çevresel kaygılar silis dumanının toplanmasını ve düzenli depolanmasını gerektirdikten sonra, silis dumanının çeşitli uygulamalarda, özellikle de yüksek performanslı betonda kullanılması ekonomik olarak uygun hale gelmiştir. Silis dumanının taze ve sertleşmiş betonun farklı özellikleri üzerindeki etkileri şunlardır:
İşlenebilirlik: Silis dumanı ilavesi ile beton karışımına geniş yüzey alanı kazandırılması nedeniyle zamanla oluşan göçme, silis dumanı içeriğindeki artışla doğru orantılıdır. Göçme azalsa da karışım yüksek oranda kohezif kalmaktadır.
Segregasyon: Silis dumanı betonda terlemeyi (kanama) önemli ölçüde azaltır çünkü serbest su silis dumanının geniş yüzey alanının ıslanmasında tüketilir ve dolayısıyla karışımda kanama için kalan serbest su da azalır. Silis dumanı ayrıca taze betondaki gözenekleri tıkayarak beton içindeki suyun yüzeye çıkmasına izin vermez.
Silisyum karbür
Yan ürün olarak silis dumanı, silisyum karbür üretmek için kullanılabilir.