シリカフューム

シリカフュームはマイクロシリカとも呼ばれ、（CAS 番号 69012-64-2、EINECS 番号 273-761-1）は、二酸化ケイ素、シリカの非晶質（非結晶）多形です。これは、シリコンおよびフェロシリコン合金の製造の副産物として収集された超微粉末であり、平均粒子径が 150 nm の球状粒子で構成されています。主な用途分野は、高性能コンクリートのポゾラン材料です。

フュームドシリカ（別名パイロジェニックシリカ、CAS番号112945-52-5）と混同されることもありますが、フュームドシリカの製造プロセス、粒子特性、応用分野はすべてシリカフュームとは異なります。

歴史

ポルトランドセメント系コンクリートにおけるシリカフュームの最初の試験は1952 年に実施されました。シリカフュームの特性を調査する上での最大の難点は、実験に使用できる材料が不足していたことです。初期の研究では、ヒュームドシリカと呼ばれる高価な添加剤が使用されました。これは、四塩化ケイ素を水素酸素炎で燃焼させて生成される非晶質シリカです。一方、シリカフュームは、非常に微細なポゾラン非晶質物質で、電気アーク炉で元素シリコンまたはフェロシリコン合金を製造する際に生成される副産物です。1960 年代後半のヨーロッパおよび 1970 年代半ばの米国以前は、シリカフュームは単に大気中に放出されていました。

1970 年代半ばに環境法が厳しくなり、シリコン製錬所はシリカフュームを収集し、その用途を模索し始めました。ノルウェーで行われた初期の研究は、シリカフュームを含むポルトランドセメントベースのコンクリートが非常に高い強度と低い多孔性を持つことが示され、最も注目を集めました。それ以来、シリカフュームの研究開発により、シリカフュームはコンクリートやセメント製品用の世界で最も価値が高く、用途の広い混和剤の 1 つになりました。

プロパティ

シリカフュームは、直径1μm未満の球状粒子を持つ超微細物質で、平均は約0.15μmです。これは、平均的なセメント粒子の約100分の1の大きさです。^[4]シリカフュームの嵩密度は、サイロ内の緻密化の程度によって異なり、130（未緻密化）から600kg/m ^{3の範囲です。シリカフュームの比重は、一般的に2.2から2.3の範囲です。シリカフュームの比表面積は}、BET法または窒素吸着法で測定できます。通常は15,000から30,000 m ² /kgの範囲です。^[5]

生産

シリカフュームは、シリコンやフェロシリコン合金の製造において、電気アーク炉で石炭、コークス、木材チップなどの炭素質材料を使用して高純度石英を炭素熱還元する際に生成される副産物です。

アプリケーション

コンクリート

シリカフュームは極めて微細でシリカ含有量が多いため、非常に効果的なポゾラン材料です。^[6]^[7]セメント混合物に使用されるシリカフュームの標準仕様はASTM C1240、^[8] EN 13263です^。[9]

シリカフュームは、ポルトランドセメントコンクリートの特性、特に圧縮強度、接着強度、耐摩耗性を向上させるために添加されます。これらの改善は、セメントペースト混合物に非常に細かい粉末を添加することによる機械的改善と、ペースト中のシリカフュームと遊離水酸化カルシウム間のポゾラン反応の両方から生じます。 ^[10]

シリカフュームを添加すると、コンクリートの塩化物イオンの浸透性も低下し、特に沿岸地域や湿気の多い大陸の道路や滑走路（凍結防止剤の使用による）、海水橋などの塩化物に富んだ環境で、コンクリートの鉄筋を腐食から保護します。[ 11 ]さらに、シリカフュームは石油やガス^の操業でも重要な役割を果たしています。シリカフュームは、油井の油圧シールとしてグラウトの一次配置に使用したり、漏れ修理、割れ、枯渇した地域の閉鎖などの修復作業などの二次用途に使用できます。^[12]

1970年代半ばまでは、ほぼすべてのシリカフュームが大気中に排出されていました。環境問題からシリカフュームの収集と埋め立てが必要になった後、シリカフュームをさまざまな用途、特に高性能コンクリートに使用することが経済的に可能になりました。^[13]シリカフュームが生コンクリートと硬化コンクリートのさまざまな特性に与える影響は次のとおりです。

作業性: シリカフュームを添加すると、コンクリート混合物の表面積が大きくなるため、時間の経過に伴うスランプの減少はシリカフューム含有量の増加に正比例します。スランプは減少しますが、混合物の凝集性は高いままです。
分離とブリーディング: シリカフュームは、自由水がシリカフュームの広い表面積を湿らせる際に消費され、ブリーディングのために混合物に残る自由水も減少するため、ブリーディングを大幅に削減します。また、シリカフュームは生コンクリートの細孔を塞ぐため、コンクリート内の水が表面に出るのを防ぎます。

シリコンカーバイド

副産物としてのシリカフュームは、シリコンカーバイドの製造に使用されることがあります。

参照

参考文献

^ Holland, Terence C. (2005). 「シリカフュームユーザーズマニュアル」(PDF)。シリカフューム協会および米国運輸省連邦道路管理局技術レポート FHWA-IF-05-016 。 2014年10月31日閲覧。
^ Kosmatka, S.; Kerkhoff, B.; Panerese, W. (2002).コンクリート混合物の設計と制御(第 14 版). ポートランドセメント協会、イリノイ州スコーキー。
^ ウィリアム・ギャンブル。「セメント、モルタル、コンクリート」。Baumeister、Avallone、Baumeister (編)。マークの機械技術者ハンドブック(第 8 版)。McGraw Hill。セクション 6、177 ページ。
^ 「第3章フライアッシュ、スラグ、シリカフューム、天然ポゾラン」(PDF)。メンフィス大学。
^ 「シリカフュームユーザーズマニュアル」（PDF）。シリカフューム協会。
^ ACI 委員会 226. 1987b. 「コンクリート中のシリカフューム: 予備報告」、ACI マテリアルジャーナル3 月～4 月: 158～66 ページ。
^ Luther, MD 1990. 「高性能シリカフューム（マイクロシリカ） - 改質セメント系修復材」。運輸研究委員会第 69 回年次会議、論文番号 890448（1 月）
^ ASTM C1240. セメント混合物に使用されるシリカフュームの標準仕様、http://astm.org
^ EN 13263 コンクリート用シリカフューム。 http://www.cen.eu
^ Detwiler, RJ および Mehta, PK、「コンクリートの機械的挙動に対するシリカフュームの化学的および物理的影響」、Materials Journal、 1989 年 11 月
^ Rachel J. Detwiler、Chris A. Fapohunda、Jennifer Natale (1994 年 1 月)。「高温で硬化したコンクリートの塩化物イオン浸透に対する耐性を高めるための補助セメント材料の使用」。Materials Journal。
^ 「石油・ガス用シリカフューム | RED Industrial Products」RED Industrial . 2023年2月6日閲覧。
^ ACI 234R-06. コンクリート中のシリカフュームに関するガイド、アメリカコンクリート協会

さらに読む

米国連邦道路管理局。「シリカフューム」。2007 年 1 月 22 日のオリジナルからアーカイブ。2007 年 1 月 24 日閲覧。
ポートランドセメント協会。「第 3 章フライアッシュ、スラグ、シリカフューム、天然ポゾラン」(PDF) 。2012年 4 月 7 日閲覧。
シリカフューム協会。「シリカフュームユーザーズマニュアル」(PDF) 。2012 年 5 月 5 日閲覧。

外部リンク

シリカフューム協会

[SFA2005-2] Holland, Terence C. (2005). 「シリカフュームユーザーズマニュアル」(PDF)。シリカフューム協会および米国運輸省連邦道路管理局技術レポート FHWA-IF-05-016 。 2014年10月31日閲覧。

[KKP2002-3] Kosmatka, S.; Kerkhoff, B.; Panerese, W. (2002).コンクリート混合物の設計と制御(第 14 版). ポートランドセメント協会、イリノイ州スコーキー。

[4] ウィリアム・ギャンブル。「セメント、モルタル、コンクリート」。Baumeister、Avallone、Baumeister (編)。マークの機械技術者ハンドブック(第 8 版)。McGraw Hill。セクション 6、177 ページ。

[8] 「第3章フライアッシュ、スラグ、シリカフューム、天然ポゾラン」(PDF)。メンフィス大学。

[9] 「シリカフュームユーザーズマニュアル」（PDF）。シリカフューム協会。

[10] ACI 委員会 226. 1987b. 「コンクリート中のシリカフューム: 予備報告」、ACI マテリアルジャーナル3 月～4 月: 158～66 ページ。

[11] Luther, MD 1990. 「高性能シリカフューム（マイクロシリカ） - 改質セメント系修復材」。運輸研究委員会第 69 回年次会議、論文番号 890448（1 月）

[12] ASTM C1240. セメント混合物に使用されるシリカフュームの標準仕様、http://astm.org

[13] EN 13263 コンクリート用シリカフューム。 http://www.cen.eu

[14] Detwiler, RJ および Mehta, PK、「コンクリートの機械的挙動に対するシリカフュームの化学的および物理的影響」、Materials Journal、 1989 年 11 月

[15] Rachel J. Detwiler、Chris A. Fapohunda、Jennifer Natale (1994 年 1 月)。「高温で硬化したコンクリートの塩化物イオン浸透に対する耐性を高めるための補助セメント材料の使用」。Materials Journal。

[16] 「石油・ガス用シリカフューム | RED Industrial Products」RED Industrial . 2023年2月6日閲覧。

[17] ACI 234R-06. コンクリート中のシリカフュームに関するガイド、アメリカコンクリート協会