Silis dumanı içeriği ve Beton yapımında kullanımı
Silis dumanı, yüksek oranda amorf silis içeren çok ince küresel parçacıklardan oluşan malzemedir. Silis dumanı, silisyum ve ferrosilikon alaşımların üretiminde elektrik arkı fırınlarında kömür içeren yüksek saflıkta kuvartzın ayrıştırılmasından elde edilir. Çimento içerisindeki silis dumanı oranı kütleye göre %5 i aşması (yani temel bir bileşen oluşturursa) yalnızca şu şartlarda kullanılmalıdır: Amorf silika (SiO2) oranının kütlenin %85’indne büyük, yanma kaybının kütlenin %4’ünden küçük, özgül yüzey alanının ise 15 m²/g’dan büyük olması gerekir. Silis dumanının çok ince tanelerden oluşmuş olması, taze betonun kıvamını ve işlenebilirliğini azaltmakta ve su ihtiyacını artırmaktadır.
Çimento ve beton üretimlerinde kullanılan enerjinin korunabilmesi için yapılan son çalışmalar; uçucu kül, yüksek fırın cürufu ve doğal puzolanlar gibi malzemelerin bu üretimlerde kullanılması üzerinde yoğunlaşmıştır. En son olarak üzerinde yoğunlaşılan malzeme ise çimento üretiminde ya da karışıma çimento yerine belirli oranlarda bir mineral katkı maddesi olarak ilave edilebilen silis dumanı olmuştur.
Çok etkili ve yüksek bir puzolanik aktiviteli bir malzeme yapısına sahip olmasına rağmen, beton üretiminde değerlendirildiği zaman birtakım problemler oluşturur. Kullanılması esnasındaki zorluk, aşırı küçük taneli yapıya sahip olması ve çimentoyla karıştırıldığında su ihtiyacının yüksek olmasıdır. Yaklaşık olarak 1976 yılı itibariyle sıklıkla kullanılmaya başlayan malzemenin performansına ilişkin araştırmalar sürdürülmektedir.
Silis Dumanı çok ince bir malzeme olduğu için betonda boşluksuz bir yapı meydana getirmek için kullanılabilir.
Bu malzeme ince taneli nano boyutta bir tozdur. Bu toz ferrosilisyum (FeSi) alaşımı veya silisyum metallerinin üretimi esnasında elektrik ark fırınlarında yüksek saflıktaki kuvarsitin odun parçacıkları ve kok kömürü ile redüksiyonu sonucunda ortaya çıkar.
Yüksek sıcaklık etkisiyle gaz haline geçen SiO, daha düşük sıcaklığa sahip elektrik ark fırınının üst kısımlarında veya sisteme monta edilen kolektörlerde hızla okside olur. Bu oksitlenme sonucu tamamen amorf yapıda SiO2 olarak yüzey alanı 220.000-300.000 cm² /g değerine ulaşır ve Silis Dumanı bileşiminin tamamına yakın kısmını oluşturur. Bu malzeme tanelerinin büyük çoğunluğunun boyutu mikrometre olarak 0.1 ile 0.2 arasındadır. Silis Dumanı malzemesi 1969 yılında Norveç’te çimentoda katkı malzemesi olarak denenmiş, ancak beton akışkanlaştırıcıların kullanıma girmesiyle birlikte son yıllarda betonda katkı malzemesi olarak ya da çimento üretiminde katkı malzemesi olarak kullanılmaya başlanmıştır.
Ultra ince taneli yani nano boyutta olduğu için depolaması ve nakliyesi sırasında dikkatli olunmalıdır. Özellikle boşaltma esnasında ince toz halinde bulunun malzeme olduğu için etrafa kolay yayılabilir. Piyasaya sunulması sırasında, böyle olumsuz durumların önlenmesi amacıyla içerisine ağırlıkça yaklaşık olarak %50 oranında su katılabilir. Ayrıca bu durumdaki malzeme variller vasıtasıyla taşınabilir. Bu tür malzemeler ile çalışılan ortamın havasında bulunan tozlanma en aza indirilmelidir ve bu ortamda çalışan kişilerin maske kullanarak gerekli önlemleri alması gerekir.
Genellikle gri renkli nano boyutta tozdur. Silis dumanı taneleri daha büyük çimento taneleri arasındaki boşlukları doldurarak granülometriyi iyileştirir ve daha yoğun bir yapı oluşturur. Ancak bu olumlu etkiye rağmen, meydana getirdikleri çok büyük yüzey alanı net su ihtiyacını artırır. Çimento yerine yaklaşık %5 oranında Silis Dumanı katılması halinde su ilavesine gerek duyulmazken, daha fazla miktarlarda kullanılması akışkanlaştırıcı kullanılmasını gerektirir. Bu malzemenin çimento ve beton üretiminde kullanımı basta Kanada ve Amerika Birleşik devletleri olmak üzere tüm dünyada artmıştır. Bugün dünyanın hemen hemen her yerinde Silis Dumanı katkılı çimento ile üretilmiş önemli beton yapılar vardır.
