微硅粉在商品混凝土中的使用

1、硅灰或稱凝聚硅灰，也叫微硅粉、硅粉 , 是硅鐵或金屬硅生產(chǎn)過(guò)程中由礦熱爐中的高 純石英、焦炭和木屑還原產(chǎn)生的副產(chǎn)品，主要成分是 SiO 一般硅灰的顏色在淺灰和深 灰之間，本身是無(wú)色的，其顏色主要取決于碳和氧化鐵的含量，碳含量越高，顏色越暗，另外加密的硅灰要比自然硅灰顏色暗。硅灰的粒徑都小于1呵，平均粒徑為0 . 1呵左右，是水泥顆粒直徑的 1/100，所以硅灰能高度分散于混凝土中，填充在水泥顆 粒之間而提高密實(shí)度，同時(shí)硅灰具有很高的活性，能更快更全面的與水泥水化產(chǎn)生的 氧氫化鈣反應(yīng)。1）應(yīng)用歷史硅灰在混凝土中的應(yīng)用研究可追溯到上世紀(jì)四十年代的挪威。七十年代末，北歐和北 美對(duì)于硅灰在混凝土中的應(yīng)

2、用研究也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，八十年代初，中國(guó)對(duì)硅灰混 凝土作了大量的研究工作，并在水利工程中有較多應(yīng)用，取得了良好的效果。水利部 還頒布了“水工混凝土硅粉品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)暫行規(guī)定”。 實(shí)踐表明：普通混凝土工程在惡劣 的環(huán)境中可能短時(shí)間內(nèi)受到嚴(yán)重?fù)p壞，從而威脅工程質(zhì)量大大降低工程的使用壽命。 而采用水泥、硅灰和粉煤灰及減水劑配制出滿足各方面要求的高性能混凝土，成功應(yīng) 用于各工程中，混凝土性能顯著改善，將混凝土施工的靈活、快速和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)提高 到一個(gè)新的水平。2）工作原理一種，其主要成分為活性 SiO2。硅灰顆粒很?。?呵），具有高度分散性。硅灰對(duì)混凝土強(qiáng)度的作用機(jī)理為：填充效應(yīng)、火山灰效應(yīng)、孔隙溶液化學(xué)效

3、應(yīng)。硅灰摻入混凝土中，增加了混凝土基體的密實(shí)度，提高了水泥漿體與骨料之間的粘結(jié)強(qiáng)度， 減少了 Ca（OH）2 對(duì) HPC 強(qiáng)度的不利影響，削弱了 ASR 對(duì)混凝土的危害。混凝土中硅 灰一般摻量為5 %15 %，最佳摻量10%左右。硅灰作為一種輔助膠凝材料摻加到水 泥漿體和混凝土中，不僅能夠提高水泥水化度，并與 Ca（OH）2 發(fā)生二次水化反應(yīng)，且 硅灰及其二次水化產(chǎn)物填充硬化水泥漿體中的有害孔，并改善混凝土中硬化水泥漿體 與骨料的界面性能，對(duì)硬化水泥漿體和混凝土微結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生積極的影響，從而對(duì)其宏 觀力學(xué)性能特別是對(duì)它們的耐久性產(chǎn)生十分有利的影響，而這正是水泥與混凝土材料 科學(xué)的幾個(gè)基本任務(wù)之一

4、。而且利用硅灰還可以減少其對(duì)環(huán)境的污染，減輕它對(duì)環(huán)境 所造成的壓力。但同時(shí)也應(yīng)該看到，硅灰對(duì)硬化水泥漿體和混凝土微結(jié)構(gòu)的改善與許 多因素有關(guān)，因此必須加強(qiáng)這方面的研究，包括其它火山灰材料對(duì)硬化水泥漿體和混 凝土微結(jié)構(gòu)的影響的研究。（3）硅灰的種類及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)硅灰主要以二種形式供應(yīng)，即原態(tài)硅灰和增密硅灰。原態(tài) 硅灰，即通過(guò)收塵器直接收集得到的產(chǎn)品，松散容積約為 150200kg/m3 。原態(tài)硅灰 一般采用袋裝運(yùn)輸，由于硅灰密度很小，長(zhǎng)途運(yùn)輸效率較低，使用時(shí)多采用人工直接破袋將微硅灰倒人混凝土攪拌機(jī)，工作環(huán)境粉塵大，工作效率低。商品混凝土為解決 原態(tài)硅灰不宜長(zhǎng)途運(yùn)輸及效率低的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出了提高硅灰密

5、實(shí)度的“硅灰增密技 術(shù)”。這種技術(shù)使原態(tài)硅灰在壓縮空氣流的作用下，滾動(dòng)聚集成小的顆粒團(tuán)，從而將 硅灰的松散容積提高到 500700kg/m3 ，大大方便了使用，增密硅灰小顆料團(tuán)的顆粒 凝聚力較弱，在混凝土攪拌機(jī)中的攪拌過(guò)程非常容易散開(kāi)，因此，硅灰顆粒易在骨料 投料后投入攪拌機(jī)，以保證增密硅灰顆粒團(tuán)散開(kāi)和良好的分散。4 ）硅灰的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)SiO2含量越高，硅灰的性能越高。一般要求，硅灰SiO2含量 85%，硅灰的碳在混凝土中會(huì)吸附部分引氣劑，因此要求燒失量W7% （控制碳和含水量）；再次是硅灰的細(xì)度要控制在45呵 以下，45 口m的顆粒，篩余量應(yīng)在10 %以下。以前有的學(xué)者 專家曾計(jì)算：以 15%

6、的硅灰取代水泥，則在混凝土中水泥顆粒與硅灰顆粒數(shù)量的比例 為1 : 2000000，由此可知硅灰是一種超細(xì)粉末物質(zhì)，之所以提高混凝土的強(qiáng)度，關(guān)鍵 在于提高了水泥漿體與骨料之間的粘結(jié)強(qiáng)度，能降低泌水，防止水分在骨料下表面聚 集，從而提高界面過(guò)渡區(qū)的密實(shí)度和減小界面過(guò)渡區(qū)的厚度。硅灰的粒徑比水泥顆粒 要小 100 倍，填充于水泥顆粒的空隙之間，其效果如同水泥顆料填充在骨料之間一， 增加混凝土的密實(shí)度。以上資料的介紹，對(duì)本文所述試驗(yàn)提供了理論依據(jù)和很大的啟 發(fā) 表 2 混凝土配合比 編號(hào) W/B 材料用量（ kg/m3 ） 水泥 水 硅灰 粉煤灰 外加劑 砂 卵石1 0.45 310 175 0 8

7、0 9.8 848 10372 0.45 300 175 10 80 10.5 848 10373 0.45 290 175 20 80 10.5 848 10374 0.45 280 175 30 80 11.0 848 10375 0.45 270 175 40 80 11.0 848 10376 0.45 260 175 50 80 11.5 848 10377 0.45 265 175 30 90 11.0 850 10408 0.46 250 175 30 100 11.0 853 10429 0.49 240 175 30 90 10.0 900 101510 0.41 310 1

8、72 30 80 11.5 799 105911 0.37 350 170 30 80 12.9 728 1092 精選范本 ,供參考！表 3 新拌混凝土性能及硬化混凝土抗壓強(qiáng)度 編號(hào) 新拌混凝土性能 抗壓強(qiáng)度MPa） 坍落度（ mm） 坍落度保留值（ 1h ）（ mm ） 擴(kuò)展度（ mm） 3d 7d 28d1 200 190 550 16.6 23.5 36.82 210 185 560 17.1 26.4 35.23 215 180 550 17.7 27.8 37.64 220 190 570 19.3 33.5 42.75 195 170 540 18.8 32.7 41.86 19

9、0 150 520 20.2 36.4 44.37 220 185 550 18.5 27.4 38.28 215 190 540 15.7 22.9 35.79 220 185 530 14.2 20.6 31.810 220 195 560 18.2 29.4 40.911 220 190 570 22.2 35.7 47.62 混凝土試配試驗(yàn)過(guò)程2.1 試驗(yàn)用原材料1）硅灰：內(nèi)蒙古巴彥淖爾市附近硅鐵廠出品的原態(tài)硅灰，其品質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表 1 。表 1 硅灰品質(zhì)指標(biāo) %SiO2 含量 燒失量 45 um 篩余量 含水率8390 36 59 13水泥：川中牌 P.O42.5R 水泥 ； 28d 膠

10、砂強(qiáng)度 47MPa ；粉煤灰:n級(jí)灰；篩余量 16%，需水量比88% ；細(xì)骨料:水洗中砂，細(xì)度模數(shù) 2.8 ；含泥量 2.6% ；粗骨料:卵石，粒徑 525mm，含泥量0.5% ;壓碎指標(biāo)9.2% ;外加劑：XB 高效泵送劑。2.2混凝土配合比見(jiàn)表 2。2.3新拌混凝土性能及硬化混凝土強(qiáng)度見(jiàn)表3。2.4試驗(yàn)結(jié)果分析說(shuō)明超細(xì)的硅灰顆粒對(duì)外加劑產(chǎn)生了吸附效3 中可以看出，摻加硅灰后混凝土的抗壓強(qiáng)度指 30kg 以下時(shí)，混凝土 3d 、7d 強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯，顯 28d 強(qiáng)度變化不大 ；當(dāng)硅灰摻量在 30kg 以上 顯示出硅灰對(duì)混凝土強(qiáng)度的巨大貢獻(xiàn)。表 31 : 1.5、1 : 2和1 : 2.5的比例

11、來(lái)用硅首先，在新拌混凝土性能方面，與不摻硅灰的混凝土相比，摻了硅灰后混凝土和易性 良好，粘聚性和保水性均有較大實(shí)踐技術(shù)改善，但流動(dòng)性隨著硅灰摻量的增加逐漸變 差，反映出硅灰需水量大對(duì)混凝土的不利影響；同時(shí)，混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失也隨之 增大，在增大外加劑摻量后稍有改善， 果，降低了外加劑的保塑性能。從表 標(biāo)有所變化，每方混凝土硅灰摻量在 示出硅灰混凝土突出的早強(qiáng)性能，但 時(shí)，混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度均明顯提高， 中編號(hào)為 7、8、9 的試驗(yàn)是試圖按硅灰：水泥為 灰替代水泥，以觀察混凝土強(qiáng)度的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與不摻硅灰的混凝土相比，隨著上 述比例的增加，混凝土強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，編號(hào) 9 降低尤為明顯。表

12、3 中編號(hào) 10、11 的試驗(yàn)是按照普通混凝土的配比設(shè)計(jì)規(guī)律逐次提高水泥用量以觀察混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng) 情況，結(jié)果顯示，水泥用量增加后混凝土強(qiáng)度的變化規(guī)律與普通混凝土基本相同。3 應(yīng)用實(shí)例2009 年 7 月，在呼和浩特市某小區(qū)一棟高層住宅墻體結(jié)構(gòu) C30 混凝土施工中，采用 了上述試驗(yàn)編號(hào) 7 的配合比進(jìn)行了實(shí)際生產(chǎn)澆筑，結(jié)果混凝土泵送施工過(guò)程順利，拆 模后墻體表面光滑致密；所留置 28d 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果為 36.3MPa ，達(dá) 到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 121% ；該建筑兩個(gè)月后進(jìn)行實(shí)體驗(yàn)收，抽芯取樣檢測(cè)結(jié)果為 44.5MPa ，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 148% ，應(yīng)用效果令人滿意。4 結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)對(duì)硅灰在普通混凝土中不同摻量的試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用，可以得到初步結(jié)論如下： （1）硅灰作為一種高活性礦物摻合料，不僅可用于高強(qiáng)混凝土，同樣可在普通混凝土 中得到廣泛應(yīng)用，特別是數(shù)量龐大的原態(tài)硅灰，由于其價(jià)格較低（每噸約 600 元）， 只要解決好質(zhì)量穩(wěn)定問(wèn)題及運(yùn)輸、添加、計(jì)量過(guò)程中的粉塵污染問(wèn)題，其應(yīng)用的前景 十分光明，完全符合國(guó)家關(guān)于工業(yè)廢渣綜合利用和節(jié)能減排的要求 ； （2）硅灰在每立方混凝土中的用量并非越多越好，而是存在一個(gè)最佳摻量，本文試驗(yàn) 結(jié)果顯示，綜合考慮質(zhì)量要求和經(jīng)濟(jì)成本要求，最佳摻量為 30kg/m3 ，可以替代 1.52 倍的水泥用量