硅粉混凝土的基本性能与工程应用精选.doc

硅粉混凝土的基本性能与工程应用 陈昌礼1，屠庆模2，凌友志2 摘要：硅粉混凝上具有良好物理力学性能和耐久性能，为了进一步提高硅粉混凝土的应用效率，分析总结了硅粉混凝土的试验研究和工程应用成果，指出了硅粉在混凝土中的作用机理以及硅粉混凝土的应用技术要点。 关键词：硅粉；混凝土：基本性能：工程应用 硅粉是在冶炼工业硅或含硅合金时由高纯度的石英与焦炭在高温电弧炉(2000℃)中发生还原反应而产生的工业尘埃，它是利用收尘装置回收烟道排放的高温废气并通过专门处理而得。硅粉也称微硅粉、硅微粉、硅灰、硅尘等，其产品质量主要用二氧化硅(SiO2)含量和细度来评价。 硅粉的SiO2含量越高、颗粒越细，对混凝土的改性效果越好。因硅粉由蒸汽冷凝而得，故其粉末呈完整的球状，相对密度低(2．2-2．5g／cm3)，表观密度为200-300kg／m3，空隙率高达90％以上；硅粉颗粒极细，比表面积为15-25m2/g，平均粒径0．1μm左右，约为水泥的1／100，属纳米级颗粒；硅粉主要成分是无定型的活性SiO2，一般占85％以上；硅粉烧失量一般小于6％，火山灰活性指数多大于85％。试验用贵州海天铁合金磨料公司产硅粉，的细度(45μm筛筛余)3．7％，烧失量0．49％，含水率0．37％，活性指数90．1％，化学成分见表1。 硅粉虽为工业废料，对环境有严重污染，但掺入混凝土后，不仅能够减少环境污染，还能显著改善混凝土的性能。我国于1985年在四川渔子溪二级水电站厂房混凝土中首次试用硅粉混凝土(硅粉掺量为3％-7％)，达到了预期效果。之后，硅粉混凝土在我国范厝、安康、东风、二滩、小浪底、飞来峡、紫坪铺等水利水电工程、大桥、高层建筑、高速公路路面等工程中应用，取得了明显的技术经济效益和社会效益。目前，硅粉已成为生产高强混凝土和高性能混凝土的重要原材料。 1 硅粉在混凝土中的作用机理 硅粉在混凝土中的作用机理，包含硅粉的火山灰效应和微填料效应。硅粉在混凝土中与水接触后，部分小颗粒迅速溶解，并与水泥水化产生的Ca(OH)2发生化学反应，生成水化硅酸钙(C—S—H)凝胶，均匀分布于水泥颗粒之中，这就是硅粉的火山灰效应。由于C—S—H凝胶的强度高于水化产物Ca(OH)2的强度，因此，C—S—H凝胶的生成不仅提高了混凝土结构的密度，还有利于提高混凝土结构的强度。且因硅粉微粒极细，所以硅粉的火山灰反应往往在加入水泥或混凝土后的几小时内就发生。大量试验研究表明，在有硅粉存在的情况下，水泥水化早期产物中的Ca(OH)2含量随着龄期的延长变得越来越少，甚至完全反应[1]。 硅粉替代水泥后，极细的球状小颗粒将填充于水泥颗粒空隙之中，改善水泥颗粒级配和粒径分布，使水泥浆体密实；硅粉二次水化产物又堵塞毛细管通道，使大孔和连通孔减少，水泥浆体更加密实。硅粉的这种物理填充和二次水化产物填充作用，称为硅粉的微填料效应。因此，在硅粉的微填料效应和火山灰效应作用下，水泥浆体中早期水化产物Ca(OH)2减少，结晶细化，混凝土内部的小孔增加，孔隙分布的均匀性提高[2]，水泥浆与集料的粘结力增强，硅粉混凝土的物理力学性能和耐久性能均得到改善。 2 硅粉混凝土的基本物理力学性能 2．1 新拌混凝土的和易性 硅粉的比表面积非常大，颗粒表面湿润需要大量水分，使得新拌混凝土的大量自由水被硅粉粒子所约束，混凝土内部很难有多余的水分溢出；另一方面，硅粉微粒堵塞了新拌混凝土的毛细孔。所以，在混凝土中掺入硅粉，混凝土的粘聚性和保水性提高，但流动度大大降低，且流动度降低值一般随着硅粉用量的增加而增大。硅粉对水泥标准稠度的影响见表2。 从表2中看出，掺入硅粉使硅酸盐水泥的标准稠度用水量明显增大。有研究认为保持流动性不变；每立方米混凝土中每加入1kg硅粉，需要增加1kg用水量。因此，为了保证硅粉混凝土的强度和必需的流动性，在混凝土中掺入硅粉的同时，必须掺加高效减水剂。一般国内多用萘系高效减水剂，掺量在1％左右。高强混凝土生产中，为降低水灰比，有时减水剂掺量达到2％-3％。 2．2 硅粉混凝土的强度 粉煤灰、硅粉共掺等量取代水泥，硅粉混凝土的抗压强度(试验中外掺减水剂1．0％，水灰比为0．50)试验结果见表3。 根据表3分析可知：(1)混凝土中掺入10％的硅粉等量取代水泥，混凝土7、28、90d的抗压强度分别提高21％、42％、39％。研究还表明，硅粉混凝土的强度发展稍慢，硅粉对混凝土强度发展的作用主要在3~28d，但适量的硅粉将使混凝土的绝对强度大大提高[3]。在硅粉掺量20％以内，混凝土的强度一般随着硅粉掺量的增加而提高：掺量超过20％时，硅粉对混凝土强度的贡献率明显下降，甚至不再随硅粉掺量的增大而增加[4]。(2)比较B