硅粉混凝土性能與施工研究
2006-06-07 00:00
摘要:分析硅粉混凝土的物理力學(xué)和抗裂性能，通過(guò)試驗(yàn)表明：硅粉混凝土有效提高構(gòu)件的強(qiáng)度、減少裂縫產(chǎn)生。從材料選擇、施工工藝和澆筑養(yǎng)護(hù)等方面研究硅粉混凝土施工的特殊要求。采用工程實(shí)例證明硅粉混凝土在水工結(jié)構(gòu)中比普通混凝土具有優(yōu)越性能。
關(guān)鍵詞:硅粉混凝土； 力學(xué)性能； 施工工藝
硅粉是在冶煉硅鐵合金時(shí)由電弧爐中高純度石英與焦炭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成，并通過(guò)收集電弧爐排放出的氣體中的粉塵而得。1982年挪威國(guó)家技術(shù)研究院首次將硅粉加入混凝土中并對(duì)其性能進(jìn)行綜合研究，硅粉混凝土引起人們的關(guān)注。由于硅粉混凝土對(duì)硅酸鹽水泥獨(dú)特的互補(bǔ)性能，再加上對(duì)環(huán)境保護(hù)有利（硅粉隨電弧爐氣排入空中，造成嚴(yán)重的粉塵污染），硅粉已被確定為一種新型的輔助膠結(jié)材料正被廣泛研究和應(yīng)用。
1 硅粉混凝土性能
1．1 硅粉的性能
硅粉是一種非常細(xì)的粉末，它的平均粒徑0.1
m（水泥比它大100倍），比表面積15—20 m 2／g。硅粉末具有完美的球形狀態(tài)，含有85% 一95% 的玻璃態(tài)二氧化硅；密度2.2—2.5 g／cm3 。表觀密度為200—300 kg／m 3。表1是北京地區(qū)所產(chǎn)硅粉的化學(xué)成分及含量。
m（水泥比它大100倍），比表面積15—20 m 2／g。硅粉末具有完美的球形狀態(tài)，含有85% 一95% 的玻璃態(tài)二氧化硅；密度2.2—2.5 g／cm3 。表觀密度為200—300 kg／m 3。表1是北京地區(qū)所產(chǎn)硅粉的化學(xué)成分及含量。
硅粉混凝土能增加新拌混凝土的粘聚性、粘度和需水量減少泌水；但在炎熱和干燥氣候，卻有增加塑性收縮開(kāi)裂的危險(xiǎn)。
1．3 硅粉混凝土的力學(xué)性能
加入硅粉能有效減少混凝土與鋼筋界面水分的積聚，改善鋼筋混凝土的粘結(jié)性。在水灰（膠）比和混凝土配合比相同條件下，摻硅粉的混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯高于普通混凝土。試驗(yàn)結(jié)果與試驗(yàn)配合比見(jiàn)表2。
實(shí)驗(yàn)研究表明，混凝土中硅粉摻量超過(guò)20% ，硅粉混凝土的抗壓強(qiáng)度不再隨硅粉摻量的增加而提高；在硅粉摻量不超過(guò)20%時(shí)，硅粉混凝土的彈性模量隨硅粉摻量的增加而增大（礦渣水泥中摻加硅粉對(duì)彈性模量沒(méi)有明顯影響），但兩者之間無(wú)明確的數(shù)學(xué)關(guān)系 。
1．4 硅粉混凝土的抗裂性能
硅粉的平均粒徑100 mm，屬納米級(jí)顆粒，具有優(yōu)越的火山灰性能。加入到水泥混凝土中，不但可以填充水泥的空隙，更重要的是納米硅粉與水泥漿體中的Ca（OH）2 反應(yīng)，生成水化硅酸鈣膠體，改善水泥漿體與骨料的界面結(jié)構(gòu)和性能．減少空隙率，增強(qiáng)混凝土的抗?jié)B性和耐久性。
研究表明，硅粉混凝土能有效抵抗CL-滲透，大大減少CL-侵入混凝土中腐蝕鋼筋產(chǎn)生的順筋裂縫，從而有效提高混凝土的抗裂性能。這一優(yōu)越性能尤其適用于海港混凝土工程。
表3是運(yùn)用電通量試驗(yàn)計(jì)算的不同混凝土配合比CL-擴(kuò)散系數(shù)。試驗(yàn)采用普通52.5硅酸鹽水泥。為使混凝土具有足夠的和易性，試驗(yàn)中使用高效FDN一5減水劑。
從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可看出，單摻硅粉5%擴(kuò)散系數(shù)最小，證明硅粉混凝土有效抵抗CL-侵蝕。
2 硅粉混凝土施工工藝
由于硅粉特殊的物理化學(xué)性能，可用于制造生產(chǎn)高強(qiáng)度、低滲透性和抗化學(xué)腐蝕的混凝土，在水工結(jié)構(gòu)、交通、建筑工程施工中都有巨大市場(chǎng)。但硅粉混凝土的施工工藝與普通混凝土有不同之l處，只有嚴(yán)格遵守和正確運(yùn)用才會(huì)得到合格的硅粉混凝土制品。
2．1 原材料要求
2．1．1 硅粉
除應(yīng)當(dāng)滿足國(guó)家頒布的《混凝土用硅粉品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定》外，還應(yīng)滿足：
SiO2含量：大于或等于85% ；
含水率：小于或等于3% ；
火山灰活性指數(shù)：大于或等于90% ；
45 
m濕篩篩余：小于或等于10% ；
m濕篩篩余：小于或等于10% ； 比表面積：大于或等于15 m 2／g。
硅粉在運(yùn)輸和儲(chǔ)存巾必須保持干燥，不能受潮。為方便使用，硅粉在使用前7 d可用機(jī)械攪拌成濃度30%的均勻漿液待用。儲(chǔ)存漿液的池子必須干凈不漏水，有遮蓋，避免蒸發(fā)并防止雨淋和污水流人。施工前為防止沉淀分層，必須經(jīng)常攪拌保證均勻。
2．1．2 稱量允許偏差
水：小于或等于0．5% ；
硅粉干劑：小于或等于1.5%；
水泥：小于或等于1．5%；
外加劑或硅粉漿劑：小于或等于3% ；
各種集料：小于或等于2%。
硅粉混凝土坍落度對(duì)加水量敏感。在施工前應(yīng)測(cè)定骨料施工現(xiàn)場(chǎng)含水量，并計(jì)算在混凝土設(shè)計(jì)水量?jī)?nèi)，外加劑要防止結(jié)團(tuán)，使用前最好制成溶液攪拌均勻。
2．2 施工工藝
2．2．1 澆筑面處理
（1）硅粉混凝土作面層與普通混凝土同時(shí)澆筑時(shí)，要在普通混凝土振搗后初凝前鋪硅粉混凝土，并保汪振搗棒插人普通混凝土層2 cm處振搗密實(shí)，以保證層間混凝土粘結(jié)良好。
（2）與普通混凝土分期施T時(shí)；要按照施工縫處理，縫面配置鋼筋網(wǎng)片，基底鋪設(shè)鋼筋。澆筑前用鋼絲刷鑿毛并用壓力水沖洗，除去雜物，保持澆筑面濕潤(rùn)才可以鋪硅粉混凝土。
2．2．2 攪拌運(yùn)輸
硅粉混凝土投料順序與普通混凝土相同，硅粉與水泥膨脹劑可以同時(shí)加入。采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，拌和時(shí)間比普通混凝土延長(zhǎng)0.5倍。
硅粉混凝土拌和比較粘稠，從攪拌機(jī)出料后盡量縮短運(yùn)輸時(shí)間；施工完畢運(yùn)輸機(jī)具要及時(shí)清洗。
2．2．3 振搗與養(yǎng)護(hù)
振搗時(shí)間比普通混凝土?xí)r間延長(zhǎng)一倍，使內(nèi)部氣泡完全排出。以新鮮混凝土不下沉、不出氣泡、開(kāi)始泛漿為準(zhǔn)。若有振搗器無(wú)法振搗的部位，必須人工振搗使其密實(shí)。為防止硅粉混凝土產(chǎn)生早期塑性開(kāi)裂，施工現(xiàn)場(chǎng)要采用輯風(fēng)裝置。早期養(yǎng)護(hù)摹保證濕潤(rùn)，使表面始終處于潮濕狀態(tài)21 d以上，如果氣候干燥炎熱應(yīng)延長(zhǎng)到28 d。
3 工程應(yīng)用
某海港浪濺區(qū)的鋼筋混凝土構(gòu)件，南于受到海水CL-滲入及海浪沖磨，一般使用3年就會(huì)因鋼筋銹蝕出現(xiàn)沿鋼筋的順筋裂縫，為提高使用壽命，決定采用硅粉混凝土。施工前為使硅粉均勻減少污染，將硅粉加水制成漿體，拌和時(shí)間比普通混凝土延長(zhǎng)1 min。
施工過(guò)程嚴(yán)格遵守硅粉混凝土施工工藝，從拌和到澆筑成型30 min，抹面后用噴霧器均勻噴灑表面養(yǎng)護(hù)劑，2 h后用濕草袋覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)21 d。施工中材料用量見(jiàn)表4。
施工完后前期取樣測(cè)得強(qiáng)度見(jiàn)表5。2003年4月對(duì)正在使用的構(gòu)件取樣檢查，各項(xiàng)指標(biāo)都符合設(shè)計(jì)要求，使用正常。
4 結(jié)束語(yǔ)
硅粉混凝土具有高強(qiáng)度、抗?jié)B透和抗化學(xué)腐蝕的性能，施工工藝與普通混凝土不同。工程實(shí)踐表明其在水工結(jié)構(gòu)建筑中和水下構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)加固中能發(fā)揮優(yōu)越性能。
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