硅微粉用于混凝土摻合料的探討

羅暉,譚勉志,萬(wàn)朝均,陳航

（1重慶市建筑科學(xué)研究院 重慶 400020 2新興棧(重慶)建材有限公司 重慶 400020 3重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 重慶 400045 4重慶市錦藝硅材料開(kāi)發(fā)有限公司 重慶 404508）

1 引言

根據(jù)以上分析,建設(shè)工程中迫切需要開(kāi)發(fā)應(yīng)用多品種、高性能、品質(zhì)穩(wěn)定,且價(jià)格合適的摻合料產(chǎn)品。

2 硅微粉作為混凝土摻合料的分析

混凝土的強(qiáng)度,部分來(lái)源于其基材的密實(shí)[1],即使有一部分水泥被一種或多種輔助膠凝材料代替,也對(duì)混凝土的強(qiáng)度不會(huì)有明顯副作用。此外,化學(xué)活性較低的輔助膠凝材料代替部分水泥,從控制水化放熱和流變性能的角度也是有益的。研究中所用硅微粉,是由優(yōu)質(zhì)礦石經(jīng)過(guò)超細(xì)粉磨、分級(jí)處理得到的產(chǎn)品,主要成分是二氧化硅,有害組分極少,質(zhì)量穩(wěn)定。

2.1 硅微粉物理特性

2.1.1 密度

混凝土摻合料比水泥熟料的密度小得越多,當(dāng)用混凝土摻合料等質(zhì)量取代水泥熟料時(shí),所用混凝土摻合料的體積就越大,會(huì)為混凝土拌合物帶來(lái)更多的漿體,從而有助于提高拌合物流動(dòng)性,達(dá)到增塑效果。

硅微粉與常用混凝土摻合料的密度范圍如表1所示。

表1 硅微粉與常用混凝土摻合料的密度范圍 單位：g/cm3

硅微粉的密度明顯小于水泥熟料的密度,具備增塑條件。

孩子說(shuō)，他的媽媽一直聽(tīng)信祖輩的傳言，說(shuō)用左手不正常，代表愚笨。所以每當(dāng)媽媽發(fā)現(xiàn)他用左手，都會(huì)立即阻止，粗暴地將他左手里的筷子、筆、玩具奪走，強(qiáng)行塞到右手，沒(méi)有一句安撫和解釋。歷經(jīng)無(wú)數(shù)次的干預(yù)之后，他右手的能力是得到了提升，但他的內(nèi)心卻多了一份不安：

2.1.2 堆積密度

混凝土摻合料的堆積密度越小,其單位質(zhì)量的堆積體積就越大,運(yùn)輸相同質(zhì)量的粉體所需的車(chē)廂就越大,運(yùn)輸難度和運(yùn)輸成本都增加。

硅微粉和常用混凝土摻合料的堆積密度范圍如表2所示。

表2 硅微粉和常用混凝土摻合料的堆積密度 單位：kg/m3

硅微粉的堆積密度適中,適宜運(yùn)輸。

2.1.3 比表面積

混凝土摻合料的比表面積越小,潤(rùn)濕其表面所需要的水分或者達(dá)到相同潤(rùn)濕度的需水量也就越少,有利于提高拌合物的流動(dòng)性。如果比表面積太小,摻合料顆粒粒徑偏大,對(duì)水泥混凝土的填充效應(yīng)又不能得到很好體現(xiàn),因此,需要一個(gè)合適的比表面積范圍。

不同摻合料可因?yàn)槠湟啄バ圆煌谙嗤勰l件下得到不同的比表面積,同一種摻合料可因不同粉磨條件得到不同的比表面積,具體比表面積由生產(chǎn)需要確定。硅微粉和常用混凝土摻合料在通常生產(chǎn)和應(yīng)用條件下的比表面積范圍如表3所示,硅微粉數(shù)據(jù)為型號(hào)LB0106的產(chǎn)品數(shù)據(jù),其它數(shù)據(jù)引自GB/T18736-2002和GB/T18046-2008。

表3 常用混凝土摻合料生產(chǎn)和應(yīng)用的比表面積范圍[2][3]

表3數(shù)據(jù)顯示,硅微粉的比表面積遠(yuǎn)高于常用的礦渣和粉煤灰技術(shù)指標(biāo)要求。

2.2 硅微粉化學(xué)特性

將硅微粉的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)與GB/T 18736-2002、GB/T 18046-2008和GB/T 1596-2005中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比（表4）。

表4 常用混凝土摻合料的化學(xué)成分技術(shù)要求[2][3][4](%)

硅微粉的燒失量、三氧化硫含量、氯離子含量等對(duì)混凝土性能尤其是耐久性能不利的成分遠(yuǎn)低于大部分的其它類(lèi)型摻合料。

2.3 硅微粉作為摻合料的活性指數(shù)

作為混凝土摻合料,最受關(guān)注的是對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響問(wèn)題,通常用活性指數(shù)來(lái)進(jìn)行衡量,即以水泥膠砂28d抗壓強(qiáng)度比表征摻合料的活性。雖然,本研究中的硅微粉產(chǎn)品型號(hào)主要考慮的是填充效應(yīng)和增塑效應(yīng)對(duì)水泥基材料強(qiáng)度的影響,實(shí)驗(yàn)方法仍參照GB/T 18736-2002,硅微粉的水泥取代量為10%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 硅微粉不同齡期活性指數(shù)

以水泥膠砂28d抗壓強(qiáng)度比表征的硅微粉活性指數(shù)達(dá)到了GB/T 18736-2002中對(duì)磨細(xì)天然沸石和硅灰的技術(shù)要求。

2.4 摻硅微粉混凝土工作性能

2.4.1 單摻硅微粉

在混凝土中單摻硅微粉,保持基準(zhǔn)配合比的其它參數(shù)不變,僅以硅微粉取代不同比例的水泥,混凝土的坍落度和擴(kuò)展度實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6

隨著摻量的增加,含硅微粉混凝土的坍落度與坍落擴(kuò)展度均有一定增加。

2.4.2 復(fù)摻礦渣和硅微粉

表7中編號(hào)為1的混凝土膠凝材料全部為水泥,其余編號(hào)混凝土采取硅微粉和礦渣復(fù)摻,保持摻合料總量為20%。隨著硅微粉摻量增加,在保持相同流動(dòng)性的情況下,減水劑用量逐漸降低,硅微粉有較好的混凝土增塑效果,其增塑效果優(yōu)于礦渣。

表7

2.5 硅微粉混凝土力學(xué)性能

圖1 不同摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律

水泥水化的不斷進(jìn)行使混凝土的強(qiáng)度可以隨著時(shí)間 (齡期)的延長(zhǎng)而持續(xù)增長(zhǎng)。這些增長(zhǎng)出來(lái)的強(qiáng)度可以為混凝土結(jié)構(gòu)的安全提供更大的強(qiáng)度儲(chǔ)備,因而是被期望的。一般來(lái)講,混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)與時(shí)間(齡期)的對(duì)數(shù)成正比關(guān)系。

對(duì)含硅微粉的混凝土90天內(nèi)強(qiáng)度發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究。含硅微粉混凝土的抗壓強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律與不含摻合料的基準(zhǔn)混凝土、含粉煤灰、硅灰、礦渣粉等摻合料的混凝土是類(lèi)似的。本研究中,合適的摻量范圍內(nèi),硅微粉混凝土28d強(qiáng)度高于常用摻量范圍內(nèi)的礦渣和粉煤灰混凝土,低于硅灰混凝土。

2.6 硅微粉混凝土體積穩(wěn)定性

高體積穩(wěn)定性是混凝土高耐久性非常重要的保證條件,摻合料對(duì)混凝土變形性能的影響,在工程應(yīng)用中往往被忽視,在摻合料使用不當(dāng)時(shí)容易出現(xiàn)混凝土開(kāi)裂并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象。采用硅微粉與礦渣復(fù)摻,保持總摻量不變,摻入硅微粉以后體系的收縮呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。硅微粉的摻入對(duì)混凝土的體積穩(wěn)定性是有利的。

圖2 硅微粉對(duì)混凝土干縮的影響

3 結(jié)論

（1）硅微粉的物理化學(xué)特性適合作為混凝土摻合料使用。

（2）由于硅微粉純度高,性能穩(wěn)定,摻入硅微粉的混凝土質(zhì)量容易控制。硅微粉中對(duì)混凝土性能的有害成分（Cl-、SO3、堿含量、燒失量等）含量低,抗腐蝕性能優(yōu)異,因此,作為摻合料使用對(duì)混凝土的耐久性有利。

（3）硅微粉具有增塑效果,可以在混凝土中單摻或復(fù)摻,以改善混凝土流動(dòng)性或降低減水劑用量。

（4）硅微粉顆粒粒徑小,在混凝土中具有密填充效應(yīng),合適的摻量范圍內(nèi),對(duì)混凝土強(qiáng)度有一定貢獻(xiàn)。由于替代部分水泥,摻入硅微粉可減小水化溫升導(dǎo)致的混凝土開(kāi)裂幾率。

（5）摻硅微粉混凝土的體積穩(wěn)定性好、收縮變形小。

[1]于全忠.煙臺(tái)廣電中心C60高拋?zhàn)悦軐?shí)混凝土配比與施工技術(shù)[J].施工技術(shù),2008,37(12),5-8.

[2]GB/T18736-2002,高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑[S].

[3]GB/T18046-2008,用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉[S].

[4]GB/T1596-2005,用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S].