剖析硅粉在給排水場站中的應用

夏德雙

摘要：硅粉學名硅灰，也叫微硅粉廣泛應用于高強混凝土和高性能混凝土的重要原料，多用于水利水電工程、橋梁工程及高層建筑等，其獨特的細度能夠填充到水泥顆粒間的空隙中去，從而使混凝土密實。同時因為硅粉的二次水化作用，使得新的生成物堵塞混凝土中滲透通道，加強了硅粉混凝土的抗?jié)B能力。隨著我國工業(yè)化體系越來越完善，硅粉這類材料再其他建筑領域的應用會越來越多，目前就房建工程中超高層結構及大體積混凝土等工程硅粉已經(jīng)廣泛應用，未來在普通地下室結構及建筑外墻等領域也可以適當推廣。

關鍵詞：硅粉；水池；抗?jié)B；抗開裂

1、材料性能

硅粉是工業(yè)電爐在高溫熔煉工業(yè)硅及硅鐵的過程中，隨廢氣逸出的煙塵經(jīng)特殊的捕集裝置收集處理而成。在逸出的煙塵中，SiO2含量約占煙塵總量的90%，顆粒度非常小，平均粒度幾乎是納米級別，故稱為硅粉。

硅粉能夠代替一部分水泥膠凝材料，因具有獨特的細度，可至納米級別，可以填充水泥顆粒間的空隙，與水泥顆粒形成級配形式。從而使混凝土結構更加密實。

硅粉還具有火山灰反應，即硅粉接觸拌合水后，首先形成富硅的膠凝材料，并吸收水分，膠凝材料在尚未水化的水泥顆粒間聚集，逐漸包裹水泥顆粒，水化產(chǎn)物Ca（OH）2與上述硅凝膠反應產(chǎn)生C-S-H化學鍵結構的凝膠形式，均勻分布于水泥顆粒之中，C-S-H化學鍵的強度要高于Ca（OH）2，因此摻入硅粉后不僅提高了混凝土的密度，同時也降低了混凝土中的鈣硅比，從而提高混凝土強度。

因為顆粒細小，同等體積的硅灰顆粒的比表面積要遠大于混凝土顆粒，因此摻入硅灰后可以提高混凝土的稠度，降低沁水量，同時降低了水化熱，但是替代混凝土時需增加了水用量，加大了水灰比，因此在添加硅粉時一般配合減水劑使用。

2、工程概況

東北制藥集團股份有限公司異地改造建設項目污染治理工程（生化池、水解池、集水池）土建施工（以下簡稱東北制藥廠項目）位于遼寧省沈陽市經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)沈西六東路29號。本工程包含環(huán)保區(qū)塊的生化池、低濃度水解池、高濃度水解池、集水池，建筑面積約：12953平方米，由東北制藥集團股份有限公司投資建設。

該項目主要工程為東北制藥廠的一系列工藝水池，全部為現(xiàn)澆混凝土結構，混凝土強度為C35。其中最大的池體長115m，寬78m，高8.1米，底板8970m2整體一次現(xiàn)澆，現(xiàn)澆面積整個結構不設后澆帶，采用無粘結預應力筋提高結構的抗裂性；其余結構均為整體現(xiàn)澆混凝土結構。通過參入RC外加劑及硅粉取消溫度后澆帶，水池內(nèi)水質均為污染嚴重的化學水質，泄露后污染嚴重且難以治理，因此通過摻入硅粉的方式來提高混凝土結構的抗?jié)B及抗開裂性能。

3、設計配比情況

在該項目混凝土配比中，設計圖紙規(guī)定了水泥為優(yōu)質普通硅酸鹽水泥標號不低于42.5MPa，建議使用冀東水泥，每立方米混凝土中水泥用量不大于340KG，水用量不大于170kg/m3。

其中對硅粉的摻量要求為4%，在高強度混凝土中，硅粉的摻入量一般在5%-15%范圍內(nèi)，其目的是通過加入硅粉來增加混凝土的密實度和降低水化熱從而提高混凝土的強度和改善溫度差值。本工程中摻入硅粉的主要目的是改變混凝土的性能，而非提高強度，通過加強混凝土結構的密實度來達到抗?jié)B和防腐的目的。

相對于水泥，其他摻合料在造價上相對較高，因此商品混凝土攪拌站在保證滿足設計要求的同時會將水泥用量調(diào)至最大值。

4、工程效果

（1）澆筑過程

由于硅粉的粒度細，分布合理，能有效的減少和消除沉淀，分層現(xiàn)象，混凝土稠度比較好，摻入硅粉的混凝土和易性得到極大改善，商混站至現(xiàn)場車程約30分鐘。混凝土塌落度為180，現(xiàn)場實際檢測，澆筑時混凝土塌落度基本未損失或損失很小，在澆筑8970m2水池底板過程中，保證混凝土的整體性起到了重要作用。

（2）外觀質量

因摻入量比較小，摻入硅粉后混凝土的顏色與普通混凝土并無太大差別。

本項目池體墻體最高為16.8m，需分多次澆筑，過高的豎向結構容易產(chǎn)生蜂窩麻面的情況，但豎向墻體拆模后，蜂窩、麻面等混凝土外觀質量缺陷較少，一方面是澆筑過程中振搗到位，另一方面，參入硅粉后因為改善了混凝土的和易性和密實度，混凝土中氣體含量也相應降低。從而從根本上減少蜂窩麻面等質量缺陷。

（3）混凝土強度影響

在高強混凝土中通過摻入硅粉增加混凝土密實度來增加強度，但本工程中硅粉的摻入出發(fā)點是改善混凝土性能，而且混凝土的設計強度為C35。因此，設計配比時沒有考慮摻入后造成的強度指標有所改變。 商品混凝土攪拌站進行試配時也未考慮硅粉對強度的影響。但其抗壓強度試驗報告中，混凝土的抗壓強度均在40.7Mpa以上，代表值為41.8Mpa。

（4）抗?jié)B、抗開裂性能

提高混凝土的抗?jié)B、抗開裂性能是本工程摻入硅粉的主要目的，目前該項目尚未進行滿水實驗，實際抗?jié)B能力還需進一步檢驗，但根據(jù)目前其同條件養(yǎng)護試塊的抗?jié)B檢測報告來看，均符合設計要求。

另外本工程在超大底板混凝土結構整體一次澆筑時采用無粘結預應力筋后張的方法，多重方法保證水池底板結構不滲不漏。

5、經(jīng)濟效益分析

目前市場上硅粉的價格多樣，從500-1500不等，優(yōu)質硅粉每噸硅粉價格在950元左右，價格約是水泥3倍左右，根據(jù)前文敘述的的設計配合比內(nèi)容，在摻入量為4%時，每立方米硅粉價格950*0.018=17.1元。

6、總結

根據(jù)其作用機理及項目實例情況，我們可以看出，硅粉在改善混凝土性能方面的作用主要在兩個方面

一是減少水化熱方面，硅粉在形成膠凝材料時，因其獨特的化學反應機理能夠吸收比同等水泥更多的水，從而降低了水化熱，因此它在大體積混凝土中的應用能夠有效的控制混凝土溫度。

但它摻入量過大時也導致了混凝土配合比中水的不足，因此在高強度混凝土中需要配合減水劑的使用。

二是在混凝土密實度中，因其更加細小的顆粒與水泥顆粒形成級配形式，改善了混凝土中的空隙結構，使混凝土更加密實，從而提高混凝土的強度、抗?jié)B性能、耐腐蝕性能等。

參考文獻：

[1]硅粉及其在混凝土中的應用[J]. 劉孔凡，焦利利.河南大學學報（自然科學版）.1994（04） .

[2]微硅粉在混凝土工程中的應用[J]. 陳兵，姚武，李悅.新型建筑材料.2000（11）.

[3] 硅粉混凝土及其應用[M]. 中國鐵道出版社 ， 惠榮炎，王秀軍編著， 1995.

[4] 摻硅粉高性能混凝土在工程施工中的研究[J]. 張炳文，董超.四川建筑.2006（S1）.

（作者身份證號：211021198609290035）