硅粉混凝土基本性能試驗(yàn)及作用機(jī)理研究

張 合 春

(山東長(zhǎng)恒信工程咨詢有限公司,山東 濟(jì)寧 272049)

隨著城市建筑、地基、路基、水利水壩工程、地下空間等大型土木工程施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，逐漸涌現(xiàn)了大批的高強(qiáng)高難度的工程，修建高難度、大跨度的建筑工程首先需要材料能夠保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求，所以這對(duì)材料的強(qiáng)度和性能提出了更高的要求[1-3]。硅粉由于特殊的結(jié)構(gòu)和性能能夠提高混凝土的強(qiáng)度，但對(duì)于其作用機(jī)理有待進(jìn)一步研究?；诖?，本文進(jìn)行了硅粉混凝土基本性能的試驗(yàn)研究，并對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行了分析。

1 硅粉混凝土基本性能試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料及設(shè)計(jì)

混凝土材料在配置過(guò)程中，需要攪拌機(jī)、單軸強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)等試驗(yàn)器材。水泥采用52.5硅酸鹽水泥；硅粉由天然石英加工而成的，其細(xì)度小于10 μm的占80%以上，平均粒徑在1 μm～3 μm；天然砂是由巖石風(fēng)化作用形成的，天然砂的細(xì)度模數(shù)約為2.2～2.5；石子來(lái)自于生產(chǎn)廠家的石子，石子粒徑不大于20 mm；水來(lái)自于自來(lái)水。圖1a)為硅粉圖片，圖1b)為石子圖片。

選取硅粉摻量分別為2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,9%,10%,11%,12%，進(jìn)行硅粉混凝土的抗壓強(qiáng)度、流動(dòng)度和耐久性試驗(yàn)，通過(guò)單軸試驗(yàn)機(jī)測(cè)試硅粉混凝土的抗壓強(qiáng)度，通過(guò)流動(dòng)度測(cè)定儀測(cè)試硅粉混凝土的流動(dòng)度，通過(guò)單軸試驗(yàn)機(jī)測(cè)試不同時(shí)間的硅粉混凝土的強(qiáng)度來(lái)反映硅粉混凝土的耐久性。試驗(yàn)中，硅粉混凝土的水灰比為0.45，天然砂的摻量為22.5%，石子的摻量為27.5%。

1.2 硅粉混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

圖2為硅粉摻量與硅粉混凝土強(qiáng)度關(guān)系曲線。由圖2可知，隨著硅粉摻量的增加，硅粉混凝土強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢(shì)，當(dāng)硅粉摻量為2%～8%時(shí)，硅粉混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)率為1 MPa/%，當(dāng)硅粉摻量為8%～12%時(shí)，硅粉混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)率為0.45 MPa/%，8%～12%時(shí)硅粉混凝土強(qiáng)度隨硅粉摻量增加的增長(zhǎng)率小于2%～8%時(shí)硅粉混凝土強(qiáng)度隨硅粉摻量增加的增長(zhǎng)率。從增長(zhǎng)率的角度看，硅粉混凝土強(qiáng)度隨硅粉摻量逐漸遞增，但增長(zhǎng)率在8%時(shí)出現(xiàn)了明顯的轉(zhuǎn)折，增長(zhǎng)趨勢(shì)變慢。

1.3 硅粉混凝土流動(dòng)度試驗(yàn)

圖3為硅粉摻量與硅粉混凝土流動(dòng)度關(guān)系曲線。由圖3可知，隨著硅粉摻量的增加，硅粉混凝土的流動(dòng)度呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，當(dāng)硅粉摻量為2%～7%時(shí)，硅粉混凝土流動(dòng)度的減緩率為0.34 cm/%，當(dāng)硅粉摻量為7%～12%時(shí)，硅粉混凝土流動(dòng)度的增長(zhǎng)率為0.204 MPa/%，7%～12%時(shí)硅粉混凝土流動(dòng)度隨硅粉摻量增加的減緩率小于2%～7%時(shí)硅粉混凝土流動(dòng)度隨硅粉摻量增加的減緩率。從增長(zhǎng)率的角度看，硅粉混凝土流動(dòng)度隨硅粉摻量逐漸減小，但其減小速度逐漸變慢。

1.4 硅粉混凝土耐久性試驗(yàn)

通過(guò)單軸試驗(yàn)機(jī)測(cè)試硅粉混凝土100 d后的強(qiáng)度來(lái)反映硅粉混凝土的耐久性。

圖4為硅粉摻量與硅粉混凝土耐久性關(guān)系曲線。由圖4可知，隨著硅粉摻量的增加，硅粉混凝土100 d強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢(shì)，當(dāng)硅粉摻量為2%～8%時(shí)，硅粉混凝土100 d強(qiáng)度的增長(zhǎng)率為1 MPa/%，當(dāng)硅粉摻量為8%～12%時(shí)，硅粉混凝土100 d強(qiáng)度的增長(zhǎng)率為0.675 MPa/%，8%～12%時(shí)硅粉混凝土100 d強(qiáng)度隨硅粉摻量增加的增長(zhǎng)率小于2%～8%時(shí)硅粉混凝土100 d強(qiáng)度隨硅粉摻量增加的增長(zhǎng)率。從增長(zhǎng)率的角度看，硅粉混凝土100 d強(qiáng)度隨硅粉摻量逐漸遞增，但增長(zhǎng)趨勢(shì)變慢。

1.5 硅粉混凝土基本性能

隨著硅粉摻量的增加，硅粉混凝土強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢(shì)，硅粉摻量為8%～12%時(shí)硅粉混凝土強(qiáng)度隨硅粉摻量增加的增長(zhǎng)率小于2%～8%時(shí)硅粉混凝土強(qiáng)度隨硅粉摻量增加的增長(zhǎng)率。從增長(zhǎng)率的角度看，硅粉混凝土強(qiáng)度隨硅粉摻量逐漸遞增，但增長(zhǎng)率在8%時(shí)出現(xiàn)了明顯的轉(zhuǎn)折，增長(zhǎng)趨勢(shì)變慢。

隨著硅粉摻量的增加，硅粉混凝土的流動(dòng)度呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，硅粉摻量為7%～12%時(shí)硅粉混凝土流動(dòng)度隨硅粉摻量增加的減緩率小于2%～7%時(shí)硅粉混凝土流動(dòng)度隨硅粉摻量增加的減緩率。從增長(zhǎng)率的角度看，硅粉混凝土流動(dòng)度隨硅粉摻量逐漸減小，但其減小速度逐漸變慢。

隨著硅粉摻量的增加，硅粉混凝土100 d強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢(shì)，硅粉摻量為8%～12%時(shí)硅粉混凝土100 d強(qiáng)度隨硅粉摻量增加的增長(zhǎng)率小于2%～8%時(shí)硅粉混凝土100 d強(qiáng)度隨硅粉摻量增加的增長(zhǎng)率。從增長(zhǎng)率的角度看，硅粉混凝土100 d強(qiáng)度隨硅粉摻量逐漸遞增，但增長(zhǎng)趨勢(shì)變慢。

2 硅粉混凝土增強(qiáng)機(jī)理

在混凝土中摻加硅粉，可以增加混凝土的密實(shí)性，提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。當(dāng)把硅粉摻入混凝土中后，溶液中的凝膠在硅粉粒子表面形成附著層，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，附著層開(kāi)始溶解水泥水化作用產(chǎn)生的Ca(OH)2，生成C-S-H凝膠。

硅粉顆粒能夠填充水泥顆粒的孔隙，減少孔隙的體積，但硅粉由于比表面積大而對(duì)混凝土的和易性影響更大。因此，混凝土的流動(dòng)度隨硅粉摻量的增加而降低。

用硅粉取代水泥，可以減少水化熱溫升。硅粉水泥的熱峰值出現(xiàn)略早于不摻硅粉的混凝土，但總放熱量都低于不摻硅粉的混凝土。由于硅粉的加入，產(chǎn)生了火山灰反應(yīng)和微填料作用，使水泥漿與骨料界面過(guò)渡區(qū)改善，并使孔結(jié)構(gòu)細(xì)化引起強(qiáng)度增加。

3 結(jié)語(yǔ)

1)硅粉混凝土強(qiáng)度隨硅粉摻量逐漸遞增，但增長(zhǎng)率在8%時(shí)出現(xiàn)了明顯的轉(zhuǎn)折，增長(zhǎng)趨勢(shì)變慢；硅粉混凝土流動(dòng)度隨硅粉摻量逐漸減小，但其減小速度逐漸變慢；硅粉混凝土100 d強(qiáng)度隨硅粉摻量逐漸遞增，但增長(zhǎng)趨勢(shì)變慢。

2)在混凝土中摻加硅粉，可以增加混凝土的密實(shí)性，提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。由于硅粉比表面積大而對(duì)混凝土的和易性影響更大，混凝土的流動(dòng)度隨硅粉摻量的增加而降低。