微硅粉及聚丙烯纖維制備高性能混凝土的研究及應(yīng)用

韋峰靜，龍祖業(yè)

（廣西魚峰混凝土有限公司，廣西 柳州 545008）

隨著高層建筑、大跨度橋梁、海底隧道等各種高難度的工程飛速發(fā)展，一般的混凝土早已不能滿足工程需求，為了適應(yīng)形勢需要，早在 20 世紀(jì) 80 年代末，一些發(fā)達(dá)國家就已提出混凝土結(jié)構(gòu)的高抗裂、高抗?jié)B透及高耐久性等性能的概念。隨著科學(xué)的研究發(fā)展，混凝土中摻入單種或者多種材料以提高其性能，滿足工程需求也就成為了當(dāng)今混凝土發(fā)展的趨勢。

1 工程概況

廣西壯族自治區(qū)柳州市柳東新區(qū)中歐產(chǎn)業(yè)園橫七路管廊是柳州市柳東新區(qū)路網(wǎng)規(guī)劃的重點地下管廊，混凝土等級為 C35P8，是整個新區(qū)地下綜合排水管廊的主通道，所以該處管廊對主體混凝土結(jié)構(gòu)要求較高，既要有高超的抗?jié)B性能，使排水管廊在受到較大洪水沖擊浸泡時不滲漏；又要有很好的耐久性，以降低管廊的維修率，提高管廊的使用年限。經(jīng)設(shè)計方研究決定在該處管廊的混凝土中摻入微硅粉及聚丙烯纖維，以期達(dá)到其結(jié)構(gòu)要求。因摻入微硅粉[1]后的混凝土能增加密實度，抗?jié)B性能提高 5～18 倍，抗碳化能力提高 4 倍以上，還可增加強度，使混凝土抗壓、抗折強度大大增加，摻入 5%～10% 的微硅粉，抗壓強度可提高 10%～30%，抗折強度提高 10% 以上；而摻入聚丙烯纖維[2]的混凝土，通過聚丙烯纖維的“次要加強筋”作用，可大大減少混凝土的開裂，提高整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的壽命，從而提高混凝土的耐久性。

2 工程部位對混凝土的要求

該工程管廊為地下主排水管廊，對混凝土主要性能要求：（1）高密實性，高防水抗?jié)B透能力，抗?jié)B等級達(dá)到 P8；（2）和易性好，設(shè)計坍落度 (160±30)mm，2 小時經(jīng)時坍損控制在 20mm 以內(nèi)；（3）高抗裂性，以減少維修率及提高整體結(jié)構(gòu)的耐久性；（4）夏季 7天同條件養(yǎng)護(hù)抗壓強度達(dá)到設(shè)計抗壓強度值的 100%，由于該工程管廊為分節(jié)段施工，在下一節(jié)段施工時，要求上一節(jié)段的混凝土強度達(dá)到設(shè)計值的 100%，以免由于下一節(jié)段施工震動等造成上一節(jié)段混凝土開裂。

3 原材料基本情況

（1）水泥：廣西魚峰牌 P·Ⅱ42.5，其物理性能指標(biāo)如表 1。

（2）礦粉：柳州臺泥 S95 級，其具體技術(shù)性能指標(biāo)如表 2。

（3）粉煤灰：廣西來賓電廠 Ⅱ 級，其具體技術(shù)性能指標(biāo)如表 3。

表1 水泥物理性能

表2 礦粉技術(shù)性能指標(biāo)

表3 粉煤灰技術(shù)性能指標(biāo)

（4）微硅粉：即在冶煉硅鐵和工業(yè)硅時，通過煙道排出的硅蒸汽氧化后，經(jīng)特別設(shè)計的收塵器收集得到的無定形、粉末狀的二氧化硅。微硅粉平均粒徑在0.1～0.15μm，是水泥平均粒徑的幾百分之一。比表面積為 15～27m2/g ，具有極強的表面活性。

（5）聚丙烯纖維：吸濕率＜0.1%，束狀單絲，本次施工采用 6mm 的規(guī)格纖維，密度為 0.91g/cm3，斷裂伸長度 15%～20%，截面形狀為 Y 形，纖維直徑31μm，自分散性好，無吸水性，安全無毒，耐酸堿性極高。

（6）細(xì)骨料：采用柳州市當(dāng)?shù)厥沂瘷C制砂及鵝卵石機制砂搭配使用，搭配后級配為 Ⅱ 區(qū)，細(xì)度模數(shù)為 2.8，含泥量控制在 1.5% 以內(nèi)，亞甲藍(lán)試驗合格，泥塊含量為 0，不含其他有害物質(zhì)。

（7）粗骨料：柳州當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)連續(xù)級配的 5～25mm石灰石碎石，針片狀含量為 2.8%，壓碎值為 6.4%，含泥量為 0.1%，泥塊含量為 0，不含其他有害物質(zhì)。

（8）減水劑：采用當(dāng)下使用最廣泛的聚羧酸高效緩凝減水劑。摻入微硅粉的混凝土容易變稠[3]，所以減水劑減水率應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高，本次采用的減水率為26.2%，保坍能力好，緩凝時間充足，與各原材料適應(yīng)性好。

（9）水：飲用水，其指標(biāo)符合國家混凝土用水標(biāo)準(zhǔn) JGJ 63—2006。

4 配合比設(shè)計

4.1 配合比的確定

根據(jù)以上原材料的檢測數(shù)據(jù)，經(jīng)過反復(fù)的配合比試驗對比發(fā)現(xiàn)，直接在原配合比基礎(chǔ)上摻入微硅粉和聚丙烯纖維時，混凝土和易性較差。而將微硅粉代替部分的原膠凝材料時，混凝土的和易性好。且各項性能指標(biāo)均達(dá)到工程要求，經(jīng)過不同替代量的試配試驗后，確定出摻入水泥、礦粉和粉煤灰總量的 10% 的微硅粉及摻入1.8kg/m3的聚丙烯纖維效果最佳，得出最佳施工配合比如表 4。

表4 最佳施工配合比 kg/m3

4.2 混凝土的各項性能數(shù)據(jù)

由于該工程是在夏秋兩季施工，此時氣溫較高，空氣相對濕度較低，要求混凝土的保坍性能好，在 2 小時內(nèi)坍落度損失應(yīng)不大于 20mm，且混凝土澆筑方式為泵送，坍落度設(shè)計最大值為 190mm，所以混凝土的漿體必需充足才能易于泵送。根據(jù)以上配合比，得出混凝土拌合物試驗數(shù)據(jù)如表 5。從表 5 可以看出，該混凝土拌合物工作性能滿足設(shè)計及施工要求。

混凝土力學(xué)性能也滿足要求，抗壓強度 3d 為23.1MPa，7d 為 31.5MPa，28d 為 42.7MPa。并達(dá)到了P8 抗?jié)B等級。摻入微硅粉及聚丙烯纖維，混凝土密實程度高，內(nèi)部氣泡大大減少，聚丙烯纖維在內(nèi)部也起著“次要加強筋”的作用，在達(dá)到高抗?jié)B等級的同時，耐久性也得到了保證，極大的滿足了工程需求。

表5 混凝土拌合物試驗數(shù)據(jù)

5 生產(chǎn)及施工概況

5.1 生產(chǎn)過程控制

生產(chǎn)前，試驗室技術(shù)員應(yīng)當(dāng)先對砂石含水進(jìn)行測定，將配合比數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)輸入電腦后，相應(yīng)的調(diào)整含水率，經(jīng)確認(rèn)無誤后方可生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中，必須實時觀察混凝土的狀態(tài)，切不可私自將坍落度放大超過設(shè)計值，以保證混凝土的質(zhì)量。生產(chǎn)結(jié)束后，還應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)，每 100 方抽樣檢查和易性，并留下標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行后期強度檢測。

5.2 現(xiàn)場施工

混凝土到現(xiàn)場后，現(xiàn)場技術(shù)員應(yīng)配合工地試驗員按照標(biāo)準(zhǔn)取樣，測坍落度，觀察混凝土的和易性，確認(rèn)符合要求才能澆筑。在每次混凝土卸料至泵車之前，應(yīng)將罐車快速正轉(zhuǎn) 30s，以避免因罐車用久后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形使混凝土中石頭甩尾而漿體沉底，造成混凝土和易性變差。澆筑過程中應(yīng)連續(xù)澆筑，否則容易形成施工冷縫，影響工程質(zhì)量，澆筑后施工方應(yīng)及時覆蓋土工布，并按時灑水養(yǎng)護(hù)，避免混凝土開裂。

6 結(jié)束語

將微硅粉及聚丙烯纖維同時摻入混凝土，發(fā)揮兩種材料的特性，可將混凝土的性能優(yōu)化。廣西柳州市柳東新區(qū)中歐產(chǎn)業(yè)園橫七路管廊施工結(jié)束后，整體管廊未見任何滲水及開裂，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計的效果。隨著混凝土研究的不斷創(chuàng)新發(fā)展，在未來雙摻或者多摻各種材料混凝土將更多的應(yīng)用于工程中。