硅粉混凝土力學性能試驗研究

李金波， 馮道德， 莊惠平

1空軍工程第一總隊（100089） 2徐州空軍學院機場工程系（221000）

1 硅粉的性能概述

硅粉也叫微硅粉、硅灰或凝聚硅灰，是在冶煉硅鐵合金或工業硅時，形成的粉末狀二氧化硅（SiO2），這種粉塵即為硅粉。硅粉的顆粒極其細微，其顆粒尺寸基本在1μm以下，平均為0.1～0.3μm，約為水泥的1/100，硅粉是一種高效的活性摻合料，能夠顯著提高混凝土的強度和耐久性。

2 硅粉的作用機理

硅粉在混凝土中的作用機理可簡述為:普通混凝土內部不密實，水泥呈碎石狀、有棱角。由于孔隙中水表面張力作用，顆粒間不完全接觸；加入減水劑后，消除水的表面張力作用，顆粒接觸，孔隙率減少；加入硅粉后，由于硅粉顆粒小，且為球形，硅粉顆粒可填充其間，并與Ca(OH)2反應，生成新物質，堵塞孔道，大孔隙減少,生成的C-S-H晶體強度高、穩定性好，同時，由于硅粉混凝土泌水少，改善了過渡區的結構，因而提高了混凝土強度。

3 試驗研究

3.1 原材料

試驗采用P·O52.5普通硅酸鹽水泥，普通河砂細度模數2.5；骨料采用碎石，連續級配，試驗前進行過篩，滿足最大粒徑20mm連續級配要求；減水劑采用MN高效減水劑，為黃褐色粉末，其減水率為15%～25%，減水劑摻量為膠凝材料的1.8%。硅粉混凝土配合比見表1。

表1 硅粉混凝土配合比

3.2 試驗結果及分析

靜態抗壓試驗分別是在60噸電液伺服萬能壓力試驗機和100噸液壓萬能試驗機上進行的,試件尺寸為100mm×100mm×100mm的非標準立方體試件，試驗步驟如下:

1）將試件放在試驗機的下壓板上，調整下壓板處于水平狀態，并使試件的中心與試驗機的中心對準。然后緩慢調整試驗機的上壓板,使其下降直至其表面和試件將要接觸為止。

2）采用連續均勻地加荷，取每秒鐘1.0 MPa。當試件接近破壞開始急劇變形時，停止調整試驗機油門，直至破壞。然后記錄破壞荷載。

3）數據的處理:三個試件測試值的算術平均值作為該組試件的強度值（精確至0.1 MPa）；三個測試值中的最大或是最小值中如有一個與中間值差距超過中間值的15%時，取中間值作為該組試件的抗壓強度值;如最大值和最小值與中間值的差均超過中間值的15%,則該組試件的試驗結果無效。抗壓強度按下式計算(結果精確至0.1MPa):

式中:fcc為混凝土立方體抗壓強度（MPa）；F為試件破壞荷載（N）；A 為試件承壓面積（mm2）。

小立方體試件實測抗壓強度乘以0.95的系數換算為混凝土28 d實測強度。

從圖1可以看出，摻入硅粉能明顯的提高混凝土的抗壓強度，混凝土的抗壓強度隨著硅粉摻量的增加而提高。水灰比0.3時，當硅粉摻量小于16%，硅粉混凝土的抗壓強度隨著硅粉摻量的增加而增大，而當硅粉摻量超過16%后，再加入硅粉，硅粉混凝土的抗壓強度反而下降。在同一水膠比情況下，沒有摻硅粉時，混凝土7 d、28 d靜態抗壓強度分別為48.5 MPa和65.6 MPa；而摻入硅粉時，抗壓強度大幅增加，摻5%硅粉時7 d和28 d抗壓強度比不摻時分別提高22.7%和23.9%。摻入的硅粉在堿性環境中，能迅速發生火山灰反應，生成大量C-S-H凝膠，早期強度提高很快，而在后期則趨于穩定。

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[2]泰倫斯·C·赫蘭.關于硅灰和高性能混凝土的一些思考[J].混凝土,2007(6):10－13

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