硅粉在中低強度等級混凝土中應用的試驗研究

朱坤

(慶陽市騰祥混凝土有限責任公司，甘肅 慶陽 745000）

硅粉在中低強度等級混凝土中應用的試驗研究

朱坤

(慶陽市騰祥混凝土有限責任公司，甘肅 慶陽 745000）

本文在試驗結果的基礎上闡述硅粉在中低強度等級混凝土中的應用，來降低混凝土企業成本，顯著提高企業的經濟效益。

硅粉；中低強度等級混凝土；預拌混凝土

0 引言

硅粉是硅鐵廠的副產品，工業硅及硅鐵在高溫熔煉的過程中，隨廢氣逸出的粉塵稱為硅灰或硅粉，其主要成分SiO2含量約占煙塵總量的90%，其中所含游離態SiO2約占10%。顆粒度非常小，平均粒徑約為0.3μm，故有微硅粉之稱。它與粉煤灰、磨細礦渣粉等礦物摻合料廣泛使用在混凝土中，特別是預拌混凝土中。但是，由于硅粉的價格問題和在預拌混凝土企業摻加困難等方面的原因，硅粉大多只用于高強高性能混凝土中，配制具有超高強、耐磨、耐腐蝕、耐沖刷的特種混凝土，在中低強度等級的混凝土中應用還不多，也很少看到這方面的研究報道，本試驗研究硅粉了在中低強度等級的混凝土中的應用。

1 試驗原材料

水泥為祁連山牌P·O42.5級水泥。

粗骨料用兩種：一種為距慶陽市60km處長慶橋產的5～31.5mm河卵石，另一種是環縣產5～25mm碎石。

砂采用兩種砂混合，一種為慶陽當地巴家咀地下開采磨細的特細砂，細度模數1.2～1.4，另一種為長慶橋產的河砂，細度模數大于3.6。由于泵送混凝土易采用中砂，所以將兩種砂按比例摻和為中砂使用。

粉煤灰使用甘肅平涼華茂粉煤灰廠的Ⅱ級粉煤灰。

硅粉采用西安霖源微硅粉有限公司生產的SiO2含量為90%的硅粉。

減水劑為甘肅建偉化工有限公司生產的高效減水劑。

水為地下水。

2 試驗方法

采用粉煤灰單摻、粉煤灰與硅粉雙摻技術，成型100mm×100mm×100mm的立方體試樣3組，脫模后置入標準養護室中養護到規定齡期。依據GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》，用數顯電液式壓力試驗機對試樣進行加荷，加荷速率依據試樣強度等級不同而不同。結果取其每組3塊的平均值。西安霖源公司產品介紹中列出使用微硅粉注意事項：硅灰的摻加方法分為內摻和外摻法。內摻法：在加水量不變的前提下，1份硅粉可取代3～5份水泥（重量）并保持混凝土抗壓強度不變而提高混凝土其它性能。外摻法：水泥用量不變，摻加硅灰則顯著提高混凝土強度和其它性能。按照以上注意事項和當地原材料情況設計配合比。配合比見表1、表2。

3 試驗結果

3.1 單摻粉煤灰混凝土的強度

由表1得出以下結論：

(1)A2～A9其28 d標準養護強度都能滿足C15～C50的強度要求，見圖1。

(2)單摻粉煤灰的低強度混凝土(A2～A4)7d強度都比較低，是因為粉煤灰摻量比較大的原因，但隨著齡期的增加，后期強度增長比較明顯。

表1 混凝土配合比

表2 混凝土配合比

圖1 單摻粉煤灰混凝土抗壓強度

圖2 雙摻粉煤灰與硅灰混凝土抗壓強度

3.2 雙摻粉煤灰和硅粉混凝土的強度

由表2得出以下結論：

(1) 在試驗過程中，B2～B9中每方混凝土僅加入了12～14kg硅灰，與 A2～A9相比，混凝土的黏性有所提高，但坍落度有所減小， 為了保持與A系列大致相同的坍落度，B系列需增加減水劑的用量。

(2) 依據霖源公司使用微硅粉注意事項中說到：1kg硅粉可取代3～5kg水泥，試驗中按取代3kg計算，B2～B9中每方摻入12～14kg硅粉，相當于36～42kg水泥。隨著硅粉的摻入，混凝土的各齡期強度都有很大提高，特別是7d強度增長明顯，一方面是硅粉的摻入使混凝土的水膠比降低，另一方面由于硅粉的活性高，與水泥的水化產物Ca(OH)2在相當短的時間里就能發生反應。 B2～B9較A2～A9強度增長顯著，這是由于水泥、粉煤灰、硅粉組成的三元體系的級配得到進一步優化，硬化漿體的孔隙率得到進一步降低[1]。

(3) 就強度看，B2～B9的28d強度完全能達到C20～C55泵送混凝土的強度要求，只是B2～B4的7d強度較低，原因是粉煤灰的摻量較大，但60d強度增長明顯。

4 結論

(1) 硅粉的最佳摻量是7%～10%，對于本試驗摻硅粉混凝土的配合比的設計，在確定硅粉的摻量時，主要是從以下兩方面考慮：一是技術經濟指標（1kg硅粉取代3kg水泥及硅粉的價格）；二是在中低強度等級的混凝土中應用，能滿足強度要求即可。在泵送混凝土中使用硅粉，如果不摻減水劑或不增加減水劑用量，想保持相同的流動度，則必然要增加用水量，水膠比增大，摻硅粉混凝土的強度也上不去。硅粉與減水劑復合使用使摻硅粉混凝土的水膠比不變，即用水量不增加，從而使硅粉混凝土的強度得到大幅度提高。

(2) 正如霖源公司使用微硅粉注意事項中說到，1kg硅粉可取代3kg水泥，本試驗結果證明了這一點。慶陽散裝水泥到站價460元/t，霖源公司的SiO2含量為90%微硅粉1000元/t，按照表1表2中配合比計算，在其他性能都能滿足的情況下，平均每方混凝土還可以降低4元左右的成本。

(3) 硅粉這種具有優良火山灰效應的火山灰質材料，可以作為混凝土摻合料節約水泥用量，在合理的摻量下硅粉的活性指數K能達到3，所以在中低強度等級泵送混凝土中完全可以使用微硅粉。

[1]李懿卿等.復合礦物摻合料混凝土力學性能的試驗研究[J].混凝土，2009(3):47-49.

朱坤(1979-), 男，助理工程師。

[單位地址]甘肅省慶陽市西峰區西環路南段司官村(750020)