硅微粉用于混凝土摻合料的探討

羅暉,譚勉志,萬朝均,陳航

（1重慶市建筑科學研究院 重慶 400020 2新興棧(重慶)建材有限公司 重慶 400020 3重慶大學材料科學與工程學院 重慶 400045 4重慶市錦藝硅材料開發有限公司 重慶 404508）

1 引言

根據以上分析,建設工程中迫切需要開發應用多品種、高性能、品質穩定,且價格合適的摻合料產品。

2 硅微粉作為混凝土摻合料的分析

混凝土的強度,部分來源于其基材的密實[1],即使有一部分水泥被一種或多種輔助膠凝材料代替,也對混凝土的強度不會有明顯副作用。此外,化學活性較低的輔助膠凝材料代替部分水泥,從控制水化放熱和流變性能的角度也是有益的。研究中所用硅微粉,是由優質礦石經過超細粉磨、分級處理得到的產品,主要成分是二氧化硅,有害組分極少,質量穩定。

2.1 硅微粉物理特性

2.1.1 密度

混凝土摻合料比水泥熟料的密度小得越多,當用混凝土摻合料等質量取代水泥熟料時,所用混凝土摻合料的體積就越大,會為混凝土拌合物帶來更多的漿體,從而有助于提高拌合物流動性,達到增塑效果。

硅微粉與常用混凝土摻合料的密度范圍如表1所示。

表1 硅微粉與常用混凝土摻合料的密度范圍 單位：g/cm3

硅微粉的密度明顯小于水泥熟料的密度,具備增塑條件。

孩子說，他的媽媽一直聽信祖輩的傳言，說用左手不正常，代表愚笨。所以每當媽媽發現他用左手，都會立即阻止，粗暴地將他左手里的筷子、筆、玩具奪走，強行塞到右手，沒有一句安撫和解釋。歷經無數次的干預之后，他右手的能力是得到了提升，但他的內心卻多了一份不安：

2.1.2 堆積密度

混凝土摻合料的堆積密度越小,其單位質量的堆積體積就越大,運輸相同質量的粉體所需的車廂就越大,運輸難度和運輸成本都增加。

硅微粉和常用混凝土摻合料的堆積密度范圍如表2所示。

表2 硅微粉和常用混凝土摻合料的堆積密度 單位：kg/m3

硅微粉的堆積密度適中,適宜運輸。

2.1.3 比表面積

混凝土摻合料的比表面積越小,潤濕其表面所需要的水分或者達到相同潤濕度的需水量也就越少,有利于提高拌合物的流動性。如果比表面積太小,摻合料顆粒粒徑偏大,對水泥混凝土的填充效應又不能得到很好體現,因此,需要一個合適的比表面積范圍。

不同摻合料可因為其易磨性不同而在相同粉磨條件下得到不同的比表面積,同一種摻合料可因不同粉磨條件得到不同的比表面積,具體比表面積由生產需要確定。硅微粉和常用混凝土摻合料在通常生產和應用條件下的比表面積范圍如表3所示,硅微粉數據為型號LB0106的產品數據,其它數據引自GB/T18736-2002和GB/T18046-2008。

表3 常用混凝土摻合料生產和應用的比表面積范圍[2][3]

表3數據顯示,硅微粉的比表面積遠高于常用的礦渣和粉煤灰技術指標要求。

2.2 硅微粉化學特性

將硅微粉的化學成分數據與GB/T 18736-2002、GB/T 18046-2008和GB/T 1596-2005中的數據進行對比（表4）。

表4 常用混凝土摻合料的化學成分技術要求[2][3][4](%)

硅微粉的燒失量、三氧化硫含量、氯離子含量等對混凝土性能尤其是耐久性能不利的成分遠低于大部分的其它類型摻合料。

2.3 硅微粉作為摻合料的活性指數

作為混凝土摻合料,最受關注的是對混凝土的強度影響問題,通常用活性指數來進行衡量,即以水泥膠砂28d抗壓強度比表征摻合料的活性。雖然,本研究中的硅微粉產品型號主要考慮的是填充效應和增塑效應對水泥基材料強度的影響,實驗方法仍參照GB/T 18736-2002,硅微粉的水泥取代量為10%。實驗結果見表5。

表5 硅微粉不同齡期活性指數

以水泥膠砂28d抗壓強度比表征的硅微粉活性指數達到了GB/T 18736-2002中對磨細天然沸石和硅灰的技術要求。

2.4 摻硅微粉混凝土工作性能

2.4.1 單摻硅微粉

在混凝土中單摻硅微粉,保持基準配合比的其它參數不變,僅以硅微粉取代不同比例的水泥,混凝土的坍落度和擴展度實驗結果見表6。

表6

隨著摻量的增加,含硅微粉混凝土的坍落度與坍落擴展度均有一定增加。

2.4.2 復摻礦渣和硅微粉

表7中編號為1的混凝土膠凝材料全部為水泥,其余編號混凝土采取硅微粉和礦渣復摻,保持摻合料總量為20%。隨著硅微粉摻量增加,在保持相同流動性的情況下,減水劑用量逐漸降低,硅微粉有較好的混凝土增塑效果,其增塑效果優于礦渣。

表7

2.5 硅微粉混凝土力學性能

圖1 不同摻合料混凝土的抗壓強度發展規律

水泥水化的不斷進行使混凝土的強度可以隨著時間 (齡期)的延長而持續增長。這些增長出來的強度可以為混凝土結構的安全提供更大的強度儲備,因而是被期望的。一般來講,混凝土強度的增長與時間(齡期)的對數成正比關系。

對含硅微粉的混凝土90天內強度發展趨勢進行研究。含硅微粉混凝土的抗壓強度發展規律與不含摻合料的基準混凝土、含粉煤灰、硅灰、礦渣粉等摻合料的混凝土是類似的。本研究中,合適的摻量范圍內,硅微粉混凝土28d強度高于常用摻量范圍內的礦渣和粉煤灰混凝土,低于硅灰混凝土。

2.6 硅微粉混凝土體積穩定性

高體積穩定性是混凝土高耐久性非常重要的保證條件,摻合料對混凝土變形性能的影響,在工程應用中往往被忽視,在摻合料使用不當時容易出現混凝土開裂并導致結構破壞現象。采用硅微粉與礦渣復摻,保持總摻量不變,摻入硅微粉以后體系的收縮呈現降低的趨勢。硅微粉的摻入對混凝土的體積穩定性是有利的。

圖2 硅微粉對混凝土干縮的影響

3 結論

（1）硅微粉的物理化學特性適合作為混凝土摻合料使用。

（2）由于硅微粉純度高,性能穩定,摻入硅微粉的混凝土質量容易控制。硅微粉中對混凝土性能的有害成分（Cl-、SO3、堿含量、燒失量等）含量低,抗腐蝕性能優異,因此,作為摻合料使用對混凝土的耐久性有利。

（3）硅微粉具有增塑效果,可以在混凝土中單摻或復摻,以改善混凝土流動性或降低減水劑用量。

（4）硅微粉顆粒粒徑小,在混凝土中具有密填充效應,合適的摻量范圍內,對混凝土強度有一定貢獻。由于替代部分水泥,摻入硅微粉可減小水化溫升導致的混凝土開裂幾率。

（5）摻硅微粉混凝土的體積穩定性好、收縮變形小。

[1]于全忠.煙臺廣電中心C60高拋自密實混凝土配比與施工技術[J].施工技術,2008,37(12),5-8.

[2]GB/T18736-2002,高強高性能混凝土用礦物外加劑[S].

[3]GB/T18046-2008,用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉[S].

[4]GB/T1596-2005,用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S].