硅粉在PHC管樁混凝土中應(yīng)用的試驗(yàn)研究

張亞琴 張宜兵 周郁兵（中交三航局第三工程有限公司第一工程處）

硅粉在PHC管樁混凝土中應(yīng)用的試驗(yàn)研究

張亞琴 張宜兵 周郁兵
（中交三航局第三工程有限公司第一工程處）

通過(guò)硅粉在PHC管樁混凝土中的試驗(yàn)，研究了不同摻量的硅粉對(duì)混凝土的工作性、抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、電通量的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：在混凝土中摻入適量的硅粉，可以改善混凝土的工作性、提高混凝土的力學(xué)性能和抗氯離子的滲透能力，本文為硅粉在PHC管樁混凝土中的應(yīng)用提供了試驗(yàn)的依據(jù)。

硅粉；PHC管樁混凝土；應(yīng)用；試驗(yàn)

1 前言

硅粉是在冶煉硅鐵合金或工業(yè)硅時(shí)，通過(guò)煙道排出的硅蒸汽經(jīng)過(guò)氧化后，從電弧爐煙氣中收集得到的無(wú)定型、氧化硅含量很高的微細(xì)球形顆粒，學(xué)名“硅灰”。

硅粉的顆粒越細(xì)，SiO2含量越高，對(duì)混凝土性能的改變效果越明顯。硅粉的平均粒徑一般在0.15-0.20μm，為水泥顆粒直徑的1/100，所以硅粉能高度分散于混凝土中，填充在水泥顆粒之間而提高密實(shí)度；同時(shí)硅粉具有很高的活性，相對(duì)與礦粉能更快更全面的與水泥水化產(chǎn)生的 Ca(OH)2發(fā)生二次水化反應(yīng)，生成 C-S-H凝膠體。

在混凝土中摻入少量硅粉，并結(jié)合外加劑、礦物摻合料的作用能顯著改善混凝土的性能，如：改善混凝土的坍落度、提高混凝土早期或后期的強(qiáng)度，降低氯離子的滲透能力，提高混凝土的抗腐蝕和耐磨等作用。目前硅粉已經(jīng)在黃河小浪底、葛洲壩、東海大橋等多個(gè)工程中得到了應(yīng)用，并取得了良好的效益。所以，我們圍繞著硅粉在C80PHC管樁混凝土中應(yīng)用進(jìn)行試驗(yàn)研究。

2 硅粉在混凝土中的工作原理

硅粉運(yùn)用于混凝土中填充顆粒空隙，改善水泥、骨料的組織結(jié)構(gòu)，提高體積密度和降低孔隙率。同時(shí)硅粉在混凝土中具有火山灰反應(yīng)效應(yīng)，水化形成的富硅凝膠，強(qiáng)度高于Ca(OH)2晶體，與水泥水化凝膠C-S-H共同工作。

3 原材料的準(zhǔn)備

表1 水泥性能指標(biāo)

3.1 水泥

鎮(zhèn)江句容臺(tái)泥水泥有限公司，P□Ⅱ52.5R，具體性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表2 礦渣粉性能指標(biāo)

3.2 礦渣粉

安徽馬鋼嘉華新型建材有限公司，S95級(jí)，具體性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

3.3 砂

江西贛江，中砂，Mx=2.8。

3.4 碎石

南京六合，玄武巖，5～25mm連續(xù)級(jí)配碎石。

3.5 外加劑

上海華登，HP400(H)，高性能聚羧酸減水劑（標(biāo)準(zhǔn)型）。

3.6 硅粉

上海天凱硅粉材料有限公司，其物理性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 硅粉的物理性能指標(biāo)

3.7 水飲用水。

4 試驗(yàn)方案

表4 C80混凝土配合比（kg/m3）

4.1 試驗(yàn)所用方法標(biāo)準(zhǔn)：

《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55-2011

《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》JTJ270-98

《水運(yùn)工程混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》JTS202-2-2011

4.2 試驗(yàn)方法

按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，保持總膠凝材料用量和礦粉摻量不變，按照硅粉摻量0%、4%、7%、10%、13%分別配置5組不同配合比，具體見(jiàn)表4；養(yǎng)護(hù)方式采用PHC管樁常壓蒸養(yǎng)后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

4.3 試件制作

2014.04 ～2014.05共進(jìn)行5次試驗(yàn)，每次按照下面數(shù)量成型試件。

4.2.1 抗壓強(qiáng)度試塊制作

按照《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》，采用邊長(zhǎng)為100mm×100mm×100mm的試件，按照硅粉摻量分為5組試件，每組按照1d、3d、28d三個(gè)養(yǎng)護(hù)齡期，制作抗壓強(qiáng)度試塊45塊。

4.2.2 劈裂強(qiáng)度試塊制作

按照《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定，采用邊長(zhǎng)為 100mm×100mm× 100mm的試件，按照硅粉摻量分為5組試件，每組按照1d、3d、28d養(yǎng)護(hù)齡期，制作劈裂可抗拉強(qiáng)度試塊45塊。

4.2.3 電通量試塊制作

按照《 水運(yùn)工程混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，采用尺寸100mm×51mm標(biāo)準(zhǔn)試件，按照硅粉摻量分為5組試件，28d養(yǎng)護(hù)齡期，制作電通量試塊15塊。

硅粉混凝土的拌合及試件制作見(jiàn)圖1。

5 試驗(yàn)結(jié)果與分析

表5 混凝土坍落度

5.1 試驗(yàn)結(jié)果

5.1.1 坍落度

按照《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定，分別測(cè)定不同方案的混凝土的坍落度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5和圖2。

圖2 不同硅粉摻量混凝土坍落度

試驗(yàn)結(jié)果表明，坍落度隨著硅粉摻量的增加先有小幅度的增大，后又有大幅度減小的趨勢(shì)。摻量7%時(shí)，混凝土的坍落度達(dá)到最大200mm，混凝土的和易性、骨料包裹性、粘聚性均很好，測(cè)坍落度時(shí)坍落度筒底部無(wú)水及漿體析出。硅粉摻量13%時(shí)，坍落度達(dá)到最低值130mm。

5.1.2 抗壓強(qiáng)度

按照《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定，分別測(cè)定各方案、不同齡期的混凝土抗壓強(qiáng)度。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表6及圖3。

表6 混凝土抗壓強(qiáng)度

圖3 不同硅粉摻量混凝土抗壓強(qiáng)度

表7 混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度

試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土的強(qiáng)度隨硅粉摻量的增大而增大；但摻量大于7%之后，強(qiáng)度的增長(zhǎng)幅度不明顯。硅粉摻量為7%時(shí)，1d、3d和28d強(qiáng)度分別為基準(zhǔn)配合比的105.6%、103.8%和103.9%。

5.1.3 劈裂抗拉強(qiáng)度

按照《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定，分別測(cè)定各方案、不同齡期的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表7及圖4。

圖4 不同硅粉摻量下混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度

由表7及圖4看出，摻入硅粉后，混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度均高于不摻硅粉。硅粉摻量為7%時(shí)，1d、3d、28 d 的劈裂抗拉強(qiáng)度比基準(zhǔn)混凝土分別提高了21.8%、17.2%和15.4%，且早期提高幅度最大，這對(duì)于結(jié)構(gòu)的早期施工非常有利。硅粉摻量超過(guò)7%后，無(wú)論是1d、3d還是28d的強(qiáng)度，劈裂抗拉強(qiáng)度出現(xiàn)下降現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，硅粉摻量在4%～7%時(shí)，非常有利于提高混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度。

表8 混凝土28d電通量

5.1.4 電通量

為了延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命，對(duì)于水工及海港工程，混凝土的抗?jié)B性以及抗氯離子滲透性能的好壞顯得尤為重要。因此根據(jù)《 水運(yùn)工程混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范附錄A進(jìn)行電通量試驗(yàn)，具體結(jié)果見(jiàn)表8和圖5。

圖5 不同硅粉摻量下混凝土28d電通量

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著硅粉的摻加，28d電通量分別比基準(zhǔn)配合比降低34.3%、51.1%、59.7%、65.9%。這說(shuō)明硅粉的摻入可大幅度提高混凝土的密實(shí)性，從而有利于提高混凝土的抗氯離子的滲透性能。但隨著硅粉取代水泥摻量的增大，混凝土的電通量降低幅度逐漸減小。

5.2 試驗(yàn)分析

5.2.1 硅粉對(duì)混凝土拌合物性能的影響

由圖2看出，硅粉摻量不大于7%時(shí)，混凝土的坍落度比基準(zhǔn)配合比有所增大，當(dāng)摻量大于7%時(shí)，混凝土的坍落度出現(xiàn)顯著下降。說(shuō)明硅粉在一定摻量條件下可以改善混凝土的坍落度，發(fā)揮了硅粉的物理填充效應(yīng)。但硅粉的摻量達(dá)到13%時(shí)，混凝土坍落度下降更為明顯。

5.2.2 硅粉對(duì)混凝土抗壓的影響

由圖3可知，在混凝土中摻入硅粉、礦渣粉時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度由硅粉和礦渣粉共同作用。硅粉決定混凝土的早期強(qiáng)度，在允許范圍內(nèi)硅粉摻量越大，抗壓強(qiáng)度越高于基準(zhǔn)配合比；在28d齡期時(shí)，摻硅粉混凝土的強(qiáng)度仍然高于基準(zhǔn)配合比，說(shuō)明硅粉對(duì)提高混凝土的后期強(qiáng)度仍然有效。同時(shí)，硅粉以及礦渣粉的摻量不能超過(guò)一定的界限。

5.2.3 硅粉對(duì)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響

從表7看出，混凝土中摻入硅粉后，混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度均高于不摻硅粉，但摻量達(dá)到7%后，劈裂抗拉強(qiáng)度出現(xiàn)下降現(xiàn)象。所以在需要通過(guò)摻加硅粉改善混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度時(shí)，硅粉的摻量宜控制在4%～7%這一范圍。

5.2.4 硅粉對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響

由表8看出，混凝土28d的電通量隨著硅粉摻量的提高呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這表明硅粉的摻入提高了混凝土的密實(shí)性，對(duì)提高混凝土抗氯離子滲透性能非常有利。但在硅粉摻量達(dá)到 10%時(shí)，混凝土電通量的曲線變緩，說(shuō)明硅粉的摻量有其合理?yè)搅糠秶粨搅坎灰诉^(guò)大，并與礦粉復(fù)摻效果更好。

6 小結(jié)

我們通過(guò)在 C80PHC管樁混凝土中摻入硅粉的試驗(yàn)，可以看出，硅粉的適量摻加可以改善混凝土的工作性和混凝土的強(qiáng)度、耐久性等性能。同時(shí)，硅粉又屬工業(yè)廢料，有利于環(huán)境保護(hù)和降低造價(jià)，符合當(dāng)今綠色混凝土的理念。綜上所述，硅粉對(duì)于PHC管樁的現(xiàn)實(shí)意義有以下方面：

（1）在施工條件特殊的情況下，可以通過(guò)摻加硅粉來(lái)改善混凝土的工作性能。如對(duì)直徑1.2mC型等特殊要求的PHC管樁可以通過(guò)摻加硅粉來(lái)提高混凝土的坍落度，滿足施工要求。

（2）在高強(qiáng)高性能混凝土中摻入一定量的硅粉，混凝土的抗壓強(qiáng)度會(huì)有所增長(zhǎng)。

（3）混凝土中硅粉摻量控制在 4%～7%時(shí)，對(duì)改善混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度非常有利；這對(duì)于提高PHC管樁抗擊打能力非常有利；

（4）混凝土中摻入一定的硅粉，能降低混凝土的結(jié)構(gòu)孔隙率，改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實(shí)性，對(duì)水工或海港工程混凝土的抗氯離子滲透性能改善非常有利。

本次試驗(yàn)為今后特殊工程樁基需要做好了技術(shù)儲(chǔ)備，今后我們還將對(duì)硅粉在PHC管樁中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性開(kāi)展進(jìn)一步分析。

S210

B

1007-6344（2016）06-0096-02

張亞琴，女， 1980.08，東南大學(xué)，建筑材料檢測(cè)與制品工藝專業(yè)，14年，現(xiàn)主要從事路橋用原材料、水泥混凝土、瀝青混凝土、土工等試驗(yàn)檢測(cè)工作。對(duì)施工中的混凝土質(zhì)量控制及耐久性方面有很好的見(jiàn)解，對(duì)新材料在混凝土中的應(yīng)用進(jìn)行了一些試驗(yàn)研究。主要論文論著：《EDTA二鈉在水泥穩(wěn)定碎石中滴定方法的試驗(yàn)研究》，《混凝土碳化的影響因素及處理措施》等