高性能硅粉混凝土在水利工程中的應用

摘 要：高性能硅粉混凝土作為一項高科技產品，具備了持久性、高強度的特點，不斷被使用在水利工程當中。文章通過對高性能硅粉混凝土相關內容的介紹，對硅粉混凝土在水利工程當中的沖蝕破壞問題進行探討，為水利工程建設提供一些建議。

關鍵詞：高性能；硅粉；混凝土；水利工程

硅粉還沒有被人們所使用以前，被視為污染環境的不良物質。早在50年代硅灰就已經被廣大學者所關注，經常被使用在水泥混凝土當中作為摻合料。可是，最開始把硅粉混入到混凝土時，因為它的超微粒子功能加大了混凝土單位用水量，因此，大家只將它看做是十分便宜的水泥混合料。到了70年代末期，高效減水劑被研發出來，透過它同硅粉超微粒子進行結合使用，讓人們觀察到了由于硅集料的充填效果而引發的密實充填性，通過活性反應將混凝土性能改善的功能。所以，全球的專家都在進行硅粉混凝土的研究。當前，硅粉不但作為一般摻合料使用在混凝土中，還可以將混凝土配置的更加具有高抗滲性以及高耐久性。

1 高性能混凝土的概述

1.1 高性能混凝土的定義。高性能混凝土是通過當前混凝土的先進技術制作而成，大面積提升了一般混凝土的施工性、耐久性、和適用性的新型技術混凝土。高性能混凝土被看作是本世紀具有高強度、高耐久性、高工作性的混凝土。

1.2 高性能混凝土在水利工程中的應用。（1）水利工程項目的力學特征。水利工程建筑物通常要受波浪壓力、動水壓力、靜水壓力、冰凌推力以及附加地震激蕩力等，所承受的受力條件異常復雜。水利工程的建筑物的內部和地基的內部會出現滲流以及滲透壓力。迅猛的水流透過水利工程時會產生高強度的沖蝕以及沖刷現象。（2）高性能混凝土可以符合水利工程對混凝土的要求。混凝土要具備抗凍性和抗滲性，這樣的技術與標準較適合使用在山區水庫、高邊坡處理、深基坑開挖以及復雜地基處理的具有高難度的項目上。

1.3 高性能混凝土的性能。（1）新拌高性能混凝土的性能。新拌高性能混凝土的性能包含了混凝土的填充型、工作性、穩定性以及可泵性等。新拌混凝土具有較好的工作性，容易充填混凝土，塌落度較大、粘性較強、泌水量較低的特性。新拌混凝土具有較好的填充性，不僅可以具備高流動性，也可以具備高填充性，可以確保混凝土拌合物可以準確透過鋼筋的縫隙到達模板的所有角落。新拌混凝土具有較低的可泵性，粘性很高，進行泵送的過程里，混凝土和管壁之間具有非常大的剪切應力。（2）硬化高性能混凝土的性能。主要包含了收縮性、力學性、耐久性等內容。硬化高性能混凝土具備了較好的力學性能以及較高的早期、后期的抗壓強度，其抗拉強度會隨著抗壓強度的上升而上升，它的彈性模量要比普通的混凝土高出許多，因此會被骨料以及滲入量影響。硬化高性能混凝土具備較好的抗滲性、抗腐蝕性、抗凍性、抗堿性以及抗碳化性等，硬化高性能混凝土將水泥漿以及骨料之間的粘結有所改善，具備了較好的抗腐蝕性以及抗滲透性。

2 我國高性能硅粉混凝土在水利工程中的應用

上世紀80年代時期，硅粉混凝土被廣泛應用在我國的水利工程當中。由于硅粉混凝土的和易性差、出現裂縫等問題，一旦混凝土的表面沒有符合設計要求中的平整度以及在出現裂縫時沒有被及時修補完整，就會因為高速的水流沖擊而導致惡劣的后果。

我國很多科研機構提供的研究結果可以證明，水泥用量適當的狀況下，將硅粉融入其中可以大大提升固化物的抗壓、抗沖擊強度、抗拉以及抗耐磨性等，其抗沖磨的力量可以提升0.5到2.5倍之多，而抗空蝕強度可以提高到1.6倍之多。在混凝土里融入硅粉，不但僅是為了提升混凝土的抗壓強度，最關鍵的是為了可以明顯提升混凝土的抗沖耐磨性，特別是可以大面積提升混凝土的抗空蝕作用。

我國普遍使用的是強度等級在40MPa以下的混凝土，并且施工經驗以及研究成果都非常豐富。而對于我國的水利工程來講，70MPa的硅粉混凝土使用范圍相對較少。黃河小浪底的孔板洞閘室以下的洞身、明流洞、排沙洞明流段以及溢洪道等工程都使用的是C70高性能的硅粉混凝土。

3 高性能硅粉性能的主要特點

3.1 高性能硅粉的物理性質以及化學性質都非常穩定，屬于中性無機填料，不存在結晶水，不與固化物有所反應，不對反應機理有所影響。

3.2 高性能硅粉融入到混凝土當中可以將混凝土的空隙進行填充，提升了整體的密度以及降低了空隙率。并且，硅粉在混凝土里存在火山灰反應，硅粉水化構成的富貴凝膠，它的強度要比Ca（OH）2要高出很多。

3.3 高性能硅粉對于不同類型的樹脂具有非常好的浸潤性能，它的吸附能力較好，較易進行混合，不會出現結團的現象。

3.4 高性能硅粉的顆粒度的大小分布較為合理，它的致密性非常好，硬度較高，具有較強的耐磨作用，可以大面積提升固化物的抗壓、抗拉、抗耐磨性以及抗沖擊性，其耐沖磨性可以提升到0.5至2.5倍。

3.5 可以加大導熱的系數，轉變膠黏性以及加大阻燃的能力。

3.6 高性能硅粉可以有效降低環氧樹脂固化反應的放熱峰溫度，將固化物的線膨脹系數有效降低，而且也可以將固化物的收縮率有效降低，進而將內應力消除，預防開裂現象的出現。

3.7 因為硅粉的顆粒度較細，分布較為合理，可以非常好的降低以及消除分層及沉淀的現象。

3.8 硅粉的質地較純，雜質含量比較低，物化性能較為穩固，使得固化物具備了非常好的絕緣性能以及抗電弧性能。

3.9 二氧化硅是高性能硅粉的主要化學成分，它屬于惰性物質，同大多數酸、堿不存在化學反應。硅粉由于均勻的分布在物件的表面，所以可以起到較強的抗腐蝕性，它的抗空蝕性可以提升3到16倍。

3.10 高性能硅粉的堆積密度非常小，通常只是在0.2至0.8t/m3和1.0至2.2t/m3之間。對比其他的礦物性的填品使用量來講，聚合物的填充材料用量較小，裝載質量較小，可以將聚合物的使用量大大降低，所以，就可以將產品的成本降低。

3.11 抗凍性較好。通過反復試驗可以證明，融入硅粉后的混凝土比普通的混凝土具有更好的抗凍性。

3.12 具備了早強的特性。高性能硅粉混凝土使得誘導期大大縮減，具備了較好的早強性。

4 高性能硅粉混凝土沖蝕破壞問題

4.1 高性能硅粉混凝土和易性差對于抗沖蝕性的影響。混凝土和易性屬于混凝土配比里的一個關鍵參數，和易性差不但會對施工造成影響，還會對混凝土的施工質量造成影響，使得混凝土的均勻性以及表面平整性都受到影響。

4.2 高性能硅粉混凝土的裂縫會對混凝土的總體強度有所影響。對于混凝土曾有這樣的說法：“不存在不裂的混凝土，由于硅粉混凝土的裂縫對空蝕性沒有較大的影響，因此可以放心使用。”但是這樣的論點并不正確，硅粉混凝土的裂縫還是會對混凝土的整體強度造成影響的。

5 結語

只有在混凝土中融入高性能硅粉，才能有效保護混凝土表面裂縫現象，這樣的技術也會被大量使用在施工當中，讓工程質量有所提升。

參考文獻

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[2] 張金梁，郭占成，支歆，唐惠慶.微硅粉中SiO2在稀堿液中的溶解行為及動力學[J].過程工程學報，2012（02）.

作者簡介：隋榮（1984- ），女，黑龍江七臺河人，現任廣東水電二局股份有限公司水利施工工程師，畢業于黑龍江大學水利水電工程專業，工科學士學位，研究方向：水利工程施工技術與管理。