剖析硅粉在給排水場站中的應(yīng)用

夏德雙

摘要：硅粉學(xué)名硅灰，也叫微硅粉廣泛應(yīng)用于高強(qiáng)混凝土和高性能混凝土的重要原料，多用于水利水電工程、橋梁工程及高層建筑等，其獨(dú)特的細(xì)度能夠填充到水泥顆粒間的空隙中去，從而使混凝土密實(shí)。同時(shí)因?yàn)楣璺鄣亩嗡饔茫沟眯碌纳晌锒氯炷林袧B透通道，加強(qiáng)了硅粉混凝土的抗?jié)B能力。隨著我國工業(yè)化體系越來越完善，硅粉這類材料再其他建筑領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)越來越多，目前就房建工程中超高層結(jié)構(gòu)及大體積混凝土等工程硅粉已經(jīng)廣泛應(yīng)用，未來在普通地下室結(jié)構(gòu)及建筑外墻等領(lǐng)域也可以適當(dāng)推廣。

關(guān)鍵詞：硅粉；水池；抗?jié)B；抗開裂

1、材料性能

硅粉是工業(yè)電爐在高溫熔煉工業(yè)硅及硅鐵的過程中，隨廢氣逸出的煙塵經(jīng)特殊的捕集裝置收集處理而成。在逸出的煙塵中，SiO2含量約占煙塵總量的90%，顆粒度非常小，平均粒度幾乎是納米級別，故稱為硅粉。

硅粉能夠代替一部分水泥膠凝材料，因具有獨(dú)特的細(xì)度，可至納米級別，可以填充水泥顆粒間的空隙，與水泥顆粒形成級配形式。從而使混凝土結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。

硅粉還具有火山灰反應(yīng)，即硅粉接觸拌合水后，首先形成富硅的膠凝材料，并吸收水分，膠凝材料在尚未水化的水泥顆粒間聚集，逐漸包裹水泥顆粒，水化產(chǎn)物Ca（OH）2與上述硅凝膠反應(yīng)產(chǎn)生C-S-H化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)的凝膠形式，均勻分布于水泥顆粒之中，C-S-H化學(xué)鍵的強(qiáng)度要高于Ca（OH）2，因此摻入硅粉后不僅提高了混凝土的密度，同時(shí)也降低了混凝土中的鈣硅比，從而提高混凝土強(qiáng)度。

因?yàn)轭w粒細(xì)小，同等體積的硅灰顆粒的比表面積要遠(yuǎn)大于混凝土顆粒，因此摻入硅灰后可以提高混凝土的稠度，降低沁水量，同時(shí)降低了水化熱，但是替代混凝土?xí)r需增加了水用量，加大了水灰比，因此在添加硅粉時(shí)一般配合減水劑使用。

2、工程概況

東北制藥集團(tuán)股份有限公司異地改造建設(shè)項(xiàng)目污染治理工程（生化池、水解池、集水池）土建施工（以下簡稱東北制藥廠項(xiàng)目）位于遼寧省沈陽市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)沈西六東路29號。本工程包含環(huán)保區(qū)塊的生化池、低濃度水解池、高濃度水解池、集水池，建筑面積約：12953平方米，由東北制藥集團(tuán)股份有限公司投資建設(shè)。

該項(xiàng)目主要工程為東北制藥廠的一系列工藝水池，全部為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度為C35。其中最大的池體長115m，寬78m，高8.1米，底板8970m2整體一次現(xiàn)澆，現(xiàn)澆面積整個(gè)結(jié)構(gòu)不設(shè)后澆帶，采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋提高結(jié)構(gòu)的抗裂性；其余結(jié)構(gòu)均為整體現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。通過參入RC外加劑及硅粉取消溫度后澆帶，水池內(nèi)水質(zhì)均為污染嚴(yán)重的化學(xué)水質(zhì)，泄露后污染嚴(yán)重且難以治理，因此通過摻入硅粉的方式來提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B及抗開裂性能。

3、設(shè)計(jì)配比情況

在該項(xiàng)目混凝土配比中，設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定了水泥為優(yōu)質(zhì)普通硅酸鹽水泥標(biāo)號不低于42.5MPa，建議使用冀東水泥，每立方米混凝土中水泥用量不大于340KG，水用量不大于170kg/m3。

其中對硅粉的摻量要求為4%，在高強(qiáng)度混凝土中，硅粉的摻入量一般在5%-15%范圍內(nèi)，其目的是通過加入硅粉來增加混凝土的密實(shí)度和降低水化熱從而提高混凝土的強(qiáng)度和改善溫度差值。本工程中摻入硅粉的主要目的是改變混凝土的性能，而非提高強(qiáng)度，通過加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度來達(dá)到抗?jié)B和防腐的目的。

相對于水泥，其他摻合料在造價(jià)上相對較高，因此商品混凝土攪拌站在保證滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)會(huì)將水泥用量調(diào)至最大值。

4、工程效果

（1）澆筑過程

由于硅粉的粒度細(xì)，分布合理，能有效的減少和消除沉淀，分層現(xiàn)象，混凝土稠度比較好，摻入硅粉的混凝土和易性得到極大改善，商混站至現(xiàn)場車程約30分鐘。混凝土塌落度為180，現(xiàn)場實(shí)際檢測，澆筑時(shí)混凝土塌落度基本未損失或損失很小，在澆筑8970m2水池底板過程中，保證混凝土的整體性起到了重要作用。

（2）外觀質(zhì)量

因摻入量比較小，摻入硅粉后混凝土的顏色與普通混凝土并無太大差別。

本項(xiàng)目池體墻體最高為16.8m，需分多次澆筑，過高的豎向結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生蜂窩麻面的情況，但豎向墻體拆模后，蜂窩、麻面等混凝土外觀質(zhì)量缺陷較少，一方面是澆筑過程中振搗到位，另一方面，參入硅粉后因?yàn)楦纳屏嘶炷恋暮鸵仔院兔軐?shí)度，混凝土中氣體含量也相應(yīng)降低。從而從根本上減少蜂窩麻面等質(zhì)量缺陷。

（3）混凝土強(qiáng)度影響

在高強(qiáng)混凝土中通過摻入硅粉增加混凝土密實(shí)度來增加強(qiáng)度，但本工程中硅粉的摻入出發(fā)點(diǎn)是改善混凝土性能，而且混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C35。因此，設(shè)計(jì)配比時(shí)沒有考慮摻入后造成的強(qiáng)度指標(biāo)有所改變。 商品混凝土攪拌站進(jìn)行試配時(shí)也未考慮硅粉對強(qiáng)度的影響。但其抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)報(bào)告中，混凝土的抗壓強(qiáng)度均在40.7Mpa以上，代表值為41.8Mpa。

（4）抗?jié)B、抗開裂性能

提高混凝土的抗?jié)B、抗開裂性能是本工程摻入硅粉的主要目的，目前該項(xiàng)目尚未進(jìn)行滿水實(shí)驗(yàn)，實(shí)際抗?jié)B能力還需進(jìn)一步檢驗(yàn)，但根據(jù)目前其同條件養(yǎng)護(hù)試塊的抗?jié)B檢測報(bào)告來看，均符合設(shè)計(jì)要求。

另外本工程在超大底板混凝土結(jié)構(gòu)整體一次澆筑時(shí)采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋后張的方法，多重方法保證水池底板結(jié)構(gòu)不滲不漏。

5、經(jīng)濟(jì)效益分析

目前市場上硅粉的價(jià)格多樣，從500-1500不等，優(yōu)質(zhì)硅粉每噸硅粉價(jià)格在950元左右，價(jià)格約是水泥3倍左右，根據(jù)前文敘述的的設(shè)計(jì)配合比內(nèi)容，在摻入量為4%時(shí)，每立方米硅粉價(jià)格950*0.018=17.1元。

6、總結(jié)

根據(jù)其作用機(jī)理及項(xiàng)目實(shí)例情況，我們可以看出，硅粉在改善混凝土性能方面的作用主要在兩個(gè)方面

一是減少水化熱方面，硅粉在形成膠凝材料時(shí)，因其獨(dú)特的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理能夠吸收比同等水泥更多的水，從而降低了水化熱，因此它在大體積混凝土中的應(yīng)用能夠有效的控制混凝土溫度。

但它摻入量過大時(shí)也導(dǎo)致了混凝土配合比中水的不足，因此在高強(qiáng)度混凝土中需要配合減水劑的使用。

二是在混凝土密實(shí)度中，因其更加細(xì)小的顆粒與水泥顆粒形成級配形式，改善了混凝土中的空隙結(jié)構(gòu)，使混凝土更加密實(shí)，從而提高混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性能、耐腐蝕性能等。

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（作者身份證號：211021198609290035）