硅粉混凝土基本性能試驗及作用機理研究

張 合 春

(山東長恒信工程咨詢有限公司,山東 濟寧 272049)

隨著城市建筑、地基、路基、水利水壩工程、地下空間等大型土木工程施工技術(shù)的不斷進步，逐漸涌現(xiàn)了大批的高強高難度的工程，修建高難度、大跨度的建筑工程首先需要材料能夠保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求，所以這對材料的強度和性能提出了更高的要求[1-3]。硅粉由于特殊的結(jié)構(gòu)和性能能夠提高混凝土的強度，但對于其作用機理有待進一步研究。基于此，本文進行了硅粉混凝土基本性能的試驗研究，并對其作用機理進行了分析。

1 硅粉混凝土基本性能試驗

1.1 試驗原材料及設(shè)計

混凝土材料在配置過程中，需要攪拌機、單軸強度試驗機等試驗器材。水泥采用52.5硅酸鹽水泥；硅粉由天然石英加工而成的，其細度小于10 μm的占80%以上，平均粒徑在1 μm～3 μm；天然砂是由巖石風化作用形成的，天然砂的細度模數(shù)約為2.2～2.5；石子來自于生產(chǎn)廠家的石子，石子粒徑不大于20 mm；水來自于自來水。圖1a)為硅粉圖片，圖1b)為石子圖片。

選取硅粉摻量分別為2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,9%,10%,11%,12%，進行硅粉混凝土的抗壓強度、流動度和耐久性試驗，通過單軸試驗機測試硅粉混凝土的抗壓強度，通過流動度測定儀測試硅粉混凝土的流動度，通過單軸試驗機測試不同時間的硅粉混凝土的強度來反映硅粉混凝土的耐久性。試驗中，硅粉混凝土的水灰比為0.45，天然砂的摻量為22.5%，石子的摻量為27.5%。

1.2 硅粉混凝土抗壓強度試驗

圖2為硅粉摻量與硅粉混凝土強度關(guān)系曲線。由圖2可知，隨著硅粉摻量的增加，硅粉混凝土強度呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢，當硅粉摻量為2%～8%時，硅粉混凝土強度的增長率為1 MPa/%，當硅粉摻量為8%～12%時，硅粉混凝土強度的增長率為0.45 MPa/%，8%～12%時硅粉混凝土強度隨硅粉摻量增加的增長率小于2%～8%時硅粉混凝土強度隨硅粉摻量增加的增長率。從增長率的角度看，硅粉混凝土強度隨硅粉摻量逐漸遞增，但增長率在8%時出現(xiàn)了明顯的轉(zhuǎn)折，增長趨勢變慢。

1.3 硅粉混凝土流動度試驗

圖3為硅粉摻量與硅粉混凝土流動度關(guān)系曲線。由圖3可知，隨著硅粉摻量的增加，硅粉混凝土的流動度呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，當硅粉摻量為2%～7%時，硅粉混凝土流動度的減緩率為0.34 cm/%，當硅粉摻量為7%～12%時，硅粉混凝土流動度的增長率為0.204 MPa/%，7%～12%時硅粉混凝土流動度隨硅粉摻量增加的減緩率小于2%～7%時硅粉混凝土流動度隨硅粉摻量增加的減緩率。從增長率的角度看，硅粉混凝土流動度隨硅粉摻量逐漸減小，但其減小速度逐漸變慢。

1.4 硅粉混凝土耐久性試驗

通過單軸試驗機測試硅粉混凝土100 d后的強度來反映硅粉混凝土的耐久性。

圖4為硅粉摻量與硅粉混凝土耐久性關(guān)系曲線。由圖4可知，隨著硅粉摻量的增加，硅粉混凝土100 d強度呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢，當硅粉摻量為2%～8%時，硅粉混凝土100 d強度的增長率為1 MPa/%，當硅粉摻量為8%～12%時，硅粉混凝土100 d強度的增長率為0.675 MPa/%，8%～12%時硅粉混凝土100 d強度隨硅粉摻量增加的增長率小于2%～8%時硅粉混凝土100 d強度隨硅粉摻量增加的增長率。從增長率的角度看，硅粉混凝土100 d強度隨硅粉摻量逐漸遞增，但增長趨勢變慢。

1.5 硅粉混凝土基本性能

隨著硅粉摻量的增加，硅粉混凝土強度呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢，硅粉摻量為8%～12%時硅粉混凝土強度隨硅粉摻量增加的增長率小于2%～8%時硅粉混凝土強度隨硅粉摻量增加的增長率。從增長率的角度看，硅粉混凝土強度隨硅粉摻量逐漸遞增，但增長率在8%時出現(xiàn)了明顯的轉(zhuǎn)折，增長趨勢變慢。

隨著硅粉摻量的增加，硅粉混凝土的流動度呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，硅粉摻量為7%～12%時硅粉混凝土流動度隨硅粉摻量增加的減緩率小于2%～7%時硅粉混凝土流動度隨硅粉摻量增加的減緩率。從增長率的角度看，硅粉混凝土流動度隨硅粉摻量逐漸減小，但其減小速度逐漸變慢。

隨著硅粉摻量的增加，硅粉混凝土100 d強度呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢，硅粉摻量為8%～12%時硅粉混凝土100 d強度隨硅粉摻量增加的增長率小于2%～8%時硅粉混凝土100 d強度隨硅粉摻量增加的增長率。從增長率的角度看，硅粉混凝土100 d強度隨硅粉摻量逐漸遞增，但增長趨勢變慢。

2 硅粉混凝土增強機理

在混凝土中摻加硅粉，可以增加混凝土的密實性，提高混凝土的強度和耐久性。當把硅粉摻入混凝土中后，溶液中的凝膠在硅粉粒子表面形成附著層，經(jīng)過一定時間后，附著層開始溶解水泥水化作用產(chǎn)生的Ca(OH)2，生成C-S-H凝膠。

硅粉顆粒能夠填充水泥顆粒的孔隙，減少孔隙的體積，但硅粉由于比表面積大而對混凝土的和易性影響更大。因此，混凝土的流動度隨硅粉摻量的增加而降低。

用硅粉取代水泥，可以減少水化熱溫升。硅粉水泥的熱峰值出現(xiàn)略早于不摻硅粉的混凝土，但總放熱量都低于不摻硅粉的混凝土。由于硅粉的加入，產(chǎn)生了火山灰反應(yīng)和微填料作用，使水泥漿與骨料界面過渡區(qū)改善，并使孔結(jié)構(gòu)細化引起強度增加。

3 結(jié)語

1)硅粉混凝土強度隨硅粉摻量逐漸遞增，但增長率在8%時出現(xiàn)了明顯的轉(zhuǎn)折，增長趨勢變慢；硅粉混凝土流動度隨硅粉摻量逐漸減小，但其減小速度逐漸變慢；硅粉混凝土100 d強度隨硅粉摻量逐漸遞增，但增長趨勢變慢。

2)在混凝土中摻加硅粉，可以增加混凝土的密實性，提高混凝土的強度和耐久性。由于硅粉比表面積大而對混凝土的和易性影響更大，混凝土的流動度隨硅粉摻量的增加而降低。