硅粉和偏高嶺土對混凝土抗壓強度影響的試驗研究

劉真

（安徽理工大學土木建筑學院，安徽 淮南 232001）

硅粉（Silica Fume，簡稱 SF）是工廠高溫熔煉硅及硅鐵的過程中，由逸出的煙塵回收而成，顆粒度非常小，具有極強的火山灰活性[1]。高嶺土經歷高溫（650～800℃）后變成偏高嶺土（Metakaolin，簡稱MK），雖然其結構未變，但原子間已發生位錯，處于介穩狀態，此時極具火山灰活性，有“超級火山灰”之稱[2]。

為了分析硅粉和偏高嶺土的火山灰活性，本文采用混凝土水泥用量比強度法[3-4]對其進行火山灰效應數值分析。

1 試驗方案

1.1 原材料

水泥為 P·O42.5 級水泥；砂為普通河砂，細度模數 2.8；石子為碎石，粒徑 5～15mm；試驗用水為自來水；硅粉由山東博肯硅材料有限公司生產；偏高嶺土由湖南超牌科技有限公司生產。硅粉和偏高嶺土的特征參數見表 1。

1.2 試件制備

混凝土設計強度為 C30，基準配合比為：水泥:水:砂:石=1:0.48:1.51:2.47，按硅粉和偏高嶺土分別單摻等質量替換水泥 0%、5%、10%、15% 和 20% 設計 9 組配合比，按硅粉和偏高嶺土等量復摻替換水泥 10% 和20% 設計 2 組配合比，具體配合比見表 2，每組配合比成型 3 個100mm×100mm×100mm 試塊。采用 HJW-60型單臥軸強制式攪拌機，攪拌速度 35r/min，先投入砂和石子攪拌 30s，再倒入水泥和硅粉攪拌 60s，最后加水攪拌 120s，振搗完成后立即用塑料薄膜覆蓋，24h 后拆模，標準養護 28d 后即得試樣。

表2 配合比k g/m3

表1 硅粉和偏高嶺土的特征參數

1.3 抗壓強度試驗

采用 TYP-2000 型壓力機進行抗壓強度試驗，抗壓強度試驗的加荷速率分別為 0.5MPa/s，抗壓強度計算公式見式 (1)。

2 火山灰效應

采用式 (2) 對硅粉和偏高嶺土的火山灰效應進行量化分析，計算結果見表 3。

式中：

R0——素混凝土抗壓強度，MPa；

q——硅粉或偏高嶺土摻量，%；

Rq——硅粉或偏高嶺土摻量為 q 時混凝土的抗壓強度，MPa。

表3 火山灰效應貢獻率

由表 3 可知，隨著硅粉和偏高嶺土摻量的增加，其火山灰效應呈現先增加后降低的趨勢，但不同摻量下的增幅有差異，摻量為 5% 時增幅最大，10% 次之；摻量為 15% 時，硅粉和偏高嶺土的火山灰效應均達到極大值，當摻量超過 15% 時，其火山灰效應有所下降；將硅粉和偏高嶺土復摻的火山灰效應低于同等摻量下其各自單摻的火山灰效應，也低于總摻量相等時其各自單摻的火山灰效應之和。

3 抗壓強度

圖1 所示為硅粉和偏高嶺土摻量與混凝土抗壓強度的關系。

由圖 1 可知，單摻硅粉和偏高嶺土時，混凝土抗壓強度隨其摻量的增大而先增大后減小，最佳摻量在10%～15% 之間。復摻硅粉和偏高嶺土時，在摻量相同的情況下，復摻效果優于單摻。

4 結論

（1）硅粉和偏高嶺土均能增加混凝土的抗壓強度，當單摻摻量為 10% 時抗壓強度達到最大值。

（2）同等摻量下，相比于硅粉和偏高嶺土單摻，將其復摻可以更大幅度地提高混凝土抗壓強度。

（3）摻量為 15% 時，單摻硅粉和偏高嶺土的火山灰效應均達到極大值，但是將硅粉和偏高嶺土復摻的火山灰效應低于同等摻量下其各自單摻的火山灰效應，也低于總摻量相等時其各自單摻的火山灰效應之和。

圖1 硅粉和偏高嶺土摻量與混凝土抗壓強度的關系