微硅粉及聚丙烯纖維制備高性能混凝土的研究及應用

韋峰靜，龍祖業

（廣西魚峰混凝土有限公司，廣西 柳州 545008）

隨著高層建筑、大跨度橋梁、海底隧道等各種高難度的工程飛速發展，一般的混凝土早已不能滿足工程需求，為了適應形勢需要，早在 20 世紀 80 年代末，一些發達國家就已提出混凝土結構的高抗裂、高抗滲透及高耐久性等性能的概念。隨著科學的研究發展，混凝土中摻入單種或者多種材料以提高其性能，滿足工程需求也就成為了當今混凝土發展的趨勢。

1 工程概況

廣西壯族自治區柳州市柳東新區中歐產業園橫七路管廊是柳州市柳東新區路網規劃的重點地下管廊，混凝土等級為 C35P8，是整個新區地下綜合排水管廊的主通道，所以該處管廊對主體混凝土結構要求較高，既要有高超的抗滲性能，使排水管廊在受到較大洪水沖擊浸泡時不滲漏；又要有很好的耐久性，以降低管廊的維修率，提高管廊的使用年限。經設計方研究決定在該處管廊的混凝土中摻入微硅粉及聚丙烯纖維，以期達到其結構要求。因摻入微硅粉[1]后的混凝土能增加密實度，抗滲性能提高 5～18 倍，抗碳化能力提高 4 倍以上，還可增加強度，使混凝土抗壓、抗折強度大大增加，摻入 5%～10% 的微硅粉，抗壓強度可提高 10%～30%，抗折強度提高 10% 以上；而摻入聚丙烯纖維[2]的混凝土，通過聚丙烯纖維的“次要加強筋”作用，可大大減少混凝土的開裂，提高整體鋼筋混凝土結構的壽命，從而提高混凝土的耐久性。

2 工程部位對混凝土的要求

該工程管廊為地下主排水管廊，對混凝土主要性能要求：（1）高密實性，高防水抗滲透能力，抗滲等級達到 P8；（2）和易性好，設計坍落度 (160±30)mm，2 小時經時坍損控制在 20mm 以內；（3）高抗裂性，以減少維修率及提高整體結構的耐久性；（4）夏季 7天同條件養護抗壓強度達到設計抗壓強度值的 100%，由于該工程管廊為分節段施工，在下一節段施工時，要求上一節段的混凝土強度達到設計值的 100%，以免由于下一節段施工震動等造成上一節段混凝土開裂。

3 原材料基本情況

（1）水泥：廣西魚峰牌 P·Ⅱ42.5，其物理性能指標如表 1。

（2）礦粉：柳州臺泥 S95 級，其具體技術性能指標如表 2。

（3）粉煤灰：廣西來賓電廠 Ⅱ 級，其具體技術性能指標如表 3。

表1 水泥物理性能

表2 礦粉技術性能指標

表3 粉煤灰技術性能指標

（4）微硅粉：即在冶煉硅鐵和工業硅時，通過煙道排出的硅蒸汽氧化后，經特別設計的收塵器收集得到的無定形、粉末狀的二氧化硅。微硅粉平均粒徑在0.1～0.15μm，是水泥平均粒徑的幾百分之一。比表面積為 15～27m2/g ，具有極強的表面活性。

（5）聚丙烯纖維：吸濕率＜0.1%，束狀單絲，本次施工采用 6mm 的規格纖維，密度為 0.91g/cm3，斷裂伸長度 15%～20%，截面形狀為 Y 形，纖維直徑31μm，自分散性好，無吸水性，安全無毒，耐酸堿性極高。

（6）細骨料：采用柳州市當地石灰石機制砂及鵝卵石機制砂搭配使用，搭配后級配為 Ⅱ 區，細度模數為 2.8，含泥量控制在 1.5% 以內，亞甲藍試驗合格，泥塊含量為 0，不含其他有害物質。

（7）粗骨料：柳州當地優質連續級配的 5～25mm石灰石碎石，針片狀含量為 2.8%，壓碎值為 6.4%，含泥量為 0.1%，泥塊含量為 0，不含其他有害物質。

（8）減水劑：采用當下使用最廣泛的聚羧酸高效緩凝減水劑。摻入微硅粉的混凝土容易變稠[3]，所以減水劑減水率應當適當提高，本次采用的減水率為26.2%，保坍能力好，緩凝時間充足，與各原材料適應性好。

（9）水：飲用水，其指標符合國家混凝土用水標準 JGJ 63—2006。

4 配合比設計

4.1 配合比的確定

根據以上原材料的檢測數據，經過反復的配合比試驗對比發現，直接在原配合比基礎上摻入微硅粉和聚丙烯纖維時，混凝土和易性較差。而將微硅粉代替部分的原膠凝材料時，混凝土的和易性好。且各項性能指標均達到工程要求，經過不同替代量的試配試驗后，確定出摻入水泥、礦粉和粉煤灰總量的 10% 的微硅粉及摻入1.8kg/m3的聚丙烯纖維效果最佳，得出最佳施工配合比如表 4。

表4 最佳施工配合比 kg/m3

4.2 混凝土的各項性能數據

由于該工程是在夏秋兩季施工，此時氣溫較高，空氣相對濕度較低，要求混凝土的保坍性能好，在 2 小時內坍落度損失應不大于 20mm，且混凝土澆筑方式為泵送，坍落度設計最大值為 190mm，所以混凝土的漿體必需充足才能易于泵送。根據以上配合比，得出混凝土拌合物試驗數據如表 5。從表 5 可以看出，該混凝土拌合物工作性能滿足設計及施工要求。

混凝土力學性能也滿足要求，抗壓強度 3d 為23.1MPa，7d 為 31.5MPa，28d 為 42.7MPa。并達到了P8 抗滲等級。摻入微硅粉及聚丙烯纖維，混凝土密實程度高，內部氣泡大大減少，聚丙烯纖維在內部也起著“次要加強筋”的作用，在達到高抗滲等級的同時，耐久性也得到了保證，極大的滿足了工程需求。

表5 混凝土拌合物試驗數據

5 生產及施工概況

5.1 生產過程控制

生產前，試驗室技術員應當先對砂石含水進行測定，將配合比數據操作系統輸入電腦后，相應的調整含水率，經確認無誤后方可生產。生產過程中，必須實時觀察混凝土的狀態，切不可私自將坍落度放大超過設計值，以保證混凝土的質量。生產結束后，還應按照標準，每 100 方抽樣檢查和易性，并留下標準試塊進行后期強度檢測。

5.2 現場施工

混凝土到現場后，現場技術員應配合工地試驗員按照標準取樣，測坍落度，觀察混凝土的和易性，確認符合要求才能澆筑。在每次混凝土卸料至泵車之前，應將罐車快速正轉 30s，以避免因罐車用久后，內部結構變形使混凝土中石頭甩尾而漿體沉底，造成混凝土和易性變差。澆筑過程中應連續澆筑，否則容易形成施工冷縫，影響工程質量，澆筑后施工方應及時覆蓋土工布，并按時灑水養護，避免混凝土開裂。

6 結束語

將微硅粉及聚丙烯纖維同時摻入混凝土，發揮兩種材料的特性，可將混凝土的性能優化。廣西柳州市柳東新區中歐產業園橫七路管廊施工結束后，整體管廊未見任何滲水及開裂，達到了預期設計的效果。隨著混凝土研究的不斷創新發展，在未來雙摻或者多摻各種材料混凝土將更多的應用于工程中。