硅粉混凝土性能与施工研究

2006-06-07 00:00

摘要:分析硅粉混凝土的物理力学和抗裂性能，通过试验表明：硅粉混凝土有效提高构件的强度、减少裂缝产生。从材料选择、施工工艺和浇筑养护等方面研究硅粉混凝土施工的特殊要求。采用工程实例证明硅粉混凝土在水工结构中比普通混凝土具有优越性能。

关键词:硅粉混凝土；力学性能；施工工艺

硅粉是在冶炼硅铁合金时由电弧炉中高纯度石英与焦炭发生化学反应生成，并通过收集电弧炉排放出的气体中的粉尘而得。1982年挪威国家技术研究院首次将硅粉加入混凝土中并对其性能进行综合研究，硅粉混凝土引起人们的关注。由于硅粉混凝土对硅酸盐水泥独特的互补性能，再加上对环境保护有利（硅粉随电弧炉气排入空中，造成严重的粉尘污染），硅粉已被确定为一种新型的辅助胶结材料正被广泛研究和应用。

1 硅粉混凝土性能

1．1 硅粉的性能

硅粉是一种非常细的粉末，它的平均粒径0.1

m（水泥比它大100倍），比表面积15—20 m ²／g。硅粉末具有完美的球形状态，含有85% 一95% 的玻璃态二氧化硅；密度2.2—2.5 g／cm³ 。表观密度为200—300 kg／m ³。表1是北京地区所产硅粉的化学成分及含量。

硅粉混凝土能增加新拌混凝土的粘聚性、粘度和需水量减少泌水；但在炎热和干燥气候，却有增加塑性收缩开裂的危险。

1．3 硅粉混凝土的力学性能

加入硅粉能有效减少混凝土与钢筋界面水分的积聚，改善钢筋混凝土的粘结性。在水灰（胶）比和混凝土配合比相同条件下，掺硅粉的混凝土的抗压强度明显高于普通混凝土。试验结果与试验配合比见表2。

实验研究表明，混凝土中硅粉掺量超过20% ，硅粉混凝土的抗压强度不再随硅粉掺量的增加而提高；在硅粉掺量不超过20%时，硅粉混凝土的弹性模量随硅粉掺量的增加而增大（矿渣水泥中掺加硅粉对弹性模量没有明显影响），但两者之间无明确的数学关系。

1．4 硅粉混凝土的抗裂性能

硅粉的平均粒径100 mm，属纳米级颗粒，具有优越的火山灰性能。加入到水泥混凝土中，不但可以填充水泥的空隙，更重要的是纳米硅粉与水泥浆体中的Ca（OH）₂ 反应，生成水化硅酸钙胶体，改善水泥浆体与骨料的界面结构和性能．减少空隙率，增强混凝土的抗渗性和耐久性。

研究表明，硅粉混凝土能有效抵抗CL^-渗透，大大减少CL^-侵入混凝土中腐蚀钢筋产生的顺筋裂缝，从而有效提高混凝土的抗裂性能。这一优越性能尤其适用于海港混凝土工程。

表3是运用电通量试验计算的不同混凝土配合比CL^-扩散系数。试验采用普通52.5硅酸盐水泥。为使混凝土具有足够的和易性，试验中使用高效FDN一5减水剂。

从试验数据可看出，单掺硅粉5%扩散系数最小，证明硅粉混凝土有效抵抗CL^-侵蚀。

2 硅粉混凝土施工工艺

由于硅粉特殊的物理化学性能，可用于制造生产高强度、低渗透性和抗化学腐蚀的混凝土，在水工结构、交通、建筑工程施工中都有巨大市场。但硅粉混凝土的施工工艺与普通混凝土有不同之l处，只有严格遵守和正确运用才会得到合格的硅粉混凝土制品。

2．1 原材料要求

2．1．1 硅粉

除应当满足国家颁布的《混凝土用硅粉品质标准规定》外，还应满足：

SiO₂含量：大于或等于85% ；

含水率：小于或等于3% ；

火山灰活性指数：大于或等于90% ；

m湿筛筛余：小于或等于10% ；

比表面积：大于或等于15 m ²／g。

硅粉在运输和储存巾必须保持干燥，不能受潮。为方便使用，硅粉在使用前7 d可用机械搅拌成浓度30%的均匀浆液待用。储存浆液的池子必须干净不漏水，有遮盖，避免蒸发并防止雨淋和污水流人。施工前为防止沉淀分层，必须经常搅拌保证均匀。

2．1．2 称量允许偏差

水：小于或等于0．5% ；

硅粉干剂：小于或等于1.5%；

水泥：小于或等于1．5%；

外加剂或硅粉浆剂：小于或等于3% ；

各种集料：小于或等于2%。

硅粉混凝土坍落度对加水量敏感。在施工前应测定骨料施工现场含水量，并计算在混凝土设计水量内，外加剂要防止结团，使用前最好制成溶液搅拌均匀。

2．2 施工工艺

2．2．1 浇筑面处理

（1）硅粉混凝土作面层与普通混凝土同时浇筑时，要在普通混凝土振捣后初凝前铺硅粉混凝土，并保汪振捣棒插人普通混凝土层2 cm处振捣密实，以保证层间混凝土粘结良好。

（2）与普通混凝土分期施T时；要按照施工缝处理，缝面配置钢筋网片，基底铺设钢筋。浇筑前用钢丝刷凿毛并用压力水冲洗，除去杂物，保持浇筑面湿润才可以铺硅粉混凝土。

2．2．2 搅拌运输

硅粉混凝土投料顺序与普通混凝土相同，硅粉与水泥膨胀剂可以同时加入。采用强制式搅拌机，拌和时间比普通混凝土延长0.5倍。

硅粉混凝土拌和比较粘稠，从搅拌机出料后尽量缩短运输时间；施工完毕运输机具要及时清洗。

2．2．3 振捣与养护

振捣时间比普通混凝土时间延长一倍，使内部气泡完全排出。以新鲜混凝土不下沉、不出气泡、开始泛浆为准。若有振捣器无法振捣的部位，必须人工振捣使其密实。为防止硅粉混凝土产生早期塑性开裂，施工现场要采用辑风装置。早期养护摹保证湿润，使表面始终处于潮湿状态21 d以上，如果气候干燥炎热应延长到28 d。

3 工程应用

某海港浪溅区的钢筋混凝土构件，南于受到海水CL^-渗入及海浪冲磨，一般使用3年就会因钢筋锈蚀出现沿钢筋的顺筋裂缝，为提高使用寿命，决定采用硅粉混凝土。施工前为使硅粉均匀减少污染，将硅粉加水制成浆体，拌和时间比普通混凝土延长1 min。

施工过程严格遵守硅粉混凝土施工工艺，从拌和到浇筑成型30 min，抹面后用喷雾器均匀喷洒表面养护剂，2 h后用湿草袋覆盖洒水养护21 d。施工中材料用量见表4。

施工完后前期取样测得强度见表5。2003年4月对正在使用的构件取样检查，各项指标都符合设计要求，使用正常。

4 结束语

硅粉混凝土具有高强度、抗渗透和抗化学腐蚀的性能，施工工艺与普通混凝土不同。工程实践表明其在水工结构建筑中和水下构件补强加固中能发挥优越性能。

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