硅藻土作高性能混凝土摻合料的研究
摘要：本文主要介紹了煅燒硅藻土的化學(xué)組成、物理性能、物質(zhì)結(jié)構(gòu)，作為高性能混凝土的摻合料通過與硅灰對比試驗，煅燒硅藻土作為高性能混凝土的摻合料各項性能指標(biāo)均優(yōu)于硅灰，且價格低廉。
關(guān)鍵詞：煅燒硅藻土；摻合料；試驗
1.引言
隨著形式的發(fā)展，商品混凝土得到了廣泛地應(yīng)用。泵送商品混凝土要求有很好的流動性、強(qiáng)度和耐久性。滿足這種要求的摻合料，有硅灰、煅燒硅藻土、沸石和超細(xì)礦渣、粉煤灰等數(shù)種。其中硅灰雖然性能好，但價格昂貴，難于大量推廣應(yīng)用。煅燒硅藻土，有充足的原料，有良好的化學(xué)活性，表面能高，微集料填充效應(yīng)和增強(qiáng)效果，同時又能使混凝土獲得較高的耐久性，因此是制備高強(qiáng)、高耐久性、可泵性好的泵送混凝土的優(yōu)質(zhì)摻合料。
2.性能
煅燒硅藻土呈米黃色，粉狀，具有獨(dú)特的有序排列的微孔結(jié)構(gòu)，性能穩(wěn)定，耐酸、微粒堅硬、孔容大、比表面大，特別是內(nèi)比表面積大，有良好的火山灰性，其化學(xué)組成和物理性能如表1，常用摻合料的物化性能如表2。
表1 煅燒硅藻土的物化性能
|
摻合料 |
SiO2 |
Al2 O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
比表面積cm2/g |
|
煅 燒 硅 藻 土 |
76.17 |
13.46 |
4.30 |
0.50 |
0.96 |
0.90 |
53.8萬 |
表2 常用摻合料的物化性能
|
摻合料 |
SiO2 |
Al2 O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
比表面積cm2/g |
|
沸 石 |
70.33 |
13.22 |
1.49 |
2.33 |
1.20 |
0.13 |
4000. |
|
礦渣 |
34.10 |
13.70 |
0.46 |
36.19 |
9.68 |
1.05 |
4500 |
|
粉煤灰 |
53.69 |
18.03 |
9.23 |
3.59 |
3.08 |
2.16 |
4200 |
|
硅灰 |
94.82 |
1.04 |
0.80 |
0 |
1.48 |
1.52 |
20萬 |
硅藻土是由單細(xì)胞低等水生植物硅藻的遺骸堆積而成的，本質(zhì)是無定型SiO2 、是非晶體結(jié)構(gòu)，即由硅氧四面體通過橋氧搭接而成的向三維空間發(fā)展的無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中存在著等離子團(tuán)及其聚合物。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中硅藻四面體的聚合程度越低，則非晶體的穩(wěn)定性越強(qiáng)。經(jīng)過煅燒和超細(xì)粉碎的硅藻土，破壞了它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，斷裂了骨架，產(chǎn)生了大量斷裂的化學(xué)健，比表面積增加，表面能增大，可溶硅含量增加，負(fù)電位 絕對值增大，具有強(qiáng)大的火山灰性，當(dāng)與水泥中水化析出的CA（OH）2 發(fā)生反應(yīng)，便迅速吸附CA（OH）2 電位也迅速提高，并由負(fù)電位轉(zhuǎn)變?yōu)橄码娢唬蒀-S-H凝膠，填充混凝土內(nèi)部孔隙，所以28D抗壓強(qiáng)度比在100‰以上。
由于硅藻土具有大量有序排列的微孔結(jié)構(gòu)，所以將其摻入到混凝土中，即具有“雙微孔系統(tǒng)”。在混合料中有吸水作用，在混凝土硬化過程中有“供水作用”，類似于“分子水庫”，這種良好的持水功能有效地降低了硅藻土微粒表面的局部水灰比，增加了混凝土的密實性，減少或者避免了粗集料下面由于內(nèi)分層現(xiàn)象所形成的水囊，提高了集料與砂漿界面的粘結(jié)力。還由于煅燒硅藻土，微孔暢通，粒度細(xì)，比表面積大，與水泥結(jié)合的有效面積大，持水性好，所以對混合漿體的流動度有顯著提高，坍落度損失降低，還有抗凍的效果，表3。
3.煅燒硅藻土作高性能混凝土摻合料試驗
3.1原材料及配合比
混凝土拌和量13L
水 泥：廠名：興發(fā) 牌號：拉法基 型號：P·O42.5 用量：5.13kg
砂 子：產(chǎn)地：懷柔 品種：Ⅱ區(qū)中砂 Mx=2.9 βs=43.9% 用量：10.6.6kg
石 子：產(chǎn)地：懷柔 用量：（5～10mm）5.35kg，（10～20mm）8.2kg
外加劑：MNC-P2型泵送劑摻量C×1.0%
摻合料：煅燒硅藻土 外摻法
試驗依據(jù)：GB8076-1997
試驗環(huán)境：溫度20℃ 濕度70% 養(yǎng)護(hù)環(huán)境：標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)
3.2 硅藻土不同摻量的混凝土性能
表3
|
項目
名稱 |
摻合料摻量 C×% |
外加劑摻量C×% |
用水量 g |
塌落度 mm |
60min塌落度 保留值 mm |
抗壓強(qiáng)度(MPa) | ||
|
3d |
7d |
28d | ||||||
|
MNC-P2 |
---- |
1.0 |
2500 |
208 |
162 |
13.94 |
21.31 |
33.75 |
|
硅藻土 |
1.0 |
1.0 |
2500 |
226 |
168 |
15.44 |
28.29 |
38.19 |
|
硅藻土 |
1.5 |
1.0 |
2500 |
207 |
164 |
15.84 |
29.16 |
40.09 |
|
硅藻土 |
2.0 |
1.0 |
2500 |
205 |
170 |
17.10 |
29.87 |
42.54 |
|
硅藻土 |
2.5 |
1.0 |
2520 |
202 |
170 |
16.94 |
29.06 |
41.74 |
通過試驗可以看出,硅藻土在泵送體系里，不同摻量下的用水量、坍落度及坍落度保留值均無太大變化，摻量在C×2%時各齡期的強(qiáng)度均高于其他摻量的各齡期強(qiáng)度，最佳摻量為外加2.0%。
3.3摻加硅藻土與硅灰的混凝土性能 （使用原材料及配合比與以上相同）
表4
|
項目 名稱 |
外加劑摻量C×% |
摻合料摻量C×% |
用水量 g |
塌落度 mm |
60min塌落度 保留值mm |
抗壓強(qiáng)度(MPa)/ 抗壓強(qiáng)度比% | ||
|
3d |
7d |
28d | ||||||
|
基準(zhǔn) |
---- |
---- |
3100 |
103 |
----- |
17.50/100 |
23.59/100 |
28.52/100 |
|
特級硅灰 |
1.0 |
8 |
2530 |
210 |
175 |
24.78/141.6 |
32.70/138.6 |
39.13/137.2 |
|
IK硅灰 |
1.0 |
8 |
2860 |
216 |
167 |
24.54/145.9 |
33.58/142.3 |
39.66/139.1 |
|
慕湖I級硅灰 |
1.0 |
8 |
2700 |
208 |
168 |
24.61/140.6 |
34.05/144.3 |
40.92/143.5 |
|
慕湖II級硅灰 |
1.0 |
8 |
2950 |
215 |
158 |
22.30/127.4 |
30.37/128.7 |
37.75/132.4 |
|
貴州I級硅灰 |
1.0 |
8 |
2870 |
213 |
164 |
25.57/146.1 |
32.32/137.0 |
41.40/145.1 |
|
硅藻土 |
1.0 |
2 |
2500 |
212 |
178 |
25.18/143.9 |
37.22/157.7 |
43.23/151.5 |
用煅燒硅藻土作高性能混凝土摻合料，與硅灰相比，煅燒硅藻土，對抗壓強(qiáng)度和流動度的貢獻(xiàn)是硅灰所不能比擬的。28d的抗壓強(qiáng)度可以提高10%，塌落度保留值也優(yōu)于硅灰的效果。
3.4 混凝土的最大滲水高度 （使用原材料及配合比與以上相同）
表5
|
項目 拌合物 |
摻合料摻量C×% |
最大滲水高度mm |
|
基準(zhǔn) |
---- |
全透 |
|
摻加慕湖I級硅灰混凝土 |
8 |
114 |
|
摻加硅藻土混凝土 |
2 |
108 |
通過試驗可以看出混凝土中摻加硅藻土的的抗?jié)B性好于摻加硅灰的抗?jié)B性。
4.結(jié)語
1) 煅燒硅藻土作為一種高性能混凝土摻合料具有很好的增強(qiáng)效果，并優(yōu)于硅灰。
2) 有良好的保水性、流化性能和可泵性。
3) 摻量很少，即可好取得良好的改性效果。
4) 原料來源廣，成本低。
5) 提高混凝土耐久性，是環(huán)保型的綠色摻合料，對可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。
參考文獻(xiàn)
[1] 唐明 邱晴 王博編著 現(xiàn)代混凝土外加劑及摻合料
[2] 林寶玉 吳紹章編著 混凝土工程新材料設(shè)計與施工
作者簡介：周忠義（1970—），男，工程師
[工作單位]：北京慕湖外加劑有限公司
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