硅粉混凝土性能與施工研究
2006-06-07 00:00
摘要:分析硅粉混凝土的物理力學和抗裂性能，通過試驗表明：硅粉混凝土有效提高構件的強度、減少裂縫產(chǎn)生。從材料選擇、施工工藝和澆筑養(yǎng)護等方面研究硅粉混凝土施工的特殊要求。采用工程實例證明硅粉混凝土在水工結構中比普通混凝土具有優(yōu)越性能。
關鍵詞:硅粉混凝土； 力學性能； 施工工藝
硅粉是在冶煉硅鐵合金時由電弧爐中高純度石英與焦炭發(fā)生化學反應生成，并通過收集電弧爐排放出的氣體中的粉塵而得。1982年挪威國家技術研究院首次將硅粉加入混凝土中并對其性能進行綜合研究，硅粉混凝土引起人們的關注。由于硅粉混凝土對硅酸鹽水泥獨特的互補性能，再加上對環(huán)境保護有利（硅粉隨電弧爐氣排入空中，造成嚴重的粉塵污染），硅粉已被確定為一種新型的輔助膠結材料正被廣泛研究和應用。
1 硅粉混凝土性能
1．1 硅粉的性能
硅粉是一種非常細的粉末，它的平均粒徑0.1
m（水泥比它大100倍），比表面積15—20 m 2／g。硅粉末具有完美的球形狀態(tài)，含有85% 一95% 的玻璃態(tài)二氧化硅；密度2.2—2.5 g／cm3 。表觀密度為200—300 kg／m 3。表1是北京地區(qū)所產(chǎn)硅粉的化學成分及含量。
m（水泥比它大100倍），比表面積15—20 m 2／g。硅粉末具有完美的球形狀態(tài)，含有85% 一95% 的玻璃態(tài)二氧化硅；密度2.2—2.5 g／cm3 。表觀密度為200—300 kg／m 3。表1是北京地區(qū)所產(chǎn)硅粉的化學成分及含量。
硅粉混凝土能增加新拌混凝土的粘聚性、粘度和需水量減少泌水；但在炎熱和干燥氣候，卻有增加塑性收縮開裂的危險。
1．3 硅粉混凝土的力學性能
加入硅粉能有效減少混凝土與鋼筋界面水分的積聚，改善鋼筋混凝土的粘結性。在水灰（膠）比和混凝土配合比相同條件下，摻硅粉的混凝土的抗壓強度明顯高于普通混凝土。試驗結果與試驗配合比見表2。
實驗研究表明，混凝土中硅粉摻量超過20% ，硅粉混凝土的抗壓強度不再隨硅粉摻量的增加而提高；在硅粉摻量不超過20%時，硅粉混凝土的彈性模量隨硅粉摻量的增加而增大（礦渣水泥中摻加硅粉對彈性模量沒有明顯影響），但兩者之間無明確的數(shù)學關系 。
1．4 硅粉混凝土的抗裂性能
硅粉的平均粒徑100 mm，屬納米級顆粒，具有優(yōu)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，更重要的是納米硅粉與水泥漿體中的Ca（OH）2 反應，生成水化硅酸鈣膠體，改善水泥漿體與骨料的界面結構和性能．減少空隙率，增強混凝土的抗?jié)B性和耐久性。
研究表明，硅粉混凝土能有效抵抗CL-滲透，大大減少CL-侵入混凝土中腐蝕鋼筋產(chǎn)生的順筋裂縫，從而有效提高混凝土的抗裂性能。這一優(yōu)越性能尤其適用于海港混凝土工程。
表3是運用電通量試驗計算的不同混凝土配合比CL-擴散系數(shù)。試驗采用普通52.5硅酸鹽水泥。為使混凝土具有足夠的和易性，試驗中使用高效FDN一5減水劑。
從試驗數(shù)據(jù)可看出，單摻硅粉5%擴散系數(shù)最小，證明硅粉混凝土有效抵抗CL-侵蝕。
2 硅粉混凝土施工工藝
由于硅粉特殊的物理化學性能，可用于制造生產(chǎn)高強度、低滲透性和抗化學腐蝕的混凝土，在水工結構、交通、建筑工程施工中都有巨大市場。但硅粉混凝土的施工工藝與普通混凝土有不同之l處，只有嚴格遵守和正確運用才會得到合格的硅粉混凝土制品。
2．1 原材料要求
2．1．1 硅粉
除應當滿足國家頒布的《混凝土用硅粉品質(zhì)標準規(guī)定》外，還應滿足：
SiO2含量：大于或等于85% ；
含水率：小于或等于3% ；
火山灰活性指數(shù)：大于或等于90% ；
45 
m濕篩篩余：小于或等于10% ；
m濕篩篩余：小于或等于10% ； 比表面積：大于或等于15 m 2／g。
硅粉在運輸和儲存巾必須保持干燥，不能受潮。為方便使用，硅粉在使用前7 d可用機械攪拌成濃度30%的均勻漿液待用。儲存漿液的池子必須干凈不漏水，有遮蓋，避免蒸發(fā)并防止雨淋和污水流人。施工前為防止沉淀分層，必須經(jīng)常攪拌保證均勻。
2．1．2 稱量允許偏差
水：小于或等于0．5% ；
硅粉干劑：小于或等于1.5%；
水泥：小于或等于1．5%；
外加劑或硅粉漿劑：小于或等于3% ；
各種集料：小于或等于2%。
硅粉混凝土坍落度對加水量敏感。在施工前應測定骨料施工現(xiàn)場含水量，并計算在混凝土設計水量內(nèi)，外加劑要防止結團，使用前最好制成溶液攪拌均勻。
2．2 施工工藝
2．2．1 澆筑面處理
（1）硅粉混凝土作面層與普通混凝土同時澆筑時，要在普通混凝土振搗后初凝前鋪硅粉混凝土，并保汪振搗棒插人普通混凝土層2 cm處振搗密實，以保證層間混凝土粘結良好。
（2）與普通混凝土分期施T時；要按照施工縫處理，縫面配置鋼筋網(wǎng)片，基底鋪設鋼筋。澆筑前用鋼絲刷鑿毛并用壓力水沖洗，除去雜物，保持澆筑面濕潤才可以鋪硅粉混凝土。
2．2．2 攪拌運輸
硅粉混凝土投料順序與普通混凝土相同，硅粉與水泥膨脹劑可以同時加入。采用強制式攪拌機，拌和時間比普通混凝土延長0.5倍。
硅粉混凝土拌和比較粘稠，從攪拌機出料后盡量縮短運輸時間；施工完畢運輸機具要及時清洗。
2．2．3 振搗與養(yǎng)護
振搗時間比普通混凝土時間延長一倍，使內(nèi)部氣泡完全排出。以新鮮混凝土不下沉、不出氣泡、開始泛漿為準。若有振搗器無法振搗的部位，必須人工振搗使其密實。為防止硅粉混凝土產(chǎn)生早期塑性開裂，施工現(xiàn)場要采用輯風裝置。早期養(yǎng)護摹保證濕潤，使表面始終處于潮濕狀態(tài)21 d以上，如果氣候干燥炎熱應延長到28 d。
3 工程應用
某海港浪濺區(qū)的鋼筋混凝土構件，南于受到海水CL-滲入及海浪沖磨，一般使用3年就會因鋼筋銹蝕出現(xiàn)沿鋼筋的順筋裂縫，為提高使用壽命，決定采用硅粉混凝土。施工前為使硅粉均勻減少污染，將硅粉加水制成漿體，拌和時間比普通混凝土延長1 min。
施工過程嚴格遵守硅粉混凝土施工工藝，從拌和到澆筑成型30 min，抹面后用噴霧器均勻噴灑表面養(yǎng)護劑，2 h后用濕草袋覆蓋灑水養(yǎng)護21 d。施工中材料用量見表4。
施工完后前期取樣測得強度見表5。2003年4月對正在使用的構件取樣檢查，各項指標都符合設計要求，使用正常。
4 結束語
硅粉混凝土具有高強度、抗?jié)B透和抗化學腐蝕的性能，施工工藝與普通混凝土不同。工程實踐表明其在水工結構建筑中和水下構件補強加固中能發(fā)揮優(yōu)越性能。
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