微硅粉在混凝土上應(yīng)用的資料

 

 

　　硅粉又稱硅灰，是冶煉硅鋼和硅金屬或半導(dǎo)體硅時，從煙塵中收集的一種粉末。硅粉主要被用來配制高強混凝土。 硅粉的外觀為灰黑色細(xì)粉末，顏色依其含碳的多少有深有淺。其主要成分是 SiO2 ( 占 90 ％ ) ，且絕大部分為無定形態(tài)。硅粉是一種極細(xì)的球形顆粒，其顆粒粒徑在 0.1 ～ 1.0μm ，是水泥顆粒的 1/100 ～ 1/50 ，比表面積為 20 ～ 25m 2 /g ，密度約為 2.2~ 2.5g /cm 3 ，松散密度為 250 ～ 300kg /m 3 。硅粉的主要技術(shù)指標(biāo)見表 1 。

微硅粉 Silicon Powder

形成：在冶煉硅鐵時，通過煙道排出的硅蒸氣經(jīng)收塵裝置收集而得到的粉塵。
平均粒徑： 0.1~0.15μm 最小粒徑： 0.01μm
比表面積： 28~ 35 米 2 / 克
顏色：灰白、白度 40~50 。與水泥混合后呈灰黑色，拌成混凝土后呈青灰色。
比重： 2.1~ 3.0 克 /cm 3
堆比重： 200~ 250kg /m 3
用途：微硅粉以它微細(xì)的粒度極強的活性和良好的保溫性能及耐高溫性能廣泛應(yīng)用于水泥、混凝土、耐火澆注料、化肥、化工、橡膠等行業(yè)。
包裝： 25kg / 袋

 1 ）硅粉具有極高的火山灰活性，可取代 4 倍水泥量，即可節(jié)約水泥 20% 。

（ 2 ）硅粉摻入砼中，降低了砼泌水率，改善了砼微觀結(jié)構(gòu)，降低了孔隙率，從而提高了砼的密實度和抗?jié)B性能。
（ 3 ）硅粉與高效減水劑復(fù)合使用，可配制高流動性及適合泵送的砼施工；且采用普通、硅酸鹽水泥可配制成 C60~C70 高強砼。

　　硅粉具有很高的無定形 SiO 2 成分、極高的比表面積和分散度，顆粒圓整而致密，與其他活性摻合料相比，具有反應(yīng)快、活性高等優(yōu)點?；炷林屑尤牍璺劭扇〈徊糠帜z凝材料，例如，用硅粉取代水泥的有效取代系數(shù)可達(dá) 3 ～ 4 ，即 lkg 硅粉可取代 3 ～ 4kg 水泥。一般隨著硅粉摻量的增加，混凝土的強度也會隨之提高，但當(dāng)硅粉摻量超過 20 ％時，混凝土的抗磨蝕性開始下降。一般認(rèn)為，硅粉的適宜摻量應(yīng)控制在 8 ％ ~10 ％左右。
混凝土中加入硅粉后，由于硅粉的比表面積較大，混凝土內(nèi)部的大量毛細(xì)水被硅粉所約束，減少了混凝土內(nèi)部的泌水，提高了水泥漿與骨料及鋼筋的黏結(jié)。并且由于硅粉的火山灰反應(yīng)改變了混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)，大孔減少，小孔增多，孔徑變細(xì)，使混凝土的強度大幅度提高。有資料顯示，摻入占水泥質(zhì)量 5 ％ ~10 ％的硅粉 ( 水灰比控制在 0.2 ～ 0.3 摻入高效減水劑 ) ，混凝土的抗壓強度可達(dá) 80 ～ 120MPa 。摻水泥質(zhì)量 20 ％硅粉的混凝土 28d 強度可提高 5 ％ ~35 ％。但隨著硅粉摻量的增加，強度增加將變得越來越不明顯，這可能是由于需水量增加的緣故。因此，摻硅粉的混凝土必須與高效減水劑同時使用，才可以起到既節(jié)約水泥，又提高強度的雙重效果。
硅粉的加入對混凝土的抗?jié)B性有明顯的改善，特別是對于硅粉摻量較少的低強度混凝土，效果尤其明顯。例如，在水泥用量為 100kg /m 3 的混凝土中摻入 10 ％的硅粉，其滲透系數(shù)可從 1. 6 × 10 -7 m /s 減至 4 × 10 -10 m /s 。其效果相當(dāng)于水泥用量為 400kg /m 3 的普通混凝土。而且隨著水泥摻量的增加，混凝土的抗?jié)B性也隨之提高。
加入硅粉還可減少混凝土的堿骨料反應(yīng)，因為硅粉粒子改善了水泥膠結(jié)材的密封性能，減少了水分子通過漿體的運動速度，使得堿膨脹反應(yīng)所需的水分減少。同時由于硅粉的分散度較大，增大了 SiO 2 的溶解度，也使得水泥漿體中的堿離子濃度相對減少。
硅粉混凝土的抗化學(xué)侵蝕能力較不摻者也有較大提高。根據(jù)有關(guān)試驗顯示，將尺寸為 100mm × l 00mm × 400mm 的棱柱體混凝土試件置于 pH 值為 2.5 ～ 7.0 、 SO 4 2- 濃度為 4g /L 的地下水中， 20 年后，水膠比為 0.63 的摻有硅粉的混凝土，其抗硫酸鹽侵蝕的能力與水灰比為 0.50 的抗硫酸鹽水泥相近。同時，硅粉對提高混凝土的抗磨蝕性也非常明顯。這是團為，加入硅粉后減少了混凝土的泌水和離析，提高了水泥漿體與骨料的黏結(jié)強度，從而使得混凝土的耐磨性也得以提高。
由于硅粉在混凝土中不減水，而且憎水，其需水量比可達(dá) 134 ％。當(dāng)硅粉摻量超過 15% 時，則會導(dǎo)致新拌混凝土因變得干硬而無法操作。因此，在摻用硅粉的同時，應(yīng)同時加入高效減水劑，以提高混凝土的和易性，減少需水量

也必然導(dǎo)致表面水的增加。硅灰對需水量的影響是這些作用的綜合結(jié)果，不能以單一作用來判斷硅灰對需水量的影響，也不能用硅灰對需水量的影響去判斷某一種作用的效果。
　　 不摻超塑化劑時，硅灰的表面作用大于它的填充作用和潤滑作用，因而使需水量增加。摻入 0.6 ％的超塑化劑后，其表面作用得到了改善，使得其表面作用與填充作用和潤滑作用相當(dāng)，因而表現(xiàn)出對需水量沒有影響。繼續(xù)增加超塑化劑摻量，硅灰的表面作用可以得到進(jìn)一步的改善，使得硅灰的填充作用和潤滑作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過它的表面作用，因而表現(xiàn)出需水量的降低。這也間接地證明了超塑化劑對粉狀物料表面性質(zhì)的影響。
　　 建筑用硅灰應(yīng)符合兩個方面的指標(biāo)，即化學(xué)指標(biāo)和物理指標(biāo)。對于化學(xué)指標(biāo)，要求硅灰中二氧化硅含量不小于 85 ％；含水率不大于 3 ％；燒失量不大于 6 ％。對于物理指標(biāo)，要求火山灰活性指數(shù)不小于 90 ％；細(xì)度要求 45μm 篩余量不大于 10 ％或比表面積不小于 15m 2 ／ g ；均勻性要求密度偏差在土 5 ％范圍內(nèi)，且細(xì)度偏差在土 5 ％范圍內(nèi)。

一、硅灰用途
　　 硅灰的用途很廣，在混凝土工程中，主要用在以下幾個方面。
1 、配制高強混凝土
　　 在混凝土中摻 10 ％～ 15 ％的硅灰，采用常規(guī)的施工方法，可配制 C100 級混凝土，即強度達(dá) 100MPa ，這可使高層建筑中梁、柱的斷面尺寸大大減小，提高建筑物的有效利用空間。

2 、配制抗沖耐磨混凝土
　　 采用硅灰混凝土或鋼纖維硅灰混凝土護面，可成倍地提高混凝土的抗磨和抗空蝕性能，減少混凝土的損壞，延長護面混凝土壽命。

3 、配制抗化學(xué)腐蝕混凝土
　　 混凝土中摻入硅灰后，由于硅灰水化產(chǎn)物的填充作用使混凝土結(jié)構(gòu)更加緊密，抗?jié)B能力提高， Cl - 和 SO 4 2- 不易滲入到混凝土中，從而使混凝土抗酸、堿等化學(xué)侵蝕的能力提高。

4 、用于噴射混凝土，減少混凝土回彈量
　　 普通噴射混凝土回彈量大，噴射時約有 30 ％～ 40 ％的混凝土回落，既造成原材料浪費，又影響施工速度。如在混凝土中摻 3 ％ ~5 ％的硅灰，可使噴射混凝土的回彈量減少 10 ％以上。

5 、用于泵送混凝土
　　 摻用硅灰后，混凝土的黏性較好，泌水減小，不易離析，可進(jìn)行長距離泵送。

6 、用于基礎(chǔ)灌漿
　　 普通水泥漿液中摻 5 ％～ 10 ％的硅灰后，漿液穩(wěn)定性提高，不易分離，不易堵管，可灌性提高。

7 、提高粉煤灰混凝土的早期強度
　　 粉煤灰混凝土中摻用硅灰，可提高早期強度，使粉煤灰混凝土早期強度低的劣勢得到改善。

二、硅灰的摻用方法及摻量
　　 硅灰在混凝土中的摻用方法有內(nèi)摻法和外摻法兩種，由于硅灰顆粒極細(xì)，需水量大，故不論哪種摻用方法，都要與減水劑配合使用。
　　 內(nèi)摻法是用硅灰代替水泥，又分為等量代替和部分代替兩種方法，等量代替為硅粉摻量代替相等量的水泥，部分代替為 1kg 硅灰代替 1 ～ 3kg 水泥，作為研究一般摻 5 ％～ 30 ％，水膠比一般保持不變。
　　 外摻法是指硅灰像摻合料那樣直接摻在混凝土中，即在水泥用量不減的條件下?lián)郊庸杌摇?/span>
　　 由于硅灰摻法不同，所得混凝土的性能也不相同，外摻法所得混凝土的力學(xué)性能要優(yōu)于內(nèi)摻法所得混凝土的，此法的缺點是增加了混凝土中膠凝材料的用量。
　　 硅灰在混凝土中摻量如太少，對混凝土性能改善不大，但如摻得太多，則混凝土太黏，不易施工，且干縮變形大，抗凍性差，因此，摻用硅灰時，應(yīng)找出最佳摻量才能取得最優(yōu)效果。一般情況下，摻量以不超過 10 ％為宜，具體選多少，還應(yīng)根據(jù)所用硅灰、水泥種類、集料性質(zhì)及力學(xué)性能和綜合經(jīng)濟效益來進(jìn)行優(yōu)化。

三、混凝土中摻用硅灰時應(yīng)注意事項
　　 硅灰雖能改善新拌及硬化混凝土的性能，但如使用不當(dāng)也會造成質(zhì)量事故，因而在使用中應(yīng)注意以下事項。
　　 1 、由于硅灰顆粒細(xì)，比表面積大，需水量高，因而在混凝土摻用硅灰時，必須與高效減水劑聯(lián)合使用才能取得良好的效果。
　　 2 、硅灰摻入混凝土的方法有內(nèi)摻法和外摻法兩種。由于內(nèi)摻法要減少水泥用量，故此法一般用在中、低標(biāo)號的混凝土中；外滲法不減少水泥用量，一般用于高標(biāo)號的混凝土中。
　　 3 、混凝土中硅灰摻量不宜太高或太低，一般摻量為 5 ％～ 10 ％，在此范圍內(nèi)硅灰的有利作用發(fā)揮得最好，即不但硅灰代替水泥的作用最好，各種優(yōu)良性能得到充分發(fā)揮，而且可避免不利的影響，如摻量大于 15 ％后，混凝土的抗凍性降低等。
　　 4 、由于硅灰混凝土稠度大，因此在設(shè)計混凝土坍落度時應(yīng)比普通混凝土的大 2 ～ 3cm 。
　　 5 、硅灰混凝土的攪拌時間應(yīng)比普通混凝土的延長 0.5 ～ 1min ，以便使混凝土拌和得更均勻，防止硅灰在混凝土中成團而造成質(zhì)量事故。
　　 6 、混凝土摻用硅灰后，必須加強早期養(yǎng)護，防止混凝土產(chǎn)生塑性收縮裂縫。

[ 應(yīng)用實例 1]

高強抗磨蝕硅粉混凝土

1 、該項目共作了 1000 個配合比，經(jīng)過 20000 余個數(shù)據(jù)的測試分析，證明硅粉混凝土是優(yōu)良的抗沖磨、抗空蝕高強混凝土材料，該項目研究了外加劑品種、摻量；提出了抗磨蝕高強硅粉混凝土宜采用標(biāo)號不低于 42.5 的普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥硅粉適宜摻量為水泥重量的 10% ～ 16 ％，以及相適應(yīng)的高效外加劑及其最優(yōu)摻量。所配制出的抗磨蝕高強硅粉混凝土，抗壓強度可達(dá) 70~80MPa ，抗沖磨強度可提高 1 ～ 2 倍 ( 鋼球沖磨 72h) ，抗空蝕強度提高 3 ～ 5 倍，抗凍融循環(huán)大于 500 次，并具有很好的密實性和抗?jié)B性，其他物理力學(xué)性能也相應(yīng)有所提高，同時研制出適用于高速水流建筑物有抗沖擊要求護面 ( 修復(fù)補強 ) 的鋼纖維硅粉砂漿材料。對于硅粉混凝土早期收縮較大問題，已進(jìn)行了補償收縮的研究并證明是一種有效方法。
2 、該成果已在葛洲壩、大伙房、映秀灣、龍羊峽等工程中的相應(yīng)部位得到應(yīng)用，并經(jīng)過了汛期過水考驗，事實證明其抗磨蝕性能均有較大幅度的提高，與環(huán)氧砂漿相比，具有施工方便、無毒，材料費用顯著降低等優(yōu)點，有良好的工程效益和經(jīng)濟效益，可以推廣應(yīng)用。
該項研究在總結(jié)國外高強抗磨蝕硅粉混凝土的研究和應(yīng)用成果基礎(chǔ)上，研制開發(fā)了新型水工抗磨蝕 NSF 劑，對 NSF 劑的生產(chǎn)工藝流程，產(chǎn)品品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，抗磨蝕硅粉混凝土早期減縮措施，以及 NSF 混凝土施工技術(shù)要求等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并使 NSF 劑實現(xiàn)產(chǎn)品化。技術(shù)路線正確，提供的數(shù)據(jù)、資料齊全、可靠，超額完成了合同規(guī)定的任務(wù)。
主要鑒定意見如下：
采用的懸臂雙螺旋錐形高效粉體混合設(shè)備選型合理，采用合理的工藝流程，生產(chǎn)出的抗磨蝕 NSF 劑，均勻性好，品質(zhì)穩(wěn)定，滿足工程使用要求。
3 、水工抗磨蝕劑配制的硅粉混凝土和硅粉砂漿，減水率≥ 20 ％；增強率≥ 60 ％；含水率≤ 3 ％；抗沖磨強度提高 1 倍；在 48m ／ s 高流速條件下，抗空蝕強度提高 3 倍。是目前國內(nèi)提高混凝土強度、抗沖磨、抗空蝕和抗?jié)B等綜合性能的最優(yōu)越的添加劑。
4 、采用水工抗磨蝕劑，并確保早期潮濕養(yǎng)護、配制漿劑、聯(lián)合摻用硫鋁酸鹽型膨脹劑等單一或復(fù)合措施，解決了硅粉早期干縮偏大難題，是國內(nèi)外硅粉混凝土應(yīng)用中的重大技術(shù)突破，為廣泛推廣硅粉混凝土技術(shù)鋪平了道路。
提出的 NSF 混凝土施工技術(shù)要求，合理、實用，可操作性好，為保證 NSF 混凝土施工質(zhì)量提供了可靠的依據(jù)。
水工抗磨蝕劑在下寨河電站、江蘇口岸船閘、牛路嶺電站、水口水電站、五強溪水電站等大中型工程，有高流速抗磨蝕要求的部位使用，滿足設(shè)計要求，收到了良好效果。施工方便，易于掌握，其經(jīng)濟效益和社會效益顯著，受到用戶好評，推廣應(yīng)用前景極為廣闊。