微硅粉在混凝土上應用的資料

　　硅粉又稱硅灰，是冶煉硅鋼和硅金屬或半導體硅時，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 。硅粉的主要技術指標見表 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，改善了砼微觀結構，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 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，但當硅粉摻量超過 20 ％時，混凝土的抗磨蝕性開始下降。一般認為，硅粉的適宜摻量應控制在 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。并且由于硅粉的火山灰反應改變了混凝土內(nèi)部的孔結構，大孔減少，小孔增多，孔徑變細，使混凝土的強度大幅度提高。有資料顯示，摻入占水泥質量 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 80 ～ 120MPa 。摻水泥質量 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，因為硅粉粒子改善了水泥膠結材的密封性能，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侵蝕能力較不摻者也有較大提高。根據(jù)有關試驗顯示，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 134 ％。當硅粉摻量超過 15% 時，則會導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，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一步的改善，使得硅灰的填充作用和潤滑作用遠遠超過它的表面作用，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的影響。
　　 建筑用硅灰應符合兩個方面的指標，即化學指標和物理指標。對于化學指標，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，要求火山灰活性指數(shù)不小于 90 ％；細度要求 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 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構更加緊密，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，可進行長距離泵送。

6 、用于基礎灌漿
　　 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，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，還應根據(jù)所用硅灰、水泥種類、集料性質及力學性能和綜合經(jīng)濟效益來進行優(yōu)化。

三、混凝土中摻用硅灰時應注意事項
　　 硅灰雖能改善新拌及硬化混凝土的性能，但如使用不當也會造成質量事故，因而在使用中應注意以下事項。
　　 1 、由于硅灰顆粒細，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、低標號的混凝土中；外滲法不減少水泥用量，一般用于高標號的混凝土中。
　　 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，因此在設計混凝土坍落度時應比普通混凝土的大 2 ～ 3cm 。
　　 5 、硅灰混凝土的攪拌時間應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 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，其他物理力學性能也相應有所提高，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部位得到應用，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，可以推廣應用。
該項研究在總結國外高強抗磨蝕硅粉混凝土的研究和應用成果基礎上，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)品品質標準，抗磨蝕硅粉混凝土早期減縮措施，以及 NSF 混凝土施工技術要求等進行了系統(tǒng)的研究，并使 NSF 劑實現(xiàn)產(chǎn)品化。技術路線正確，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。
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)外硅粉混凝土應用中的重大技術突破，為廣泛推廣硅粉混凝土技術鋪平了道路。
提出的 NSF 混凝土施工技術要求，合理、實用，可操作性好，為保證 NSF 混凝土施工質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，推廣應用前景極為廣闊。