微硅粉在混凝土施工中的應用

　　將硅鐵合金冶煉過程中排出的粉塵――微硅灰摻入到混凝土中，運用于公路工程施工實例較少，2005年濱州市公路局首次把水泥混凝土中參加微硅粉運用到工程實踐中，取得了良好的效果。下面我就水泥混凝土中摻加微硅粉施工的一些心得做一下簡要敘述。

　　微硅粉也叫硅灰或稱凝聚硅灰，也有人叫硅粉,是硅鐵或金屬硅生產過程中由礦熱爐中的高純石英、焦炭和木屑還原產生的副產品，主要成分是SiO2，一般微硅粉的顏色在淺灰和深灰之間，SiO2本身是無色的，其顏色主要取決于碳和氧化鐵的含量，碳含量越高，顏色越暗，另外加密的硅粉要比自然硅粉顏色暗。硅粉的粒徑都小于1um，平均粒徑為0.1um左右，是水泥顆粒直徑的1/100，所以硅粉能高度分散于混凝土中，填充在水泥顆粒之間而提高密實度，同時微硅粉具有很高的活性，能更快更全面的與水泥水化產生的氧氫化合物反應。

　　一、應用歷史

　　微硅粉在混凝土中的應用研究可追溯到上世紀四十年代的挪威。七十年代末，北歐和北美對于微硅粉在混凝土中的應用研究也取得了長足的進步，八十年代初，中國對微硅粉混凝土作了大量的研究工作，并在水利工程中有較多應用，取得了良好的效果。水利部還頒布了“水工混凝土硅粉品質標準暫行規(guī)定”。另外，微硅粉在混凝土中應用的同時，受到技術進步和社會經濟因素的有力促進，混凝土的耐久性越來越受重視。

　　實踐表明：普通混凝土工程在惡劣的環(huán)境中可能短時間內受到嚴重損壞，從而威脅工程質量大大降低工程的使用壽命。而采用水泥、硅粉和粉煤灰及減水劑配制出滿足各方面要求的高性能混凝土，成功應用于各工程中，混凝土性能顯著改善，將混凝土施工的靈活、快速和經濟的優(yōu)點提高到一個新的水平。

　　二、工作原理

　　運用于混凝土中填充顆?？障叮岣唧w積密度和降低孔隙率。同時微硅粉在混凝土中具有火山灰反應，微硅粉水化形成的富硅凝膠，強度高于Ca(OH)2晶體，與水泥水化凝膠C-S-H共同工作。

　　三、硅粉的種類及應用標準

　　硅粉主要以二種形式供應，即原態(tài)微硅粉和增密硅粉。

　　1、原態(tài)微硅粉，即通過收塵器直接收集得到的產品，松散容積約為150-200kg/m³，原態(tài)硅粉一般采用袋裝運輸，由于密度很小，長途運輸效率較低，使用時多采用人工直接破袋將微硅粉倒人混凝土攪拌機，工作環(huán)境粉塵大，工作效率低。

　　2、增密微硅粉，為解決原態(tài)微硅粉不宜長途運輸及效率低的問題，開發(fā)出了提高微硅粉松散密實度的“微硅增密技術”。這種技術使原態(tài)微硅粉在壓縮空氣流的作用下，滾動聚集成小的顆粒團，從而將微硅粉的松散容積提高到 500-700 kg/m³，大大方便了使用，增密微硅粉小顆料團的顆粒凝聚力較弱，在混凝土攪拌機中的攪拌過程非常容易散開，因此微硅粉顆粒能在骨料投料后投入攪拌機，以保證增密微硅顆粒團散開和良好的分散。

　　3、微硅粉的質量標準

　　SiO2含量越高，微硅粉的性能越高，其他非SiO2雜質含量就低。微硅粉含量>85%，微硅粉的碳在混凝土中含吸附部分引氣劑，故，燒失量<=7%(控制碳和含水量)再次是微硅粉的細度要控制在45 um，顆粒大的，篩分量在10%以下。 以前有的學者老師曾計算：以15%的微硅粉取代水泥，則在混凝土中水泥顆粒與微硅粉顆粒數(shù)量的比例為1：2000000，由此可知微硅粉是一種超細粉末物質，其之所以提高混凝土的強度，關鍵在于提高了水泥漿體與骨料之間的粘結強度，能降低淡水，防止水分在骨料下表面聚集，從而提高界面過渡區(qū)的密實度和減小界面過渡區(qū)的厚度。微硅粉的粒徑比水泥顆粒要小100倍，填充于水泥顆粒的空隙之間，其效果如同水泥顆料填充在骨料之間一樣，增加混凝土的密實度。然而微硅粉在這些作用的前提條件之一，就是良好的分散于混凝土中。

　　四、優(yōu)點

　　1、硅微粉是一種物理性質、化學性質均十分穩(wěn)定的中性無機填料，不含結晶水，不參與固化反應，不影響反應機理。

　　2、對各類樹脂有良好的浸潤性，吸附性能好，易混合，不產生結團現(xiàn)象。

　　3、硅微粉粒度大小分布合理，致密性強，硬度大，耐磨性能好，可大幅度提高固化物的抗拉、抗壓、抗沖擊強度和耐磨性能，抗沖磨能力能提高0.5―2.5倍。

　　4、能增大導熱系數(shù)，改變膠粘性和增加阻燃性能。

　　5、能降低環(huán)氧樹脂固化反應的放熱峰溫度，降低固化物的線膨脹系數(shù)和固化物的收縮率，從而消除內應力，防止開裂。

　　6、由于硅微粉的粒度細，分布合理，能有效的減少和消除沉淀，分層現(xiàn)象。

　　7、硅微粉質純，雜質含量低，物化性能穩(wěn)定，使固化物具有良好的絕緣性能和抗電弧性能。

　　8、硅微粉的化學成分為二氧化硅(SiO2)，屬惰性物質，與大部分酸、堿不起化學反應，硅微粉均勻分布、覆蓋在物件表面，具有較強的抗腐蝕性，抗空蝕能力提高3―16倍。

　　9、硅微粉，堆積密度?。阂环N在0.2-0.8之間，一種在1.0-2.2之間。作為聚合物填充材料，較其他礦物性填品用量少，裝載重量小，節(jié)省聚合物用量，因此可降低產品成本。

　　10、抗凍性：微硅粉在經過300―500次快速凍解循環(huán)，相對彈性模量隆低10―20%，而普通混凝土通過25―50次循環(huán)，相對彈性模量隆低為30―73%。因此可以提高混凝土的抗凍性。

　　11、早強性：微硅粉混凝土使誘導期縮短，具有早強的特性。

　　五、硅粉混凝土的施工方法

　　1、硅粉混凝土的拌和。用攪拌機拌和，按配方將材料準確稱量，投料次序為水→石子→砂→水泥→硅粉→用攪拌機攪拌1.5min，然后加入外加劑一膠乳再攪拌1.5min出機?；炷涟韬玫南笳魇牵焊鞣N材料拌和均勻，流動性好，不離析，塌落度控制在3cm以內，超過4cm則不得使用。

　　2、硅粉混凝土的運輸。拌好的硅粉混凝土水平運輸和垂直運輸時間不得超過10min。

　　3、硅粉混凝土的入倉澆筑。澆筑過程應1次澆完，不得中途停止。由于機械故障等原因產生冷縫，應停止?jié)仓?，等先澆混凝土具有一定強?一般等24h后)，按施工縫處理后(處理方法與基面處理相同)，再澆筑剩余部分混凝土。澆筑宜從左或右向一個方向入倉，經平倉后，先用插入式振搗器，后用平板振搗器提漿，振搗時間較普通混凝土稍長一些，要振搗密實不能漏振。平倉振搗后收抹面的工人應抓緊拍打出漿并抹面，一般應收抹3次～4次，使其表面光滑平整，無空洞、麻面和無貫穿性裂縫，不平整度控制在5mm以內。

　　4、養(yǎng)護。新澆硅粉混凝土經振搗收抹后停1h～3h(根據現(xiàn)場氣溫具體確定)，立即加蓋塑料薄膜，防止雨淋和表面蒸發(fā)產生裂縫，24h內嚴禁人踩或堆放雜物。經36h～48h后，去掉塑料膜，加蓋草袋，按水工混凝土養(yǎng)護規(guī)程及時灑水養(yǎng)護。

　　六、使用中應注意的問題

　　1、配合比設計

　　1) 相容性：微硅粉應與減水劑、粉煤灰、礦粉、纖維等相容性良好。

　　2) 坍落度：由于其填隙效應，混凝土的粘滯性較高，因此摻微硅粉混凝土的坍落度設計要求比普通混凝土高2~3cm;

　　3) 摻入量：制造高強度及噴射混凝土，微硅粉摻入量為水泥量的6~12%;對于水下工程混凝土，其摻量略高;而將微硅粉作為助泵劑使用時，摻入量減為2%左右。通過配合比試驗確定最終配合比。

　　2、加料與攪拌

　　1) 通?；炷凉I(yè)使用增密型微硅粉，因此可選擇人工加料或自動加料。

　　2) 由于微硅粉獨有的超細特性，微硅粉要求在骨料投料后立即投入，不得將粉狀微硅粉加入已拌和妥的混凝土中。

　　3) 摻入微硅粉混凝土的攪拌時間比普通混凝土要延長30~40s，以獲得良好的均勻性。

　　4)摻入微硅粉混凝土的運輸沒有特別要求，與普通混凝土相同。注意一點就是運輸時間不得超過10min。

　　3、澆注和養(yǎng)護

　　1)微硅粉混凝土的振搗要求密實，不得漏振、欠振，也不得過振。一般振搗時間為10~30s;

　　2)要求混凝土連續(xù)供應，以防止冷接茬，造成隱患。接茬時間不得超過100min;

　　4) 微硅粉混凝土養(yǎng)護過程中防止水份的過早蒸發(fā)非常重要。因此，澆注完畢，立即覆膜、并鋪設麻袋、澆水養(yǎng)護。

　　結束語

　　我國目前擁有上千座硅鐵及工業(yè)硅爐，年產微硅粉約25萬噸，而現(xiàn)在環(huán)保設備收集的僅有6萬噸左右，而大量的微硅粉被排放到大氣中，直接污染了環(huán)境，同時也是對資源的浪費。因此，微硅粉作為一種不可再生的資源，對它的收集 不僅是環(huán)保效益，更是一個具有廣闊經濟價值的市場資源。

  二級結構工程師

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