硅灰對混凝土性能的影響及其應(yīng)用

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1、硅灰對混凝土耐久性的影響2007-06-12上午03:50摘要：硅粉是硅合金與硅鐵合金制造過程中高純石英、焦炭和木屑還原產(chǎn)生的副產(chǎn)品，是從電弧爐煙氣中收集到的無定型二氧化硅含量很高的微細(xì)球形顆粒。硅粉一般含有90%以上的SiO2，且大部分為無定型二氧化硅。硅粉用于提高新拌混凝土及硬化后混凝土的性能，具有火山灰活性的硅灰對混凝土的耐久性有明顯的改善作用。關(guān)鍵字：硅灰混凝土耐久性　　自北歐國家冰島、挪威和瑞典1976年開始在工程上應(yīng)用硅粉以來,人們開始對硅粉進(jìn)行了不斷的研究。由于硅粉具有與硅酸鹽水泥獨(dú)特的互補(bǔ)性能,現(xiàn)在已被確

2、定為一種新型的輔助膠結(jié)材料而被許多國家廣泛研究和應(yīng)用。隨著結(jié)構(gòu)超高和復(fù)雜程度的增大,人們對結(jié)構(gòu)材料的工作性能提出了更高的要求,除了高工作度外,在實際應(yīng)用中還希望高性能混凝土具有高的強(qiáng)度和耐久性。有些摻和料，如硅粉、高爐礦渣及粉煤灰已被用于提高新拌混凝土及硬化后混凝土的性能。本文主要介紹了具有火山灰活性的硅灰對混凝土耐久性的影響?！　　　?、硅灰的特性　　1.1物理特性　　硅灰顏色在淺灰色與深灰色之間,密度2.2g/cm3左右，比水泥(3.1g/cm3)要輕，與粉煤灰相似，堆積密度一般在200～350kg/m3。硅灰顆粒非

3、常微小，大多數(shù)顆粒的粒徑小于1μｍ,平均粒徑0.1μm左右，僅是水泥顆粒平均直徑的1/100。硅灰的比表面積介于15000～25000m2/kg(采用氮吸附法即BET法測定)。硅灰的物理性質(zhì)決定了硅灰的微小顆粒具有高度的分散性，可以充分地填充在水泥顆粒之間，提高漿體硬化后的密實度?！　?.2化學(xué)特性　　硅粉是硅合金與硅鐵合金制造過程中高純石英、焦炭和木屑還原產(chǎn)生的副產(chǎn)品，是從電弧爐煙氣中收集到的無定型二氧化硅含量很高的微細(xì)球形顆粒。硅粉一般含有90%以上的SiO2，且大部分為無定型二氧化硅，其成分則根據(jù)合金品種不同而有變

4、化。我國西寧、唐山、遵義等地硅粉的化學(xué)成分見表1：　　表1　我國部分地區(qū)硅粉的化學(xué)成分成分SiO2（％）Al2O3（％）Fe2O3（％）CaO（％）MgO（％）C（％）R2O（％）燒失量％遵義92.400.801.100.501.101.00.302.2西寧90.090.992.010.811.171.00.452.95唐山92.160.440.270.941.371.00.991.63　　由表1可知，硅灰的主要化學(xué)成分為非晶態(tài)的無定型二氧化硅(SiO2)，一般占90%以上（通常用于高性能混凝土中的硅灰的SiO2最低要求

5、含量是85％）。高細(xì)度的無定型SiO2具有較高的火山灰活性，即在水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣(Ca(OH)2)的堿性激發(fā)下，SiO2能迅速與Ca(OH)2反應(yīng)，生成水化硅酸鈣凝膠(C-S-H)，提高混凝土強(qiáng)度并改善混凝土性能?！　」璺壑钥梢宰鳛橐环N輔助性膠凝材料改善硬化水泥漿體的微結(jié)構(gòu)，首先是因為硅粉具有很高的火山灰活性。雖然硅粉本身基本上與水不發(fā)生水化作用，但它能夠在水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2及其它一些化合物的激發(fā)作用下發(fā)生二次水化反應(yīng)生成具有膠凝性的產(chǎn)物；其次是因為硅粉的微集料特性，它不僅自身可以填充硬化水泥漿體中的有害

6、孔，其二次水化產(chǎn)物也可以填充硬化水泥漿體中的有害孔，從而改善硬化水泥漿體的微觀結(jié)構(gòu)?！　?、硅粉在水泥漿體和混凝土中的最佳應(yīng)用條件　　　　為了更有效地利用硅粉對硬化水泥漿體微結(jié)構(gòu)的改善作用，國內(nèi)外許多研究者對硅粉在水泥漿體和混凝土中的最佳應(yīng)用條件進(jìn)行比較詳細(xì)的研究，這方面的研究主要包括水膠比、硅粉摻量、外加劑以及其它火山灰摻合料的選擇及其用量等。硅粉在水泥漿體和混凝土中應(yīng)用時存在一個最優(yōu)水膠比范圍，一般超過該范圍，硅粉對硬化水泥漿體和混凝土微結(jié)構(gòu)的改善作用就會降低。如Gapparao指出，在水泥砂漿3d或7d齡期時，水膠

7、比小于0.45(水膠比為0.35，0.40)的含硅粉的砂漿試件強(qiáng)度降低，而水膠比等于0.45或0.50的含硅粉的砂漿試件強(qiáng)度上升；但在水泥砂漿28d或90d齡期時，水膠比小于0.35，0.40，0.50的含硅粉的砂漿試件強(qiáng)度大致相同；而水膠比等于0.45的含硅粉(不論硅粉含量多少)的砂漿試件強(qiáng)度較低；當(dāng)水膠比等于0.50，硅粉摻量大于27.5%時，硅粉對砂漿后期強(qiáng)度發(fā)展有顯著影響。　　硅粉雖然能夠有效地改善硬化水泥漿體和混凝土微結(jié)構(gòu)，但是由于硅粉的粒徑小，比表面積大，所以水泥漿體和混凝土摻入硅粉后，隨著硅粉摻量的增加，需

8、水量增大，自收縮也增大。因此，一般將硅粉的摻量限制在5%～10%之間，并用高效減水劑來調(diào)節(jié)需水量，同時，水泥、硅粉、外加劑之間存在一個相容性問題，因此，在利用硅粉時必須注意其應(yīng)用條件。由于混凝土中摻加硅粉后，可能導(dǎo)致混凝土的自收縮，而摻加硅粉的混凝土一般是有特殊要求的混凝土，因此，在混凝土中利用硅粉對硬化水泥漿體和混