硅粉在中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中應(yīng)用的試驗(yàn)研究

朱坤

(慶陽(yáng)市騰祥混凝土有限責(zé)任公司，甘肅 慶陽(yáng) 745000）

硅粉在中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中應(yīng)用的試驗(yàn)研究

朱坤

(慶陽(yáng)市騰祥混凝土有限責(zé)任公司，甘肅 慶陽(yáng) 745000）

本文在試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上闡述硅粉在中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中的應(yīng)用，來(lái)降低混凝土企業(yè)成本，顯著提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

硅粉；中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土；預(yù)拌混凝土

0 引言

硅粉是硅鐵廠的副產(chǎn)品，工業(yè)硅及硅鐵在高溫熔煉的過(guò)程中，隨廢氣逸出的粉塵稱為硅灰或硅粉，其主要成分SiO2含量約占煙塵總量的90%，其中所含游離態(tài)SiO2約占10%。顆粒度非常小，平均粒徑約為0.3μm，故有微硅粉之稱。它與粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉等礦物摻合料廣泛使用在混凝土中，特別是預(yù)拌混凝土中。但是，由于硅粉的價(jià)格問(wèn)題和在預(yù)拌混凝土企業(yè)摻加困難等方面的原因，硅粉大多只用于高強(qiáng)高性能混凝土中，配制具有超高強(qiáng)、耐磨、耐腐蝕、耐沖刷的特種混凝土，在中低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中應(yīng)用還不多，也很少看到這方面的研究報(bào)道，本試驗(yàn)研究硅粉了在中低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中的應(yīng)用。

1 試驗(yàn)原材料

水泥為祁連山牌P·O42.5級(jí)水泥。

粗骨料用兩種：一種為距慶陽(yáng)市60km處長(zhǎng)慶橋產(chǎn)的5～31.5mm河卵石，另一種是環(huán)縣產(chǎn)5～25mm碎石。

砂采用兩種砂混合，一種為慶陽(yáng)當(dāng)?shù)匕图揖椎叵麻_(kāi)采磨細(xì)的特細(xì)砂，細(xì)度模數(shù)1.2～1.4，另一種為長(zhǎng)慶橋產(chǎn)的河砂，細(xì)度模數(shù)大于3.6。由于泵送混凝土易采用中砂，所以將兩種砂按比例摻和為中砂使用。

粉煤灰使用甘肅平?jīng)鋈A茂粉煤灰廠的Ⅱ級(jí)粉煤灰。

硅粉采用西安霖源微硅粉有限公司生產(chǎn)的SiO2含量為90%的硅粉。

減水劑為甘肅建偉化工有限公司生產(chǎn)的高效減水劑。

水為地下水。

2 試驗(yàn)方法

采用粉煤灰單摻、粉煤灰與硅粉雙摻技術(shù)，成型100mm×100mm×100mm的立方體試樣3組，脫模后置入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期。依據(jù)GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，用數(shù)顯電液式壓力試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行加荷，加荷速率依據(jù)試樣強(qiáng)度等級(jí)不同而不同。結(jié)果取其每組3塊的平均值。西安霖源公司產(chǎn)品介紹中列出使用微硅粉注意事項(xiàng)：硅灰的摻加方法分為內(nèi)摻和外摻法。內(nèi)摻法：在加水量不變的前提下，1份硅粉可取代3～5份水泥（重量）并保持混凝土抗壓強(qiáng)度不變而提高混凝土其它性能。外摻法：水泥用量不變，摻加硅灰則顯著提高混凝土強(qiáng)度和其它性能。按照以上注意事項(xiàng)和當(dāng)?shù)卦牧锨闆r設(shè)計(jì)配合比。配合比見(jiàn)表1、表2。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 單摻粉煤灰混凝土的強(qiáng)度

由表1得出以下結(jié)論：

(1)A2～A9其28 d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度都能滿足C15～C50的強(qiáng)度要求，見(jiàn)圖1。

(2)單摻粉煤灰的低強(qiáng)度混凝土(A2～A4)7d強(qiáng)度都比較低，是因?yàn)榉勖夯覔搅勘容^大的原因，但隨著齡期的增加，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)比較明顯。

表1 混凝土配合比

表2 混凝土配合比

圖1 單摻粉煤灰混凝土抗壓強(qiáng)度

圖2 雙摻粉煤灰與硅灰混凝土抗壓強(qiáng)度

3.2 雙摻粉煤灰和硅粉混凝土的強(qiáng)度

由表2得出以下結(jié)論：

(1) 在試驗(yàn)過(guò)程中，B2～B9中每方混凝土僅加入了12～14kg硅灰，與 A2～A9相比，混凝土的黏性有所提高，但坍落度有所減小， 為了保持與A系列大致相同的坍落度，B系列需增加減水劑的用量。

(2) 依據(jù)霖源公司使用微硅粉注意事項(xiàng)中說(shuō)到：1kg硅粉可取代3～5kg水泥，試驗(yàn)中按取代3kg計(jì)算，B2～B9中每方摻入12～14kg硅粉，相當(dāng)于36～42kg水泥。隨著硅粉的摻入，混凝土的各齡期強(qiáng)度都有很大提高，特別是7d強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯，一方面是硅粉的摻入使混凝土的水膠比降低，另一方面由于硅粉的活性高，與水泥的水化產(chǎn)物Ca(OH)2在相當(dāng)短的時(shí)間里就能發(fā)生反應(yīng)。 B2～B9較A2～A9強(qiáng)度增長(zhǎng)顯著，這是由于水泥、粉煤灰、硅粉組成的三元體系的級(jí)配得到進(jìn)一步優(yōu)化，硬化漿體的孔隙率得到進(jìn)一步降低[1]。

(3) 就強(qiáng)度看，B2～B9的28d強(qiáng)度完全能達(dá)到C20～C55泵送混凝土的強(qiáng)度要求，只是B2～B4的7d強(qiáng)度較低，原因是粉煤灰的摻量較大，但60d強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯。

4 結(jié)論

(1) 硅粉的最佳摻量是7%～10%，對(duì)于本試驗(yàn)摻硅粉混凝土的配合比的設(shè)計(jì)，在確定硅粉的摻量時(shí)，主要是從以下兩方面考慮：一是技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（1kg硅粉取代3kg水泥及硅粉的價(jià)格）；二是在中低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中應(yīng)用，能滿足強(qiáng)度要求即可。在泵送混凝土中使用硅粉，如果不摻減水劑或不增加減水劑用量，想保持相同的流動(dòng)度，則必然要增加用水量，水膠比增大，摻硅粉混凝土的強(qiáng)度也上不去。硅粉與減水劑復(fù)合使用使摻硅粉混凝土的水膠比不變，即用水量不增加，從而使硅粉混凝土的強(qiáng)度得到大幅度提高。

(2) 正如霖源公司使用微硅粉注意事項(xiàng)中說(shuō)到，1kg硅粉可取代3kg水泥，本試驗(yàn)結(jié)果證明了這一點(diǎn)。慶陽(yáng)散裝水泥到站價(jià)460元/t，霖源公司的SiO2含量為90%微硅粉1000元/t，按照表1表2中配合比計(jì)算，在其他性能都能滿足的情況下，平均每方混凝土還可以降低4元左右的成本。

(3) 硅粉這種具有優(yōu)良火山灰效應(yīng)的火山灰質(zhì)材料，可以作為混凝土摻合料節(jié)約水泥用量，在合理的摻量下硅粉的活性指數(shù)K能達(dá)到3，所以在中低強(qiáng)度等級(jí)泵送混凝土中完全可以使用微硅粉。

[1]李懿卿等.復(fù)合礦物摻合料混凝土力學(xué)性能的試驗(yàn)研究[J].混凝土，2009(3):47-49.

朱坤(1979-), 男，助理工程師。

[單位地址]甘肅省慶陽(yáng)市西峰區(qū)西環(huán)路南段司官村(750020)