硅粉在PHC管樁混凝土中應用的試驗研究

張亞琴 張宜兵 周郁兵（中交三航局第三工程有限公司第一工程處）

硅粉在PHC管樁混凝土中應用的試驗研究

張亞琴 張宜兵 周郁兵
（中交三航局第三工程有限公司第一工程處）

通過硅粉在PHC管樁混凝土中的試驗，研究了不同摻量的硅粉對混凝土的工作性、抗壓強度、劈裂抗拉強度、電通量的影響。試驗結果表明：在混凝土中摻入適量的硅粉，可以改善混凝土的工作性、提高混凝土的力學性能和抗氯離子的滲透能力，本文為硅粉在PHC管樁混凝土中的應用提供了試驗的依據。

硅粉；PHC管樁混凝土；應用；試驗

1 前言

硅粉是在冶煉硅鐵合金或工業硅時，通過煙道排出的硅蒸汽經過氧化后，從電弧爐煙氣中收集得到的無定型、氧化硅含量很高的微細球形顆粒，學名“硅灰”。

硅粉的顆粒越細，SiO2含量越高，對混凝土性能的改變效果越明顯。硅粉的平均粒徑一般在0.15-0.20μm，為水泥顆粒直徑的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；同時硅粉具有很高的活性，相對與礦粉能更快更全面的與水泥水化產生的 Ca(OH)2發生二次水化反應，生成 C-S-H凝膠體。

在混凝土中摻入少量硅粉，并結合外加劑、礦物摻合料的作用能顯著改善混凝土的性能，如：改善混凝土的坍落度、提高混凝土早期或后期的強度，降低氯離子的滲透能力，提高混凝土的抗腐蝕和耐磨等作用。目前硅粉已經在黃河小浪底、葛洲壩、東海大橋等多個工程中得到了應用，并取得了良好的效益。所以，我們圍繞著硅粉在C80PHC管樁混凝土中應用進行試驗研究。

2 硅粉在混凝土中的工作原理

硅粉運用于混凝土中填充顆粒空隙，改善水泥、骨料的組織結構，提高體積密度和降低孔隙率。同時硅粉在混凝土中具有火山灰反應效應，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。

3 原材料的準備

表1 水泥性能指標

3.1 水泥

鎮江句容臺泥水泥有限公司，P□Ⅱ52.5R，具體性能指標見表1。

表2 礦渣粉性能指標

3.2 礦渣粉

安徽馬鋼嘉華新型建材有限公司，S95級，具體性能指標見表2。

3.3 砂

江西贛江，中砂，Mx=2.8。

3.4 碎石

南京六合，玄武巖，5～25mm連續級配碎石。

3.5 外加劑

上海華登，HP400(H)，高性能聚羧酸減水劑（標準型）。

3.6 硅粉

上海天凱硅粉材料有限公司，其物理性能指標見表3。

表3 硅粉的物理性能指標

3.7 水飲用水。

4 試驗方案

表4 C80混凝土配合比（kg/m3）

4.1 試驗所用方法標準：

《普通混凝土配合比設計規程》JGJ55-2011

《水運工程混凝土試驗規程》JTJ270-98

《水運工程混凝土質量控制標準》JTS202-2-2011

4.2 試驗方法

按照《普通混凝土配合比設計規程》進行配合比設計，保持總膠凝材料用量和礦粉摻量不變，按照硅粉摻量0%、4%、7%、10%、13%分別配置5組不同配合比，具體見表4；養護方式采用PHC管樁常壓蒸養后標準養護。

4.3 試件制作

2014.04 ～2014.05共進行5次試驗，每次按照下面數量成型試件。

4.2.1 抗壓強度試塊制作

按照《水運工程混凝土試驗規程》，采用邊長為100mm×100mm×100mm的試件，按照硅粉摻量分為5組試件，每組按照1d、3d、28d三個養護齡期，制作抗壓強度試塊45塊。

4.2.2 劈裂強度試塊制作

按照《水運工程混凝土試驗規程》的規定，采用邊長為 100mm×100mm× 100mm的試件，按照硅粉摻量分為5組試件，每組按照1d、3d、28d養護齡期，制作劈裂可抗拉強度試塊45塊。

4.2.3 電通量試塊制作

按照《 水運工程混凝土質量控制標準》的規定，采用尺寸100mm×51mm標準試件，按照硅粉摻量分為5組試件，28d養護齡期，制作電通量試塊15塊。

硅粉混凝土的拌合及試件制作見圖1。

5 試驗結果與分析

表5 混凝土坍落度

5.1 試驗結果

5.1.1 坍落度

按照《水運工程混凝土試驗規程》的規定，分別測定不同方案的混凝土的坍落度，試驗結果見表5和圖2。

圖2 不同硅粉摻量混凝土坍落度

試驗結果表明，坍落度隨著硅粉摻量的增加先有小幅度的增大，后又有大幅度減小的趨勢。摻量7%時，混凝土的坍落度達到最大200mm，混凝土的和易性、骨料包裹性、粘聚性均很好，測坍落度時坍落度筒底部無水及漿體析出。硅粉摻量13%時，坍落度達到最低值130mm。

5.1.2 抗壓強度

按照《水運工程混凝土試驗規程》的規定，分別測定各方案、不同齡期的混凝土抗壓強度。具體數據見表6及圖3。

表6 混凝土抗壓強度

圖3 不同硅粉摻量混凝土抗壓強度

表7 混凝土劈裂抗拉強度

試驗結果表明，混凝土的強度隨硅粉摻量的增大而增大；但摻量大于7%之后，強度的增長幅度不明顯。硅粉摻量為7%時，1d、3d和28d強度分別為基準配合比的105.6%、103.8%和103.9%。

5.1.3 劈裂抗拉強度

按照《水運工程混凝土試驗規程》的規定，分別測定各方案、不同齡期的混凝土劈裂抗拉強度。具體數據見表7及圖4。

圖4 不同硅粉摻量下混凝土劈裂抗拉強度

由表7及圖4看出，摻入硅粉后，混凝土的劈裂抗拉強度均高于不摻硅粉。硅粉摻量為7%時，1d、3d、28 d 的劈裂抗拉強度比基準混凝土分別提高了21.8%、17.2%和15.4%，且早期提高幅度最大，這對于結構的早期施工非常有利。硅粉摻量超過7%后，無論是1d、3d還是28d的強度，劈裂抗拉強度出現下降現象。由此可見，硅粉摻量在4%～7%時，非常有利于提高混凝土的劈裂抗拉強度。

表8 混凝土28d電通量

5.1.4 電通量

為了延長結構的使用壽命，對于水工及海港工程，混凝土的抗滲性以及抗氯離子滲透性能的好壞顯得尤為重要。因此根據《 水運工程混凝土質量控制標準》規范附錄A進行電通量試驗，具體結果見表8和圖5。

圖5 不同硅粉摻量下混凝土28d電通量

通過試驗發現，隨著硅粉的摻加，28d電通量分別比基準配合比降低34.3%、51.1%、59.7%、65.9%。這說明硅粉的摻入可大幅度提高混凝土的密實性，從而有利于提高混凝土的抗氯離子的滲透性能。但隨著硅粉取代水泥摻量的增大，混凝土的電通量降低幅度逐漸減小。

5.2 試驗分析

5.2.1 硅粉對混凝土拌合物性能的影響

由圖2看出，硅粉摻量不大于7%時，混凝土的坍落度比基準配合比有所增大，當摻量大于7%時，混凝土的坍落度出現顯著下降。說明硅粉在一定摻量條件下可以改善混凝土的坍落度，發揮了硅粉的物理填充效應。但硅粉的摻量達到13%時，混凝土坍落度下降更為明顯。

5.2.2 硅粉對混凝土抗壓的影響

由圖3可知，在混凝土中摻入硅粉、礦渣粉時，混凝土的抗壓強度由硅粉和礦渣粉共同作用。硅粉決定混凝土的早期強度，在允許范圍內硅粉摻量越大，抗壓強度越高于基準配合比；在28d齡期時，摻硅粉混凝土的強度仍然高于基準配合比，說明硅粉對提高混凝土的后期強度仍然有效。同時，硅粉以及礦渣粉的摻量不能超過一定的界限。

5.2.3 硅粉對混凝土劈裂抗拉強度的影響

從表7看出，混凝土中摻入硅粉后，混凝土的劈裂抗拉強度均高于不摻硅粉，但摻量達到7%后，劈裂抗拉強度出現下降現象。所以在需要通過摻加硅粉改善混凝土的劈裂抗拉強度時，硅粉的摻量宜控制在4%～7%這一范圍。

5.2.4 硅粉對混凝土抗氯離子滲透性能的影響

由表8看出，混凝土28d的電通量隨著硅粉摻量的提高呈現下降趨勢，這表明硅粉的摻入提高了混凝土的密實性，對提高混凝土抗氯離子滲透性能非常有利。但在硅粉摻量達到 10%時，混凝土電通量的曲線變緩，說明硅粉的摻量有其合理摻量范圍；摻量不宜過大，并與礦粉復摻效果更好。

6 小結

我們通過在 C80PHC管樁混凝土中摻入硅粉的試驗，可以看出，硅粉的適量摻加可以改善混凝土的工作性和混凝土的強度、耐久性等性能。同時，硅粉又屬工業廢料，有利于環境保護和降低造價，符合當今綠色混凝土的理念。綜上所述，硅粉對于PHC管樁的現實意義有以下方面：

（1）在施工條件特殊的情況下，可以通過摻加硅粉來改善混凝土的工作性能。如對直徑1.2mC型等特殊要求的PHC管樁可以通過摻加硅粉來提高混凝土的坍落度，滿足施工要求。

（2）在高強高性能混凝土中摻入一定量的硅粉，混凝土的抗壓強度會有所增長。

（3）混凝土中硅粉摻量控制在 4%～7%時，對改善混凝土的劈裂抗拉強度非常有利；這對于提高PHC管樁抗擊打能力非常有利；

（4）混凝土中摻入一定的硅粉，能降低混凝土的結構孔隙率，改善混凝土的孔結構，提高混凝土的密實性，對水工或海港工程混凝土的抗氯離子滲透性能改善非常有利。

本次試驗為今后特殊工程樁基需要做好了技術儲備，今后我們還將對硅粉在PHC管樁中應用的經濟性開展進一步分析。

S210

B

1007-6344（2016）06-0096-02

張亞琴，女， 1980.08，東南大學，建筑材料檢測與制品工藝專業，14年，現主要從事路橋用原材料、水泥混凝土、瀝青混凝土、土工等試驗檢測工作。對施工中的混凝土質量控制及耐久性方面有很好的見解，對新材料在混凝土中的應用進行了一些試驗研究。主要論文論著：《EDTA二鈉在水泥穩定碎石中滴定方法的試驗研究》，《混凝土碳化的影響因素及處理措施》等