硅灰對新拌合混凝土流變性能的影響研究

高燕群，馬坤誠，厲瑞峰

（柳州展南預拌混凝土有限公司，廣西柳州 545002）

混凝土流變性決定了密實性和可泵性，這會對其在建筑工程中的應用，以及工程竣工后的質量和應用造成直接影響，可見，研究混凝土流變性意義重大。而在新拌合混凝土中加入硅灰，能夠對新拌合混凝土流變性造成一定影響，可見，加強對相關內容的探究意義重大。

1 硅灰及混凝土流變性概述

1.1 硅灰概述

硅灰主要來自于冶煉鐵合金或工業硅，通過煙道排出的粉塵經收集得到的粉體材料，其中的礦物質成分以無定形的SiO2為主，一般占到了的全部成分的86%~96%之間，還有含有一定量的CaO、SiO2、Fe2O3等物質。在發生相變時，表面會產生張力作用，從而會產生非晶無定形圓球狀顆粒，其表面十分光滑，也會存在多個圓球顆粒合理粘結到一起的團聚體[1]。通過對硅灰性質進行全面分析可以發現，硅灰表面積很大，是一種活性較高火山灰物質，硅灰球與粉煤灰與水泥相比小得多，其顆粒主要都在0.5μm以下。硅灰摻入到物料中，其能夠起到的主要作用就是潤滑，通過對其進行應用，能夠使混凝土性能得到改善，滿足建筑工程建設需求[2]。

1.2 混凝土流變性

混凝土流變性指的就是在外力作用下流動性和變形情況，流動性也就是混凝土流動性改變，變形指的使坍落度突然增大，混凝土流變性會對其性能和應用造成直接影響，也會影響采用混凝土建設后工程的質量。對于混凝土流變性分析是一項復雜工作，在實際問題分析期間，工作人員必須嚴格依據制定要求開展，確保最終分析結果準確性。

2 混凝土原材料及配合比

（1）水泥：桂林興安海螺P.O42.5水泥，28d水泥強度為51.0MPa。

（2）礦粉：柳州強實S95級礦粉，比表面積425m2/kg，28d活性指數98%。

（3）石灰石粉：柳州匯弘石灰石粉，45μm方孔篩篩余12%，MB值0.25，流動度比113%。

（4）機制砂：表觀密度2730kg/m3，細度模數2.9，MB值0.25，石粉含量13%。

（5）石：表觀密度2780kg/m3，5~25mm連續級配碎石，針片狀含量6.0%，壓碎指標11%。

（6）減水劑：廣西南寧星都建材生產的XD-Ⅲ型聚羧酸系高效減水劑，減水率為25%。

（7）硅灰：南寧三永建材科技有限公司硅灰，燒失量0.85%，需水量比109%，活性指數112%。

（8）水：飲用水。

（9）混凝土配合比，如表1所示。

3 新拌合混凝土流變性分析

3.1 試驗分析

混凝土工作性試驗結果如表2所示。

表2 混凝土工作性試驗結果

通過表2中的數據可以發現，向混凝土中加入硅灰，可以縮短漏斗經過時長和T500時間，對于坍落度和擴展度有一定的影響。在硅灰摻量在不超過6%的情況下，對于漏斗經過時長，以及T500造成的影響較為顯著，而當硅灰摻量在低于6%時，提升硅灰摻量對于混凝土工作性能造成的具體影響則十分有限。

表1 混凝土配合比 單位：kg/m3

3.2 混凝土流體變化情況

大量研究結果表明，新拌合混凝土符合賓漢姆流變模型，這對建筑工程中采用的普通類型混凝土來說，可以采取坍落度法是測定混凝土流動性的一種成熟、有效方法，但是，針對大流變性混凝土來說，在檢測時，無法精準體現混凝土流變性能[3]。因此，人們在對混凝土性能進行研究過程中，一直都嘗試一種精準、簡便的測定流變性的試驗方法，從現階段情況來看，受研究時間，技術等多項因素影響，并未形成一種人們普遍接受或規范的科學方法。筆者采用流變儀，利用塑性粘度、屈服應力、分層度等各項指標開展流變性實驗，從而完成相應分析工作[4]。

新拌合混凝土是一種賓漢姆流體，對于這類流體來說，如果作用在立體上的剪切力大小超出其屈服應力時，此時，將會導致流體將會發生顯著改變，簡單來說，流體如果不發生改變，其能夠承受剪切應力。在試驗開展過程中，隨著硅灰摻量增加，混凝土拌和物塑性粘度則會顯著降低，造成該現象的主要原因就是硅灰形成。由于變形過程，表面受到張力作用影響，則會產生非結晶相無定形圓球狀顆粒，而且混凝土比表面會呈現出光滑狀態，一些多個圓球顆粒在混凝土中能夠聚集在一起，從而形成團體，其是一種面積大，而且具有較高活性的山灰物質，其對于改善混凝土性能會造成直接影響[5]。此外，微小球狀體在具體應用時能夠起到一定潤滑作用，減小固體之間摩擦力，降低拌合物塑性難度。而在摻灰量在小于10%的狀況下，能夠減緩塑性粘度較低具體速率。

通過上述實驗可以發現，混凝土屈服應力大小將會隨著硅灰摻量的加大而加大，造成這一現象的主要原因是混凝土原材料顆粒的尺寸相對較大，用于混凝土澆筑中拌合水可以在骨料之間的孔隙流動。而考慮到混凝土拌合中采用的硅灰粒徑相對較小，因此，能夠將這些孔隙得到封堵，而且能夠將泌水期間的流動通道被切斷[6]。而在混凝土中加入到一定量灰后，可以使混凝土整體屈服應力大小得到進一步提高，進而滿足應用需求。除此之外，混凝土屈服應力大小與導致坍落度筒排空時間也會存在一定關聯。

3.3 分析分層度

在問題分析過程中，為了實現對混凝土分層特征的合理評價，將混凝土裝滿模具，然后將模具放在振動臺上，振動1.5min，通過充分加速振動后，能夠讓混凝土加速分層，再將混凝土在垂直度上方向劃分為4層，將混凝土中粗骨料清洗出來，完成上述作業后，分析粗骨料性能。混凝土分層度隨著硅灰摻量增加而變大，當硅灰摻量達到10%時，分層度會達到0.543，拌合物將會發生分層問題，而且整體和易性差。

4 混凝土中在建筑工程中的具體應用

硅灰是一種活性很高的礦物質摻合料，其中的主要活性成分為SiO2，將其作為輔助膠凝材料加入到混凝土和水泥漿體中，通過對其進行應用，一方面可以使水泥水化度能夠得到進一步提高，另一方面也能夠與混凝土中加入的Ca（OH）2發生二次水化反應，進而使混凝土中骨料界面和水泥漿體性能產生影響，同時，也會對混凝土微結構，以及水泥漿體性能造成一定影響。經過一段時間研究，該項技術已經十分成熟，目前，已經被合理應用到一些建筑工程中，而且得到了廣泛應用與推廣。某工程中采用的混凝土流變性參數控制指標及硅灰摻量：工程強度等級為C70，混凝土中的硅灰摻量約為6%，導致時長小于4s，拓展度在685~745mm，T500時間小于5s，漏洞經過時長在9~15s，塑粘性度在50~105Pa·s。通過對建筑工程具體施工情況進行分析可以發現，在混凝土澆筑中摻入硅灰，一方面可以使混凝土整體抗壓強度得到進一步提高，另一方面要能夠使采用的混凝土耐久性也能夠提出較大貢獻，主要包括混凝土密實性、抗凍性、抗鋼筋腐蝕性等。一般來說，應對將硅灰摻量控制在6%~14%之間，其中最佳摻量要控制在的10%，摻量高過容易導致混凝土在后期應用中發生分層問題，這也會對最終建設的建筑工程質量造成直接影響。加入硅灰的摻量混凝土在許多建筑工程中得到了廣泛應用，而且從整體應用情況來看，對于泵送混凝土來說，硅灰摻量應對控制在膠凝材料總量的5%~10%之間，提高混凝土性能，進而使建筑工程最終質量能夠得到進一步提高，滿足應用需求。

5 結語

對于泵送混凝土流變特征可以采用混凝土流變儀檢測，如果受條件限制，沒有檢測儀器，在具體檢測時，要采用漏斗和倒筒時間完成相應檢測度。同時，考慮到泵送混凝土是一種高觸變性粘性流土，在對其進行應用時，為了降低泵送混凝土遭受到阻力，以免泵送混凝土期間出現紊流，要對混凝土進行控制，將其混凝土塑性粘度始終處于合理范圍內。通過對摻硅灰混凝土在建筑工程中的應用，對于泵送混凝土中加入硅灰摻量要進行合理控制，利用硅灰取代觸變劑，改善混凝土性能，降低混凝土粘度，以免引起堵泵問題。