硅灰在水下混凝土中的應用

馬坤誠，厲瑞峰，高燕群

（柳州展南預拌混凝土有限公司，廣西柳州 545002）

0 前言

硅灰是在冶煉硅鐵合金或工業硅時，通過煙道排除的粉塵，經收集得到的以無定型二氧化硅為主要成分的粉體材料[1]。據《普通混凝土配合比設計規程（JGJ 55—2011）》中描述：對強度等級不低于C80 的高強混凝土宜摻用硅灰。在高強混凝土中摻入硅灰確實有很好的降黏及增加強度效果，但是整個廣西柳州地區近10 年來鮮有C60 以上高強混凝土需求，而硅灰資源卻比較豐富，所以通過配合比設計及試驗，將硅灰應用于普通工業用常態混凝土中，能減少單方水泥用量，提高混凝土強度及密實性，有良好的推廣前景。

1 工程概況

柳州桂中大道東區地下停車廠位于柳州河東CBD 鬧市區，總建筑面積為48739.04m2，地上建筑面積2436.56m2，結構為框架結構，地上1 層，高度5m，地下2 層，負一層層高6.4m，負二層層高4.6m；基礎形式為平板筏基，因地理位置需要澆筑大量C30 水下支護樁，且清孔廢水很難外排，所以工地多采取現挖現澆施工工藝。

2 工程對C30 水下高性能混凝土技術要求

主要技術指標要求：

（1）高耐久性、28d 強度達到 35MPa 以上。

（2）高流動性：現場坍落度200±30mm，擴展度500mm 以上。

（3）長待料時間：3h 坍落度損失控制在40mm 以內。

3 原材料基本情況

（1）水泥：桂林興安海螺P·O 42.5，其物理性能指標見表1。

（2）礦粉：柳州強實S95 級礦粉，其技術性能指標見表2。

（3）石灰石粉：柳州匯弘石灰石粉，其技術性能指標見表3。

（4）細集料：廠內自磨石灰石機制砂，細度模數2.9，MB 值0.25～0.5。

表1 水泥物理性能指標

表2 柳州強實S95 級礦粉、實測技術性能指標

表3 柳州匯宏石灰石粉、實測技術性能指標

（5）粗集料：選用柳州本地太陽村鎮石場5～25mm 連續級配碎石，針片狀含量6.5%，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%，緩凝時間充足，適應性好。

（7）硅灰：南寧三永建材科技有限公司硅灰，其技術性能指標見表4。

表4 南寧三永建材硅粉、實測技術性能指標

（8）水：自來水。

4 配合比設計

普通混凝土內部不密實，水泥呈碎石狀、有棱角，由于孔隙中水表面張力作用，顆粒間不完全接觸；加入減水劑后，消除水的表面張力作用，顆粒接觸，孔隙率減少；加入微硅粉后，由于微硅粉顆粒小，且為球形，微硅粉顆粒可填充其間，并與Ca（OH）2反應，生成新物質，堵塞孔道，大孔隙減少，生成的C—S—H 晶體強度高、穩定性好，同時，由于微硅粉混凝土泌水少，改善了過渡區的結構，因而提高了混凝土強度[2]。通過試配分析我們利用混凝土中摻入硅灰能增加強度可以減少水泥用量，利用硅灰能夠降低混凝土的泌水使得混凝土擁有更優秀的保水性我們可以降低單位用水量，提高外加劑摻量，外加劑摻量提高后又能提高混凝土保坍時間。

表5 C30 水下混泥土配比

表6 混凝土工作性能對比

表7 現場試塊強度

硅灰堆積密度約為水泥堆積密度的一半，摻10kg 硅灰能產生相當于20kg 水泥的漿體，使混凝土漿體整體增加，硅粉比表面積遠大于水泥及其他參合料，有效填充水泥及參合料間的空隙，發揮滾珠效應，使混凝土擁有更好的流動性。

由表5 可以看出硅灰配比比正常配比活性材料中水泥與礦粉降低了35kg 每方，水降低了10kg 每方，外加劑摻量增加了0.52%，水膠比降低0.02 即水泥用量降低了水膠比反而還能降低。

而最終試配出來后混凝土工作性能見表6，可見因外加劑摻量提高了，混凝土3h 坍落度還能保持在坍損負30 以內, 并且28d 強度也還能有所提高。

5 工程實踐及應用

5.1 生產控制

因為添加硅灰后混凝土保水效果變好，易出現外加劑欠摻，所以生產前試驗室人員需測出砂子的含水率，并實時跟蹤含水率變化控制單方用水量并按試配用上對應的外加劑用量進行生產。投料時硅灰與礦粉及石灰石粉共用摻合料稱，需在攪拌骨料過程中加入主機攪拌，不能將混凝土拌好后再添加硅灰，加入硅灰混凝土需要比正常混凝土攪拌時間延長15～30s。

5.2 泵送情況

現場采用天泵，在混凝土卸料之前，要將混凝土罐正轉1min左右，再反轉卸料，保證混凝土的均勻性。現場觀察泵車下料順暢，混凝土和易性保持得很好。由于混凝土和易性好，具有很好的流動性和自密實性。觀察泵車主系統壓力，摻硅粉混凝土比未摻混凝土下降3～5MPa。

5.3 現場試塊情況

對使用硅灰后前6 次澆筑進行跟蹤，現場都按規定取樣驗證坍落度并留樣，混凝土工作性能和強度情況見表7。

混凝土坍落度、擴展度都滿足要求，且沒有離析泌水的現象，實驗結果表明：混凝土質量優異，強度富余系數大，標準差很小，穩定性好。

6 結語

利用硅灰擁有良好的降粘效果，可以提高外加劑摻量，減少單方用水量而混凝土不出現沉底現象；用水量降低水灰比不變則可以減少單方水泥用量且硅灰本身具有較高的活性和填充效應，混凝土整體的工作性、保坍時間、強度及耐久性都能得到大幅提高，可見硅灰用于常態混凝土有良好的推廣前景。