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論微硅粉在高強(qiáng)度混凝土中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞:微硅粉、混凝土、金屬硅

一、前言
    微硅粉是硅鐵或金屬硅生產(chǎn)過(guò)程中由礦熱爐中的高純石英、焦炭和木屑還原產(chǎn)生的副產(chǎn)品,在冶煉中發(fā)生復(fù)雜的反應(yīng)。其中,石英石與碳在1750℃時(shí),還原反應(yīng)產(chǎn)生不穩(wěn)定的一氧化碳,在溫度高于2160℃時(shí),SiO含氣化送出,遇到低于1100℃空氣時(shí)與氧反應(yīng),生成SiO2,冷卻后形成高細(xì)度顆粒,經(jīng)收塵器過(guò)濾收集即是硅粉。一般微硅粉的顏色在淺灰和深灰之間,SiO2本身是無(wú)色的,其顏色主要取決于碳和氧化鐵的含量,碳含量越高,顏色越暗,另外加密的硅粉要比自然硅粉顏色暗。硅粉的粒徑都小于1um,平均粒徑為0.1um左右,是水泥顆粒直徑的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(shí)度,同時(shí)微硅粉具有很高的活性,能更快更全面的與水泥水化產(chǎn)生的氧氫化合物反應(yīng)。
二、應(yīng)用歷史
    在混凝土中摻加少量微硅粉,結(jié)合高效減水劑混凝土各方面物理力學(xué)性能都能得到改善,例如顯著減少混凝土的離析和泌水,有效提高混凝土的泵送性能,顯著提高混凝土的早期和后期強(qiáng)度,降低氯離子的滲透能力,有效提高混凝土的抗化學(xué)腐蝕和耐磨性能,在水下施工保持混凝土不分離。簡(jiǎn)而言之,硅粉已大量用于高耐久、高強(qiáng)混凝土中。
    實(shí)際上,微硅粉在混凝土中的應(yīng)用研究可追溯到上世紀(jì)四十年代的挪威。七十年代末,北歐和北美對(duì)于微硅粉在混凝土中的應(yīng)用研究也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,八十年代初,中國(guó)對(duì)微硅粉混凝土作了大量的研究工作,并在水利工程中有較多應(yīng)用,取得了良好的效果。水利部還頒布了“水工混凝土硅粉品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)暫行規(guī)定”。另外,微硅粉在混凝土中應(yīng)用的同時(shí),受到技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的有力促進(jìn),混凝土的耐久性越來(lái)越受重視。
    實(shí)踐表明:普通混凝土工程在惡劣的環(huán)境中可能短時(shí)間內(nèi)受到嚴(yán)重?fù)p壞,從而威脅工程質(zhì)量大大降低工程的使用壽命。而采用水泥、硅粉和粉煤灰及減水劑配制出滿足各方面要求的高性能混凝土,成功應(yīng)用于各工程中,大大促進(jìn)噴射混凝土工藝技術(shù)的進(jìn)步,噴射回彈時(shí)大幅降低,施工效率成倍增加,混凝土性能顯著改善,將混凝土施工的靈活、快速和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)提高到一個(gè)新的水平。
三、硅粉的種類及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)
    硅粉主要以二種形式供應(yīng),即原態(tài)微硅粉和增密硅粉。
    1、原態(tài)微硅粉,即通過(guò)收塵器直接收集得到的產(chǎn)品,松散容積約為150-200kg/m³,原態(tài)硅粉一般采用袋裝運(yùn)輸,由于密度很小,長(zhǎng)途運(yùn)輸效率較低,使用時(shí)多采用人工直接破袋將微硅粉倒人混凝土攪拌機(jī),工作環(huán)境粉塵大,工作效率低。
    2、增密微硅粉,為解決原態(tài)微硅粉不宜長(zhǎng)途運(yùn)輸及效率低的問(wèn)題,開發(fā)出了提高微硅粉松散密實(shí)度的“微硅增密技術(shù)”。這種技術(shù)使原態(tài)微硅粉在壓縮空氣流的作用下,滾動(dòng)聚集成小的顆粒團(tuán),從而將微硅粉的松散容積提高到 500-700 kg/m³,大大方便了使用,增密微硅粉小顆料團(tuán)的顆粒凝聚力較弱,在混凝土攪拌機(jī)中的攪拌過(guò)程非常容易散開,因此微硅粉顆粒能在骨料投料后投入攪拌機(jī),以保證增密微硅顆粒團(tuán)散開和良好的分散。
    3、微硅粉的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
    SiO2含量越高,微硅粉的性能越高,其他非SiO2雜質(zhì)含量就低。微硅粉含量>85%,微硅粉的碳在混凝土中含吸附部分引氣劑,故,燒失量<=7%(控制碳和含水量)再次是微硅粉的細(xì)度要控制在45 um,顆粒大的,篩分量在10%以下。
    以前有的學(xué)者專家曾計(jì)算:以15%的微硅粉取代水泥,則在混凝土中水泥顆粒與微硅粉顆粒數(shù)量的比例為1:2000000,由此可知微硅粉是一種超細(xì)粉末物質(zhì),其之所以提高混凝土的強(qiáng)度,關(guān)鍵在于提高了水泥漿體與骨料之間的粘結(jié)強(qiáng)度,能降低淡水,防止水分在骨料下表面聚集,從而提高界面過(guò)渡區(qū)的密實(shí)度和減小界面過(guò)渡區(qū)的厚度。
    微硅粉的粒徑比水泥顆粒要小100倍,填充于水泥顆粒的空隙之間,其效果如同水泥顆料填充在骨料之間一樣,增加混凝土的密實(shí)度。然而微硅粉在這些作用的前提條件之一,就是良好的分散于混凝土中。

四、微硅粉對(duì)硬化混凝土性能的影響
    水泥漿與骨料的界面過(guò)渡區(qū)的厚度約為5um,是混凝土中的薄弱環(huán)節(jié),而加入微硅粉的砂漿中,骨料界面過(guò)渡區(qū)則與伊漿的顯微結(jié)構(gòu)相似,密實(shí)勻質(zhì)。微硅粉對(duì)硬化混凝土性能的的改善,主要被歸結(jié)為對(duì)界面結(jié)構(gòu)與組成的改良,凈漿與骨料粘結(jié)強(qiáng)度的提高,從而消除了混凝土中不同復(fù)合組份的“弱連接”問(wèn)題,使混凝士具有復(fù)合材料的特性,即骨料顆粒在混凝土中起著增強(qiáng)作用,而不僅僅是惰性的填充物。在混凝土中添加硅粉能使混凝土更好的提高抗?jié)B透性能,有效的提高抗化學(xué)腐蝕。但也有一缺點(diǎn),就是加入硅粉的混凝土,養(yǎng)生期內(nèi)容易吸水,必須及時(shí)保水,以防止干裂。
    
    以上主要介紹添加微硅粉混凝土的性能,在今后的生產(chǎn)建設(shè)中,有更多的行業(yè)或領(lǐng)域會(huì)涉及到微硅粉。目前,耐火材料中也大批量的應(yīng)用,在這里就不作更多的介紹。

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