硅粉对混凝土性能影响的研究

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　　把硅粉作为掺合剂用于混凝土工业是国外硅粉综合利用中研究最早、成果最多、应用最广的一个领域。由于硅粉颗粒细小,比面积大,具有强火山灰活性等物理化学特点,把硅粉作为掺合剂加入混凝土,能显著改善混凝土的各项性能。
　　
　　1 对混凝土力学性能的影响
　　
　　新拌混凝土内部,由于泌水使得混凝土内部产生大量毛细孔,导致混凝土强度下降。加入硅粉后,由于硅粉的比表面积较大,混凝土内部的大量毛细水被硅粉所约束,减少了混凝土内部的泌水,提高了水泥浆与骨料及钢筋的粘结。并且由于硅粉的火山灰反应,改变了混凝土内部的孔结构,使混凝土的强度大幅度提高。研究表明[35-37],掺入占水泥质量5%～10%的硅粉(水灰比控制在0.2～0.3,掺入高效减水剂),混凝土的抗压强度可达80～120MPa。掺水泥质量20%硅粉的混凝土28d强度可提高5%～35%。但随着硅粉掺量的增加,强度增加将变得越来越不明显,这可能是由于需水量增加的缘故。因此,掺硅粉的混凝土必须与高效减水剂同时使用,才可以起到既节约水泥,又提高强度的双重效果。
　　
　　2 对混凝土耐久性的影响
　　
　　(1)对混凝土抗磨蚀性的影响
　　硅粉对于改善混凝土的抗磨蚀较之提高混凝土的强度,其效果更加明显。这是因为,加入硅粉后减少了混凝土的泌水和离析,提高了水泥浆体与骨料粘结强度,从而使得混凝土的耐磨性也得以提高。据有关资料,硅粉混凝土的抗磨蚀性与同水泥用量而不掺硅粉的混凝土相比,其抗冲磨能力提高1倍左右,抗空蚀能力提高3倍以上。
　　(2)改善混凝土的抗渗性和抗冻性
　　由于硅粉的掺入,使混凝土的密实性得到提高,从而提高了其抗渗性。混凝土的抗冻性取决于混凝土的孔结构、水灰比、原料、水饱和度、养护条件、以及外部环境等诸多因素。水胶比在0.4～0.6时,在没有引气的情况下,不管掺与不掺硅粉,混凝土的抗冻性均较差,而在引气的情况下,硅粉混凝土的抗冻性得到极大的改善。
　　(3)抗碱骨料反应
　　碱集料反应必须具备3个条件:(1)混凝土中的集料具有活性;(2)混凝土中含有一定量可溶性碱;(3)有一定的湿度。排除这三个条件中的任何一个都可达到控制碱集料反应的目的。加入硅粉可减少混凝土的碱骨料反应,因为硅粉粒子改善了水泥胶结材的密封性能,并且反应要消耗一定量的碱骨料反应需要的氢氧化钙,使氢氧化钙均匀分布,减少了水分子通过浆体的运动速度,结果改变了混凝土中的空隙率缓和了局部压力。使得碱膨胀反应所需的水分减少。同时由于硅粉的分散度较大,粒径小,比表面积大,增大了SiO2的溶解度,可吸附碱离子,降低了混凝土细孔溶液中氢氧离子的浓度,生成含钙量高的非膨胀性凝胶体。氢氧离子的浓度降到某一限度以下时不发生碱骨料反应。另外,在有硅粉掺加时所形成的水化硅酸钙的钙硅比值较低,增加了凝胶的稳定性。这些都使得混凝土抗碱骨料反应的能力增强。微硅粉对碱骨料反应的预防控制作用,有效提高了混凝土的耐久性,延长结构物的使用寿命。同时也是减少混凝土的生产量,实现减轻环境负荷的重要途径。
　　
　　3 对混凝土工作性及物理性能的影响
　　
　　掺入硅粉可以改变混凝土的一些重要物理性能指标,在电镜下观察,掺硅粉混凝土的水泥石空隙中有晶体生长,硅粉颗粒可以填充相对较大的水泥颗粒的孔隙,减少孔隙的体积,但硅粉比表面积很大对和易性的影响更大。为了保持和易性,需增大用水量保持一定的坍落度,但同时失去了掺硅粉的作用,若硅粉和高效减水剂联合使用,则混凝土的和易性很好、不离析、不泌水,便于运输。国内外研究证明,硅粉掺入量即取代率愈多,混凝土材料愈难以离析和泌水,当取代率达20%～30%时,将该混凝土直接放人自来水中也不易产生离析。由于硅粉对混凝土离析和泌水性能的改善,使掺硅粉混凝土可以运用到海港、隧道等水下工程。
　　
　　参考文献:
　　[1] 王铁锋,张燕坤. 硅粉对轻骨料混凝土耐久性能影响的研究. 新型建筑材料,2006(3):53~55
　　[2] 曾庆军,莫海鸿. 纳米硅粉水泥土抗腐蚀性能研究. 科学技术与工程,2007(2):222~225

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