硅粉混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究

李金波， 馮道德， 莊惠平

1空軍工程第一總隊(duì)（100089） 2徐州空軍學(xué)院機(jī)場(chǎng)工程系（221000）

1 硅粉的性能概述

硅粉也叫微硅粉、硅灰或凝聚硅灰，是在冶煉硅鐵合金或工業(yè)硅時(shí)，形成的粉末狀二氧化硅（SiO2），這種粉塵即為硅粉。硅粉的顆粒極其細(xì)微，其顆粒尺寸基本在1μm以下，平均為0.1～0.3μm，約為水泥的1/100，硅粉是一種高效的活性摻合料，能夠顯著提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

2 硅粉的作用機(jī)理

硅粉在混凝土中的作用機(jī)理可簡(jiǎn)述為:普通混凝土內(nèi)部不密實(shí)，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；加入硅粉后，由于硅粉顆粒小，且為球形，硅粉顆?？商畛淦溟g，并與Ca(OH)2反應(yīng)，生成新物質(zhì)，堵塞孔道，大孔隙減少,生成的C-S-H晶體強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好，同時(shí)，由于硅粉混凝土泌水少，改善了過(guò)渡區(qū)的結(jié)構(gòu)，因而提高了混凝土強(qiáng)度。

3 試驗(yàn)研究

3.1 原材料

試驗(yàn)采用P·O52.5普通硅酸鹽水泥，普通河砂細(xì)度模數(shù)2.5；骨料采用碎石，連續(xù)級(jí)配，試驗(yàn)前進(jìn)行過(guò)篩，滿足最大粒徑20mm連續(xù)級(jí)配要求；減水劑采用MN高效減水劑，為黃褐色粉末，其減水率為15%～25%，減水劑摻量為膠凝材料的1.8%。硅粉混凝土配合比見表1。

表1 硅粉混凝土配合比

3.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

靜態(tài)抗壓試驗(yàn)分別是在60噸電液伺服萬(wàn)能壓力試驗(yàn)機(jī)和100噸液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的,試件尺寸為100mm×100mm×100mm的非標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，試驗(yàn)步驟如下:

1）將試件放在試驗(yàn)機(jī)的下壓板上，調(diào)整下壓板處于水平狀態(tài)，并使試件的中心與試驗(yàn)機(jī)的中心對(duì)準(zhǔn)。然后緩慢調(diào)整試驗(yàn)機(jī)的上壓板,使其下降直至其表面和試件將要接觸為止。

2）采用連續(xù)均勻地加荷，取每秒鐘1.0 MPa。當(dāng)試件接近破壞開始急劇變形時(shí)，停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門，直至破壞。然后記錄破壞荷載。

3）數(shù)據(jù)的處理:三個(gè)試件測(cè)試值的算術(shù)平均值作為該組試件的強(qiáng)度值（精確至0.1 MPa）；三個(gè)測(cè)試值中的最大或是最小值中如有一個(gè)與中間值差距超過(guò)中間值的15%時(shí)，取中間值作為該組試件的抗壓強(qiáng)度值;如最大值和最小值與中間值的差均超過(guò)中間值的15%,則該組試件的試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效。抗壓強(qiáng)度按下式計(jì)算(結(jié)果精確至0.1MPa):

式中:fcc為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度（MPa）；F為試件破壞荷載（N）；A 為試件承壓面積（mm2）。

小立方體試件實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度乘以0.95的系數(shù)換算為混凝土28 d實(shí)測(cè)強(qiáng)度。

從圖1可以看出，摻入硅粉能明顯的提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著硅粉摻量的增加而提高。水灰比0.3時(shí)，當(dāng)硅粉摻量小于16%，硅粉混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著硅粉摻量的增加而增大，而當(dāng)硅粉摻量超過(guò)16%后，再加入硅粉，硅粉混凝土的抗壓強(qiáng)度反而下降。在同一水膠比情況下，沒(méi)有摻硅粉時(shí)，混凝土7 d、28 d靜態(tài)抗壓強(qiáng)度分別為48.5 MPa和65.6 MPa；而摻入硅粉時(shí)，抗壓強(qiáng)度大幅增加，摻5%硅粉時(shí)7 d和28 d抗壓強(qiáng)度比不摻時(shí)分別提高22.7%和23.9%。摻入的硅粉在堿性環(huán)境中，能迅速發(fā)生火山灰反應(yīng)，生成大量C-S-H凝膠，早期強(qiáng)度提高很快，而在后期則趨于穩(wěn)定。

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[2]泰倫斯·C·赫蘭.關(guān)于硅灰和高性能混凝土的一些思考[J].混凝土,2007(6):10－13

[3]劉曉華,蓋國(guó)勝.微硅粉在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用概述[J].鐵合金,2007(5):41－44