硅灰對混凝土性能的影響

硅灰對混凝土性能的影響

□□ 劉曉林(太原太工天昊土木工程檢測有限公司，山西 太原030024)

摘要：在混凝土中摻入一定量的硅灰可以提高混凝土的工作性能、強度和耐久性能。當混凝土中硅灰的摻量>5%時，必須在混凝土中加入一定量的高效減水劑，以保證混凝土的工作性能。

關鍵詞：硅灰；混凝土；強度；耐久性

文章編號：1009-9441(2015)01-0014-02

中圖分類號：TU 528.043

文獻標識碼：A

Abstract：In the concrete mixed with a certain amount of silica fume can improve the working performance，strength and durability of the concrete，and when the content of silica fume in concrete after more than 5% have to add a certain amount of high efficiency water reducing agent in concrete，to ensure the working performance of concrete.

作者簡介：劉曉林(1989-)，女，山西懷仁人，2011年7月畢業(yè)于山西職業(yè)技術學院建筑工程技術專業(yè)，現(xiàn)從事建材技術檢測與試驗工作。

收稿日期：2014-12-14

引言

硅灰是冶金工業(yè)和工業(yè)硅生產(chǎn)過程中形成的一種粒徑極小的混凝土外摻料。硅灰中具有大量的不定形二氧化硅，并且粒徑極小，具有極強的膠結力，因此適用于混凝土行業(yè)。1950年，挪威成為第一個研究硅灰在混凝土中的作用機理的國家，并且使用硅灰建造了Blindtarmen隧道。1976年，挪威頒布了第一部關于硅灰的應用技術標準。1978年，挪威在標準中規(guī)定硅灰作為一種混凝土外摻料應用于混凝土中。這不僅因為硅灰是一種工業(yè)廢料，而且將硅灰應用到混凝土中可以提高混凝土的強度和抗?jié)B性能，石灰和二氧化硅可以在極短的時間內(nèi)發(fā)生反應生成一種高強度物質(zhì)，提高混凝土的早期強度[1]。硅灰的應用方法一般分為兩種：一種是將硅灰作為混合料應用于水泥中；另一種是將硅灰加入到混凝土中。兩種應用方法的作用機理一樣，產(chǎn)生的增強效果也基本相同。

1硅灰對混凝土工作性的影響

在混凝土中摻入硅灰可以提高混凝土的“穩(wěn)定性能”，即可以減小混凝土的離析和泌水度。混凝土所用砂和石由于尺寸較大，混凝土中的拌和水可以通過這些骨料間的孔隙流動，而硅灰由于粒徑小可以封堵這些孔隙，切斷泌水過程的流動通道。并且加入硅灰后可以增加固體與固體的接觸點，增大混凝土內(nèi)部的粘聚力。但是，當混凝土中硅灰的摻量>20%時，混凝土的黏稠度大幅度增加，會增大施工難度；而當硅灰的摻量<10%時，可以保證不增加用水量和減水劑用量而保持混凝土具有較好的流動性。當混凝土的坍落度一定時，混凝土用水量與硅灰的摻量呈正比例增長關系。出現(xiàn)這種情況時，可以加入適量高效減水劑，以降低混凝土用水量。當混凝土中硅灰的摻量為10%~20%時，為保證混凝土的坍落度和流動性，在水灰比不變的情況下，應加大減水劑的用量，以提高混凝土的強度和耐久性能。

2硅灰對混凝土凝結時間的影響

很多研究表明，在混凝土中加入一定摻量的硅灰對混凝土的凝結時間沒有顯著的影響。例如Pistilli M F等[2]的研究表明，當普通硅酸鹽水泥的用量為237 kg/m3，而硅灰的用量為24 kg/m3時，混凝土的初凝時間和終凝時間分別延長26 min和29 min，可以起到緩凝的效果。

3硅灰對混凝土強度的影響

硅灰對混凝土強度的影響主要體現(xiàn)在其在混凝土中的使用方式，即硅灰應用到混凝土中是以混凝土材料的方式應用，還是以取代混凝土中水泥用量的方式。通常是在摻入硅灰的混凝土中加入一定量的減水劑，以保持混凝土的水灰比不變，這時分析硅灰對混凝土強度的影響才有意義，尤其是硅灰的摻量為5%左右最為有用。

一般是將硅灰應用到混凝土中，對混凝土的1 d至3 d強度并無較大影響，而對混凝土的3 d至28 d強度影響較大，可以使混凝土的強度顯著提高，對混凝土的28 d至90 d強度影響不大。Pistilli M F等[2]通過試驗得出，當混凝土中的水泥用量為297 kg/m3，硅灰的摻入量為24 kg/m3時，混凝土的7 d和28 d強度分別增長10%和20%，而混凝土的早期強度(1 d和2 d)并無較大變化。

4硅灰對混凝土抗?jié)B性的影響

混凝土抗侵蝕水的耐久性一般取決于混凝土的抗?jié)B性能。由于硅灰粒徑較小，可以改善混凝土中孔隙的大小和數(shù)量，當混凝土中硅灰的摻量為10%時，混凝土在7 d和28 d齡期下基本保持不滲透，可以有效減小混凝土中的孔隙孔徑。

Hustad T等[3]對摻入硅灰的混凝土進行了抗?jié)B性能的試驗研究。研究發(fā)現(xiàn)，硅灰對混凝土的抗?jié)B性能有較顯著的影響。試驗證明，在混凝土中加入100 kg/m3水泥，硅灰摻量為20%，并且加入一定量的高效減水劑得到的混凝土，其抗?jié)B性能與混凝土中加入250 kg/m3水泥，但不摻硅灰和高效減水劑的抗?jié)B性能相同。

5硅灰對混凝土耐磨性的影響

一般情況下，混凝土的耐磨性能與混凝土強度有直接關系。當混凝土的密實度較高，并且混凝土所用骨料質(zhì)地堅硬的前提下，混凝土才能具有較高的強度，同時也具有較高的耐磨性能。Wolsiefer J[4]采用ASTM C 779《混凝土水平面耐磨性的標準試驗方法》進行了混凝土耐磨性試驗。研究表明，在混凝土中摻入一定量的硅灰后，混凝土的磨損深度非常小，當混凝土強度達到76 MPa時，混凝土在60 min內(nèi)磨損1.4 mm。同樣，Holland T C等[5]也證實在混凝土中加入硅灰和高效減水劑后，其耐磨性遠遠高于基準混凝土。

6硅灰對混凝土耐化學腐蝕性的影響

在混凝土中加入硅灰后，不僅可以提高其強度和耐磨性，而且可以提高其耐酸性或耐硫酸鹽侵蝕的能力。在混凝土中加入硅灰后，可以降低混凝土中氫氧化鈣的含量，當混凝土中硅灰的替代率達到20%時，混凝土中的水化反應生成的氫氧化鈣含量基本為零；當硅灰的替代率為25%時，混凝土28 d齡期時氫氧化鈣已經(jīng)不存在。

在日常生活中，食物中的有機酸和工業(yè)礦物中的礦物酸及鹽類均會對混凝土造成腐蝕，此時需要降低混凝土的滲透率，即提高混凝土的密實度。Wolsiefer J[4]研究了硝酸銨對混凝土的腐蝕影響，試驗基準組采用水泥325 kg/m3，混凝土的水灰比為0.28；試驗組采用硅灰的摻量為65 kg/m3。進行侵蝕試驗57周后，發(fā)現(xiàn)摻有硅灰的混凝土強度并未下降，而基準混凝土的抗壓強度損失74%。因此，在混凝土中加入一定量的硅灰后，可以抵抗混凝土的耐化學腐蝕性能。

7硅灰應用于混凝土的技術特點

通常在混凝土中硅灰是作為一種輔助膠凝材料，但是隨著社會進步和混凝土行業(yè)的發(fā)展，硅灰應用于混凝土中還具有其他技術優(yōu)勢，如具有高強度和高耐久性能，并且硅灰通常在混凝土中是替代水泥膠凝材料，可以減小水化熱等。從硅灰提高混凝土強度的角度分析，在混凝土中使用硅灰替代一定量的水泥后，混凝土強度提高替代量的2~3倍。在混凝土中摻入硅灰后，通常還要加入一定量的高效減水劑，尤其是當混凝土中硅灰的摻量>5%時[6]，必須加入一定量的高效減水劑。

新澆筑的硅灰混凝土對溫度較敏感，溫度過低時可能出現(xiàn)收縮裂縫，因此應加強養(yǎng)護。當混凝土表面的水分蒸發(fā)速率>1 kg/(m2·h)時，不僅要保證正常養(yǎng)護，而且還應采取適當?shù)拇胧┳柚够炷帘砻娴乃终舭l(fā)。一般宜采取加濕養(yǎng)護、遮光罩養(yǎng)護、冷卻隔層養(yǎng)護、覆蓋養(yǎng)護后噴霧養(yǎng)護等。

8結語

硅灰在混凝土中的應用較為廣泛。在混凝土中摻入一定量的硅灰，可以提高混凝土的強度、抗?jié)B性能、耐磨性能和耐化學腐蝕性能等，特別是在抗氯離子侵蝕方面的作用更是不可取代。其原因主要是由于硅灰粒徑較小，并且可以參與到水泥的水化反應中，分布到混凝土中生成一種堅硬、膠結力強的物質(zhì)，提高了混凝土的密實度，從而提高了混凝土的強度和其他性能。硅灰在混凝土中的具體應用和其他效果還有待于進一步深入研究。

參考文獻：

[1] 肖佳，周士瓊，徐亦冬.粉煤灰、硅灰對水泥膠砂性能影響的試驗研究[J].混凝土，2003(8)：28-30.

[2] Pistilli M F，Wintersteen R，Cechner R.The uniformity and influence of silica fume from a US source on the properties of Portland cement concrete[J].Cement，Concrete and Aggregates，1984，6(2)：120-124.

[3] Hustad T，Loland K E.Silica fume in concrete-permeability[R].Trondheim：Cement and Concrete Inst at the Norwegian Institute of Technology，No.STF 65 A81031，1981.

[4] Wolsiefer J.Ultra high-strength field placeable concrete with silica fume admixture[J].Concrete International，1984，6(4)：25-31.

[5] Holland T C，Krysa A，Luthet M D，etal.Use of silica-fume concrete to repair abrasion-erosion damage in the Kinzua Dam Stilling Basin[A].In：Proceedings of the CANMET/ACI International Conference on Fly Ash，

Silica Fume，Slag and Natural Pozzolans in Concrete[C].Madrid，1986，91(2)：841-863.

[6] 霍建梅，李珠，王文婧.納米材料對?；⒅楸鼗炷列阅艿挠绊慬J].混凝土與水泥制品，2013(10)：54-57.

Influence of Silica Fume on Concrete Performance

LIU Xiao-lin

(Taiyuan Tech-Skyhawk Civil Engineering Inspection Co.，Ltd，Taiyuan，Shanxi，030024，China)

Key words：silica fume；concrete；strength；durability

(編輯盛晉生)

建筑設計