混凝土中微硅粉的應(yīng)
一、硅粉在混凝土中的應(yīng)用
微硅粉是硅鐵或金屬硅生產(chǎn)過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)。
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。
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，從而提高界面過渡區(qū)的密實(shí)度和減小界面過渡區(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。 水泥漿與骨料的界面過渡區(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。
二、硅粉在混凝土中的應(yīng)用
微硅粉摻入水泥混凝土后能很好地填充于水泥顆粒空隙之中，使?jié){體更微密，另外它還與游離的Ca(OH)結(jié)合，形成穩(wěn)定的硅酸鈣水化物2CaO.SiO2. H2O,該水化物凝膠強(qiáng)度高于Ca(OH)晶體，主要表現(xiàn)在：
（1）增加強(qiáng)度：使混凝土抗壓、抗折強(qiáng)度大大增加，摻入5—10%的微硅粉，抗壓強(qiáng)度可提高10—30%，抗折強(qiáng)度提高10%以上。
（2）增加致密度：抗?jié)B性能提高5—18倍，抗化能力提高4倍以上。
（3）抗凍性：微硅粉在經(jīng)過300—500次快速凍解循環(huán)，相對(duì)彈性模量隆低10—20%，而普通混凝土通過25—50次循環(huán)，相對(duì)彈性模量隆低為30—73%。
（4）早強(qiáng)性：微硅粉混凝土使誘導(dǎo)期縮短，具有早強(qiáng)的特性。
（5）抗沖磨、控空蝕性：微硅粉混凝土比普通混凝土抗沖磨能力提高0.5—2.5倍，抗空蝕能力提高3—16倍。
具體應(yīng)用于以下工程建設(shè)領(lǐng)域：
（1）水利水電工程：大壩進(jìn)水閘，引水渠道，隧洞，調(diào)壓井，主廠房下部結(jié)構(gòu)（特別是水機(jī)蝸殼）等水工建筑物，充分利用硅粉混凝土具有良好的防水、抗?jié)B、耐沖磨和抗空蝕的特性。從1982年起，先后在葛州壩、大伙房水庫、映秀彎電站、龍羊峽電站等修補(bǔ)和維護(hù)的工程中推廣應(yīng)用，通過幾個(gè)汛期的考驗(yàn)，效果很好。目前微硅粉混凝土在二灘電站、紫坪鋪水利樞紐、黃河小浪底水利樞紐工程中大量使用后，也都取得了很好的效果。
（2）工民建工程：微硅粉混凝土具有早強(qiáng)、高強(qiáng)特點(diǎn)，大量用于工業(yè)廠房、高層建筑。如遼寧鞍山國際大酒店C50混凝土、北京市財(cái)稅大樓C110混凝土等。既可增加強(qiáng)度，減小構(gòu)件截面尺寸，縮短工期，又可
節(jié)省工程造價(jià)。
（3）公路建設(shè)：充分利用微硅粉混凝土的早強(qiáng)、高強(qiáng)、耐磨性能，可以修建高等級(jí)公路、機(jī)場(chǎng)跑道、公路遂道及路面搶修等工程。儀征化纖公司在廠區(qū)中心干道用硅粉混凝土修建道路，12小時(shí)抗壓強(qiáng)度達(dá)到25MPa，抗磨蝕提高1倍，24小時(shí)抗壓強(qiáng)度達(dá)到37MPa，超過設(shè)計(jì)要求的C20混凝土。
（4）港口、橋梁、鹽水工程：微硅粉混凝土致密度高，同時(shí)具有很高電阻率，不易形成電化學(xué)破壞，增強(qiáng)了抗銹蝕性能。香港青馬大橋、江蘇連云港木材碼頭、重慶大佛寺長(zhǎng)江大橋就是成功應(yīng)用范例。
（5）噴射混凝土工程：混凝土中摻入微硅粉后，顯著改善了塑性混凝土粘附性能和凝聚性，大幅度降低了回彈量，增大噴射混凝土一次成型厚度，縮短工期，節(jié)省了工程造價(jià)。在歐美國家，75%的噴射混凝土都摻入硅粉，而挪威和瑞典，微硅粉是噴射混凝土的必備材料
