论微硅粉在混凝土施工中的应用

       摘要：微硅粉也叫硅灰或称凝聚硅灰，也有人叫硅粉,是硅铁或金属硅生产过程中由矿热炉中的高纯石英、焦炭和木屑还原产生的副产品，主要成分是SiO2，一般微硅粉的颜色在浅灰和深灰之间，SiO2本身是无色的，其颜色主要取决于碳和氧化铁的含量，碳含量越高，颜色越暗，另外加密的硅粉要比自然硅粉颜色暗。硅粉的粒径都小于1um，平均粒径为0．1um左右，是水泥颗粒直径的1／100，所以硅粉能高度分散于混凝土中，填充在水泥颗粒之间而提高密实度，同时微硅粉具有很高的活性，能更快更全面的与水泥水化产生的氧氢化合物反应。  关键词：微硅粉 混凝土施工 应用  将硅铁合金冶炼过程中排出的粉尘——微硅灰掺入到混凝土中，运用于公路工程施工实例较少，2005年滨州市公路局首次把水泥混凝土中参加微硅粉运用到工程实践中，取得了良好的效果。 微硅粉也叫硅灰或称凝聚硅灰，也有人叫硅粉,是硅铁或金属硅生产过程中由矿热炉中的高纯石英、焦炭和木屑还原产生的副产品，主要成分是SiO2，一般微硅粉的颜色在浅灰和深灰之间，SiO2本身是无色的，其颜色主要取决于碳和氧化铁的含量，碳含量越高，颜色越暗，另外加密的硅粉要比自然硅粉颜色暗。硅粉的粒径都小于1um，平均粒径为0．1um左右，是水泥颗粒直径的1／100，所以硅粉能高度分散于混凝土中，填充在水泥颗粒之间而提高密实度，同时微硅粉具有很高的活性，能更快更全面的与水泥水化产生的氧氢化合物反应。 一、应用历史 微硅粉在混凝土中的应用研究可追溯到上世纪四十年代的挪威。七十年代末，北欧和北美对于微硅粉在混凝土中的应用研究也取得了长足的进步，八十年代初，中国对微硅粉混凝土作了大量的研究工作，并在水利工程中有较多应用，取得了良好的效果。水利部还颁布了“水工混凝土硅粉品质标准暂行规定”。另外，微硅粉在混凝土中应用的同时，受到技术进步和社会经济因素的有力促进，混凝土的耐久性越来越受重视。 实践表明：普通混凝土工程在恶劣的环境中可能短时间内受到严重损坏，从而威胁工程质量大大降低工程的使用寿命。而采用水泥、硅粉和粉煤灰及减水剂配制出满足各方面要求的高性能混凝土，成功应用于各工程中，混凝土性能显著改善，将混凝土施工的灵活、快速和经济的优点提高到一个新的水平。 二、工作原理 运用于混凝土中填充颗粒空隙，提高体积密度和降低孔隙率。同时微硅粉在混凝土中具有火山灰反应，微硅粉水化形成的富硅凝胶，强度高于Ca(OH)2晶体，与水泥水化凝胶C-S-H共同工作。 三、硅粉的种类及应用标准 硅粉主要以二种形式供应，即原态微硅粉和增密硅粉。 1、原态微硅粉，即通过收尘器直接收集得到的产品，松散容积约为150－200kg／m3，原态硅粉一般采用袋装运输，由于密度很小，长途运输效率较低，使用时多采用人工直接破袋将微硅粉倒人混凝土搅拌机，工作环境粉尘大，工作效率低。 2、增密微硅粉，为解决原态微硅粉不宜长途运输及效率低的问题，开发出了提高微硅粉松散密实度的“微硅增密技术”。这种技术使原态微硅粉在压缩空气流的作用下，滚动聚集成小的颗粒团，从而将微硅粉的松散容积提高到 500－700 kg／m3，大大方便了使用，增密微硅粉小颗料团的颗粒凝聚力较弱，在混凝土搅拌机中的搅拌过程非常容易散开，因此微硅粉颗粒能在骨料投料后投入搅拌机，以保证增密微硅颗粒团散开和良好的分散。 3、微硅粉的质量标准   SiO2含量越高，微硅粉的性能越高，其他非SiO2杂质含量就低。微硅粉含量＞85%，微硅粉的碳在混凝土中含吸附部分引气剂，故，烧失量 <=7％（控制碳和含水量）再次是微硅粉的细度要控制在45 um，颗粒大的，筛分量在10％以下。以前有的学者专家曾计算：以15％的微硅粉取代水泥，则在混凝土中水泥颗粒与微硅粉颗粒数量的比例为1：2000000，由此可知微硅粉是一种超细粉末物质，其之所以提高混凝土的强度，关键在于提高了水泥浆体与骨料之间的粘结强度，能降低淡水，防止水分在骨料下表面聚集，从而提高界面过渡区的密实度和减小界面过渡区的厚度。微硅粉的粒径比水泥颗粒要小100倍，填充于水泥颗粒的空隙之间，其效果如同水泥颗料填充在骨料之间一样，增加混凝土的密实度。然而微硅粉在这些作用的前提条件之一，就是良好的分散于混凝土中。 四、优点 1、硅微粉是一种物理性质、化学性质均十分稳定的中性无机填料，不含结晶水，不参与固化反应，不影响反应机理。 2、对各类树脂有良好的浸润性，吸附性能好，易混合，不产生结团现象。  3、硅微粉粒度大小分布合理，致密性强，硬度大，耐磨性能好，可大幅度提高固化物的抗拉、抗压、抗冲击强度和耐磨性能，抗冲磨能力能提高0.5—2.5倍。 4、能增大导热系数，改变胶粘性和增加阻燃性能。 5、能降低环氧树脂固化反应的放热峰温度，降低固化物的线膨胀系数和固化物的收缩率，从而消除内应力，防止开裂。 6、由于硅微粉的粒度细，分布合理，能有效的减少和消除沉淀，分层现象。 7、硅微粉质纯，杂质含量低，物化性能稳定，使固化物具有良好的绝缘性能和抗电弧性能。 8、硅微粉的化学成分为二氧化硅（SiO2），属惰性物质，与大部分酸、碱不起化学反应，硅微粉均匀分布、覆盖在物件表面，具有较强的抗腐蚀性，抗空蚀能力提高3—16倍。 9、硅微粉，堆积密度小：一种在0.2-0.8之间，一种在1.0-2.2之间。作为聚合物填充材料，较其他矿物性填品用量少，装载重量小，节省聚合物用量，因此可降低产品成本。 10、抗冻性：微硅粉在经过300—500次快速冻解循环，相对弹性模量隆低10—20%，而普通混凝土通过25—50次循环，相对弹性模量隆低为30—73%。因此可以提高混凝土的抗冻性。 11、早强性：微硅粉混凝土使诱导期缩短，具有早强的特性。 五、硅粉混凝土的施工方法  1、硅粉混凝土的拌和。用搅拌机拌和，按配方将材料准确称量，投料次序为水→石子→砂→水泥→硅粉→用搅拌机搅拌1.5min，然后加入外加剂一胶乳再搅拌1.5min出机。混凝土拌好的象征是：各种材料拌和均匀，流动性好，不离析，塌落度控制在3cm以内，超过4cm则不得使用。 2、硅粉混凝土的运输。拌好的硅粉混凝土水平运输和垂直运输时间不得超过10min。 3、硅粉混凝土的入仓浇筑。浇筑过程应1次浇完，不得中途停止。由于机械故障等原因产生冷缝，应停止浇筑，等先浇混凝土具有一定强度(一般等24h后)，按施工缝处理后(处理方法与基面处理相同)，再浇筑剩余部分混凝土。浇筑宜从左或右向一个方向入仓，经平仓后，先用插入式振捣器，后用平板振捣器提浆，振捣时间较普通混凝土稍长一些，要振捣密实不能漏振。平仓振捣后收抹面的工人应抓紧拍打出浆并抹面，一般应收抹3次～4次，使其表面光滑平整，无空洞、麻面和无贯穿性裂缝，不平整度控制在5mm以内。 4、养护。新浇硅粉混凝土经振捣收抹后停1h～3h(根据现场气温具体确定)，立即加盖塑料薄膜，防止雨淋和表面蒸发产生裂缝，24h内严禁人踩或堆放杂物。经36h～48h后，去掉塑料膜，加盖草袋，按水工混凝土养护规程及时洒水养护。 六、使用中应注意的问题 1、配合比设计 1） 相容性：微硅粉应与减水剂、粉煤灰、矿粉、纤维等相容性良好。 2） 坍落度：由于其填隙效应，混凝土的粘滞性较高，因此掺微硅粉混凝土的坍落度设计要求比普通混凝土高2~3cm； 3） 掺入量：制造高强度及喷射混凝土，微硅粉掺入量为水泥量的6~12%；对于水下工程混凝土，其掺量略高；而将微硅粉作为助泵剂使用时，掺入量减为2%左右。通过配合比试验确定最终配合比。 2、加料与搅拌 1） 通常混凝土工业使用增密型微硅粉，因此可选择人工加料或自动加料。 2） 由于微硅粉独有的超细特性，微硅粉要求在骨料投料后立即投入，不得将粉状微硅粉加入已拌和妥的混凝土中。 3） 掺入微硅粉混凝土的搅拌时间比普通混凝土要延长30~40s，以获得良好的均匀性。 4）掺入微硅粉混凝土的运输没有特别要求，与普通混凝土相同。注意一点就是运输时间不得超过10min。 3、浇注和养护 1）微硅粉混凝土的振捣要求密实，不得漏振、欠振，也不得过振。一般振捣时间为10~30s； 2）要求混凝土连续供应，以防止冷接茬，造成隐患。接茬时间不得超过100min； 4） 微硅粉混凝土养护过程中防止水份的过早蒸发非常重要。因此，浇注完毕，立即覆膜、并铺设麻袋、浇水养护。 结束语 我国目前拥有上千座硅铁及工业硅炉，年产微硅粉约25万吨，而现在环保设备收集的仅有6万吨左右，而大量的微硅粉被排放到大气中，直接污染了环境，同时也是对资源的浪费。因此，微硅粉作为一种不可再生的资源，对它的收集 不仅是环保效益，更是一个具有广阔经济价值的市场资源。

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