微硅粉在喷射混凝土的应用

硅灰是一种火山灰质的高性能矿物外加剂，主要用于提高混凝土的强度和耐久性，并可取代硅酸盐水泥。通过使用硅灰可大大提高干拌和湿拌喷射混凝土的性能，例如在岩体稳定、隧道里衬和地下结构的修复中的应用，均可获得优良的性能。
一、硅灰对喷射混凝土的作用
通过使用硅灰，可使喷射混凝土的性能和生产技术获得以下提高：
1.在干拌的喷射混凝土中减少了回弹量，从而提高了材料的经济效益。
2.不用促凝剂即可提高顶面和垂直面的单层喷射厚度，从而提高了生产效率。
3.在潮汐区修补桩和防波堤时，能提高桩、堤的粘聚力和抗冲刷强度。
4.由于降低了渗透率而提高了抗冻融耐久性。
5.喷射混凝土的早期和后期的抗弯和抗压强度均有所提高。
6.对氯化物、硝酸盐、硫酸盐、酸和碱-骨料反应的化学侵蚀均增强了抵抗能力。
7.在氯化物环境中的混凝土修复工程，硅灰喷射混凝土的高电阻率和低渗透性减轻了钢筋和钢丝网的锈蚀。
二、硅灰喷射混凝土施工方法
喷射混凝土是一种水泥与骨料的砂浆或混凝土拌合物，用压缩空气高速喷射在某一表面上，喷射混凝土有两种基本的施工方法，即湿拌法和干拌法。在这两种施工方法中，硅灰外加剂都是很容易加入的。
干拌施工方法如下：
1.有水泥、骨料、硅灰的纤维预先混合好的超大袋拌合物，一般的重量为1000kg。
2.同水泥和骨料在工厂中干拌成运送拌合物，并在工地把硅灰和纤维投入运送拌和机中。
3.在工地用重量标准的体积比，加袋装的硅灰或混合水泥。
4.把硅灰稀浆加入喷嘴中。
在湿拌施工方法中，硅灰的加入方法如下：
1.运送拌合物，就和预拌混凝土一样，同水泥、外加剂和骨料一起，在中心搅拌厂或干拌厂中按体积比加入硅灰。
2.从预拌厂运送混凝土，硅灰是在工地按袋配料的。
3.在分批投料设备中加入稀浆。
在下列情况下最好使用干拌的喷射混凝土：
1.工地较远或难于接近，提供湿拌喷射混凝土有困难的地方，例如在某些矿山中的应用和海上结构的修补。
2.需要周期性地提供少量喷射混凝土的地方，例如在交通繁忙的公路或铁路隧道中进行修补。近年来湿拌喷射混凝土获得了广泛的应用，与干拌法喷射混凝土相比，其优点如下：
1.通过工厂配料能较好地控制水灰比，在干拌法施工中，水灰比是由掌握喷嘴的工人控制的。
2.回弹量较少，喷射率和生产率均较高，因而降低了成本。
3.拌合时粉尘较少，均匀性更大。
在湿拌和干拌的喷射混凝土中采用了三种不同的硅灰产品：（1）非压实的硅灰；（2）压实的低密度硅灰；（3）压实的高密度硅灰。
硅灰喷射混凝土配合比设计中，硅灰的平均剂量为13%（以水泥的质量计）。用一种磺化萘基的超塑化剂来控制湿拌喷射混凝土的水灰比。干拌的喷射混凝土不需要超塑化剂，因其拌合物中的水大多是在喷射嘴中加进去的，水同水泥和硅灰起反应的接触时间太短了，以致于在拌合物喷射到表面上实际固结之前，来不及有效地发生减水作用。用一台喷射混凝土的活塞泵来喷射湿拌的喷射混凝土，干拌的混合料在装进旋转筒喂入喷枪之前，要预先加水润湿到含水量为3%～4%。
三、硅灰喷射混凝土性能
1.粘结破坏的厚度和回弹损失在喷射混凝土中掺入硅灰可提高对粘结表面的粘着力和喷射混凝土内部的粘聚力；因而在顶面和垂直面上的喷射混凝土厚度可大为增加。
在湿拌喷射混凝土的研究中，如果不掺硅灰，其顶面的粘结破坏厚度为90mm；如果掺入压实的低密度硅灰，其最大值可达280mm。顶面的粘结破坏厚度一般是干拌的喷射混凝土较大，如果掺入非压实的硅灰，干拌喷射混凝土的最大值可达380mm，而不掺硅灰的干拌喷射混凝土之顶面粘结破坏厚度只有65mm。干拌喷射混凝土的顶面回弹量，无硅灰的喷射混凝土为42.7%，掺入硅灰后可减少到21.4%。垂直面的回弹量：无硅灰喷射混凝土为45.5%；掺入硅灰后可降低到22.8%。在所有的喷射混凝土中，湿拌的回弹百分率均较低。
2.抗压和抗弯强度
湿拌喷射混凝土采用硅灰后，其抗压强度有着明显的提高。在63d时，无硅灰喷射混凝土的抗压强度为44MPa，而有硅灰的喷射混凝土的平均抗压强度为66.1Mpa，提高了50%左右。干拌喷射混凝土的情况也与此相同，即掺硅灰的抗压强度高于无硅灰的喷射混凝土，尽管高出的比例没有湿拌喷射混凝土那么大。湿拌和干拌喷射混凝土的抗弯强度也是这样，湿拌的硅灰喷射混凝土所提高的抗弯强度是最大的。干拌的硅灰喷射混凝土的抗弯强度也大于无硅灰的喷射混凝土，只是提高的幅度较小。
3.煮沸吸水率和可渗性孔隙率
硅灰的掺入大大地降低了干拌喷射混凝土煮沸吸水率和可渗性孔隙率，但是对湿拌喷射混凝土不能降低。全部湿拌喷射混凝土的吸水率的试验结果，均可例为“良好”和“优良”之间；全部干拌喷射混凝土的试验数据都是很低的，属于“优良”范围。
4.快速氯离子渗透率
氯离了的渗透率和电阻率是评价用于修复工程的喷射混凝土能力的十分重要的特征，以便延缓或防止钢筋的锈蚀。无硅灰的喷射混凝土尽管有相当好的强度、吸水率和可渗性孔隙率数据，但是湿拌喷射混凝土的快速氯离子渗透率为6800C，而干拌喷射混凝土为2573C。这些数值分别属于氯离子渗透率“高的”和“中等的”范围。根据历史上的资料，这种质量的混凝土在氯化物的侵蚀性环境中的耐久性是很差的。与此相反，掺有硅灰的湿拌和干拌喷射混凝土的氯离子渗透率的平均值，分别下降到371C和192C。
5.电阻率
电阻率的实测值表明，掺有硅灰的喷射混凝土比无硅灰的喷射混凝土有着相当大的改善。以干拌的喷射混凝土为例，有硅灰的喷射混凝土的平均电阻率为55290Ω-cm，而无硅灰的喷射混凝土只有5490Ω-cm。湿拌和干拌的硅灰喷射混凝土的氯离子渗透率，都比无硅灰的相应喷射混凝土减少10～20倍，这种观察结果，再加上电阻率的数据，很好地证明了在用喷射混凝土修复钢筋混凝土结构中，采用硅灰是十分有利的。
6.干缩率
在56d时的数据表明，掺有硅灰的喷射混凝土的干缩率是最小的。干拌喷射混凝土的干缩率低于湿拌喷射混凝土的相应值，这可用干拌喷射混凝土的需水量较少来解释。
结 论
1. 对于湿拌的喷射混凝土来说， 掺入硅灰可使喷射层的厚度比无硅灰的喷射混凝土有明显的增加。用压实的低密度硅灰可在顶面达到最大的喷射厚度。各种喷射混凝土的回弹量相差不大， 湿拌喷射混凝土的回弹灰是很低的。
2． 对于干拌的喷射混凝土来说，掺入硅灰可使喷射层的厚度， 比无硅灰的喷射混凝土大为增加。 用非压实的硅灰可在顶面达到最大的喷射厚度。
3． 在干拌和湿拌的喷射混凝土中掺入硅灰， 可使顶面和垂直面上的回弹灰减少50%左右。所有的三种硅灰使用方式在减少回弹灰方面都是有效的。硅灰喷射混凝土可降低材料的成本， 提高生产效率， 因而具有很大的经济意义。
4． 用硅灰取代水泥， 这对于干拌的喷射混凝土可适当提高抗压和抗弯强度，对于湿拌的喷射混凝土则可大大提高抗压和抗弯强度。各种使用方式的硅灰对强度的影响差别不大。
5． 对于干拌的喷射混凝土来说， 掺入硅灰可使喷射混凝土的煮沸吸水率和可渗性孔隙率大为下降。但是对于湿拌曲喷射混凝土则影响不大。
6． 在干拌和湿拌的喷射混凝土中加入硅灰， 可使快速氯离子渗透率试验中的库伦值大为减少。不掺硅灰的湿拌和干拌的喷射混凝土， 其氯离子的渗透率分别属于 ”高的“和“中等的”级别。与此相反， 所有的硅灰喷射混凝土之氯离子渗透率都是“很低的"。干拌的硅灰喷射混凝土之氯离子渗透是最低的， 硅灰方式对氯离子渗透率影响不大。
7． 湿拌喷射混凝土的干缩率大于干拌的喷射混凝土；这并不奇怪， 因为湿拌喷射混凝土的需水量较大(其需水量是由减水剂来控制的)。因此掺硅灰的喷射混凝土与无硅灰的喷射混凝土相比较，前者具有相同的或略低的干缩率。一般说来， 掺与不掺硅灰的干拌喷射混凝土之需水量相差不大， 因此其干缩率的差别也很小。
 

编辑：小薇