硅灰加密度对高强度等级混凝土强度影响的研究

魏辉，胡晓，黄秋林

（1.德江腾龙混凝土有限公司，贵州　554300；2.江西省建筑材料工业科学研究设计院，江西　330000）

硅灰加密度对高强度等级混凝土强度影响的研究

魏辉1，胡晓2，黄秋林1

（1.德江腾龙混凝土有限公司，贵州554300；2.江西省建筑材料工业科学研究设计院，江西330000）

硅灰具有良好的火山灰活性，能有效提高混凝土的综合性能，特别在提高混凝土抗压及抗折强度上，效果更为明显；但由于硅灰密度小，原灰密度只有水泥密度的十分之一，在生产使用过程中带来很大不便，经济效益不明显；通过本次试验发现，对硅灰进行半加密或全加密，不影响其发挥提高混凝土综合性能的作用。对硅灰进行半加密或全加密后给运输及生产使用上都带来了方便和经济效益，有利于推行硅灰在混凝土中的使用。

高强度等级混凝土；硅灰；加密；强度

硅灰是在冶炼工业硅或含硅合金时由高纯度的石英与焦炭在高温电弧炉（2000 ℃）中发生还原反应而产生的工业尘埃，利用收尘装置回收而得，其颗粒超细，比表面积大，具有很高的火山灰活性[1]。位于贵州省铜仁市灯塔区便有多家硅生产企业，拥有大量硅灰库存，利用地方资源优势，我混凝土公司即对该地区硅灰用于混凝土进行了试配研究。目前将硅灰作为掺合料用于混凝土中已得到广泛推广，一方面可节约水泥熟料，降低混凝土的生产成本，有效减少环境污染；另外可改善混凝土的性能，提高混凝土强度。但由于硅灰密度较小，不到水泥密度的十分之一不到（150～250kg/ m3），运输费用较高，且密度小硅灰不易泵送储存，无法进行机械化；硅灰的容积密度小的特性同样给很多生产企业在存储和运输上带来诸多弊端，因此给硅灰加密是现在很多企业储存及运输的必然选择；硅灰加密技术目前在我国已经实现国产化，设备成本不高，并得到了很好的推广。加密技术原理是将原硅灰在压缩空气流的作用下，滚动成小的颗粒团，可将硅灰的容积密度最高提到 900kg/m3，而我们把容积密度在 300～350kg/m3的硅灰称为半加密硅灰，容积密度在600～900kg/m3的硅灰称为全加密硅灰；

加密硅灰用于混凝土对混凝土搅拌后的匀质性，硅灰自身的分散性及混凝土性能上还鲜有研究，本论文通过试验浅论其对混凝土的影响，以供参考。

1　试验

1.1试验用原材料

（1）水泥：试验使用湖南吉首生产的金湘 P•O 42.5 级水泥，其化学成分与物理力学性能见表 1。

表1　水泥的化学成分及物理性能　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 %

（2）硅灰：试验所用硅灰由当地硅生产企业西南硅业提供，分为原硅灰（密度225kg/m3），半加密硅灰（密度：349kg/m3），全加密硅灰（密度：712kg/m3）。因物理加密不影响硅灰的化学组成，所以硅灰的化学分析以原灰为试验灰，见表2。

表2　硅灰的化学成分

（3）粉煤灰：试验所用粉煤灰为铜仁大龙电厂 Ⅱ 级煤灰，化学成分和物理性能，见表 3。

表3　粉煤灰的化学成分和物理性能

（4）机制砂：试验所用砂为机制砂，取自贵州铜仁万通砂场，其含石率2.4%，含石粉 15.55%，细度模数为 3.05（属粗砂），但颗粒级配属于 II 区，级配良好。其干燥状态视密度为2.745 g/cm3，吸水率2.14%，颗粒分布见表 4。

表4　人工砂累计平均筛余量

（5）碎石：试验所用粗骨料为石灰岩碎石，由万通砂场提供，通过筛分分成 5～20、20～31.5 二种粒级，碎石粒形较好，压碎值为：8.4%，5～20mm 与20～31.5mm 粒径碎石以6∶4 的比例混合筛分，级配理想，即按此比例掺入试验混凝土。

（6）外加剂：湖北武汉格瑞林建材科技股份有限公司生产的聚羧酸缓凝高效减水剂。

1.2试验标准

试验所用标准主要为 GB/T 1345-2005《水泥细度检验方法》、GB/T 1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》、GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》、JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》 、GB/T 18736-2002《高性能混凝土用矿物外加剂》、GB/T 14684-2011《建筑用砂》、GB/T 14685-2011《建筑用卵石、碎石》、GB/T 50080-2002《混凝土拌合物性能试验方法标准》等。

2　试验内容

2.1试验方法

试验方法主要是通过在设计好的高强混凝土配比中掺入4%、6%、8%、10%、12% 的三种密度硅灰，混凝土拌合物达到相当坍落度（190mm）后，记录当掺入不同硅灰掺量及不同种密度硅灰后对混凝土综合性能、外加剂掺量及混凝土抗压强度的影响。

2.2配比

2.2.1基准配比

初期通过砂率选择性试验得出当砂率为 35% 时，混凝土的包裹性流、动性性及浆体富余度等性能最好，最佳试配砂率为 35%；混凝土容重实测：2456kg/m3，因此试验选择砂率为 35% 容重2456kg/m3为基准配比，硅灰以等量取代水泥的方法加入到混凝土中，搅拌时间设置为 120s。基准配比见表5。

2.2.2试验配比

当掺入不同硅灰掺量及不同种密度硅灰后对混凝土综合性能、外加剂掺量及混凝土抗压强度的影响，见表 6。

表6　不同掺量的三种硅灰对混凝土的影响

表5　试验基准配比

2.3结论

由表 6 可知，高强度等级混凝土加入硅灰后，混凝土28d 强度均有所提升，掺三种密度硅灰的混凝土强度偏差不大，半加密硅灰提高强度的幅度反而略高于原灰，说明加密对硅灰在混凝土中的分散性及性能没有影响，三种密度硅灰掺量对混凝土强度的影响呈现相同的规律，即掺量在4%～8% 范围内，强度随掺量增加而提高，当超过掺量 8%时，混凝土强度随硅灰掺量增加而降低；由于硅灰需水量较大[2]，加入硅灰后外加剂掺量会有所提高，随硅灰密度的增加外加剂掺量呈微下降趋势；加入不同密度硅灰后的混凝土均比基准混凝土综合性能上均有所改善，特别体现在混凝土粘度上；众所周知高强度等级混凝土的特点是胶材用量高，水灰比较低，再加之贵州地区山砂石粉含量重，高强度等级混凝土比较黏，难泵送；加入硅灰后，由于硅灰的比表面积大，表面光滑致密呈圆形颗粒，它包裹在粗糙的水泥颗粒和骨料表面，起到“滚珠”润滑作用及分散作用，有效的减小了混凝土黏性，使得高强度等级混凝土的泵送性能及施工性能得明显改善。

3　意义

目前混凝土行业使用的硅灰大部分为原硅灰，且使用面较窄，主要是因为原硅灰密度小，运输费用高，且无法实现机械化灌装及输运，使用过程极为不便；对硅灰进行加密后，硅灰的性能不仅没有影响，反而有适当提高，加密硅灰密度最高可提高300%，运输成本最高可节省三分之二左右，而且加密后的硅灰可以管道输送及灌装运输，实现运输、生产使用的全机械化，对硅灰在混凝土行业中的推广极具意义。

[1] 王洪，陈天伟，陈昌礼．硅灰对高强混凝土强度的影响试验研究[J]．混凝土，2011，261(7)：74-80．

[2] 何峰，杨军平，马淑芬．硅灰掺量对活性粉末混凝土(RPC200) 性能的影响[J]．桂林工学院学报，2007，27(1)：77-80．

［通讯地址］武州省铜仁市德江县董家水井转盘处（554300）

Research on the influence of Silica fume encryption degree on high strength grade of concrete

Wei Hui1, Hu Xiao2, Huang Qiulin1
(1.Dejiang Tenglong concrete Co., Ltd., Guizhou554300;2. Jiangxi building materials scientific research & design institute, Jiangxi 330000)

Silica fume has good volcano ash activity, can effectively improve the comprehensive performance of concrete, especially in improving the concrete compressive and flexural strength, the effect is more obvious; the silica fume density is small, only 1/10 of original fly ash density cement density, in the production process used to bring a lot of inconvenience, economic benefits is not obvious; the this experimentfound that, half or full encryption encryption of silica fume, does not affect the play to improve the comprehensive efficiency of the effect of concrete. The silica fume by semi or full encryption encryption in the use of transportation and production has brought convenience and economic benefit, benefit to promote the use of silica fume in concrete.

high grade concrete; silica fume; encryption; strength

魏辉，男，籍贯江西，就职于德江腾龙混凝土有限公司。