硅灰对混凝土性能的影响

2016-01-07刘晓林

建材技术与应用 2015年1期

关键词：硅灰耐久性强度

硅灰对混凝土性能的影响

□□ 刘晓林(太原太工天昊土木工程检测有限公司，山西太原030024)

摘要：在混凝土中掺入一定量的硅灰可以提高混凝土的工作性能、强度和耐久性能。当混凝土中硅灰的掺量>5%时，必须在混凝土中加入一定量的高效减水剂，以保证混凝土的工作性能。

关键词：硅灰；混凝土；强度；耐久性

文章编号：1009-9441(2015)01-0014-02

中图分类号：TU 528.043

文献标识码：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.

作者简介：刘晓林(1989-)，女，山西怀仁人，2011年7月毕业于山西职业技术学院建筑工程技术专业，现从事建材技术检测与试验工作。

收稿日期：2014-12-14

引言

硅灰是冶金工业和工业硅生产过程中形成的一种粒径极小的混凝土外掺料。硅灰中具有大量的不定形二氧化硅，并且粒径极小，具有极强的胶结力，因此适用于混凝土行业。1950年，挪威成为第一个研究硅灰在混凝土中的作用机理的国家，并且使用硅灰建造了Blindtarmen隧道。1976年，挪威颁布了第一部关于硅灰的应用技术标准。1978年，挪威在标准中规定硅灰作为一种混凝土外掺料应用于混凝土中。这不仅因为硅灰是一种工业废料，而且将硅灰应用到混凝土中可以提高混凝土的强度和抗渗性能，石灰和二氧化硅可以在极短的时间内发生反应生成一种高强度物质，提高混凝土的早期强度[1]。硅灰的应用方法一般分为两种：一种是将硅灰作为混合料应用于水泥中；另一种是将硅灰加入到混凝土中。两种应用方法的作用机理一样，产生的增强效果也基本相同。

1硅灰对混凝土工作性的影响

在混凝土中掺入硅灰可以提高混凝土的“稳定性能”，即可以减小混凝土的离析和泌水度。混凝土所用砂和石由于尺寸较大，混凝土中的拌和水可以通过这些骨料间的孔隙流动，而硅灰由于粒径小可以封堵这些孔隙，切断泌水过程的流动通道。并且加入硅灰后可以增加固体与固体的接触点，增大混凝土内部的粘聚力。但是，当混凝土中硅灰的掺量>20%时，混凝土的黏稠度大幅度增加，会增大施工难度；而当硅灰的掺量<10%时，可以保证不增加用水量和减水剂用量而保持混凝土具有较好的流动性。当混凝土的坍落度一定时，混凝土用水量与硅灰的掺量呈正比例增长关系。出现这种情况时，可以加入适量高效减水剂，以降低混凝土用水量。当混凝土中硅灰的掺量为10%~20%时，为保证混凝土的坍落度和流动性，在水灰比不变的情况下，应加大减水剂的用量，以提高混凝土的强度和耐久性能。

2硅灰对混凝土凝结时间的影响

很多研究表明，在混凝土中加入一定掺量的硅灰对混凝土的凝结时间没有显著的影响。例如Pistilli M F等[2]的研究表明，当普通硅酸盐水泥的用量为237 kg/m3，而硅灰的用量为24 kg/m3时，混凝土的初凝时间和终凝时间分别延长26 min和29 min，可以起到缓凝的效果。

3硅灰对混凝土强度的影响

硅灰对混凝土强度的影响主要体现在其在混凝土中的使用方式，即硅灰应用到混凝土中是以混凝土材料的方式应用，还是以取代混凝土中水泥用量的方式。通常是在掺入硅灰的混凝土中加入一定量的减水剂，以保持混凝土的水灰比不变，这时分析硅灰对混凝土强度的影响才有意义，尤其是硅灰的掺量为5%左右最为有用。

一般是将硅灰应用到混凝土中，对混凝土的1 d至3 d强度并无较大影响，而对混凝土的3 d至28 d强度影响较大，可以使混凝土的强度显著提高，对混凝土的28 d至90 d强度影响不大。Pistilli M F等[2]通过试验得出，当混凝土中的水泥用量为297 kg/m3，硅灰的掺入量为24 kg/m3时，混凝土的7 d和28 d强度分别增长10%和20%，而混凝土的早期强度(1 d和2 d)并无较大变化。

4硅灰对混凝土抗渗性的影响

混凝土抗侵蚀水的耐久性一般取决于混凝土的抗渗性能。由于硅灰粒径较小，可以改善混凝土中孔隙的大小和数量，当混凝土中硅灰的掺量为10%时，混凝土在7 d和28 d龄期下基本保持不渗透，可以有效减小混凝土中的孔隙孔径。

Hustad T等[3]对掺入硅灰的混凝土进行了抗渗性能的试验研究。研究发现，硅灰对混凝土的抗渗性能有较显著的影响。试验证明，在混凝土中加入100 kg/m3水泥，硅灰掺量为20%，并且加入一定量的高效减水剂得到的混凝土，其抗渗性能与混凝土中加入250 kg/m3水泥，但不掺硅灰和高效减水剂的抗渗性能相同。

5硅灰对混凝土耐磨性的影响

一般情况下，混凝土的耐磨性能与混凝土强度有直接关系。当混凝土的密实度较高，并且混凝土所用骨料质地坚硬的前提下，混凝土才能具有较高的强度，同时也具有较高的耐磨性能。Wolsiefer J[4]采用ASTM C 779《混凝土水平面耐磨性的标准试验方法》进行了混凝土耐磨性试验。研究表明，在混凝土中掺入一定量的硅灰后，混凝土的磨损深度非常小，当混凝土强度达到76 MPa时，混凝土在60 min内磨损1.4 mm。同样，Holland T C等[5]也证实在混凝土中加入硅灰和高效减水剂后，其耐磨性远远高于基准混凝土。

6硅灰对混凝土耐化学腐蚀性的影响

在混凝土中加入硅灰后，不仅可以提高其强度和耐磨性，而且可以提高其耐酸性或耐硫酸盐侵蚀的能力。在混凝土中加入硅灰后，可以降低混凝土中氢氧化钙的含量，当混凝土中硅灰的替代率达到20%时，混凝土中的水化反应生成的氢氧化钙含量基本为零；当硅灰的替代率为25%时，混凝土28 d龄期时氢氧化钙已经不存在。

在日常生活中，食物中的有机酸和工业矿物中的矿物酸及盐类均会对混凝土造成腐蚀，此时需要降低混凝土的渗透率，即提高混凝土的密实度。Wolsiefer J[4]研究了硝酸铵对混凝土的腐蚀影响，试验基准组采用水泥325 kg/m3，混凝土的水灰比为0.28；试验组采用硅灰的掺量为65 kg/m3。进行侵蚀试验57周后，发现掺有硅灰的混凝土强度并未下降，而基准混凝土的抗压强度损失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学腐蚀性能。

7硅灰应用于混凝土的技术特点

通常在混凝土中硅灰是作为一种辅助胶凝材料，但是随着社会进步和混凝土行业的发展，硅灰应用于混凝土中还具有其他技术优势，如具有高强度和高耐久性能，并且硅灰通常在混凝土中是替代水泥胶凝材料，可以减小水化热等。从硅灰提高混凝土强度的角度分析，在混凝土中使用硅灰替代一定量的水泥后，混凝土强度提高替代量的2~3倍。在混凝土中掺入硅灰后，通常还要加入一定量的高效减水剂，尤其是当混凝土中硅灰的掺量>5%时[6]，必须加入一定量的高效减水剂。

新浇筑的硅灰混凝土对温度较敏感，温度过低时可能出现收缩裂缝，因此应加强养护。当混凝土表面的水分蒸发速率>1 kg/(m2·h)时，不仅要保证正常养护，而且还应采取适当的措施阻止混凝土表面的水分蒸发。一般宜采取加湿养护、遮光罩养护、冷却隔层养护、覆盖养护后喷雾养护等。

8结语

硅灰在混凝土中的应用较为广泛。在混凝土中掺入一定量的硅灰，可以提高混凝土的强度、抗渗性能、耐磨性能和耐化学腐蚀性能等，特别是在抗氯离子侵蚀方面的作用更是不可取代。其原因主要是由于硅灰粒径较小，并且可以参与到水泥的水化反应中，分布到混凝土中生成一种坚硬、胶结力强的物质，提高了混凝土的密实度，从而提高了混凝土的强度和其他性能。硅灰在混凝土中的具体应用和其他效果还有待于进一步深入研究。

参考文献：

[1] 肖佳，周士琼，徐亦冬.粉煤灰、硅灰对水泥胶砂性能影响的试验研究[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，