剖析硅粉在给排水场站中的应用

2017-10-21夏德双

名城绘 2017年5期

夏德双

摘要：硅粉学名硅灰，也叫微硅粉广泛应用于高强混凝土和高性能混凝土的重要原料，多用于水利水電工程、桥梁工程及高层建筑等，其独特的细度能够填充到水泥颗粒间的空隙中去，从而使混凝土密实。同时因为硅粉的二次水化作用，使得新的生成物堵塞混凝土中渗透通道，加强了硅粉混凝土的抗渗能力。随着我国工业化体系越来越完善，硅粉这类材料再其他建筑领域的应用会越来越多，目前就房建工程中超高层结构及大体积混凝土等工程硅粉已经广泛应用，未来在普通地下室结构及建筑外墙等领域也可以适当推广。

关键词：硅粉；水池；抗渗；抗开裂

1、材料性能

硅粉是工业电炉在高温熔炼工业硅及硅铁的过程中，随废气逸出的烟尘经特殊的捕集装置收集处理而成。在逸出的烟尘中，SiO2含量约占烟尘总量的90%，颗粒度非常小，平均粒度几乎是纳米级别，故称为硅粉。

硅粉能够代替一部分水泥胶凝材料，因具有独特的细度，可至纳米级别，可以填充水泥颗粒间的空隙，与水泥颗粒形成级配形式。从而使混凝土结构更加密实。

硅粉还具有火山灰反应，即硅粉接触拌合水后，首先形成富硅的胶凝材料，并吸收水分，胶凝材料在尚未水化的水泥颗粒间聚集，逐渐包裹水泥颗粒，水化产物Ca（OH）2与上述硅凝胶反应产生C-S-H化学键结构的凝胶形式，均匀分布于水泥颗粒之中，C-S-H化学键的强度要高于Ca（OH）2，因此掺入硅粉后不仅提高了混凝土的密度，同时也降低了混凝土中的钙硅比，从而提高混凝土强度。

因为颗粒细小，同等体积的硅灰颗粒的比表面积要远大于混凝土颗粒，因此掺入硅灰后可以提高混凝土的稠度，降低沁水量，同时降低了水化热，但是替代混凝土时需增加了水用量，加大了水灰比，因此在添加硅粉时一般配合减水剂使用。

2、工程概况

东北制药集团股份有限公司异地改造建设项目污染治理工程（生化池、水解池、集水池）土建施工（以下简称东北制药厂项目）位于辽宁省沈阳市经济技术开发区沈西六东路29号。本工程包含环保区块的生化池、低浓度水解池、高浓度水解池、集水池，建筑面积约：12953平方米，由东北制药集团股份有限公司投资建设。

该项目主要工程为东北制药厂的一系列工艺水池，全部为现浇混凝土结构，混凝土强度为C35。其中最大的池体长115m，宽78m，高8.1米，底板8970m2整体一次现浇，现浇面积整个结构不设后浇带，采用无粘结预应力筋提高结构的抗裂性；其余结构均为整体现浇混凝土结构。通过参入RC外加剂及硅粉取消温度后浇带，水池内水质均为污染严重的化学水质，泄露后污染严重且难以治理，因此通过掺入硅粉的方式来提高混凝土结构的抗渗及抗开裂性能。

3、设计配比情况

在该项目混凝土配比中，设计图纸规定了水泥为优质普通硅酸盐水泥标号不低于42.5MPa，建议使用冀东水泥，每立方米混凝土中水泥用量不大于340KG，水用量不大于170kg/m3。

其中对硅粉的掺量要求为4%，在高强度混凝土中，硅粉的掺入量一般在5%-15%范围内，其目的是通过加入硅粉来增加混凝土的密实度和降低水化热从而提高混凝土的强度和改善温度差值。本工程中掺入硅粉的主要目的是改变混凝土的性能，而非提高强度，通过加强混凝土结构的密实度来达到抗渗和防腐的目的。

相对于水泥，其他掺合料在造价上相对较高，因此商品混凝土搅拌站在保证满足设计要求的同时会将水泥用量调至最大值。

4、工程效果

（1）浇筑过程

由于硅粉的粒度细，分布合理，能有效的减少和消除沉淀，分层现象，混凝土稠度比较好，掺入硅粉的混凝土和易性得到极大改善，商混站至现场车程约30分钟。混凝土塌落度为180，现场实际检测，浇筑时混凝土塌落度基本未损失或损失很小，在浇筑8970m2水池底板过程中，保证混凝土的整体性起到了重要作用。

（2）外观质量

因掺入量比较小，掺入硅粉后混凝土的颜色与普通混凝土并无太大差别。

本项目池体墙体最高为16.8m，需分多次浇筑，过高的竖向结构容易产生蜂窝麻面的情况，但竖向墙体拆模后，蜂窝、麻面等混凝土外观质量缺陷较少，一方面是浇筑过程中振捣到位，另一方面，参入硅粉后因为改善了混凝土的和易性和密实度，混凝土中气体含量也相应降低。从而从根本上减少蜂窝麻面等质量缺陷。

（3）混凝土强度影响

在高强混凝土中通过掺入硅粉增加混凝土密实度来增加强度，但本工程中硅粉的掺入出发点是改善混凝土性能，而且混凝土的设计强度为C35。因此，设计配比时没有考虑掺入后造成的强度指标有所改变。商品混凝土搅拌站进行试配时也未考虑硅粉对强度的影响。但其抗压强度试验报告中，混凝土的抗压强度均在40.7Mpa以上，代表值为41.8Mpa。

（4）抗渗、抗开裂性能

提高混凝土的抗渗、抗开裂性能是本工程掺入硅粉的主要目的，目前该项目尚未进行满水实验，实际抗渗能力还需进一步检验，但根据目前其同条件养护试块的抗渗检测报告来看，均符合设计要求。

另外本工程在超大底板混凝土结构整体一次浇筑时采用无粘结预应力筋后张的方法，多重方法保证水池底板结构不渗不漏。

5、经济效益分析

目前市场上硅粉的价格多样，从500-1500不等，优质硅粉每吨硅粉价格在950元左右，价格约是水泥3倍左右，根据前文叙述的的设计配合比内容，在掺入量为4%时，每立方米硅粉价格950*0.018=17.1元。

6、总结

根据其作用机理及项目实例情况，我们可以看出，硅粉在改善混凝土性能方面的作用主要在两个方面

一是减少水化热方面，硅粉在形成胶凝材料时，因其独特的化学反应机理能够吸收比同等水泥更多的水，从而降低了水化热，因此它在大体积混凝土中的应用能够有效的控制混凝土温度。

但它掺入量过大时也导致了混凝土配合比中水的不足，因此在高强度混凝土中需要配合减水剂的使用。

二是在混凝土密实度中，因其更加细小的颗粒与水泥颗粒形成级配形式，改善了混凝土中的空隙结构，使混凝土更加密实，从而提高混凝土的强度、抗渗性能、耐腐蚀性能等。

参考文献：

[1]硅粉及其在混凝土中的应用[J]. 刘孔凡，焦利利.河南大学学报（自然科学版）.1994（04） .