論微硅粉在高強(qiáng)度混凝土中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：微硅粉、混凝土、金屬硅

一、前言
    微硅粉是硅鐵或金屬硅生產(chǎn)過程中由礦熱爐中的高純石英、焦炭和木屑還原產(chǎn)生的副產(chǎn)品，在冶煉中發(fā)生復(fù)雜的反應(yīng)。其中，石英石與碳在1750℃時，還原反應(yīng)產(chǎn)生不穩(wěn)定的一氧化碳，在溫度高于2160℃時，SiO含氣化送出，遇到低于1100℃空氣時與氧反應(yīng)，生成SiO2，冷卻后形成高細(xì)度顆粒，經(jīng)收塵器過濾收集即是硅粉。一般微硅粉的顏色在淺灰和深灰之間，SiO2本身是無色的，其顏色主要取決于碳和氧化鐵的含量，碳含量越高，顏色越暗，另外加密的硅粉要比自然硅粉顏色暗。硅粉的粒徑都小于1um，平均粒徑為0．1um左右，是水泥顆粒直徑的1／100，所以硅粉能高度分散于混凝土中，填充在水泥顆粒之間而提高密實度，同時微硅粉具有很高的活性，能更快更全面的與水泥水化產(chǎn)生的氧氫化合物反應(yīng)。
二、應(yīng)用歷史
    在混凝土中摻加少量微硅粉，結(jié)合高效減水劑混凝土各方面物理力學(xué)性能都能得到改善，例如顯著減少混凝土的離析和泌水，有效提高混凝土的泵送性能，顯著提高混凝土的早期和后期強(qiáng)度，降低氯離子的滲透能力，有效提高混凝土的抗化學(xué)腐蝕和耐磨性能，在水下施工保持混凝土不分離。簡而言之，硅粉已大量用于高耐久、高強(qiáng)混凝土中。
    實際上，微硅粉在混凝土中的應(yīng)用研究可追溯到上世紀(jì)四十年代的挪威。七十年代末，北歐和北美對于微硅粉在混凝土中的應(yīng)用研究也取得了長足的進(jìn)步，八十年代初，中國對微硅粉混凝土作了大量的研究工作，并在水利工程中有較多應(yīng)用，取得了良好的效果。水利部還頒布了“水工混凝土硅粉品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)暫行規(guī)定”。另外，微硅粉在混凝土中應(yīng)用的同時，受到技術(shù)進(jìn)步和社會經(jīng)濟(jì)因素的有力促進(jìn)，混凝土的耐久性越來越受重視。
    實踐表明：普通混凝土工程在惡劣的環(huán)境中可能短時間內(nèi)受到嚴(yán)重?fù)p壞，從而威脅工程質(zhì)量大大降低工程的使用壽命。而采用水泥、硅粉和粉煤灰及減水劑配制出滿足各方面要求的高性能混凝土，成功應(yīng)用于各工程中，大大促進(jìn)噴射混凝土工藝技術(shù)的進(jìn)步，噴射回彈時大幅降低，施工效率成倍增加，混凝土性能顯著改善，將混凝土施工的靈活、快速和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點提高到一個新的水平。
三、硅粉的種類及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)
    硅粉主要以二種形式供應(yīng)，即原態(tài)微硅粉和增密硅粉。
    1、原態(tài)微硅粉，即通過收塵器直接收集得到的產(chǎn)品，松散容積約為150－200kg／m³，原態(tài)硅粉一般采用袋裝運輸，由于密度很小，長途運輸效率較低，使用時多采用人工直接破袋將微硅粉倒人混凝土攪拌機(jī)，工作環(huán)境粉塵大，工作效率低。
    2、增密微硅粉，為解決原態(tài)微硅粉不宜長途運輸及效率低的問題，開發(fā)出了提高微硅粉松散密實度的“微硅增密技術(shù)”。這種技術(shù)使原態(tài)微硅粉在壓縮空氣流的作用下，滾動聚集成小的顆粒團(tuán)，從而將微硅粉的松散容積提高到 500－700 kg／m³，大大方便了使用，增密微硅粉小顆料團(tuán)的顆粒凝聚力較弱，在混凝土攪拌機(jī)中的攪拌過程非常容易散開，因此微硅粉顆粒能在骨料投料后投入攪拌機(jī)，以保證增密微硅顆粒團(tuán)散開和良好的分散。
    3、微硅粉的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
    SiO2含量越高，微硅粉的性能越高，其他非SiO2雜質(zhì)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氣劑，故，燒失量<=7％（控制碳和含水量）再次是微硅粉的細(xì)度要控制在45 um，顆粒大的，篩分量在10％以下。
    以前有的學(xué)者專家曾計算：以15％的微硅粉取代水泥，則在混凝土中水泥顆粒與微硅粉顆粒數(shù)量的比例為1：2000000，由此可知微硅粉是一種超細(xì)粉末物質(zhì)，其之所以提高混凝土的強(qiáng)度，關(guān)鍵在于提高了水泥漿體與骨料之間的粘結(jié)強(qiáng)度，能降低淡水，防止水分在骨料下表面聚集，從而提高界面過渡區(qū)的密實度和減小界面過渡區(qū)的厚度。
    微硅粉的粒徑比水泥顆粒要小100倍，填充于水泥顆粒的空隙之間，其效果如同水泥顆料填充在骨料之間一樣，增加混凝土的密實度。然而微硅粉在這些作用的前提條件之一，就是良好的分散于混凝土中。

四、微硅粉對硬化混凝土性能的影響
    水泥漿與骨料的界面過渡區(qū)的厚度約為5um，是混凝土中的薄弱環(huán)節(jié)，而加入微硅粉的砂漿中，骨料界面過渡區(qū)則與伊漿的顯微結(jié)構(gòu)相似，密實勻質(zhì)。微硅粉對硬化混凝土性能的的改善，主要被歸結(jié)為對界面結(jié)構(gòu)與組成的改良，凈漿與骨料粘結(jié)強(qiáng)度的提高，從而消除了混凝土中不同復(fù)合組份的“弱連接”問題，使混凝士具有復(fù)合材料的特性，即骨料顆粒在混凝土中起著增強(qiáng)作用，而不僅僅是惰性的填充物。在混凝土中添加硅粉能使混凝土更好的提高抗?jié)B透性能，有效的提高抗化學(xué)腐蝕。但也有一缺點，就是加入硅粉的混凝土，養(yǎng)生期內(nèi)容易吸水，必須及時保水，以防止干裂。
    
    以上主要介紹添加微硅粉混凝土的性能，在今后的生產(chǎn)建設(shè)中，有更多的行業(yè)或領(lǐng)域會涉及到微硅粉。目前，耐火材料中也大批量的應(yīng)用，在這里就不作更多的介紹。