混凝土微硅粉技术资料-混凝土中微硅粉的应用


混凝土中微硅粉的应

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一、硅粉在混凝土中的应用 
微硅粉是硅铁或金属硅生产过程中由矿热炉中的高纯石英、焦炭和木屑还原产生的副产品,在冶炼中发生复杂的反应。其中,石英石与碳在1750℃时,还原反应产生不稳定的一氧化碳,在温度高于2160℃时,SiO含气化送出,遇到低于1100℃空气时与氧反应,生成SiO2,冷却后形成高细度颗粒,经收尘器过滤收集即是硅粉。一般微硅粉的颜色在浅灰和深灰之间,SiO2本身是无色的,其颜色主要取决于碳和氧化铁的含量,碳含量越高,颜色越暗,另外加密的硅粉要比自然硅粉颜色暗。硅粉的粒径都小于1um,平均粒径为0.1um左右,是水泥颗粒直径的1/100,所以硅粉能高度分散于混凝土中,填充在水泥颗粒之间而提高密实度,同时微硅粉具有很高的活性,能更快更全面的与水泥水化产生的氧氢化合物反应。

    在混凝土中掺加少量微硅粉,结合高效减水剂混凝土各方面物理力学性能都能得到改善,例如显著减少混凝土的离析和泌水,有效提高混凝土的泵送性能,显著提高混凝土的早期和后期强度,降低氯离子的渗透能力,有效提高混凝土的抗化学腐蚀和耐磨性能,在水下施工保持混凝土不分离。简而言之,硅粉已大量用于高耐久、高强混凝土中。

    实际上,微硅粉在混凝土中的应用研究可追溯到上世纪四十年代的挪威。七十年代末,北欧和北美对于微硅粉在混凝土中的应用研究也取得了长足的进步,八十年代初,中国对微硅粉混凝土作了大量的研究工作,并在水利工程中有较多应用,取得了良好的效果。水利部还颁布了"水工混凝土硅粉品质标准暂行规定"。另外,微硅粉在混凝土中应用的同时,受到技术进步和社会经济因素的有力促进,混凝土的耐久性越来越受重视。
  
    实践表明:普通混凝土工程在恶劣的环境中可能短时间内受到严重损坏,从而威胁工程质量大大降低工程的使用寿命。而采用水泥、硅粉和粉煤灰及减水剂配制出满足各方面要求的高性能混凝土,成功应用于各工程中,大大促进喷射混凝土工艺技术的进步,喷射回弹时大幅降低,施工效率成倍增加,混凝土性能显著改善,将混凝土施工的灵活、快速和经济的优点提高到一个新的水平。
    硅粉主要以二种形式供应,即原态微硅粉和增密硅粉。  

1、原态微硅粉
   即通过收尘器直接收集得到的产品,松散容积约为150-200kg/m3,原态硅粉一般采用袋装运输,由于密度很小,长途运输效率较低,使用时多采用人工直接破袋将微硅粉倒人混凝土搅拌机,工作环境粉尘大,工作效率低。  

2、增密微硅粉
   为解决原态微硅粉不宜长途运输及效率低的问题,开发出了提高微硅粉松散密实度的"微硅增密技术"。这种技术使原态微硅粉在压缩空气流的作用下,滚动聚集成小的颗粒团,从而将微硅粉的松散容积提高到 500-700 kg/m3,大大方便了使用,增密微硅粉小颗料团的颗粒凝聚力较弱,在混凝土搅拌机中的搅拌过程非常容易散开,因此微硅粉颗粒能在骨料投料后投入搅拌机,以保证增密微硅颗粒团散开和良好的分散。

3、微硅粉的质量标准  
    SiO2含量越高,微硅粉的性能越高,其他非SiO2杂质含量就低。微硅粉含量>85%,微硅粉的碳在混凝土中含吸附部分引气剂,故,烧失量<=7%(控制碳和含水量)再次是微硅粉的细度要控制在45 um,颗粒大的,筛分量在10%以下。  
    以前有的学者专家曾计算:以15%的微硅粉取代水泥,则在混凝土中水泥颗粒与微硅粉颗粒数量的比例为1:2000000,由此可知微硅粉是一种超细粉末物质,其之所以提高混凝土的强度,关键在于提高了水泥浆体与骨料之间的粘结强度,能降低淡水,防止水分在骨料下表面聚集,从而提高界面过渡区的密实度和减小界面过渡区的厚度。  
    微硅粉的粒径比水泥颗粒要小100倍,填充于水泥颗粒的空隙之间,其效果如同水泥颗料填充在骨料之间一样,增加混凝土的密实度。然而微硅粉在这些作用的前提条件之一,就是良好的分散于混凝土中。      水泥浆与骨料的界面过渡区的厚度约为5um,是混凝土中的薄弱环节,而加入微硅粉的砂浆中,骨料界面过渡区则与伊浆的显微结构相似,密实匀质。微硅粉对硬化混凝土性能的的改善,主要被归结为对界面结构与组成的改良,净浆与骨料粘结强度的提高,从而消除了混凝土中不同复合组份的"弱连接"问题,使混凝士具有复合材料的特性,即骨料颗粒在混凝土中起着增强作用,而不仅仅是惰性的填充物。在混凝土中添加硅粉能使混凝土更好的提高抗渗透性能,有效的提高抗化学腐蚀。但也有一缺点,就是加入硅粉的混凝土,养生期内容易吸水,必须及时保水,以防止干裂。  
    以上主要介绍添加微硅粉混凝土的性能,在今后的生产建设中,有更多的行业或领域会涉及到微硅粉。目前,耐火材料中也大批量的应用,在这里就不作更多的介绍。

二、硅粉在混凝土中的应用 
微硅粉掺入水泥混凝土后能很好地填充于水泥颗粒空隙之中,使浆体更微密,另外它还与游离的Ca(OH)结合,形成稳定的硅酸钙水化物2CaO.SiO2. H2O,该水化物凝胶强度高于Ca(OH)晶体,主要表现在:  
(1)增加强度:使混凝土抗压、抗折强度大大增加,掺入5—10%的微硅粉,抗压强度可提高10—30%,抗折强度提高10%以上。  
(2)增加致密度:抗渗性能提高5—18倍,抗化能力提高4倍以上。  
(3)抗冻性:微硅粉在经过300—500次快速冻解循环,相对弹性模量隆低10—20%,而普通混凝土通过25—50次循环,相对弹性模量隆低为30—73%。  
(4)早强性:微硅粉混凝土使诱导期缩短,具有早强的特性。  
(5)抗冲磨、控空蚀性:微硅粉混凝土比普通混凝土抗冲磨能力提高0.5—2.5倍,抗空蚀能力提高3—16倍。 
 
具体应用于以下工程建设领域: 
(1)水利水电工程:大坝进水闸,引水渠道,隧洞,调压井,主厂房下部结构(特别是水机蜗壳)等水工建筑物,充分利用硅粉混凝土具有良好的防水、抗渗、耐冲磨和抗空蚀的特性。从1982年起,先后在葛州坝、大伙房水库、映秀弯电站、龙羊峡电站等修补和维护的工程中推广应用,通过几个汛期的考验,效果很好。目前微硅粉混凝土在二滩电站、紫坪铺水利枢纽、黄河小浪底水利枢纽工程中大量使用后,也都取得了很好的效果。  
(2)工民建工程:微硅粉混凝土具有早强、高强特点,大量用于工业厂房、高层建筑。如辽宁鞍山国际大酒店C50混凝土、北京市财税大楼C110混凝土等。既可增加强度,减小构件截面尺寸,缩短工期,又可
节省工程造价。  
(3)公路建设:充分利用微硅粉混凝土的早强、高强、耐磨性能,可以修建高等级公路、机场跑道、公路遂道及路面抢修等工程。仪征化纤公司在厂区中心干道用硅粉混凝土修建道路,12小时抗压强度达到25MPa,抗磨蚀提高1倍,24小时抗压强度达到37MPa,超过设计要求的C20混凝土。  
(4)港口、桥梁、盐水工程:微硅粉混凝土致密度高,同时具有很高电阻率,不易形成电化学破坏,增强了抗锈蚀性能。香港青马大桥、江苏连云港木材码头、重庆大佛寺长江大桥就是成功应用范例。  
(5)喷射混凝土工程:混凝土中掺入微硅粉后,显著改善了塑性混凝土粘附性能和凝聚性,大幅度降低了回弹量,增大喷射混凝土一次成型厚度,缩短工期,节省了工程造价。在欧美国家,75%的喷射混凝土都掺入硅粉,而挪威和瑞典,微硅粉是喷射混凝土的必备材料

常见问题:

  • 微硅粉混凝土的抗渗特性
  • 微硅粉混凝土的抗冻性特性
  • 影响微硅粉硅灰粘度大的主要因素
  • 硅灰混凝土的浇注和养护的注意事项
  • 微硅粉的加料和搅拌的注意事项
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