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微硅粉在混凝土中的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2006-07-19  来源:中国混凝土网  作者:中国混凝土网
核心提示:微硅粉在混凝土中的应用

     将硅铁合金冶炼过程中排出的粉尘——微硅灰掺入到混凝土中,运用于公路工程施工实例较少,2005年滨州市公路局首次把水泥混凝土中参加微硅粉运用到工程实践中,取得了良好的效果。

     微硅粉也叫硅灰或称凝聚硅灰,也有人叫硅粉,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,主要成分是SiO2,一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。
一、应用历史
      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,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。
二、工作原理
      运用于混凝土中填充颗粒空隙,提高体积密度和降低孔隙率。同时微硅粉在混凝土中具有火山灰反应,微硅粉水化形成的富硅凝胶,强度高于Ca(OH)2晶体,与水泥水化凝胶C-S-H共同工作。
三、硅粉的种类及应用标准
     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。
四、优点
1、硅微粉是一种物理性质、化学性质均十分稳定的中性无机填料,不含结晶水,不参与固化反应,不影响反应机理。
2、对各类树脂有良好的浸润性,吸附性能好,易混合,不产生结团现象。
3、硅微粉粒度大小分布合理,致密性强,硬度大,耐磨性能好,可大幅度提高固化物的抗拉、抗压、抗冲击强度和耐磨性能,抗冲磨能力能提高0.5—2.5倍。
4、能增大导热系数,改变胶粘性和增加阻燃性能。
5、能降低环氧树脂固化反应的放热峰温度,降低固化物的线膨胀系数和固化物的收缩率,从而消除内应力,防止开裂。
6、由于硅微粉的粒度细,分布合理,能有效的减少和消除沉淀,分层现象。
7、硅微粉质纯,杂质含量低,物化性能稳定,使固化物具有良好的绝缘性能和抗电弧性能。
8、硅微粉的化学成分为二氧化硅(SiO2),属惰性物质,与大部分酸、碱不起化学反应,硅微粉均匀分布、覆盖在物件表面,具有较强的抗腐蚀性,抗空蚀能力提高3—16倍。
9、硅微粉,堆积密度小:一种在0.2-0.8之间,一种在1.0-2.2之间。作为聚合物填充材料,较其他矿物性填品用量少,装载重量小,节省聚合物用量,因此可降低产品成本。
10、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%。因此可以提高混凝土的抗冻性。
11、早强性:微硅粉混凝土使诱导期缩短,具有早强的特性。
五、硅粉混凝土的施工方法
1、硅粉混凝土的拌和。用搅拌机拌和,按配方将材料准确称量,投料次序为水→石子→砂→水泥→硅粉→用搅拌机搅拌1.5min,然后加入外加剂一胶乳再搅拌1.5min出机。混凝土拌好的象征是:各种材料拌和均匀,流动性好,不离析,塌落度控制在3cm以内,超过4cm则不得使用。
2、硅粉混凝土的运输。拌好的硅粉混凝土水平运输和垂直运输时间不得超过10min。
3、硅粉混凝土的入仓浇筑。浇筑过程应1次浇完,不得中途停止。由于机械故障等原因产生冷缝,应停止浇筑,等先浇混凝土具有一定强度(一般等24h后),按施工缝处理后(处理方法与基面处理相同),再浇筑剩余部分混凝土。浇筑宜从左或右向一个方向入仓,经平仓后,先用插入式振捣器,后用平板振捣器提浆,振捣时间较普通混凝土稍长一些,要振捣密实不能漏振。平仓振捣后收抹面的工人应抓紧拍打出浆并抹面,一般应收抹3次~4次,使其表面光滑平整,无空洞、麻面和无贯穿性裂缝,不平整度控制在5mm以内。
4、养护。新浇硅粉混凝土经振捣收抹后停1h~3h(根据现场气温具体确定),立即加盖塑料薄膜,防止雨淋和表面蒸发产生裂缝,24h内严禁人踩或堆放杂物。经36h~48h后,去掉塑料膜,加盖草袋,按水工混凝土养护规程及时洒水养护。
六、使用中应注意的问题
1、配合比设计
1) 相容性:微硅粉应与减水剂、粉煤灰、矿粉、纤维等相容性良好。
2) 坍落度:由于其填隙效应,混凝土的粘滞性较高,因此掺微硅粉混凝土的坍落度设计要求比普通混凝土高2~3cm;
3) 掺入量:制造高强度及喷射混凝土,微硅粉掺入量为水泥量的6~12%;对于水下工程混凝土,其掺量略高;而将微硅粉作为助泵剂使用时,掺入量减为2%左右。通过配合比试验确定最终配合比。
2、加料与搅拌
1) 通常混凝土工业使用增密型微硅粉,因此可选择人工加料或自动加料。
2) 由于微硅粉独有的超细特性,微硅粉要求在骨料投料后立即投入,不得将粉状微硅粉加入已拌和妥的混凝土中。
3) 掺入微硅粉混凝土的搅拌时间比普通混凝土要延长30~40s,以获得良好的均匀性。
4)掺入微硅粉混凝土的运输没有特别要求,与普通混凝土相同。注意一点就是运输时间不得超过10min。
3、浇注和养护
1)微硅粉混凝土的振捣要求密实,不得漏振、欠振,也不得过振。一般振捣时间为10~30s;
2)要求混凝土连续供应,以防止冷接茬,造成隐患。接茬时间不得超过100min;
4) 微硅粉混凝土养护过程中防止水份的过早蒸发非常重要。因此,浇注完毕,立即覆膜、并铺设麻袋、浇水养护。
结束语
      我国目前拥有上千座硅铁及工业硅炉,年产微硅粉约25万吨,而现在环保设备收集的仅有6万吨左右,而大量的微硅粉被排放到大气中,直接污染了环境,同时也是对资源的浪费。因此,微硅粉作为一种不可再生的资源,对它的收集 不仅是环保效益,更是一个具有广阔经济价值的市场资源。

 
 
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