微掺硅粉对混凝土性能的影响研究论文_张学斌

摘要：本文介绍了硅粉混凝土的配制技术，重点研究了不同掺量的硅粉对C30大体积混凝土及C55高强度混凝土性能的影响，初步确定了在混凝土中掺加硅粉合理可行的配制方法、适宜掺量。

关键字：硅粉；混凝土；配比；抗压性能

1前言

随着现代大型建筑、桥梁隧道建设的发展，人们对经济型复合混凝土材料的追求不断深入。硅粉混凝土的应用一方面是对工业废料的再利用，另一方面，又可提高混凝土的性能。所以，这种性价比优越的硅粉混凝土材料逐渐被人们所重视，目前正在逐步推广应用。本研究通过试验，将硅粉等量代替水泥，研究不同掺量的硅粉对混凝土抗压性能的影响，为配置高性能混凝土提供参考。

2实验过程

2.1试验用原材料

1)水泥：采用P.MH42.5水泥；

2)粉煤灰：采用FI级粉煤灰，含水量0.4%，烧失量4.36%，细度9.4%，三氧化硫含量1.7%；

3)硅粉：密度2.33g/cm3，活性指数87%，比表面积15289.0m2/kg

4)河砂：采用II区中砂，级配良好。实测表观密度2610g/cm3，堆积密度1.635g/cm³，孔隙率38.1%，含泥量1.6%，泥块含量0.4%，细度模数2.8。

（5）碎石：5mm-25mm连续继配，实测表观密度2809kg/cm3,吸水率0.26%，堆积密度1620kg/cm3；孔隙率42.3%，含泥量0.4%，针片状总含量4%，压碎值17.1%，泥块含量0.1%。

（6）外加剂：聚羧酸高性能减水剂，掺量为胶凝材料用量的0.8%；

（7）水：自来水。

2.2试验方案

本试验分别采取设计强度为C30、C55的基准配合比，在C30基础上固定水胶比（0.43）和胶凝材料总量339.5kg，对基准配合比胶凝材料的2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%的比例对水泥进行等量取代；在C55基础上固定水胶比（0.33）和胶凝材料总量448.5kg，对基准配合比胶凝材料的3.0%、4.0%、5.0%、6.0%、7.0%、8.0%的比例对水泥进行等量取代。

表1混凝土基准配合比

3试验结果及分析

3.1硅粉对混凝土拌合物工作性能的影响

图2 C30混凝土坍落度与硅粉掺量的关系 图3 C55混凝土坍落度与硅粉掺量的关系

研究结果表明，C30混凝土硅粉掺量在2.0%~3.0%范围时，坍落度随着硅粉掺量增大而增大，超过3.0%时坍落度迅速减小；C55混凝土硅粉掺量在4.0%~6.0%范围时，坍落度随着硅粉量增大而增大，超过6.0%时混凝土坍落度迅速减小。

硅粉的比表面积比较大，需水量有所增大，但在减水剂作用下，硅粉颗粒表面覆盖着较强的表面活性离子，使得粉料颗粒间存在着静电作用，提高了混凝土的坍落度和扩展度。此外，硅粉形貌是一种细小玻璃球状，不但在混凝土浆体中起到滚珠和润滑的作用，而且能有效的填充混凝土中的空隙，置换空隙中的自由水，使得新拌混凝土中自由水增多，所以这种填充作用有助于改善其坍落度和扩展度。硅粉掺量超过一定范围时，硅粉过细，表面吸水效应起主要作用，，导致混凝土坍落度迅速减小。试验中，通过混凝土的流动性，棍度，含砂情况，和易性指标进行观察，发现微掺硅粉混凝土在一定掺量范围内状态略好于基准混凝土。

3.2硅粉对混凝土强度的影响

按试验操作规程，对不同期龄试块进行测定，结果如下：

由图4分析得出，硅粉掺量在2.0%~3.0%时，C30混凝土的抗压强度随硅粉掺量的增呈增长趋势；硅粉掺量超过3.0%时，抗压强度随硅粉掺量的增加成下降趋势；若同基准配合比相比，硅粉掺量在2.0%~4.0%范围混凝土抗压强度均高于基准配合比的强度。在硅粉掺量为3.0%时，混凝土试块抗压强度达到最大值，28d强度比基准配比提高51%,60d强度比基准配比提高31.4%。

硅粉能有效与水化产物CH发生反应，在骨料周围生成致密无定形的硅酸钙水化产物，明显改善混凝土粗骨料与水泥石之间的过渡区。此外，由于硅粉颗粒粒径比较小，在混凝土结构中起到填充空隙的作用，减少了混凝土结构中的孔隙率，减小了混凝土在受力时产生应力集中，增大了其抗压强度。同时，由于硅粉活性的全部发挥需要大量的Ca（OH）2，而水泥水化是逐渐释放Ca（OH）2的，且其量是有限的，因此，当硅粉掺入超过一定量后，未参与二次水化的硅粉增加，因其比表面积的增大而影响强度的改善，即硅粉掺量超过适量范围后，混凝土强度反而降低。

图4 C30混凝土抗压强度与硅粉掺量的关系 图5 C55混凝土抗压强度与硅粉掺量的关系

由图5分析得出，硅粉掺量在4.0%~6.0%时，C55混凝土的抗压强度随硅粉掺量的增呈增长趋势；硅粉掺量超过6.0%时，混凝土的抗压强度随硅粉掺量的增加成下降趋势；若同基准配合比相比，硅粉掺量在4.0%~8.0%范围抗压强度均高于基准配合比。硅粉掺量在6.0%时，混凝土试块早期抗压强度提高较快。主要由于硅粉较细，活性较强，因此早期强度能提高，后期强度发展平缓。

4结论

用硅粉等量代替水泥在合理掺量范围内可以改善新拌混凝土的工作性，提高混凝土的和易性和混凝土强度。

不同质量，不同细度的硅粉对混凝土质量的影响规律不尽相同，在实际应用中应进一步根据实际用途进行试验分析总结规律，充分发挥硅粉的性能，配制出强度和耐久性更好的混凝土。

参考文献

[1]薛航.掺硅粉混凝土路用性能研究[J].混凝土，2006.9

[2]水泥胶砂强度检验方法（ISO法）.GB/T17671-1999

[3]普通混凝土配合比设计规程.JGJ55-2011

作者简介

张学斌，1991.12，男，汉，陕西商洛，本科，助理工程师，目前桥梁施工行业。

论文作者:张学斌

论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期

论文发表时间:2020/3/16

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