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微硅粉在混凝土中的應用

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微硅粉在混凝土中的應用
     將硅鐵合金冶煉過程中排出的粉塵——微硅灰摻入到混凝土中,運用于公路工程施工實例較少,2005年濱州市公路局首次把水泥混凝土中參加微硅粉運用到工程實踐中,取得了良好的效果。
     微硅粉也叫硅灰或稱凝聚硅灰,也有人叫硅粉,是硅鐵或金屬硅生產過程中由礦熱爐中的高純石英、焦炭和木屑還原產生的副產品,主要成分是SiO2,一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生的氧氫化合物反應。
一、應用歷史
      微硅粉在混凝土中的應用研究可追溯到上世紀四十年代的挪威。七十年代末,北歐和北美對于微硅粉在混凝土中的應用研究也取得了長足的進步,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標準暫行規定”。另外,微硅粉在混凝土中應用的同時,受到技術進步和社會經濟因素的有力促進,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境中可能短時間內受到嚴重損壞,從而威脅工程質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,成功應用于各工程中,混凝土性能顯著改善,將混凝土施工的靈活、快速和經濟的優點提高到一個新的水平。
二、工作原理
      運用于混凝土中填充顆粒空隙,提高體積密度和降低孔隙率。同時微硅粉在混凝土中具有火山灰反應,微硅粉水化形成的富硅凝膠,強度高于Ca(OH)2晶體,與水泥水化凝膠C-S-H共同工作。
三、硅粉的種類及應用標準
     硅粉主要以二種形式供應,即原態微硅粉和增密硅粉。
1、原態微硅粉,即通過收塵器直接收集得到的產品,松散容積約為150-200kg/m³,原態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,工作環境粉塵大,工作效率低。
2、增密微硅粉,為解決原態微硅粉不宜長途運輸及效率低的問題,開發出了提高微硅粉松散密實度的“微硅增密技術”。這種技術使原態微硅粉在壓縮空氣流的作用下,滾動聚集成小的顆粒團,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的顆粒凝聚力較弱,在混凝土攪拌機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,以保證增密微硅顆粒團散開和良好的分散。
3、微硅粉的質量標準
      SiO2含量越高,微硅粉的性能越高,其他非SiO2雜質含量就低。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)再次是微硅粉的細度要控制在45 um,顆粒大的,篩分量在10%以下。以前有的學者專家曾計算: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量的比例為1:2000000,由此可知微硅粉是一種超細粉末物質,其之所以提高混凝土的強度,關鍵在于提高了水泥漿體與骨料之間的粘結強度,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的密實度和減小界面過渡區的厚度。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、優點
1、硅微粉是一種物理性質、化學性質均十分穩定的中性無機填料,不含結晶水,不參與固化反應,不影響反應機理。
2、對各類樹脂有良好的浸潤性,吸附性能好,易混合,不產生結團現象。
3、硅微粉粒度大小分布合理,致密性強,硬度大,耐磨性能好,可大幅度提高固化物的抗拉、抗壓、抗沖擊強度和耐磨性能,抗沖磨能力能提高0.5—2.5倍。
4、能增大導熱系數,改變膠粘性和增加阻燃性能。
5、能降低環氧樹脂固化反應的放熱峰溫度,降低固化物的線膨脹系數和固化物的收縮率,從而消除內應力,防止開裂。
6、由于硅微粉的粒度細,分布合理,能有效的減少和消除沉淀,分層現象。
7、硅微粉質純,雜質含量低,物化性能穩定,使固化物具有良好的絕緣性能和抗電弧性能。
8、硅微粉的化學成分為二氧化硅(SiO2),屬惰性物質,與大部分酸、堿不起化學反應,硅微粉均勻分布、覆蓋在物件表面,具有較強的抗腐蝕性,抗空蝕能力提高3—16倍。
9、硅微粉,堆積密度小:一種在0.2-0.8之間,一種在1.0-2.2之間。作為聚合物填充材料,較其他礦物性填品用量少,裝載重量小,節省聚合物用量,因此可降低產品成本。
10、抗凍性:微硅粉在經過300—500次快速凍解循環,相對彈性模量隆低10—20%,而普通混凝土通過25—50次循環,相對彈性模量隆低為30—73%。因此可以提高混凝土的抗凍性。
11、早強性:微硅粉混凝土使誘導期縮短,具有早強的特性。
五、硅粉混凝土的施工方法
1、硅粉混凝土的拌和。用攪拌機拌和,按配方將材料準確稱量,投料次序為水→石子→砂→水泥→硅粉→用攪拌機攪拌1.5min,然后加入外加劑一膠乳再攪拌1.5min出機。混凝土拌好的象征是:各種材料拌和均勻,流動性好,不離析,塌落度控制在3cm以內,超過4cm則不得使用。
2、硅粉混凝土的運輸。拌好的硅粉混凝土水平運輸和垂直運輸時間不得超過10min。
3、硅粉混凝土的入倉澆筑。澆筑過程應1次澆完,不得中途停止。由于機械故障等原因產生冷縫,應停止澆筑,等先澆混凝土具有一定強度(一般等24h后),按施工縫處理后(處理方法與基面處理相同),再澆筑剩余部分混凝土。澆筑宜從左或右向一個方向入倉,經平倉后,先用插入式振搗器,后用平板振搗器提漿,振搗時間較普通混凝土稍長一些,要振搗密實不能漏振。平倉振搗后收抹面的工人應抓緊拍打出漿并抹面,一般應收抹3次~4次,使其表面光滑平整,無空洞、麻面和無貫穿性裂縫,不平整度控制在5mm以內。
4、養護。新澆硅粉混凝土經振搗收抹后停1h~3h(根據現場氣溫具體確定),立即加蓋塑料薄膜,防止雨淋和表面蒸發產生裂縫,24h內嚴禁人踩或堆放雜物。經36h~48h后,去掉塑料膜,加蓋草袋,按水工混凝土養護規程及時灑水養護。
六、使用中應注意的問題
1、配合比設計
1) 相容性:微硅粉應與減水劑、粉煤灰、礦粉、纖維等相容性良好。
2) 坍落度:由于其填隙效應,混凝土

www.tljciu.live的粘滯性較高,因此摻微硅粉混凝土的坍落度設計要求比普通混凝土高2~3cm;
3) 摻入量:制造高強度及噴射混凝土,微硅粉摻入量為水泥量的6~12%;對于水下工程混凝土,其摻量略高;而將微硅粉作為助泵劑使用時,摻入量減為2%左右。通過配合比試驗確定最終配合比。
2、加料與攪拌
1) 通常混凝土工業使用增密型微硅粉,因此可選擇人工加料或自動加料。
2) 由于微硅粉獨有的超細特性,微硅粉要求在骨料投料后立即投入,不得將粉狀微硅粉加入已拌和妥的混凝土中。
3) 摻入微硅粉混凝土的攪拌時間比普通混凝土要延長30~40s,以獲得良好的均勻性。
4)摻入微硅粉混凝土的運輸沒有特別要求,與普通混凝土相同。注意一點就是運輸時間不得超過10min。
3、澆注和養護
1)微硅粉混凝土的振搗要求密實,不得漏振、欠振,也不得過振。一般振搗時間為10~30s;
2)要求混凝土連續供應,以防止冷接茬,造成隱患。接茬時間不得超過100min;
4) 微硅粉混凝土養護過程中防止水份的過早蒸發非常重要。因此,澆注完畢,立即覆膜、并鋪設麻袋、澆水養護。
結束語
      我國目前擁有上千座硅鐵及工業硅爐,年產微硅粉約25萬噸,而現在環保設備收集的僅有6萬噸左右,而大量的微硅粉被排放到大氣中,直接污染了環境,同時也是對資源的浪費。因此,微硅粉作為一種不可再生的資源,對它的收集 不僅是環保效益,更是一個具有廣闊經濟價值的市場資源。

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