混凝土在搅拌沙石时,为了获得混凝土施工要求的流动性,经常需要多加一些水(超过水泥水化所需水量),这些多加的水不仅使水泥浆变稀,胶结力减弱,而且多余的水分残留在混凝土中形成水泡或水道,随混凝土硬化而蒸发后便留下大量的气孔。从而减少混凝土实际受力面积,而且在混凝土受力时,易在孔隙周围产生应力集中。
在混凝土中,内部泌水受骨料颗粒的阻挡而聚集在骨料下面形成多孔界面。在骨料界面过滤区形成的Ca(OH)2要多于其它区域。Ca(OH)2晶体生长较大并有平行于骨料表面的较强取向性。平行于骨料表面的大Ca(OH)2晶体较易开裂,比水化硅酸钙凝胶(C-S-H)薄弱。水泥浆与骨料之间的界面过滤区由于多孔和有许多定向排列的大Ca(OH)2晶体,而成为混凝土内部的强度薄弱区。HPC中由于掺入一定量的微硅粉,其强度与普通混凝土(不掺硅粉)相比,有明显改善。
我们通过实验得到大量的详细数据:以15%的微硅粉取代水泥,则在水泥颗粒数量与微硅粉颗粒数量的比例为1∶2000000,即二百万个微硅粉对一个水泥颗粒,因此微硅粉对HPC强度有很大影响。在HPC中小于水泥颗粒直径100倍的微硅粉,填充于水泥浆体的孔隙间,填充于水泥颗粒的空隙间,其效果如同水泥颗粒填充在骨料空隙之间和细骨料填充在粗骨料空隙之间一样,从微观尺度上增加HPC的密实度,提高了HPC的强度,这就是微硅粉的“填充效应”。在HPC中,填充于水泥浆体中的微硅粉使水泥浆体孔的数量明显减少,匀质性提高,而总空隙率基本保持不变。微硅粉混凝土必须进行适当的养护。如果没有养护,微硅粉带给混凝土的优点就不能实现。如果不将适当养护的要求纳入混凝土技术标准和不在项目中贯彻实施养护要求,则最好不要使用微硅粉混凝土。
使用微硅粉硅灰的混凝土,必须重视混凝土生产施工的每个环节。搅拌过程、微硅粉的充分分散是关系到混凝土性能的关键。搅拌不好和微硅粉分散不良,可能得不到预期的混凝土性能。
对于确定混凝土的‘硬指标’性能,采用抗压强度可能是一个合适的方法。然而,确定性能必须谨慎和充分理解其场合与条件。具有相同强度的混凝土,测试其它性能参数,表现不一定相同。
很多平面混凝土结构进行了过多的抹面。硅粉混凝土抹面的经验显示,进行最少的抹面工作就能获得更加耐久的混凝土,同时防止塑性收缩裂缝。
在氯盐环境,硅粉混凝土具有期望的抗氯离子渗透性能。迄今,一些对实际结构进行的测试证明,硅粉混凝土性能良好。其中一个报告显示:随时间的延长,氯渗透的速率在大幅度降低。现在,实际的硅粉混凝土结构数量已经足够多,暴露的时间也足够长,很能够说明问题。
美国微硅粉协会正在进行的一项目,即在实际的桥梁、停车楼和海工结构上取样。微硅粉产品的类型发生变化。如今,配方产品和浆体微硅粉已经从市场上消失。几乎所有商品混凝土和预制混凝土企业都使用加密微硅粉。中铁科研人员利用混凝土微硅粉与优质水泥正交设计、研制的C60高强度微硅粉混凝土,日前由重庆大佛寺长江大桥试验中心研制成功,并首次在大桥主梁浇注使用。
作为混凝土的改性材料,微硅粉高强度混凝土具有易浇注、整体密实、长期稳定及强度高等特点,可提高建筑的内在质量,在桥梁建筑市场上具有极大的推广应用价值。而建设中的重庆大佛寺长江大桥,是一座主跨450米的双塔双索面预应力混凝土斜拉桥,跨度超过目前国内最大跨度的武汉长江二桥50米。
由于重庆大佛寺长江大桥主梁采用悬臂浇注号块对接合龙新工艺,对混凝土强度及稳定性要求特别高。承担该桥建设任务的中铁大桥局科研人员,为此专门成立了微硅粉混凝土专题攻关小组,应用正交设计原理,参考国际建筑市场同类产品资料,历经半年试验,攻克了一系列技术难题,择优筛选出各种材料最佳配合比,研制出这一新型建材产品,并在主梁14号块现浇成功。
经专家检测,C60高强度微硅粉混凝土具有高强度、高稳定、高耐久等特性,超过了法国诺曼底大桥和香港青马大桥采用的国外同类产品,填补了我国建筑市场建桥新材料的一项空白。