微硅粉是HPC活性矿物掺合材料中活性最高的一种,其主要成分为活性SiO2。微硅粉颗粒很小(10~100nm),具有高度分散性。硅灰对HPC强度的作用机理为:填充效应、火山灰效应、孔隙溶液化学效应。微硅粉掺入HPC中,增加了HPC基体的密实度,提高了水泥浆体与骨料之间的粘结强度,减少了Ca(OH)2对HPC强度的不利影响,削弱了ASR对HPC的危害。HPC中微硅粉一般掺量为5%~15%,最佳掺量10%左右。
微硅粉作为一种辅助胶凝材料掺加到水泥浆体和混凝土中,不仅能够提高水泥水化度,并与Ca(OH)2发生二次水化反应,且微硅粉及其二次水化产物填充硬化水泥浆体中的有害孔,并改善混凝土中硬化水泥浆体与骨料的界面性能,硅灰对改善硬化水泥混凝土浆体微观结构的分析将产生积极的影响,从而对其宏观力学性能特别是对它们的耐久性产生十分有利的影响,而这正是水泥与混凝土材料科学的几个基本任务之一,而且利用微硅粉还可以减少其对环境的污染,减轻它对环境所造成的压力。但同时也应该看到,微硅粉对硬化水泥浆体和混凝土微结构的改善与许多因素有关,因此必须加强这方面的研究,包括其它火山灰材料对硬化水泥浆体和混凝土微结构的影响的研究。
混凝土的耐久性包括了混凝土的抗渗性、抗化学侵蚀性、抗钢筋锈蚀能力和抗冲磨性能。
1、微硅粉对高性能混凝土的抗渗性的影响:
混凝土是一种透水材料,它的渗透性与它的孔隙率、孔隙分布及孔隙连通性有关。振捣密实的混凝土水灰比愈小,养护龄期愈长,则渗透性愈小。在混凝土中掺入引气剂也可降低渗透性。一般地水灰比小于0.50的混凝土,它的渗透系数可以达到1×10-11m/s。在海水中的混凝土它的渗透性是决定混凝土工程耐久性的最重要的因素,渗透性高的混凝土在海水中很易遭破坏。由于微硅粉颗粒小,比水泥颗粒小20~100倍,可以充填到水泥颗粒中间的空隙中,使混凝土密实,同时微硅粉的二次水化作用,新的生成物堵塞混凝土中渗透通道,故微硅粉混凝土的抗渗能力很强,混凝土的渗透性随水胶比的增加而增大,这是因为水灰比混凝土的密实性相对差些。
2、微硅粉对高性能混凝土的抗化学侵蚀性的影响:
一般微硅粉减少渗透性的效果要大于强度的增加,特别在硅粉以小掺量掺入低强混凝土时更是如此。对于掺入一定量的硅粉的高性能混凝土,水胶比通常小于0.4,且有超细微粒填充,因此,掺入微硅粉的高性能混凝土具有非常好的抗渗能力。因为加入微硅粉可以明显地降低混凝土渗透性及减少游离的Ca(OH)2,从而提高了混凝土抗化学侵蚀能力。在混凝土中掺入硅微粉,能减少Ca(OH)2含量,增加混凝土密实性,有效提高弱酸腐蚀能力,但在强酸或高深度的弱酸中不行,因混凝土中的C-S-H在酸中分解,另外,它还能抗盐类腐蚀,尤其是对氯盐及硫酸盐类,它之所以能抗酸盐侵蚀,原因是微硅粉混凝土较密实,孔结构得到改善,从而减少了有害离子传递速度及减少了可溶性的Ca(OH)2和钙矾石的生成,而增加水化硅酸钙晶体的结果。 一、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,显着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。
二、微硅粉在耐火材料上的应用:硅粉作为一种新原料,在耐火行业普遍使用。它对不定形耐火材料的改善有重要作用。表现为:
1.传统耐火材料中有众多孔隙,微硅粉充填于孔隙中,提高了体积密度和降低气孔率,强度可明显增强;
2.微硅粉有强的活性,在水中能形成胶体粒子,加入适量的分散剂,可增强流动性,从而改善浇注性能;
3.微硅粉在水中易形成—Si-OH基,具有较强的亲水性和活性,能增强耐火材料的凝聚,同时对高温性能有较大的改善,并可延长耐火制品的使用寿命。
三、微硅粉的其它用途:
1.水泥工业:在水泥中添加微硅粉后,性能得到改善,质量,标号都大大提高;
2.橡胶工业:橡胶加一定量微硅粉后,其延伸缩,抗撕裂性和抗老化度有很大提高,这种橡胶还具有良好的介电性,吸水能力低;
3.作防结块剂:代替云母或硅藻土作防止肥料颗粒结块的原料;
4.作球团粘合剂:微硅粉比表面积大,吸附性强,在国外作球团矿的粘合剂取得显着效果;
5.水玻璃行业:可代替石英矿,生产出模数为4的水玻璃;
6.在油田作为固井使用:吉林油田,辽河油田,克拉玛依油田等,都大量使用微硅粉,并取得很好使用效果;1、高性能微硅粉混凝土的流动性高、粘聚性好、不离析、不分层、具有优 良的施工性能。
2、硬化后的混凝土强度高。由于强度是混凝土最基本的使用 性能.强度低的普通混凝土不能认为是高性能混凝土。但这并不意 味着可以忽视普通混凝土应该具有的良好的施工性能和足够的耐久 性能。
3、硬化后的馄凝土具有良好的体积稳定性,即收缩小、徐变低。
4、耐久性高。 不能因为某种性能好.将满足了工程某种功能要求的混凝士称为高性能混凝土,否则,高性能混凝土涵盖太广.也就失去了高性能混凝土的意义。
如前所述,第2条要求和第3,4条要求是基本协同的,而 不是绝对排斥的,一般说来.强度越高,其收缩、徐变越小,各项耐久 性标越高。而第1条要求和第2条要求则是相互排斥的。
强度高要求水灰比低,用水量小;相反,流动性大则要求用水量太,水灰比高。在普通混凝土的配合比设计中,主要的工作就是平衡这两种要 求,以达到既满足强度的要求.又满足流动性的需要。
因此,要制成 满足上述4点要求的高性能混凝土。还必须要采用另外的先进技术措施,并掺人高效减水剂及高效活性矿物掺料。