微硅粉在渗透注浆工程中有着非凡的作用,特鄙是中细砂地层中,提高浆液的可注性并保证一些特殊工程的耐久性非常重要。微硅粉作为注浆材料,其颗粒极细,可注性好,无毒性,浆液结石体强度高,工程耐久性好。通过对一些工程的成功应用进行分析,微硅粉可以作为一种很好的渗透注浆工程注浆材料,尤其在高水位、含中细砂层地质条件下,微硅粉注浆材料具有广阔的工程应用前景。
对于土层的渗透注浆,是在不足以破坏地层构造的压力(即不产生水力劈裂)下,把浆液注入到粒状土的孔隙中,从而取代、排出其中的空气和水。渗透注浆浆液一般均匀地扩散到砂、土层颗粒的间隙中,胶结后,以达到增强砂土体强度和防渗能力的目的。随着我国城市的发展,深基坑工程及城市地下铁道工程逐年增多,而且大部分城市的地下工程处于细砂、中砂、粗砂、砾砂等地质条件下,围岩松散软弱,自稳能力差,在开挖时,容易坍塌。所以,一般在开挖前进行注浆加固。目前,砂性地层注浆多采用水泥——水玻璃浆液(有水)或者水泥浆(无水),但只有地层为粗砂以上的颗粒时,水泥浆可以注入,在地层为中砂以上颗粒时,水泥浆和水泥一水玻璃浆液可以注入。颗粒小于中砂,则水泥浆液甚至水泥——水玻璃浆液很难注入。
微硅粉是种很好的注浆材料,是冶炼厂在冶炼硅铁合金或半导体硅时,从烟尘中收集到的粉尘,其颗粒极细,比表面积大,在浆液中掺入微硅粉,可以使浆液具有较好的可注性,渗透性和耐久性,并可以有效地提高注浆工程的抗渗性和强度值。 (1)提高混凝土早期强度和最终强度
当微硅粉对水泥的取代率为30%以内时,蒸气温度为80℃,砂浆一天的抗压强度为不掺微硅粉的2倍,(100MPa);若无采用蒸压养护,则几乎达3倍(150MPa);采用标准养护,砂浆的抗压强度也明显提高。当微硅粉与高效碱水剂复合使用时,可使混凝土的水胶比(W/C+Si)降至0.13-0.18,水泥颗粒之间被硅粉填充密实,混凝土的抗压强度为不掺硅粉的3-5倍。
(2)增加混凝土致密度
混凝土中掺入微硅粉增加了起反应的硅含量,在电镜下观察,掺硅混凝土的水泥石空隙中有晶体生长。另外,微硅粉颗粒很细小,均匀地填充了混凝土微孔。国外用水泥注入法测定,无论哪种养护条件,掺微硅粉的混凝土水泥石微孔容积均明显减少。
(3)改善混凝土离析和泌水性能
浇灌混凝土之后,往往产生水从混凝土中分离出来的现象,即在表层形成水膜,也称之为浮浆,使上层混凝土分布不均匀,影响建筑质量。国外研究证明,微硅粉掺入量即取代率Si/(Si+C)愈多,混凝土材料愈难以离析和泌水。当取代率达15%时,混凝土坍落即使达15-20cm,也几乎不产生离析和泌水;当取代率达20-30%时,将该混凝土直接放入自来水中也不宜产生离析。由于微硅粉对混凝土离析和泌水性能的改善,使掺微硅粉混凝土可以用作海港、隧道等水下工程。
(4)提高混凝土的抗渗性、抗化学腐蚀性和比电阻由于微硅粉的掺入提高了混凝土的密实性,大大减少了水泥空隙,所以提高了微硅粉混凝土的抗渗性能。国外研究认为,当混凝土中微硅粉取代率为10-20%时,显著改善了混凝土的抗渗性、抗化学腐蚀性,而且对钢筋的耐腐蚀性也有改善。这时因为密实性的提高和SiO2含量增加,有效地阻止了酸离子的侵入和腐蚀作用。另外,由于微硅粉比电阻很高(可达1.2×1011Ω·cm,90~150℃),所以混凝土比电阻可提高1.9~16倍 硅灰混凝土的自生收缩、在高强/高性能混凝土得到日益广泛应用,在人们使混凝土的施工性能、强度、耐久性等不断提高的同时,混凝土却越来越容易出现早期裂缝(early age cracking)。高强/高性能混凝土的水胶比一般较低,相应的干燥收缩也较小,导致裂缝的体积收缩是怎样产生的呢?近年来,研究的重点集中在混凝土的自生收缩。
如何减小自生收缩,目前有一些有益的尝试:
在混凝土中拌入少量饱水高铝骨料,从混凝土内部补充水分,防止白干燥,从而有效降低自生收缩。这种方法也称混凝土内部养护,可以将自生收缩降到非常低水平。需要注意的是,轻骨料的质量和含量会影响混凝土强度。
掺加降收缩剂。降收缩剂的作用机理是降低孔隙水的表面张力,降低微细孔隙干 燥过程产生的收缩应力,从而减小自生收缩,对收缩的减小量可达到30~80%,但同时 也会在一定程度上降低混凝土的强度。
掺加引水聚合物(super absorbent polymer 简称 SAP)颗粒,进行内部养护。丹麦学者在这方面从理论和试验上进行了尝试 。在混凝土中掺加0.3~0.6%(以水泥重量计)、颗粒尺寸100μm 左右、饱水的共价交联丙烯酰胺一丙烯酸共聚物,能够非常有效 地从内部补充低水胶比混凝土水泥水化需要的水分,大幅度减小水泥浆内部白干燥和所 导致自生收缩。目前,这项技术还处于初始研究阶段,其经济性、引水聚合物对混凝土其它性能如耐久性、强度等的影响还有待研究。