微硅粉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,微硅粉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。微硅粉具有良好的填充效应,在建筑混凝土中得到了广泛的应用
为什么说“微硅粉具有良好的填充效应,在建筑混凝土中得到了广泛的应用”呢?洛阳汇矽微硅粉公司解答这个问题之前,我们先来了解一下混凝土的整体结构。
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。对于微硅粉混凝土的配合比设计,主要是根据设计要求, 确定硅粉的掺入方法,微硅粉的最佳掺量,减水剂的最优掺量及砂石料调整,而其它则按普通混凝土设计方法进行。
a) 微硅粉的掺入方法:微硅粉在混凝土中一般有两种方法: 一是内掺,二是外掺,都要与减水剂配合使用。内掺法往往用微硅粉代替水泥,又分等量代替和部分等量代替两种,等量代替为微硅粉掺量代替相等的水泥,部分代替为1 kg 微硅粉代替1~3 kg 水泥,作为研究一般掺量为5 %~30 % ,水灰比一般保持不变:而外掺法指的是微硅粉像外加剂那样掺在混凝土中,而水泥用量不减少,掺量一般为5 %~10 % ,一般外掺法而得的混凝土的力学性能要高得多,但增加了混凝土中胶凝材料用量。
b) 微硅粉的最佳掺量:微硅粉在混凝土中掺量太少,对混凝土性能改善不大,但是掺量太多,则混凝土太粘,不易施工,且干缩变形大,抗冻性差,因此,掺微硅粉时,应找出最优掺量才能获得最佳结果。一般情况下,掺量在10%以内效果较为满意。微硅粉的合适掺量一般根据所用微硅粉,水泥种类和骨料性质,选择几个微硅粉掺量,如3、5、7、10%等,成型混凝土试件,绘制R-SF(强度-微硅粉掺量)曲线确定。值得注意的是微硅粉价格较高,在确定微硅粉的最佳掺量时,也要考虑技术经济指标。
c) 减水剂的最佳掺量:在混凝土中使用微硅粉,如不掺减水剂,想保持相同的流动度,则必然要增加用水量、水灰比增加,掺微硅粉的混凝土强度也不上去,这也是过去微硅粉在混凝土中未推广使用的原因。微硅粉与减水剂联合使用掺用微硅粉水灰比不变,即用水量不增加,也能达到与未掺微硅粉的混凝土具有相同的流动度且微硅粉混凝土强度等性能得到大幅度提高,一般国内较多采用萘系高效减水剂,如建1、H、DH3、FDN、NF、N2B 等,其掺量一般为胶材用量的1 %以内,有时为了减小水灰比,拌制超高强混凝土,减水剂掺量达2 %~ 3 %。
d) 砂石料用量调整:内掺微硅粉一般对砂石用量不必调整。外掺微硅粉要扣掉与微硅粉体积相等的砂石体积。