由于微硅粉在结合系统中的颗粒通常是最细小的,其比表面积约为20m2 /g,因此,它的表面特性和杂质含量就决定了浇筑料的浇筑和凝结性能。在某些混合物中,微硅粉 对总颗粒表面积的影响在50%以上。
在水系统中,微硅粉通常具有大约为20~30mV的负表面电荷。电荷在pH值约为2~3时为零。而另一方面,水泥却显示出稍有点正电荷,这可能是由于碳化作用所致。因些,在未加分散剂的情况下,结合系统的颗粒会相互吸引。这样,就要求加入大量的水,以便使颗粒相互之间能自由地移动,据认为,波特兰水泥系统即增塑剂或超级增塑剂中的表面活性剂(通常称为分散剂)可使粘合系统的颗粒产生均一的负电荷。由于颗粒在产生负电荷后会相互排斥,因而可降低水的加入量。
分散剂机理会因分散剂的类型是无机还是有机的而有所不同。埃肯耐火材料厂实验室实验结果表明,磷酸盐实际上有可能会吸附在硅微粉的表面,或多或少地起到“清除”表面其它杂质的作用,而高分子量的有机分子实际上可能会在颗粒之间卷缩,从而使颗粒相互分离。在浇筑料中使用磷酸盐,人们会观察到在振动过程中正在形成的浇筑材料上有一层黑色的表膜。这似乎是来自硅微粉表面的含碳杂质。在采用有机分散剂时,未观察到有这种影响。 微硅粉也叫硅灰或硅粉,也有人叫凝聚硅灰,是硅铁或金属硅生产过程中由矿热炉中的高纯石英、焦炭和木屑还原产生的副产品,主要成分是SiO2,一般微硅粉的颜色在浅灰和深灰之间,SiO2本身是无色的,其颜色主要取决于碳和氧化铁的含量,碳含量越高,颜色越暗,另外加密的硅粉要比自然硅粉颜色暗。硅粉的粒径都小于1um,平均粒径为0.1um左右,是水泥颗粒直径的1/100,所以硅粉能高度分散于混凝土中,填充在水泥颗粒之间而提高密实度,同时微硅粉具有很高的活性,能更快更全面的与水泥水化产生的氧氢化合物反应。
微硅粉在混凝土中的应用研究可追溯到上世纪四十年代的挪威。七十年代末,北欧和北美对于微硅粉在混凝土中的应用研究也取得了长足的进步,八十年代初,中国对微硅粉混凝土作了大量的研究工作,并在水利工程中有较多应用,取得了良好的效果。水利部还颁布了“水工混凝土硅粉品质标准暂行规定”。另外,微硅粉在混凝土中应用的同时,受到技术进步和社会经济因素的有力促进,混凝土的耐久性越来越受重视。
实践表明:普通混凝土工程在恶劣的环境中可能短时间内受到严重损坏,从而威胁工程质量大大降低工程的使用寿命。而采用水泥、硅粉和粉煤灰及减水剂配制出满足各方面要求的高性能混凝土,成功应用于各工程中,混凝土性能显著改善,将混凝土施工的灵活、快速和经济的优点提高到一个新的水平。
将硅铁合金冶炼过程中排出的粉尘——微硅灰掺入到混凝土中,运用于公路工程施工实例较少,2005年滨州市公路局首次把水泥混凝土中参加微硅粉运用到工程实践中,取得了良好的效果。下面我就水泥混凝土中掺加微硅粉施工的一些心得做一下简要叙述。微硅粉的研究始于斯堪的纳维亚国家,尽管20世纪50年代人们对微硅粉作用就有所认识和初步的研究,但应用于实际工程中是从70年代开始的,首先是挪威和瑞典等国家在港口码头、北海油田及地下矿井中部分采用了微硅粉混凝土,1982 年,挪威在伏诺维斯坝上正式采用了微硅粉混凝土筑坝, 20世纪80 年代初加拿大在魁北克建立了微硅粉混凝土,并对大体积微硅粉混凝土进行试验研究,拌制高标号混凝土1 万立方米,1983年美国用微硅粉混凝土修补了奥里夫尼河上的卡查坝消力池,效果良好。世界上其它国家也都加紧研究和应用。而我国对微硅粉的研究历史不长,仅仅10多年时间,1985年水电部东勘院科研所和水电部第十工程局首次在四川渔子溪二级电站中试用了微硅粉混凝土,在厂房混凝土中掺微硅粉3 %~7 %,以提高早期强度,加快模板周转,达到预期效果,另外,在引水隧洞喷射混凝土中,掺微硅粉715 %,以减少混凝土的回弹量,南科院在大伙房水库工程、龙羊峡泄水建筑物和葛洲坝泄水闸修补等工程中都采用了微硅粉混凝土,效果较好,水科院对微硅粉混凝土的耐久性能及硅粉水泥水藻灌浆材料进行了一些研究,并在二滩水电站基础固结灌浆中,潘家大坝溢流面修复工程、安康及四川秋达电站导流泄洪洞修补等工程中使用了微硅粉混凝土,微硅粉水泥灌浆。所有这些,说明微硅粉混凝土作为一种高性能混凝土在工程中的应用日显重要,所以对其性能特别是其强度与耐久性的研究也倍受关注。 配合比对于微硅粉混凝土的配合比设计,主要是根据设计要求, 确定微硅粉的掺入方法,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。