硅灰对混凝土性能的影响和其应用
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混凝土中添加硅灰石粉的效果及使用方法一、背景介绍混凝土是一种常见的建筑材料,但其强度和耐久性常常受到一些因素的影响,如水泥的品质、混凝土配合比等。
为了提高混凝土的性能,人们开始研究添加一些特殊的材料,其中硅灰石粉是一种常见的添加剂。
二、硅灰石粉的基本特性硅灰石粉是一种细粉末状的物质,其主要成分是SiO2和CaO。
硅灰石粉通常是由石灰石和石英石的混合物煅烧而成,其颗粒大小一般在几微米到几十微米之间。
三、添加硅灰石粉的优势1、提高混凝土的强度:硅灰石粉可以填充混凝土中的微孔和细缝,从而增强混凝土的密实性和强度。
2、提高混凝土的耐久性:硅灰石粉可以减少混凝土的渗透性,从而防止水分和气体的侵入,延长混凝土的使用寿命。
3、提高混凝土的环保性:硅灰石粉是一种天然材料,使用硅灰石粉可以减少对环境的污染。
4、降低成本:硅灰石粉的价格相对较低,使用硅灰石粉可以降低混凝土的成本。
四、硅灰石粉的使用方法1、控制硅灰石粉的掺量:硅灰石粉的掺量应根据混凝土的配合比、施工条件和要求等因素综合考虑,一般掺量在10%~20%之间。
2、混合硅灰石粉和水泥:硅灰石粉应在水泥中搅拌均匀,使硅灰石粉和水泥充分混合,然后再与其他混凝土原材料混合。
3、注意控制混凝土的水灰比:硅灰石粉的掺入会使混凝土的水灰比降低,因此应根据需要调整混凝土的水灰比。
4、注意控制混凝土的施工温度:硅灰石粉在低温下易吸潮结块,在高温下易发生反应,因此在混凝土施工时应注意控制温度。
五、硅灰石粉的效果1、硅灰石粉能够提高混凝土的强度和耐久性,降低渗透性和裂缝的发生率。
2、硅灰石粉能够改善混凝土的性能,增强混凝土的密实性和稳定性。
3、硅灰石粉能够降低混凝土的成本,并提高混凝土的环保性。
六、注意事项1、硅灰石粉应存放在干燥通风的地方,避免受潮和结块。
2、硅灰石粉应在混凝土配合比设计时考虑,避免过量使用。
3、硅灰石粉应与混凝土其他原材料充分混合,确保均匀分散。
4、在混凝土施工前,应进行试验,确保硅灰石粉的添加对混凝土性能的影响符合要求。
混凝土中添加硅灰的原理一、引言混凝土是一种常用的建筑材料,其主要成分为水泥、碎石、沙子和水。
混凝土的性能直接影响建筑物的质量和安全性,而硅灰作为一种常用的混凝土掺合料,可以有效地改善混凝土的性能,提高混凝土的强度和耐久性。
本文将详细介绍混凝土中添加硅灰的原理。
二、硅灰的基本概念硅灰是一种副产品,是指在硅材料的热解过程中,所分离出的细微粉末状物质。
硅灰主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3等,具有良好的活性和水化性能。
硅灰可以用作混凝土掺合料,具有优异的改性效果。
三、混凝土中添加硅灰的原理1. 硅灰可以促进水泥水化反应硅灰中含有大量的SiO2,可以与水泥中的Ca(OH)2反应,生成CaSiO3和水,从而促进水泥的水化反应。
硅灰中的Al2O3和Fe2O3也可以与水泥中的Ca(OH)2反应,生成新的水化产物,进一步促进水泥的水化反应。
因此,混凝土中添加硅灰可以提高水泥的水化程度,增强混凝土的强度和耐久性。
2. 硅灰可以填充水泥基体中的孔隙混凝土中的孔隙结构对混凝土的强度和耐久性有很大影响。
硅灰具有良好的细度和活性,可以填充水泥基体中的孔隙,减少混凝土中的孔隙率,提高混凝土的密实性和耐久性。
3. 硅灰可以促进混凝土的早期强度发展硅灰中的活性成分可以与水泥中的Ca(OH)2反应,形成新的水化产物,促进混凝土的早期强度发展。
此外,硅灰中的细粉末可以填充混凝土中的孔隙,提高混凝土的密实性,进一步促进混凝土的早期强度发展。
四、硅灰的使用方法1. 用量控制硅灰的掺量应根据混凝土的实际情况来确定,一般掺量在10%~30%之间。
掺量过高会降低混凝土的流动性和加工性,影响混凝土的工艺性能。
2. 混合方式硅灰与水泥、砂、碎石等混合时应注意充分搅拌,使其均匀分散在混凝土中。
硅灰应先与水泥进行干拌,加入砂和碎石后再进行湿拌。
3. 硅灰的质量控制硅灰的质量应符合国家标准和地方标准的要求。
在使用硅灰时,应进行质量检测,检测项目包括活性指数、细度、烧失量等。
混凝土中加入硅灰的标准一、前言混凝土是建筑工程中常用的一种材料,它具有强度高、耐久性好等优点,但是在使用过程中也存在一些问题,例如收缩、开裂等。
为了解决这些问题,人们在混凝土中添加了许多掺合料,其中硅灰就是一种常用的掺合料之一。
本文旨在探讨混凝土中加入硅灰的标准。
二、硅灰的定义和分类硅灰是指在高温下煅烧硅酸盐类原料得到的一种粉状物,它具有活性高、反应速度快等特点,可以用于改善混凝土性能。
根据硅灰的产生方式和矿物组成,可以将其分为天然硅灰和人工硅灰两类。
三、硅灰在混凝土中的作用硅灰在混凝土中的作用主要有以下几个方面:1.促进水泥水化反应,加速混凝土早期强度的发展。
2.改善混凝土的工作性能,降低黏度,提高流动性。
3.改善混凝土的抗裂性和抗渗性。
4.促进混凝土的自愈合能力。
5.减少混凝土的收缩,提高耐久性。
四、硅灰在混凝土中的添加量硅灰在混凝土中的添加量应根据混凝土的设计强度等级、使用环境和混凝土施工工艺等因素进行确定。
一般来说,硅灰的添加量不应超过水泥用量的10%,否则会影响混凝土的强度和耐久性。
五、硅灰的质量要求硅灰的质量要求应符合国家相关标准和规定,其中主要包括以下几个方面:1.化学成分:硅灰中SiO2和Al2O3的含量应符合标准要求。
2.物理性能:硅灰的比表面积、活性指数、筛余物等指标应符合标准要求。
3.烧失量:硅灰的烧失量应符合标准要求。
4.外观质量:硅灰不应有结块、疏松等现象,应为均匀细腻的粉末。
六、硅灰的使用方法硅灰在混凝土中的使用应按照以下方法进行:1.硅灰应与水泥一起搅拌均匀,再与其它混合料一起拌和。
2.硅灰应在水泥掺量的基础上计算,不能超过10%。
3.硅灰应在混凝土制作过程中适时投放,不能过早或过晚。
4.硅灰应储存在干燥通风的场所,避免潮湿和受潮。
七、硅灰掺量的调整硅灰的掺量应根据混凝土的实际情况进行调整。
如果掺入硅灰后混凝土的强度明显下降或出现开裂等问题,应适当减少硅灰掺量或停止使用。
浅谈混凝土掺用硅粉的性能影响和注意事项前言:硅粉是在冶炼工业硅或含硅合金时由高纯度的石英与焦炭在高温电弧炉(2000℃)中发生还原反应而产生的工业尘埃,它是利用收尘装置回收烟道排放的高温废气并通过专门处理而得到的。
硅粉也称微硅粉、硅微粉、硅灰、硅尘等,其产品质量主要用二氧化硅含量和细度来评价。
硅粉虽为工业废料,对环境有严重污染,但掺入混凝土后,不仅能够减少環境污染,还能显著改善混凝土拌合物性能。
1.硅粉在国内的生产和应用情况我国对硅粉的应用研究和回收利用起步较晚,大部分硅铁生产企业对硅粉的回收不够重视。
近几年,由于国家对环保的重视,加强对污染企业的管理,特别是国内对高性能混凝土需求的增加,我国的硅粉产品发展得到了迅速提升。
高强混凝土、微硅粉喷射混凝土、复合增强密度剂、硅粉砂浆等科研成果涌现而出,并已在许多工程中得到实际应用,技术经济效果显著。
我国于1985年在四川渔子溪二级水电站厂房混凝土中首次试用硅粉混凝土(掺量3%-7%),达到了预期效果。
之后,硅粉混凝土在我国安康、东风、二滩、小浪底等水利水电工程、大桥、高层建筑等工程中应用,取得了明显的技术经济效益和社会效益。
目前,硅粉已成为生产高强、高性能混凝土的重要原材料。
2.硅粉对混凝土力学性能及耐久性的影响2.1硅粉对混凝土力学性能的影响2.1.1增加混凝土与钢筋间的粘结性由于水泥浆与钢筋和骨料界面的粘合性有时会降低,这是有些混凝土会产生漏水现象,从而会有水积聚在其中。
加入硅粉后,这种现象就能有效地避免,减少水分的积聚现象,改善了其粘合性,使混凝土的性能大大提高了。
2.1.2提高混凝土强度当混凝土和硅粉混合时,即产生了火山灰反应。
由于火山灰反应会生成了水化硅酸钙和微填料作用,使其表面的结构细化从而强度增加,但用水量的增加会削减一部分强度。
但硅粉的成分增加与强度的增加并不是成正比的,当硅粉过量时,其强度也会慢慢的降低。
所以在添加时,不能盲目,而应该在多次总结经验的同时,找到合适的比例添加,这才是我们能够好好利用其性能的重点。
混凝土中添加硅灰石的效果及应用一、前言混凝土是建筑业中广泛使用的一种材料,其优点是强度高、耐久性好、施工方便等。
但是,传统混凝土在使用过程中存在一些问题,如收缩、裂缝等。
为了解决这些问题,人们开始研究添加一些掺合料来改善混凝土的性能。
本文将介绍一种常用的掺合料——硅灰石,并探讨其在混凝土中的应用效果。
二、硅灰石的基本特性硅灰石是指由石灰石和硅石经过高温反应后得到的产物。
硅灰石的主要成分是硅酸盐,其化学式为CaSiO3。
硅灰石的颗粒细度较小,平均粒径约为5微米。
硅灰石的特性如下:(1)硬度较高,摩氏硬度为5.5-6.5。
(2)化学稳定性好,不易与其他物质发生反应。
(3)颜色白色或灰色。
(4)细度高,比表面积大,有利于提高混凝土的强度。
(5)具有活性,能够促进混凝土中水泥的水化反应,提高混凝土的早期强度。
三、硅灰石在混凝土中的应用1.控制混凝土收缩混凝土在干燥过程中会出现收缩现象,这会导致混凝土表面出现裂缝,影响混凝土的使用寿命。
硅灰石作为掺合料可以有效地控制混凝土的收缩。
研究表明,添加硅灰石能够减少混凝土总收缩量,降低混凝土的收缩率,提高混凝土的抗裂性能。
2.改善混凝土的强度硅灰石与水泥反应会产生一定的硅酸钙胶凝材料,这种材料能够填充混凝土中的孔隙,提高混凝土的密实性,从而提高混凝土的强度。
研究表明,添加硅灰石能够提高混凝土的抗压强度和抗折强度。
3.改善混凝土的耐久性硅灰石的添加能够改善混凝土的耐久性,特别是对于硫酸盐侵蚀和氯离子渗透有明显的改善作用。
硅灰石能够与水泥中的Ca(OH)2反应生成硅酸钙胶凝材料,从而填充混凝土中的孔隙,减少混凝土中的孔隙率,降低氯离子的渗透速率。
4.减少混凝土的碱-骨料反应硅灰石的添加还能够减少混凝土中的碱-骨料反应。
硅灰石能够与水泥中的Ca(OH)2反应生成硅酸钙胶凝材料,从而减少混凝土中的碱性物质,降低碱-骨料反应的发生。
四、硅灰石添加量的确定硅灰石的添加量应根据混凝土的实际情况进行确定。
粉煤灰和硅灰在混凝土中的作用说起粉煤灰和硅灰,这俩玩意儿可是混凝土界的“隐形大佬”。
大家可能一听到这两个名字,会觉得有点陌生或者有点绕口,但它们在混凝土里的作用,可大大超过了你想象的范围。
咱们就来聊聊,这俩“隐形英雄”是怎么把混凝土的性能提升到新高度的。
粉煤灰是从煤电厂排放出的废弃物,别小看它,虽然是煤的“废料”,但在混凝土中可是能大派上用场的。
你想啊,混凝土用的是水泥,水泥这东西,生产过程不仅消耗能源,还会释放出大量的二氧化碳。
再加上水泥用得多了,生产成本也就涨了起来,难道这就没办法了吗?其实不然,粉煤灰的加入,可以替代一部分水泥的使用,既降低了水泥的用量,又减少了环境污染。
你看,这么一来,粉煤灰不光是废料变成宝,还能省钱,环保,双赢呀!粉煤灰的作用可不止于此。
因为粉煤灰颗粒表面光滑,又有一定的填充作用,它能有效填补混凝土中的孔隙,使得混凝土的密实度提高,强度也跟着上去了。
更妙的是,粉煤灰还能减少混凝土的裂缝,防止水分渗透,简直是混凝土“防水卫士”。
如果你要做一个水池或者道路的基础工程,用上粉煤灰,效果简直不言而喻。
想想看,不用担心混凝土开裂、渗水,这心里多踏实。
不过,粉煤灰的优势虽多,但硅灰也可不是吃素的。
硅灰,名字听起来就有点酷,像是个“技术流”。
它是从工业废气中回收来的细小颗粒,细得你简直不敢相信。
硅灰比水泥的颗粒还要小得多,加入混凝土后,能够和水泥中的氢氧化钙发生反应,生成更多的水化产物,这样混凝土的强度和耐久性都会提高。
硅灰的掺入,还能改善混凝土的工作性,使得混凝土更易搅拌、更好施工。
就像你做饭,加入了盐、酱油这些调味品,味道一下子就有了层次感,硅灰在混凝土里的作用,就是给混凝土加了那股“调味”。
如果你在做一些高强度混凝土工程,像是高楼大厦的建设,硅灰简直是不可或缺的存在。
它的细小颗粒可以填充水泥和其他材料的空隙,让混凝土的整体结构更加紧密,强度自然提升。
混凝土的抗压强度、抗渗透性、抗冻性都会因为硅灰的加入得到大幅度提高。
关于硅灰在混凝土中的应用摘要:硅灰在美国已经有二十多年的发展历史,在发展过程中,硅灰从研究材料变成了混凝土主要使用组分。
硅粉在被市场认可以后,产生了高性能混凝土这一词,可见硅灰能够给混凝土带来一定的优势,对科技进步有着很大的影响。
下文中,将主要针对硅灰在混凝土中的实际应用进行深入分析,并总结硅灰施工经验。
关键词:硅灰;混凝土;应用前言:硅粉是冶炼工业硅时回收的工业烟尘,我国作为工业硅生产大国,每年形成硅铁的产量都在上升,潜在硅粉就已经高达十五万吨以上。
硅灰是在冶炼时收集到的硅氧化物粉末,在混凝土中加入适量的硅灰,可以达到提高其强度的目的,因为硅灰中的颗粒可以起到微填充效应,并细化混凝土结构,对混凝土强度发展有很大帮助。
一、硅灰在国内外混凝土中研究现状(一)国外研究现状国外对于硅灰这方面的研究接近三十多年,从最初挪威埃肯公司就有对生产工艺研究,是最早使用硅灰的企业。
后续俄罗斯、日本有对这一方面进行研究,成为硅灰生产国,最早是在高性能混凝土试验,到实际工程应用经历了漫长时间,最早是在瑞典、挪威应用,在八十年代建立了硅灰混凝土研究基地。
取得良好使用效果后,人们开始加大对这一方面的研究,探讨硅灰对混凝土的影响,硅灰有着纯度高、颗粒小等特点,在混凝土掺入能够在提高其强度、耐久性的同时,改善其综合性能。
在实际工程中,硅灰有着良好的火山灰活性,可以生产胶凝,保留碱,防止出现锈蚀等问题。
(二)国内研究现状我国在硅灰这方面研究比较少,虽然有企业回收硅灰,但是对其认知不够,回收含量不达标。
随着政府环保工作的开展,开始重视环境治理,对其进行研究并获得了新成果。
在八十年代我国开始应用硅灰混凝土,比如高层建筑、水下工程等等。
在1986年,有使用硅灰砂浆修复水闸,并修建大桥、电站等大型工程,取得了良好的技术效果,受到了各行各业的认可。
对普通混凝土检测,了解其物理性能,分析对比掺入硅灰后的变化,对其进行改善,解决使用中存在的问题,对该行业发展有着很大的帮助。
混凝土中添加硅灰石粉的效果及使用方法I. 硅灰石粉的概述硅灰石粉是一种工业废弃物,由于其特殊的化学成分和物理性质,越来越多的人开始将其添加到混凝土中,以改善混凝土的性能和降低成本。
硅灰石粉主要成分是硅酸盐,具有较高的反应性和良好的活性,可以促进混凝土的早期强度发展和提高混凝土的耐久性,同时也可以减少混凝土的收缩和裂缝。
本文将详细介绍混凝土中添加硅灰石粉的效果及使用方法。
II. 硅灰石粉的优点1. 提高混凝土的强度和耐久性硅灰石粉可以作为一种补偿材料,填充混凝土中的空隙,增加混凝土的密实性和强度,同时也可以减少混凝土的收缩和裂缝,改善混凝土的耐久性。
2. 降低成本硅灰石粉是一种工业废弃物,价格相对低廉,添加硅灰石粉可以降低混凝土的成本,提高混凝土的经济性。
3. 对环境友好硅灰石粉是一种环保材料,可以减少工业废弃物的排放,对环境友好。
III. 硅灰石粉的使用方法1. 硅灰石粉的掺量硅灰石粉的掺量一般为混凝土用量的5%~15%,具体掺量要根据混凝土的用途和性能要求确定。
2. 添加时间硅灰石粉可以与水泥、砂、石灰等混合后使用,也可以在混凝土中直接添加。
一般来说,在混凝土中添加硅灰石粉的时间应该在混凝土的制备过程中进行,以保证硅灰石粉充分分散。
3. 混合方法硅灰石粉应该与水泥、砂、石灰等混合后使用,以确保硅灰石粉充分分散。
混合方法可以采用干拌、湿拌或自流平混凝土等方式进行,具体方法应根据混凝土的用途和性能要求确定。
IV. 硅灰石粉的注意事项1. 硅灰石粉的质量硅灰石粉的质量直接影响混凝土的性能和质量,因此在使用硅灰石粉时应该选择符合国家标准的产品,并严格控制其质量。
2. 硅灰石粉的储存硅灰石粉应该储存在干燥、通风、防潮的仓库中,避免与其他物质混合,避免混凝土中出现不良反应。
3. 硅灰石粉的掺量硅灰石粉的掺量应该根据混凝土的用途和性能要求确定,过高或过低的掺量都会对混凝土的性能和质量产生不良影响。
V. 结论硅灰石粉是一种具有很高应用价值的材料,在混凝土中添加硅灰石粉可以提高混凝土的强度和耐久性,降低成本,对环境友好。
混凝土中硅灰石的应用研究一、绪论随着建筑业的不断发展,对混凝土材料的要求也越来越高。
近年来,硅灰石作为混凝土掺合料的应用越来越广泛,受到了广泛的关注。
硅灰石可以作为混凝土中的替代材料,可以改善混凝土的性能,降低成本,减少对环境的污染。
本文将探讨硅灰石在混凝土中的应用研究。
二、硅灰石的概述硅灰石是一种主要由SiO2和CaCO3组成的矿物,是一种灰色到白色的粉末状物质。
硅灰石的主要成分是SiO2和CaO,同时含有少量的Al2O3、Fe2O3等杂质。
硅灰石可以作为混凝土中的掺合料,能够提高混凝土的强度、耐久性和耐化学性,同时还能降低混凝土的温度升高率和收缩率。
三、硅灰石在混凝土中的应用1.硅灰石的物理性质硅灰石具有较高的比表面积、较好的吸附性和反应性。
硅灰石的粒径一般为5-50微米,比表面积可达到200-500m2/kg,能够吸附混凝土中的水分和氯离子,起到减缓混凝土水泥基体中氯离子的扩散和渗透的作用。
2.硅灰石的化学性质硅灰石中的SiO2和CaO与水泥中的SiO2和CaO反应,生成C-S-H 凝胶和CaCO3等产物,从而提高混凝土的强度和耐久性。
同时,硅灰石还能够吸附混凝土中的水分,减少混凝土的收缩率。
3.硅灰石的影响因素硅灰石的应用量、粒径、比表面积等因素对混凝土性能的影响较大。
适当增加硅灰石的应用量和比表面积可以提高混凝土的强度和耐久性,但过度使用会降低混凝土的强度和耐久性。
此外,硅灰石的粒径过大或过小也会影响混凝土的性能。
四、硅灰石在混凝土中的应用研究现状1.硅灰石的应用研究国内外学者对硅灰石在混凝土中的应用进行了大量的研究。
国内学者研究了硅灰石掺量、粒径和比表面积对混凝土性能的影响。
国外学者主要研究硅灰石对混凝土的力学性能和耐久性的影响。
2.硅灰石在混凝土中的应用实践硅灰石已经广泛应用于混凝土工程领域。
在公路、桥梁、水利工程、地铁等工程中,硅灰石掺合料已经取得了良好的应用效果。
例如,硅灰石掺合料可以降低混凝土的温升率和收缩率,提高混凝土的强度和耐久性。
硅灰对混凝土耐久性的影响2007-06-12 上午 03:50摘要:硅粉是硅合金与硅铁合金制造过程中高纯石英、焦炭和木屑还原产生的副产品,是从电弧炉烟气中收集到的无定型二氧化硅含量很高的微细球形颗粒。
硅粉一般含有90%以上的SiO2,且大部分为无定型二氧化硅。
硅粉用于提高新拌混凝土及硬化后混凝土的性能,具有火山灰活性的硅灰对混凝土的耐久性有明显的改善作用。
关键字:硅灰混凝土耐久性自北欧国家冰岛、挪威和瑞典1976年开始在工程上应用硅粉以来,人们开始对硅粉进行了不断的研究。
由于硅粉具有与硅酸盐水泥独特的互补性能,现在已被确定为一种新型的辅助胶结材料而被许多国家广泛研究和应用。
随着结构超高和复杂程度的增大,人们对结构材料的工作性能提出了更高的要求,除了高工作度外,在实际应用中还希望高性能混凝土具有高的强度和耐久性。
有些掺和料,如硅粉、高炉矿渣及粉煤灰已被用于提高新拌混凝土及硬化后混凝土的性能。
本文主要介绍了具有火山灰活性的硅灰对混凝土耐久性的影响。
1、硅灰的特性1.1物理特性硅灰颜色在浅灰色与深灰色之间,密度2. 2g/cm3左右,比水泥(3.1g/cm3)要轻,与粉煤灰相似,堆积密度一般在200~350kg/m3。
硅灰颗粒非常微小,大多数颗粒的粒径小于1μm,平均粒径0.1μm左右,仅是水泥颗粒平均直径的1/ 100。
硅灰的比表面积介于15000~25000m2/kg(采用氮吸附法即BET法测定)。
硅灰的物理性质决定了硅灰的微小颗粒具有高度的分散性,可以充分地填充在水泥颗粒之间,提高浆体硬化后的密实度。
1.2化学特性硅粉是硅合金与硅铁合金制造过程中高纯石英、焦炭和木屑还原产生的副产品,是从电弧炉烟气中收集到的无定型二氧化硅含量很高的微细球形颗粒。
硅粉一般含有90%以上的SiO2,且大部分为无定型二氧化硅,其成分则根据合金品种不同而有变化。
我国西宁、唐山、遵义等地硅粉的化学成分见表1:表1 我国部分地区硅粉的化学成分由表1可知,硅灰的主要化学成分为非晶态的无定型二氧化硅(SiO2),一般占90%以上(通常用于高性能混凝土中的硅灰的SiO2最低要求含量是85%)。
高细度的无定型SiO2具有较高的火山灰活性,即在水泥水化产物氢氧化钙(Ca(OH)2)的碱性激发下,SiO2能迅速与Ca(OH)2反应,生成水化硅酸钙凝胶(C-S-H),提高混凝土强度并改善混凝土性能。
硅粉之所以可以作为一种辅助性胶凝材料改善硬化水泥浆体的微结构,首先是因为硅粉具有很高的火山灰活性。
虽然硅粉本身基本上与水不发生水化作用,但它能够在水泥水化产物Ca(OH)2及其它一些化合物的激发作用下发生二次水化反应生成具有胶凝性的产物;其次是因为硅粉的微集料特性,它不仅自身可以填充硬化水泥浆体中的有害孔,其二次水化产物也可以填充硬化水泥浆体中的有害孔,从而改善硬化水泥浆体的微观结构。
2、硅粉在水泥浆体和混凝土中的最佳应用条件为了更有效地利用硅粉对硬化水泥浆体微结构的改善作用,国内外许多研究者对硅粉在水泥浆体和混凝土中的最佳应用条件进行比较详细的研究,这方面的研究主要包括水胶比、硅粉掺量、外加剂以及其它火山灰掺合料的选择及其用量等。
硅粉在水泥浆体和混凝土中应用时存在一个最优水胶比范围,一般超过该范围,硅粉对硬化水泥浆体和混凝土微结构的改善作用就会降低。
如Gapparao指出,在水泥砂浆3d或7d龄期时,水胶比小于0.45(水胶比为0.35,0.40)的含硅粉的砂浆试件强度降低,而水胶比等于0.45或0.50的含硅粉的砂浆试件强度上升;但在水泥砂浆28d或90d龄期时,水胶比小于0.35,0.40,0.50的含硅粉的砂浆试件强度大致相同;而水胶比等于0.45的含硅粉(不论硅粉含量多少)的砂浆试件强度较低;当水胶比等于0.50,硅粉掺量大于27.5%时,硅粉对砂浆后期强度发展有显著影响。
硅粉虽然能够有效地改善硬化水泥浆体和混凝土微结构,但是由于硅粉的粒径小,比表面积大,所以水泥浆体和混凝土掺入硅粉后,随着硅粉掺量的增加,需水量增大,自收缩也增大。
因此,一般将硅粉的掺量限制在5%~10%之间,并用高效减水剂来调节需水量,同时,水泥、硅粉、外加剂之间存在一个相容性问题,因此,在利用硅粉时必须注意其应用条件。
由于混凝土中掺加硅粉后,可能导致混凝土的自收缩,而掺加硅粉的混凝土一般是有特殊要求的混凝土,因此,在混凝土中利用硅粉对硬化水泥浆体和混凝土性能的有利作用的同时,必须尽量减少由硅粉带来的不利影响,解决这一问题的最有效的办法就是掺加硅粉的同时掺加其它火山灰材料或其它物质,让它们取长补短以取得更好的技术经济效果。
目前,研究较多的是采用超细矿渣与硅粉复掺,或采用粉煤灰与硅粉复掺。
另一个对硅粉应用条件研究较多的领域是采用硅烷对硅粉表面进行预处理后掺加到水泥浆体或混凝土中或直接将硅烷与硅粉同时掺加到水泥浆体或混凝土中,它们都能改善新拌水泥浆体和混凝土的工作性,从而改善硬化水泥浆体和混凝土的微结构。
3、硅粉改善硬化水泥浆体微观结构的机理硅粉能够在很大程度上改善硬化水泥浆体和混凝土的性能,主要是由于硅粉具有较强的火山灰活性及其较小的粒径和较大的比表面积。
首先,硅粉具有很强的火山灰活性。
虽然硅粉直接加到水中时并不与水发生水化反应,但将硅粉与水泥同时加入到水中,当水泥发生水化反应时,硅粉立即与水泥水化产物之一Ca(OH)2发生二次水化反应(即火山灰反应),生成C-S-H凝胶体,这样既消耗了水化水泥浆体里的Ca(OH)2,又使C-S-H凝胶体(火山灰反应的生成物)增多,且硅粉还能与水化水泥浆体中另一种水化产物C-S-H凝胶体(又称传统C-S-H凝胶体)反应,生成低Ca/Si比的新C-S-H凝胶体(又称火山灰C-S-H凝胶体)。
火山灰C-S-H凝胶体与传统C-S-H凝胶体的组成和性质均不相同,它能与氢氧根离子、铝离子等聚合,而且聚合后相当稳定。
新生成的C-S-H 凝胶体不会在酸性溶液中分解,这便是使用硅粉配制的硬化水泥浆体对酸性介质有一定的抵抗能力,对渗析、盐霜、碳化有较强抵抗能力的原因。
另外,混凝土的界面过渡区内Ca(OH)2及钙矾石具有取向性,且界面过渡区的晶体比硬化水泥浆体中的晶体粗大,具有更多的孔隙,且水泥浆体相对来说泌水性大,在水泥浆体中的水分向上迁移的过程中会在骨料下面形成水膜,削弱界面的粘结,形成界面过渡区的微裂缝。
而在凝胶土中掺加硅粉后,由于反应消耗了绝大部分的Ca(OH)2,并使传统C-S-H混凝体转变为火山灰C-S-H凝胶体,与此同时,由于硅粉比表面积极大,可吸附大量自由水而减少泌水,减少自由水在集料界面上的聚集,使界面区结构密实,同时Ca(OH)2晶体的生长也受到限制,晶粒得到细化,排列的取向度降低,从而使界面过渡区的微结构改善。
其次,由于硅粉粒径较小,平均粒径约为0.1μm,约为硅酸盐水泥颗粒粒径的1/100,同时硅粉的比表面积非常大,用氮气吸附法测定的硅粉比表面积达20m2/g,所以硅粉非常容易成团,故在水泥水化时可以作为水泥水化所需要的晶核,从而加速水泥水化。
同时,由于硅粉颗粒细小,它可以填充硬化水泥浆体中的细小孔隙,从而减小水泥浆体的孔隙率,进而使硬化水泥浆体和混凝土更密实、强度更高,同时增强硬化水泥浆体和混凝土抵抗外力变形的性能,从而使硬化水泥浆体和混凝土的徐变和干缩减少。
硅粉对硬化水泥浆体微结构的影响机理主要体现在以下几个方面:(1)提高水泥水化度,并与Ca(OH)2发生二次水化反应,增加硬化水泥浆体中的C-S-H凝胶体的数量,且改善了传统C-S-H凝胶体的性能,从而提高硬化水泥浆体的性能。
(2)硅粉及其二次水化产物填充硬化水泥浆体中的有害孔,水泥石中宏观大孔和毛细孔孔隙率降低,同时增加了凝胶孔和过渡孔,使孔径分布发生很大变化,大孔减少,小孔增多,且分布均匀,从而改变硬化水泥浆体的孔结构。
(3)硅粉的掺入可以消耗水泥浆体中的Ca(OH)2,改善混凝土中硬化水泥浆体与骨料的界面性能。
由于以上原因,使得硬化水泥浆体及混凝土中掺入硅粉后的性能,特别是其耐久性得到很大改善。
当然硅粉对硬化水泥浆体微结构的影响的机理也还没有完全弄清楚,如硅粉对混凝土碱硅酸反应的抑制就有2种截然相反的观点。
因此,这方面还有许多工作需要做。
4、硅灰对高性能混凝土强度的作用机理4.1填充效应混凝土在拌制合物时,为了获得施工要求的流动性,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孔隙。
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硅灰,其强度与普通混凝土(不掺硅灰)相比,有明显改善。
有学者曾计算:以15%的硅灰取代水泥,则在水泥颗粒数量与硅灰颗粒数量的比例为1∶2000000,即二百万个硅灰对一个水泥颗粒,因此硅灰对HPC强度有很大影响。
在HPC中小于水泥颗粒直径100倍的硅灰,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,这就是硅灰的“填充效应”。
在HPC中,填充于水泥浆体中的硅灰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。
水泥浆与骨料界面过渡区的硅灰,降低了HPC的泌水,防止水分在骨料下面聚集,使骨料界面过渡区与水泥净浆的显微结构相似,从而提高了界面过滤区的密实度和有效减小界面过渡区的厚度。
微小硅灰颗粒成为Ca(OH)2的“晶种”,使Ca(OH)2晶体的尺寸更小,取向更随机。
因此,硅灰的掺入提高了HPC中水泥净浆与骨料的粘结强度,消除了混凝土中不同复合组分的“弱连接”问题,使HPC具有复合材料的特性。
骨粒颗粒在HPC中起着增强作用,而不仅仅是惰性的填充物。
硅灰对水泥净浆(无骨料)的强度提高影响不是很大,但却能使相同水胶比的混凝土的强度明显高于其基体(净浆)的强度。
4.2火山灰效应在硅酸盐水泥水化过程中,水泥水化反应生成水化硅钙凝胶(C-S-H)、氢氧化钙(Ca(OH)2)和钙矾石等水化产物。
其中Ca(OH)2对强度有不利影响。
硅灰中高度分散的SiO2组分能与Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶,即所谓火山灰效应:Ca(OH)2+SiO2+H2O→C-S-H许多研究表明:在有硅灰存在的情况下,水泥水化早期的水化产物中有大量Ca(OH)2,随着龄期的延长,Ca(OH)2的量越来越少,甚至完全测不到。