微硅粉在混凝土中的作用

混凝土用硅灰的作用机理

一、水泥与硅灰相互作用机理

1. 火山灰反应：硅灰富含活性二氧化硅，能快速与水泥水化生成的氢氧化钙反应，生成大量的水化硅酸钙凝胶，显著提高早期强度，改善混凝土的致密性和耐久性。

2.填充效应：硅灰颗粒极细，是水泥粒径的几十分之一甚至更小，可填充到极微小的孔隙中，极大地降低孔隙率，细化孔隙结构，提升混凝土抗渗、抗化学侵蚀等能力。

二、硅灰的活性指数相关情况

硅灰有很高的火山灰活性，其活性指数测定也是通过与基准水泥配制成胶砂试件，按标准方法（如相关行业标准）测试规定龄期（如28天等）抗压强度，与纯水泥胶砂试件对比得到。硅灰活性指数通常较高，优质硅灰的28天活性指数可超过100%，因其富含活性二氧化硅，能快速参与反应，对提高早期强度等效果显著，不过价格相对较高，使用量一般较粉煤灰、矿粉少。

三、硅灰的需水量及对混凝土性能的影响

硅灰对混凝土抗碳化性能提升作用明显。其富含活性二氧化硅，能快速与氢氧化钙反应，生成大量水化硅酸钙凝胶，极大地填充混凝土内部微小孔隙，让结构高度致密，二氧化碳很难渗透进去，而且硅灰的高活性也有助于维持混凝土内部较高碱度，从多方面增强抗碳化性能，只是使用时要注意控制好掺量及配合减水剂等保证工作性。

四、硅灰对混凝土抗碳化性能的影响 硅灰对混凝土抗碳化性能提升作用明显。其富含活性二氧化硅，能快速与氢氧化钙反应，生成大量水化硅酸钙凝胶，极大地填充混凝土内部微小孔隙，让结构高度致密，二氧化碳很难渗透进去，而且硅灰的高活性也有助于维持混凝土内部较高碱度，从多方面增强抗碳化性能，只是使用时要注意控制好掺量及配合减水剂等保证工作性。

微硅粉，也称硅灰，它有着巨大的比表面积。自本世纪50年代在挪威开始对其在水泥混凝土中的应用进行研究，70年代以来，欧美各国对这种材料广泛注意，开展了大量研究工作。由于这种材料的引入，可使砂浆、混凝土的孔隙与渗透性大大降低，给强度和耐久性带来明显改善，因而有广泛的使用范围。

微硅粉颗粒的平均粒径一般为0.1—0.3um，比表面积达2.0—3.5万平方米/千克，约比粉煤灰大50倍，比水泥粒径大100多倍，掺入水泥混凝土中，可增加混凝土拌合韧柔润粘聚性和硬化混凝土填充致密性，具有显著的超微粉集料效应。微硅粉在急剧冷凝的气、液、固相变过程中，形成大小不一，表面光滑的球状微粒在水泥混凝土中可起润滑减小颗粒之间内摩擦阻力的作用，利于扩散填充微孔隙，增强致密性的微细颗粒形态效应明显。由于硅灰冷凝的过程极为迅速，致使二氧化硅来不及形成晶体，其晶体结构属于无定形二氧化硅，为高活性的火山灰物质，掺于水泥混凝土中可显著提高其抗冲磨、抗浸蚀、抗渗、抗冻等性能，有显著的火山灰效应。

在整个微硅粉应用发展历程中，我们对如何最佳地使用微硅粉积累了丰富的经验。下面是一些总结：

·微硅粉并不适用于所有场合。制定混凝土技术要求的人员必须仔细分析特定的使用场合，并确认使用微硅粉能够得到预期的结果。

·微硅粉必须使用在合适组成(配合比) 的混凝土中，应为低水胶比(w/ cm) 和含高效减水剂混凝土。早期的研究发现，采用微硅粉的混凝土配合比中，水胶比为0.6 或更高，不合理。

·微硅粉与其它辅助胶凝材料的组合使用正在增长。起初， 这些材料被看作是相互竞争的材料，但现在越来越广泛地认识到：最好的混凝土往往是组合使用这些材料的结果。

·单位体积混凝土的微硅粉用量在减少，特别是暴露在氯盐环境的混凝土。最初的桥面板混凝土含12 %～15 % 微硅粉(以水泥重量计)，然后的几年微硅粉掺量降低到8 % 左右。目前，如果与粉煤灰或磨细矿渣组合使用，则微硅粉掺量降低到5 % 左右。

硅灰在混凝土工业的作用

微硅粉作为掺和剂应用于混凝土工业是国外微硅粉综合利用中研究最早、成果最多、应用最广的一个领域。由于微硅粉具有颗粒细小、比表面积大、SiO2纯度高、火山灰活性强等物理化学特点，把微硅粉作为掺和剂加入混凝土中改善了混凝土多方面的性能。如显著改善塑性混凝土粘附性能和凝聚性，大幅度降低回弹量，增大喷射混凝土一次成型厚度，缩短工期，节省工程造价。

在需要特殊高强度混凝土的场合，微硅粉作为掺和料配制高强混凝土，其强度等级可以达到100 MPa。国外许多重要的高层建筑物，如美国南瓦克大厦和德国法兰克福BfG大厦都是采用了微硅粉做混凝土的增强掺和剂。在发达国家的一些重要混凝土水利水电工程中如海洋石油钻井平台、大跨度桥梁、隧洞等工程掺加微硅粉可以改善防渗、抗冲磨、防腐等性能，如挪威北海石油钻井平台，挪威Stolma跨海桥（301m跨径LC60轻骨料混凝土建造），丹麦大贝尔特海峡大桥，连接丹麦与瑞典的厄勒（ORESUND）海峡大桥，美国Kinzua大坝防渗混凝土面板、进水闸、遂洞、主厂房下部结构等。微硅粉混凝土用于公路路面和飞机跑道中，可以大大提高混凝土早期强度和耐磨性能，在公路路面的维护和抢修中，可以提前通车时间，增加经济效益，如欧洲E-6和E－18高速公路（瑞典），以及伦敦非金属处理厂高耐磨地面处理。

在欧美国家，75%的喷射混凝土都掺入微硅粉，而在挪威和瑞典，微硅粉是喷射混凝土的必备材料。

▲微硅粉在耐火材料中的应用

微硅粉作为一种新原料，在耐火行业中普遍使用。它对不定形耐火材料的改善有重要作用。实际应用在以下方面：

1、代替纯铝氧化泥作耐火材料。

2、作为添加剂生产不定形和定形耐火制品，使其强度、 高温性能大大地改善。

3、作盛钢桶整体的浇注结合促凝剂。

4、其它耐火制品的粘聚剂、结合剂、促凝剂、添加剂。

▲微硅粉在混凝土中的应用

微硅粉掺入水泥混凝土后能很好地填充于水泥颗粒空隙之中，使浆体更微密，主要表现在：

1、增加强度：使混凝土抗压、抗折强度大大增加，掺入5-10%的微硅粉，抗压强度可提高10-30%，抗折强度提高10%以上。

2、增加致密度：抗渗性能提高5-18倍，抗化能力提高4倍以上。

3、抗冻性：微硅粉在经过300-500次快速冻解循环，相对弹性模量降低10-20%，而普通混凝土通过25-50次循环，相对弹性模量降低为30-73%。

4、早强性：微硅粉混凝土使诱导期缩短，具有早强的特性。

5、抗冲磨、抗空蚀性：微硅粉混凝土比普通混凝土抗冲磨能力提高0.5-2.5倍，抗空蚀能力提高3-16倍。

▲微硅粉的其它用途

1、橡胶工业：橡胶中加一定量微硅粉后，其延伸缩、抗撕裂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。

2、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。

3、作球团粘合剂：微硅粉表面积大，吸附性强，在国外做球团矿的粘合剂取得显著效果。

4、水玻璃行业：可代替石英矿，生产出模数为4的水玻璃。

5、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，并取得很好的使用效果。

6、在绝缘材料、防水材料、油漆、印刷工业等都得到应用。

微硅粉加料与搅拌的注意事项

1、

通常混凝土工业使用增密型微硅粉，因此可选择人工加料或自动加料。

2、由于微硅粉独有的超细特性，微硅粉要求在骨料投料后立即投入，不得将粉状微硅粉加入已拌和妥的混凝土中。