微硅粉在混凝土上应用的资料

　　硅粉又称硅灰，是冶炼硅钢和硅金属或半导体硅时，从烟尘中收集的一种粉末。硅粉主要被用来配制高强混凝土。 硅粉的外观为灰黑色细粉末，颜色依其含碳的多少有深有浅。其主要成分是 SiO2 ( 占 90 ％ ) ，且绝大部分为无定形态。硅粉是一种极细的球形颗粒，其颗粒粒径在 0.1 ～ 1.0μm ，是水泥颗粒的 1/100 ～ 1/50 ，比表面积为 20 ～ 25m 2 /g ，密度约为 2.2~ 2.5g /cm 3 ，松散密度为 250 ～ 300kg /m 3 。硅粉的主要技术指标见表 1 。

微硅粉 Silicon Powder

形成：在冶炼硅铁时，通过烟道排出的硅蒸气经收尘装置收集而得到的粉尘。
平均粒径： 0.1~0.15μm 最小粒径： 0.01μm
比表面积： 28~ 35 米 2 / 克
颜色：灰白、白度 40~50 。与水泥混合后呈灰黑色，拌成混凝土后呈青灰色。
比重： 2.1~ 3.0 克 /cm 3
堆比重： 200~ 250kg /m 3
用途：微硅粉以它微细的粒度极强的活性和良好的保温性能及耐高温性能广泛应用于水泥、混凝土、耐火浇注料、化肥、化工、橡胶等行业。
包装： 25kg / 袋

 1 ）硅粉具有极高的火山灰活性，可取代 4 倍水泥量，即可节约水泥 20% 。

（ 2 ）硅粉掺入砼中，降低了砼泌水率，改善了砼微观结构，降低了孔隙率，从而提高了砼的密实度和抗渗性能。
（ 3 ）硅粉与高效减水剂复合使用，可配制高流动性及适合泵送的砼施工；且采用普通、硅酸盐水泥可配制成 C60~C70 高强砼。

　　硅粉具有很高的无定形 SiO 2 成分、极高的比表面积和分散度，颗粒圆整而致密，与其他活性掺合料相比，具有反应快、活性高等优点。混凝土中加入硅粉可取代一部分胶凝材料，例如，用硅粉取代水泥的有效取代系数可达 3 ～ 4 ，即 lkg 硅粉可取代 3 ～ 4kg 水泥。一般随着硅粉掺量的增加，混凝土的强度也会随之提高，但当硅粉掺量超过 20 ％时，混凝土的抗磨蚀性开始下降。一般认为，硅粉的适宜掺量应控制在 8 ％ ~10 ％左右。
混凝土中加入硅粉后，由于硅粉的比表面积较大，混凝土内部的大量毛细水被硅粉所约束，减少了混凝土内部的泌水，提高了水泥浆与骨料及钢筋的黏结。并且由于硅粉的火山灰反应改变了混凝土内部的孔结构，大孔减少，小孔增多，孔径变细，使混凝土的强度大幅度提高。有资料显示，掺入占水泥质量 5 ％ ~10 ％的硅粉 ( 水灰比控制在 0.2 ～ 0.3 掺入高效减水剂 ) ，混凝土的抗压强度可达 80 ～ 120MPa 。掺水泥质量 20 ％硅粉的混凝土 28d 强度可提高 5 ％ ~35 ％。但随着硅粉掺量的增加，强度增加将变得越来越不明显，这可能是由于需水量增加的缘故。因此，掺硅粉的混凝土必须与高效减水剂同时使用，才可以起到既节约水泥，又提高强度的双重效果。
硅粉的加入对混凝土的抗渗性有明显的改善，特别是对于硅粉掺量较少的低强度混凝土，效果尤其明显。例如，在水泥用量为 100kg /m 3 的混凝土中掺入 10 ％的硅粉，其渗透系数可从 1. 6 × 10 -7 m /s 减至 4 × 10 -10 m /s 。其效果相当于水泥用量为 400kg /m 3 的普通混凝土。而且随着水泥掺量的增加，混凝土的抗渗性也随之提高。
加入硅粉还可减少混凝土的碱骨料反应，因为硅粉粒子改善了水泥胶结材的密封性能，减少了水分子通过浆体的运动速度，使得碱膨胀反应所需的水分减少。同时由于硅粉的分散度较大，增大了 SiO 2 的溶解度，也使得水泥浆体中的碱离子浓度相对减少。
硅粉混凝土的抗化学侵蚀能力较不掺者也有较大提高。根据有关试验显示，将尺寸为 100mm × l 00mm × 400mm 的棱柱体混凝土试件置于 pH 值为 2.5 ～ 7.0 、 SO 4 2- 浓度为 4g /L 的地下水中， 20 年后，水胶比为 0.63 的掺有硅粉的混凝土，其抗硫酸盐侵蚀的能力与水灰比为 0.50 的抗硫酸盐水泥相近。同时，硅粉对提高混凝土的抗磨蚀性也非常明显。这是团为，加入硅粉后减少了混凝土的泌水和离析，提高了水泥浆体与骨料的黏结强度，从而使得混凝土的耐磨性也得以提高。
由于硅粉在混凝土中不减水，而且憎水，其需水量比可达 134 ％。当硅粉掺量超过 15% 时，则会导致新拌混凝土因变得干硬而无法操作。因此，在掺用硅粉的同时，应同时加入高效减水剂，以提高混凝土的和易性，减少需水量

也必然导致表面水的增加。硅灰对需水量的影响是这些作用的综合结果，不能以单一作用来判断硅灰对需水量的影响，也不能用硅灰对需水量的影响去判断某一种作用的效果。
　　 不掺超塑化剂时，硅灰的表面作用大于它的填充作用和润滑作用，因而使需水量增加。掺入 0.6 ％的超塑化剂后，其表面作用得到了改善，使得其表面作用与填充作用和润滑作用相当，因而表现出对需水量没有影响。继续增加超塑化剂掺量，硅灰的表面作用可以得到进一步的改善，使得硅灰的填充作用和润滑作用远远超过它的表面作用，因而表现出需水量的降低。这也间接地证明了超塑化剂对粉状物料表面性质的影响。
　　 建筑用硅灰应符合两个方面的指标，即化学指标和物理指标。对于化学指标，要求硅灰中二氧化硅含量不小于 85 ％；含水率不大于 3 ％；烧失量不大于 6 ％。对于物理指标，要求火山灰活性指数不小于 90 ％；细度要求 45μm 筛余量不大于 10 ％或比表面积不小于 15m 2 ／ g ；均匀性要求密度偏差在土 5 ％范围内，且细度偏差在土 5 ％范围内。

一、硅灰用途
　　 硅灰的用途很广，在混凝土工程中，主要用在以下几个方面。
1 、配制高强混凝土
　　 在混凝土中掺 10 ％～ 15 ％的硅灰，采用常规的施工方法，可配制 C100 级混凝土，即强度达 100MPa ，这可使高层建筑中梁、柱的断面尺寸大大减小，提高建筑物的有效利用空间。

2 、配制抗冲耐磨混凝土
　　 采用硅灰混凝土或钢纤维硅灰混凝土护面，可成倍地提高混凝土的抗磨和抗空蚀性能，减少混凝土的损坏，延长护面混凝土寿命。

3 、配制抗化学腐蚀混凝土
　　 混凝土中掺入硅灰后，由于硅灰水化产物的填充作用使混凝土结构更加紧密，抗渗能力提高， Cl - 和 SO 4 2- 不易渗入到混凝土中，从而使混凝土抗酸、碱等化学侵蚀的能力提高。

4 、用于喷射混凝土，减少混凝土回弹量
　　 普通喷射混凝土回弹量大，喷射时约有 30 ％～ 40 ％的混凝土回落，既造成原材料浪费，又影响施工速度。如在混凝土中掺 3 ％ ~5 ％的硅灰，可使喷射混凝土的回弹量减少 10 ％以上。

5 、用于泵送混凝土
　　 掺用硅灰后，混凝土的黏性较好，泌水减小，不易离析，可进行长距离泵送。

6 、用于基础灌浆
　　 普通水泥浆液中掺 5 ％～ 10 ％的硅灰后，浆液稳定性提高，不易分离，不易堵管，可灌性提高。

7 、提高粉煤灰混凝土的早期强度
　　 粉煤灰混凝土中掺用硅灰，可提高早期强度，使粉煤灰混凝土早期强度低的劣势得到改善。

二、硅灰的掺用方法及掺量
　　 硅灰在混凝土中的掺用方法有内掺法和外掺法两种，由于硅灰颗粒极细，需水量大，故不论哪种掺用方法，都要与减水剂配合使用。
　　 内掺法是用硅灰代替水泥，又分为等量代替和部分代替两种方法，等量代替为硅粉掺量代替相等量的水泥，部分代替为 1kg 硅灰代替 1 ～ 3kg 水泥，作为研究一般掺 5 ％～ 30 ％，水胶比一般保持不变。
　　 外掺法是指硅灰像掺合料那样直接掺在混凝土中，即在水泥用量不减的条件下掺加硅灰。
　　 由于硅灰掺法不同，所得混凝土的性能也不相同，外掺法所得混凝土的力学性能要优于内掺法所得混凝土的，此法的缺点是增加了混凝土中胶凝材料的用量。
　　 硅灰在混凝土中掺量如太少，对混凝土性能改善不大，但如掺得太多，则混凝土太黏，不易施工，且干缩变形大，抗冻性差，因此，掺用硅灰时，应找出最佳掺量才能取得最优效果。一般情况下，掺量以不超过 10 ％为宜，具体选多少，还应根据所用硅灰、水泥种类、集料性质及力学性能和综合经济效益来进行优化。

三、混凝土中掺用硅灰时应注意事项
　　 硅灰虽能改善新拌及硬化混凝土的性能，但如使用不当也会造成质量事故，因而在使用中应注意以下事项。
　　 1 、由于硅灰颗粒细，比表面积大，需水量高，因而在混凝土掺用硅灰时，必须与高效减水剂联合使用才能取得良好的效果。
　　 2 、硅灰掺入混凝土的方法有内掺法和外掺法两种。由于内掺法要减少水泥用量，故此法一般用在中、低标号的混凝土中；外渗法不减少水泥用量，一般用于高标号的混凝土中。
　　 3 、混凝土中硅灰掺量不宜太高或太低，一般掺量为 5 ％～ 10 ％，在此范围内硅灰的有利作用发挥得最好，即不但硅灰代替水泥的作用最好，各种优良性能得到充分发挥，而且可避免不利的影响，如掺量大于 15 ％后，混凝土的抗冻性降低等。
　　 4 、由于硅灰混凝土稠度大，因此在设计混凝土坍落度时应比普通混凝土的大 2 ～ 3cm 。
　　 5 、硅灰混凝土的搅拌时间应比普通混凝土的延长 0.5 ～ 1min ，以便使混凝土拌和得更均匀，防止硅灰在混凝土中成团而造成质量事故。
　　 6 、混凝土掺用硅灰后，必须加强早期养护，防止混凝土产生塑性收缩裂缝。

[ 应用实例 1]

高强抗磨蚀硅粉混凝土

1 、该项目共作了 1000 个配合比，经过 20000 余个数据的测试分析，证明硅粉混凝土是优良的抗冲磨、抗空蚀高强混凝土材料，该项目研究了外加剂品种、掺量；提出了抗磨蚀高强硅粉混凝土宜采用标号不低于 42.5 的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥硅粉适宜掺量为水泥重量的 10% ～ 16 ％，以及相适应的高效外加剂及其最优掺量。所配制出的抗磨蚀高强硅粉混凝土，抗压强度可达 70~80MPa ，抗冲磨强度可提高 1 ～ 2 倍 ( 钢球冲磨 72h) ，抗空蚀强度提高 3 ～ 5 倍，抗冻融循环大于 500 次，并具有很好的密实性和抗渗性，其他物理力学性能也相应有所提高，同时研制出适用于高速水流建筑物有抗冲击要求护面 ( 修复补强 ) 的钢纤维硅粉砂浆材料。对于硅粉混凝土早期收缩较大问题，已进行了补偿收缩的研究并证明是一种有效方法。
2 、该成果已在葛洲坝、大伙房、映秀湾、龙羊峡等工程中的相应部位得到应用，并经过了汛期过水考验，事实证明其抗磨蚀性能均有较大幅度的提高，与环氧砂浆相比，具有施工方便、无毒，材料费用显著降低等优点，有良好的工程效益和经济效益，可以推广应用。
该项研究在总结国外高强抗磨蚀硅粉混凝土的研究和应用成果基础上，研制开发了新型水工抗磨蚀 NSF 剂，对 NSF 剂的生产工艺流程，产品品质标准，抗磨蚀硅粉混凝土早期减缩措施，以及 NSF 混凝土施工技术要求等进行了系统的研究，并使 NSF 剂实现产品化。技术路线正确，提供的数据、资料齐全、可靠，超额完成了合同规定的任务。
主要鉴定意见如下：
采用的悬臂双螺旋锥形高效粉体混合设备选型合理，采用合理的工艺流程，生产出的抗磨蚀 NSF 剂，均匀性好，品质稳定，满足工程使用要求。
3 、水工抗磨蚀剂配制的硅粉混凝土和硅粉砂浆，减水率≥ 20 ％；增强率≥ 60 ％；含水率≤ 3 ％；抗冲磨强度提高 1 倍；在 48m ／ s 高流速条件下，抗空蚀强度提高 3 倍。是目前国内提高混凝土强度、抗冲磨、抗空蚀和抗渗等综合性能的最优越的添加剂。
4 、采用水工抗磨蚀剂，并确保早期潮湿养护、配制浆剂、联合掺用硫铝酸盐型膨胀剂等单一或复合措施，解决了硅粉早期干缩偏大难题，是国内外硅粉混凝土应用中的重大技术突破，为广泛推广硅粉混凝土技术铺平了道路。
提出的 NSF 混凝土施工技术要求，合理、实用，可操作性好，为保证 NSF 混凝土施工质量提供了可靠的依据。
水工抗磨蚀剂在下寨河电站、江苏口岸船闸、牛路岭电站、水口水电站、五强溪水电站等大中型工程，有高流速抗磨蚀要求的部位使用，满足设计要求，收到了良好效果。施工方便，易于掌握，其经济效益和社会效益显著，受到用户好评，推广应用前景极为广阔。