硅粉混凝土基本性能试验及作用机理研究

张 合 春

(山东长恒信工程咨询有限公司,山东 济宁 272049)

随着城市建筑、地基、路基、水利水坝工程、地下空间等大型土木工程施工技术的不断进步，逐渐涌现了大批的高强高难度的工程，修建高难度、大跨度的建筑工程首先需要材料能够保证结构稳定性的要求，所以这对材料的强度和性能提出了更高的要求[1-3]。硅粉由于特殊的结构和性能能够提高混凝土的强度，但对于其作用机理有待进一步研究。基于此，本文进行了硅粉混凝土基本性能的试验研究，并对其作用机理进行了分析。

1 硅粉混凝土基本性能试验

1.1 试验原材料及设计

混凝土材料在配置过程中，需要搅拌机、单轴强度试验机等试验器材。水泥采用52.5硅酸盐水泥；硅粉由天然石英加工而成的，其细度小于10 μm的占80%以上，平均粒径在1 μm～3 μm；天然砂是由岩石风化作用形成的，天然砂的细度模数约为2.2～2.5；石子来自于生产厂家的石子，石子粒径不大于20 mm；水来自于自来水。图1a)为硅粉图片，图1b)为石子图片。

选取硅粉掺量分别为2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,9%,10%,11%,12%，进行硅粉混凝土的抗压强度、流动度和耐久性试验，通过单轴试验机测试硅粉混凝土的抗压强度，通过流动度测定仪测试硅粉混凝土的流动度，通过单轴试验机测试不同时间的硅粉混凝土的强度来反映硅粉混凝土的耐久性。试验中，硅粉混凝土的水灰比为0.45，天然砂的掺量为22.5%，石子的掺量为27.5%。

1.2 硅粉混凝土抗压强度试验

图2为硅粉掺量与硅粉混凝土强度关系曲线。由图2可知，随着硅粉掺量的增加，硅粉混凝土强度呈现逐渐递增的趋势，当硅粉掺量为2%～8%时，硅粉混凝土强度的增长率为1 MPa/%，当硅粉掺量为8%～12%时，硅粉混凝土强度的增长率为0.45 MPa/%，8%～12%时硅粉混凝土强度随硅粉掺量增加的增长率小于2%～8%时硅粉混凝土强度随硅粉掺量增加的增长率。从增长率的角度看，硅粉混凝土强度随硅粉掺量逐渐递增，但增长率在8%时出现了明显的转折，增长趋势变慢。

1.3 硅粉混凝土流动度试验

图3为硅粉掺量与硅粉混凝土流动度关系曲线。由图3可知，随着硅粉掺量的增加，硅粉混凝土的流动度呈现逐渐减小的趋势，当硅粉掺量为2%～7%时，硅粉混凝土流动度的减缓率为0.34 cm/%，当硅粉掺量为7%～12%时，硅粉混凝土流动度的增长率为0.204 MPa/%，7%～12%时硅粉混凝土流动度随硅粉掺量增加的减缓率小于2%～7%时硅粉混凝土流动度随硅粉掺量增加的减缓率。从增长率的角度看，硅粉混凝土流动度随硅粉掺量逐渐减小，但其减小速度逐渐变慢。

1.4 硅粉混凝土耐久性试验

通过单轴试验机测试硅粉混凝土100 d后的强度来反映硅粉混凝土的耐久性。

图4为硅粉掺量与硅粉混凝土耐久性关系曲线。由图4可知，随着硅粉掺量的增加，硅粉混凝土100 d强度呈现逐渐递增的趋势，当硅粉掺量为2%～8%时，硅粉混凝土100 d强度的增长率为1 MPa/%，当硅粉掺量为8%～12%时，硅粉混凝土100 d强度的增长率为0.675 MPa/%，8%～12%时硅粉混凝土100 d强度随硅粉掺量增加的增长率小于2%～8%时硅粉混凝土100 d强度随硅粉掺量增加的增长率。从增长率的角度看，硅粉混凝土100 d强度随硅粉掺量逐渐递增，但增长趋势变慢。

1.5 硅粉混凝土基本性能

随着硅粉掺量的增加，硅粉混凝土强度呈现逐渐递增的趋势，硅粉掺量为8%～12%时硅粉混凝土强度随硅粉掺量增加的增长率小于2%～8%时硅粉混凝土强度随硅粉掺量增加的增长率。从增长率的角度看，硅粉混凝土强度随硅粉掺量逐渐递增，但增长率在8%时出现了明显的转折，增长趋势变慢。

随着硅粉掺量的增加，硅粉混凝土的流动度呈现逐渐减小的趋势，硅粉掺量为7%～12%时硅粉混凝土流动度随硅粉掺量增加的减缓率小于2%～7%时硅粉混凝土流动度随硅粉掺量增加的减缓率。从增长率的角度看，硅粉混凝土流动度随硅粉掺量逐渐减小，但其减小速度逐渐变慢。

随着硅粉掺量的增加，硅粉混凝土100 d强度呈现逐渐递增的趋势，硅粉掺量为8%～12%时硅粉混凝土100 d强度随硅粉掺量增加的增长率小于2%～8%时硅粉混凝土100 d强度随硅粉掺量增加的增长率。从增长率的角度看，硅粉混凝土100 d强度随硅粉掺量逐渐递增，但增长趋势变慢。

2 硅粉混凝土增强机理

在混凝土中掺加硅粉，可以增加混凝土的密实性，提高混凝土的强度和耐久性。当把硅粉掺入混凝土中后，溶液中的凝胶在硅粉粒子表面形成附着层，经过一定时间后，附着层开始溶解水泥水化作用产生的Ca(OH)2，生成C-S-H凝胶。

硅粉颗粒能够填充水泥颗粒的孔隙，减少孔隙的体积，但硅粉由于比表面积大而对混凝土的和易性影响更大。因此，混凝土的流动度随硅粉掺量的增加而降低。

用硅粉取代水泥，可以减少水化热温升。硅粉水泥的热峰值出现略早于不掺硅粉的混凝土，但总放热量都低于不掺硅粉的混凝土。由于硅粉的加入，产生了火山灰反应和微填料作用，使水泥浆与骨料界面过渡区改善，并使孔结构细化引起强度增加。

3 结语

1)硅粉混凝土强度随硅粉掺量逐渐递增，但增长率在8%时出现了明显的转折，增长趋势变慢；硅粉混凝土流动度随硅粉掺量逐渐减小，但其减小速度逐渐变慢；硅粉混凝土100 d强度随硅粉掺量逐渐递增，但增长趋势变慢。

2)在混凝土中掺加硅粉，可以增加混凝土的密实性，提高混凝土的强度和耐久性。由于硅粉比表面积大而对混凝土的和易性影响更大，混凝土的流动度随硅粉掺量的增加而降低。