微硅粉及聚丙烯纤维制备高性能混凝土的研究及应用

韦峰静，龙祖业

（广西鱼峰混凝土有限公司，广西 柳州 545008）

随着高层建筑、大跨度桥梁、海底隧道等各种高难度的工程飞速发展，一般的混凝土早已不能满足工程需求，为了适应形势需要，早在 20 世纪 80 年代末，一些发达国家就已提出混凝土结构的高抗裂、高抗渗透及高耐久性等性能的概念。随着科学的研究发展，混凝土中掺入单种或者多种材料以提高其性能，满足工程需求也就成为了当今混凝土发展的趋势。

1 工程概况

广西壮族自治区柳州市柳东新区中欧产业园横七路管廊是柳州市柳东新区路网规划的重点地下管廊，混凝土等级为 C35P8，是整个新区地下综合排水管廊的主通道，所以该处管廊对主体混凝土结构要求较高，既要有高超的抗渗性能，使排水管廊在受到较大洪水冲击浸泡时不渗漏；又要有很好的耐久性，以降低管廊的维修率，提高管廊的使用年限。经设计方研究决定在该处管廊的混凝土中掺入微硅粉及聚丙烯纤维，以期达到其结构要求。因掺入微硅粉[1]后的混凝土能增加密实度，抗渗性能提高 5～18 倍，抗碳化能力提高 4 倍以上，还可增加强度，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；而掺入聚丙烯纤维[2]的混凝土，通过聚丙烯纤维的“次要加强筋”作用，可大大减少混凝土的开裂，提高整体钢筋混凝土结构的寿命，从而提高混凝土的耐久性。

2 工程部位对混凝土的要求

该工程管廊为地下主排水管廊，对混凝土主要性能要求：（1）高密实性，高防水抗渗透能力，抗渗等级达到 P8；（2）和易性好，设计坍落度 (160±30)mm，2 小时经时坍损控制在 20mm 以内；（3）高抗裂性，以减少维修率及提高整体结构的耐久性；（4）夏季 7天同条件养护抗压强度达到设计抗压强度值的 100%，由于该工程管廊为分节段施工，在下一节段施工时，要求上一节段的混凝土强度达到设计值的 100%，以免由于下一节段施工震动等造成上一节段混凝土开裂。

3 原材料基本情况

（1）水泥：广西鱼峰牌 P·Ⅱ42.5，其物理性能指标如表 1。

（2）矿粉：柳州台泥 S95 级，其具体技术性能指标如表 2。

（3）粉煤灰：广西来宾电厂 Ⅱ 级，其具体技术性能指标如表 3。

表1 水泥物理性能

表2 矿粉技术性能指标

表3 粉煤灰技术性能指标

（4）微硅粉：即在冶炼硅铁和工业硅时，通过烟道排出的硅蒸汽氧化后，经特别设计的收尘器收集得到的无定形、粉末状的二氧化硅。微硅粉平均粒径在0.1～0.15μm，是水泥平均粒径的几百分之一。比表面积为 15～27m2/g ，具有极强的表面活性。

（5）聚丙烯纤维：吸湿率＜0.1%，束状单丝，本次施工采用 6mm 的规格纤维，密度为 0.91g/cm3，断裂伸长度 15%～20%，截面形状为 Y 形，纤维直径31μm，自分散性好，无吸水性，安全无毒，耐酸碱性极高。

（6）细骨料：采用柳州市当地石灰石机制砂及鹅卵石机制砂搭配使用，搭配后级配为 Ⅱ 区，细度模数为 2.8，含泥量控制在 1.5% 以内，亚甲蓝试验合格，泥块含量为 0，不含其他有害物质。

（7）粗骨料：柳州当地优质连续级配的 5～25mm石灰石碎石，针片状含量为 2.8%，压碎值为 6.4%，含泥量为 0.1%，泥块含量为 0，不含其他有害物质。

（8）减水剂：采用当下使用最广泛的聚羧酸高效缓凝减水剂。掺入微硅粉的混凝土容易变稠[3]，所以减水剂减水率应当适当提高，本次采用的减水率为26.2%，保坍能力好，缓凝时间充足，与各原材料适应性好。

（9）水：饮用水，其指标符合国家混凝土用水标准 JGJ 63—2006。

4 配合比设计

4.1 配合比的确定

根据以上原材料的检测数据，经过反复的配合比试验对比发现，直接在原配合比基础上掺入微硅粉和聚丙烯纤维时，混凝土和易性较差。而将微硅粉代替部分的原胶凝材料时，混凝土的和易性好。且各项性能指标均达到工程要求，经过不同替代量的试配试验后，确定出掺入水泥、矿粉和粉煤灰总量的 10% 的微硅粉及掺入1.8kg/m3的聚丙烯纤维效果最佳，得出最佳施工配合比如表 4。

表4 最佳施工配合比 kg/m3

4.2 混凝土的各项性能数据

由于该工程是在夏秋两季施工，此时气温较高，空气相对湿度较低，要求混凝土的保坍性能好，在 2 小时内坍落度损失应不大于 20mm，且混凝土浇筑方式为泵送，坍落度设计最大值为 190mm，所以混凝土的浆体必需充足才能易于泵送。根据以上配合比，得出混凝土拌合物试验数据如表 5。从表 5 可以看出，该混凝土拌合物工作性能满足设计及施工要求。

混凝土力学性能也满足要求，抗压强度 3d 为23.1MPa，7d 为 31.5MPa，28d 为 42.7MPa。并达到了P8 抗渗等级。掺入微硅粉及聚丙烯纤维，混凝土密实程度高，内部气泡大大减少，聚丙烯纤维在内部也起着“次要加强筋”的作用，在达到高抗渗等级的同时，耐久性也得到了保证，极大的满足了工程需求。

表5 混凝土拌合物试验数据

5 生产及施工概况

5.1 生产过程控制

生产前，试验室技术员应当先对砂石含水进行测定，将配合比数据操作系统输入电脑后，相应的调整含水率，经确认无误后方可生产。生产过程中，必须实时观察混凝土的状态，切不可私自将坍落度放大超过设计值，以保证混凝土的质量。生产结束后，还应按照标准，每 100 方抽样检查和易性，并留下标准试块进行后期强度检测。

5.2 现场施工

混凝土到现场后，现场技术员应配合工地试验员按照标准取样，测坍落度，观察混凝土的和易性，确认符合要求才能浇筑。在每次混凝土卸料至泵车之前，应将罐车快速正转 30s，以避免因罐车用久后，内部结构变形使混凝土中石头甩尾而浆体沉底，造成混凝土和易性变差。浇筑过程中应连续浇筑，否则容易形成施工冷缝，影响工程质量，浇筑后施工方应及时覆盖土工布，并按时洒水养护，避免混凝土开裂。

6 结束语

将微硅粉及聚丙烯纤维同时掺入混凝土，发挥两种材料的特性，可将混凝土的性能优化。广西柳州市柳东新区中欧产业园横七路管廊施工结束后，整体管廊未见任何渗水及开裂，达到了预期设计的效果。随着混凝土研究的不断创新发展，在未来双掺或者多掺各种材料混凝土将更多的应用于工程中。