论文部分内容阅读
摘要：本文笔者分析了硅粉的性能及其对混凝土拌和物、硬化混凝土性能的影响，并结合某工程实例的温度观测资料，提出了大体积硅粉混凝土防止早期裂缝发生的相应养护措施。
关键词：硅粉混凝土；温度观测；裂缝防止；养护措施
1 硅粉混凝土
1.1 硅粉的性能
硅粉是一种活性极好的火山灰矿物质。由于硅粉具有极高的比表面积，因而在水泥浆体中起水化产物核心作用，并与微细填充物中的氢氧化钙反应生成凝胶性的硅酸钙水化物，从而增加了浆体的密度。硅粉在水泥浆体中的良好分散作用对其以上性能的发挥极为重要。
1.2 对混凝土拌和物的影响
在混凝土拌和物中，硅粉的影响是稳定的，它能够减少泌水和离析，因而使混凝土拌和物内聚力增加。在稠度一定的情况下，掺用硅粉可降低混凝土的和易性并增加密实性。由于硅粉为极微细颗粒，在硅粉掺量较大时，为保证混凝土的和易性则需增加用水量，同时可通过使用减水剂来补偿。表1给出了不同种类混凝土中硅粉的建议掺量（占胶结材料总重量的百分数）。
1.3 对硬化混凝土性能的影响
硅粉可有效提高混凝土抗氧化、抗硫酸盐、抗酸、抗冲刷及抗冻和抗碱骨料反应。比较而言，硅粉混凝土比普通混凝土更为密实，其强度、耐久性和抗渗透性也更好，还可以大幅提高抗氯离子渗透能力，使混凝土在氯盐污染环境中有良好的护筋性能，并降低钢筋锈蚀速率。在一般情况下，硅粉混凝土的抗拉强度和抗压强度之比、压缩弹模和抗压强度之比及拉伸弯形能力与普通混凝土类似，但其粘结强度有明显增加。
普通混凝土水灰比常用W/C表示，硅粉混凝土则可表示为W/（C+kS），各符号意义：W-水重，C-胶结材料重，S-硅粉重，K-等效水泥系数。K定义为获得同样强度时补硅粉代替的水泥量。在相对湿度100%及20℃养护条件下，对每方混凝土300kg水泥的28天抗压强度而言，该系数约等于3。系数K随龄期增加而减小。图1给出了不同硅粉掺量下混凝土28天强度与水灰比的关系曲线。水泥浆体中硅粉的水化热值与普通水泥相似，但由于硅粉的等效水泥系数约为3，掺入硅粉可减少水泥量从而降低水化热。因此，硅粉对设计低热混凝土是有利的，从温控角度出发，这一性能对于大体积混凝土尤其具有重要意义。有关的研究资料同时也表明，混凝土中部分水泥由硅粉代替后，其凝结后前3天的水化速度和温度升高因硅粉和高效减水剂的共同作用而大大加快，且主要集中于混凝土凝结后的最初数小时内，结果会使混凝土的早期强度得到显著提高。
2 掺硅粉的大体积混凝土
2.1 工程简介
某工程是一座集防洪、灌溉、供水和发电等综合效益于一体的大型水利枢纽工程。工程由一座顶长517m、最大坝高63m的混凝土坝，过船闸、交通桥、进水塔、泄洪排沙隧洞、二座坝后式厂房等主要建筑物组成，电站总装机容量10万kW。
2.2 配合比的确定
众所周知，水泥在硬化时会产生可观的水化热，这些热量的产生和释放将使混凝土构件内部存在温度梯度，而温度梯度会导致热应力的产生，由此可能造成热开裂。通常来说，热裂缝是影响大体积混凝土构件性能的主要问题。为了更有效地减少水化热和控制温升，考虑到硅粉的特殊性能，在主坝大体积C25混凝土的配合比计中采用硅粉混凝土。
2.2.1 混凝土成分
硅粉混凝土由粗细骨料、胶结材料（水泥、粉煤灰、硅粉）、水和外加剂组成。检验结果表明，各种材料性能均满足质量要求。
骨料：粗骨料为产自当地料厂的碎石，主要由花岗岩组成，粒径5-60mm。细骨料天然河沙，粒径偏粗。水泥：为油坑水泥厂生产的51.5MPa普通硅酸盐水泥。粉煤灰：采用大塘火电厂生产的二级粉煤灰。硅粉：SiO2含量为93.2%。水：采用当地河水，水质满足要求。
2.2.2 配合比确定
混凝土配合比参照美国混凝土协会AC I 211.1-92设计，考虑到现场泵送施工要求，硅粉掺量定为2%，混凝土配合比（骨料均为饱和面干状态）见表2。
2.2.3 混凝土生产、运输及浇筑
考虑到大体积混凝土的温控要求，在混凝土生产过程中采取了骨料预冷和加冰拌和措施，并通过生产厂家严格控制新鲜水泥的温度。新拌混凝土具有很小的泌水和离析，塌落度满足设计要求，混凝土出机口温度基本控制在12.0℃以下。由于是高温季节施工，混凝土运输采用隔热性能良好的混凝土运输搅拌车，运至浇筑现场后混凝土入仓温度通常控制在15.0℃以下。通仓浇筑时采用泵送能力为45m3/h的移动泵送设备，用变频振捣器将混凝土捣实。
2.2.4 防止裂缝措施
在混凝土硬化脱模后，对混凝土表面涂以密封养护剂并采取了常规的喷水养护（水温约17-21℃），养护第二天后即发现宽约1mm的贯穿性表面纵向裂缝及许多微细的网状裂纹，影响了施工质量。经研究分析发现，这可能由于冷却区温度迅速降低形成较大的温度梯度，由此产生的过大热应力是混凝土构件体积收缩在周围约束条件下造成混凝土表面早期裂缝的主要原因。在后来施工中大体积硅粉混凝土硬化后的养护过程，改进为在保湿散热的同时还应采取必要的保温措施使混凝土内部温度能够均匀散发，从而避免因冷却区温度迅速下降而形成较大的温度梯度进而产生过大的热应力。在随后进行浇筑完毕混凝土硬化脱模后，对混凝土表面涂以密封养护剂，并用两层10cm厚的高压聚乙烯泡沫塑料软板覆盖。底层板经吸水处理，然后再覆盖一层未经吸水的泡沫塑料软板。因此，改进后的养护措施不仅收到了很好的散热、保湿效果，而且避免了早期裂缝的产生。
3 结语
与仅用水泥、粉煤灰拌制的混凝土相比，掺加硅粉能提高混凝土早期强度，有利于经济迅速地组织施工；利用硅粉与水泥等效的特殊性能，可降低水泥用量从而降低混凝土的内部温升。通过改进后的养护措施可有效防止混凝土表面产生早期裂缝，从而使工程质量得以提高。
关键词：硅粉混凝土；温度观测；裂缝防止；养护措施
1 硅粉混凝土
1.1 硅粉的性能
硅粉是一种活性极好的火山灰矿物质。由于硅粉具有极高的比表面积，因而在水泥浆体中起水化产物核心作用，并与微细填充物中的氢氧化钙反应生成凝胶性的硅酸钙水化物，从而增加了浆体的密度。硅粉在水泥浆体中的良好分散作用对其以上性能的发挥极为重要。
1.2 对混凝土拌和物的影响
在混凝土拌和物中，硅粉的影响是稳定的，它能够减少泌水和离析，因而使混凝土拌和物内聚力增加。在稠度一定的情况下，掺用硅粉可降低混凝土的和易性并增加密实性。由于硅粉为极微细颗粒，在硅粉掺量较大时，为保证混凝土的和易性则需增加用水量，同时可通过使用减水剂来补偿。表1给出了不同种类混凝土中硅粉的建议掺量（占胶结材料总重量的百分数）。
1.3 对硬化混凝土性能的影响
硅粉可有效提高混凝土抗氧化、抗硫酸盐、抗酸、抗冲刷及抗冻和抗碱骨料反应。比较而言，硅粉混凝土比普通混凝土更为密实，其强度、耐久性和抗渗透性也更好，还可以大幅提高抗氯离子渗透能力，使混凝土在氯盐污染环境中有良好的护筋性能，并降低钢筋锈蚀速率。在一般情况下，硅粉混凝土的抗拉强度和抗压强度之比、压缩弹模和抗压强度之比及拉伸弯形能力与普通混凝土类似，但其粘结强度有明显增加。
普通混凝土水灰比常用W/C表示，硅粉混凝土则可表示为W/（C+kS），各符号意义：W-水重，C-胶结材料重，S-硅粉重，K-等效水泥系数。K定义为获得同样强度时补硅粉代替的水泥量。在相对湿度100%及20℃养护条件下，对每方混凝土300kg水泥的28天抗压强度而言，该系数约等于3。系数K随龄期增加而减小。图1给出了不同硅粉掺量下混凝土28天强度与水灰比的关系曲线。水泥浆体中硅粉的水化热值与普通水泥相似，但由于硅粉的等效水泥系数约为3，掺入硅粉可减少水泥量从而降低水化热。因此，硅粉对设计低热混凝土是有利的，从温控角度出发，这一性能对于大体积混凝土尤其具有重要意义。有关的研究资料同时也表明，混凝土中部分水泥由硅粉代替后，其凝结后前3天的水化速度和温度升高因硅粉和高效减水剂的共同作用而大大加快，且主要集中于混凝土凝结后的最初数小时内，结果会使混凝土的早期强度得到显著提高。
2 掺硅粉的大体积混凝土
2.1 工程简介
某工程是一座集防洪、灌溉、供水和发电等综合效益于一体的大型水利枢纽工程。工程由一座顶长517m、最大坝高63m的混凝土坝，过船闸、交通桥、进水塔、泄洪排沙隧洞、二座坝后式厂房等主要建筑物组成，电站总装机容量10万kW。
2.2 配合比的确定
众所周知，水泥在硬化时会产生可观的水化热，这些热量的产生和释放将使混凝土构件内部存在温度梯度，而温度梯度会导致热应力的产生，由此可能造成热开裂。通常来说，热裂缝是影响大体积混凝土构件性能的主要问题。为了更有效地减少水化热和控制温升，考虑到硅粉的特殊性能，在主坝大体积C25混凝土的配合比计中采用硅粉混凝土。
2.2.1 混凝土成分
硅粉混凝土由粗细骨料、胶结材料（水泥、粉煤灰、硅粉）、水和外加剂组成。检验结果表明，各种材料性能均满足质量要求。
骨料：粗骨料为产自当地料厂的碎石，主要由花岗岩组成，粒径5-60mm。细骨料天然河沙，粒径偏粗。水泥：为油坑水泥厂生产的51.5MPa普通硅酸盐水泥。粉煤灰：采用大塘火电厂生产的二级粉煤灰。硅粉：SiO2含量为93.2%。水：采用当地河水，水质满足要求。
2.2.2 配合比确定
混凝土配合比参照美国混凝土协会AC I 211.1-92设计，考虑到现场泵送施工要求，硅粉掺量定为2%，混凝土配合比（骨料均为饱和面干状态）见表2。
2.2.3 混凝土生产、运输及浇筑
考虑到大体积混凝土的温控要求，在混凝土生产过程中采取了骨料预冷和加冰拌和措施，并通过生产厂家严格控制新鲜水泥的温度。新拌混凝土具有很小的泌水和离析，塌落度满足设计要求，混凝土出机口温度基本控制在12.0℃以下。由于是高温季节施工，混凝土运输采用隔热性能良好的混凝土运输搅拌车，运至浇筑现场后混凝土入仓温度通常控制在15.0℃以下。通仓浇筑时采用泵送能力为45m3/h的移动泵送设备，用变频振捣器将混凝土捣实。
2.2.4 防止裂缝措施
在混凝土硬化脱模后，对混凝土表面涂以密封养护剂并采取了常规的喷水养护（水温约17-21℃），养护第二天后即发现宽约1mm的贯穿性表面纵向裂缝及许多微细的网状裂纹，影响了施工质量。经研究分析发现，这可能由于冷却区温度迅速降低形成较大的温度梯度，由此产生的过大热应力是混凝土构件体积收缩在周围约束条件下造成混凝土表面早期裂缝的主要原因。在后来施工中大体积硅粉混凝土硬化后的养护过程，改进为在保湿散热的同时还应采取必要的保温措施使混凝土内部温度能够均匀散发，从而避免因冷却区温度迅速下降而形成较大的温度梯度进而产生过大的热应力。在随后进行浇筑完毕混凝土硬化脱模后，对混凝土表面涂以密封养护剂，并用两层10cm厚的高压聚乙烯泡沫塑料软板覆盖。底层板经吸水处理，然后再覆盖一层未经吸水的泡沫塑料软板。因此，改进后的养护措施不仅收到了很好的散热、保湿效果，而且避免了早期裂缝的产生。
3 结语
与仅用水泥、粉煤灰拌制的混凝土相比，掺加硅粉能提高混凝土早期强度，有利于经济迅速地组织施工；利用硅粉与水泥等效的特殊性能，可降低水泥用量从而降低混凝土的内部温升。通过改进后的养护措施可有效防止混凝土表面产生早期裂缝，从而使工程质量得以提高。