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【摘要】高强混凝土是当前混凝土结构的主要发展方向，其强度高的特性被广泛应用于高层建筑，大跨度桥梁等土木工程结构中。在工艺上有多方面的要求，其中在配合比设计中添加外加剂是重要手段，硅粉就是添加的材料种类之一。本文从硅粉的来源，添加原理，添加工艺等方面进行了探讨。这是一种在工业生产中价值工程极高的作法。
【关键词】
高强混凝土 硅粉添加 工艺
中图分类号： TU528 文献标识码： A 文章编号：
高强混凝土就是指混凝土强度等级为C60及其以上的混凝土称为高强混凝土，它是用水泥、砂、石原材料外加减水剂或同时外加粉煤灰、F矿粉、矿渣、硅粉等混合料，经常规工艺生产而获得高强的混凝土。采用高强混凝土，可以减小截面尺寸，减轻自重，因而可获得较大的经济效益，而且，高强混凝土一般也具有良好的耐久性。拌制高强混凝土是多技术工艺的结果。如合理利用高效减水剂，采用优质骨料、优质水泥，利用优质掺合料，如优质磨细粉煤灰、硅灰、天然沸石或超细矿渣。采用添加外加剂、高效减水剂降低水灰比是获得高强混凝土的主要技术措施。
1、添加硅粉提高混凝土强度的原理
在工程中，普通混凝土工程在恶劣的环境中可能短时间内受到严重损坏，从而威胁工程质量大大降低工程的使用寿命。而采用水泥、硅粉和粉煤灰及减水剂配制出满足各方面要求的高性能混凝土。在混凝土中掺加少量硅粉，结合高效减水剂混凝土各方面物理力学性能都能得到改善，例如显著减少混凝土的离析和泌水，有效提高混凝土的泵送性能，显著提高混凝土的早期和后期强度，降低氯离子的渗透能力，有效提高混凝土的抗化学腐蚀和耐磨性能，在水下施工保持混凝土不分离。简而言之，硅粉已大量用于高耐久、高强混凝土中。
硅粉在混凝土中的作用机理是：包含硅粉的火山灰效应和微填料效应。硅粉在混凝土中与水接触后，部分小颗粒迅速溶解，并与水泥水化产生的Ca(OH)2发生化学反应，生成水化硅酸钙(C—S—H)凝胶，均匀地分布于水泥颗粒之中，这就是硅粉的火山灰效应。由于C—S—H凝胶的强度高于水化产物Ca(OH)2的强度，因此，C—S—H凝胶的生成不仅提高了混凝土结构的密度，还有利于提高混凝土结构的强度。且因硅粉微粒极细，所以硅粉的火山灰反应往往在加入水泥或混凝土后的几小时内就发生。许多试验研究表明，在有硅粉存在的情况下，水泥水化早期产物中的Ca(OH)2含量随着龄期的延长变得越来越少，甚至完全反应。
硅粉替代水泥后，极细的球状小颗粒将填充于水泥颗粒空隙之中，改善水泥颗粒级配和粒径分布，使水泥浆体密实；硅粉二次水化产物又堵塞毛细管通道，使大孔和连通孔减少，水泥浆体更加密实。硅粉的这种物理填充和二次水化产物填充作用，称为硅粉的微填料效应。所以，在硅粉的微填料效应和火山灰效应作用下，水泥浆体中早期水化产物Ca(OH)2减少，结晶细化，混凝土內部的小孔增加，孔隙分布的均匀性提高，水泥浆与集料的粘结力增强，硅粉混凝土的物理力学性能和耐久性能均得到改善。
2、硅粉的来源
硅粉是硅铁或金属硅生产过程中由矿热炉中的高纯石英、焦炭和木屑还原产生的副产品，在冶炼中发生复杂的反应。其中，石英石与碳在1750℃时，还原反应产生不稳定的一氧化碳，在温度高于2160℃时，SiO含气化送出，遇到低于1100℃空气时与氧反应，生成SiO2，冷却后形成高细度颗粒，经收尘器过滤收集即是硅粉。一般硅粉的颜色在浅灰和深灰之间，SiO2本身是无色的，其颜色主要取决于碳和氧化铁的含量，碳含量越高，颜色越暗，另外加密的硅粉要比自然硅粉颜色暗。硅粉的粒径都小于1um，平均粒径为0．1um左右，是水泥颗粒直径的1／100，所以硅粉能高度分散于混凝土中，填充在水泥颗粒之间而提高密实度。
3、应用历史
硅粉在混凝土中的应用研究可追溯到上世纪四十年代的挪威。七十年代末，北欧和北美对于硅粉在混凝土中的应用研究也取得了长足的进步，八十年代初，中国对硅粉混凝土作了大量的研究工作，并在水利工程中有较多应用，取得了良好的效果。水利部还颁布了“水工混凝土硅粉品质标准暂行规定”。另外，硅粉在混凝土中应用的同时，受到技术进步和社会经济因素的有力促进，混凝土的耐久性越来越受重视。
4、硅粉的种类及应用工艺
（1）硅粉的应用方式
在混凝土中添加硅粉，主要以二种形式供应，即原态硅粉和增密硅粉。一种是原态硅粉，即通过收尘器直接收集得到的产品，松散容积约为150－200kg／m3，原态硅粉一般采用袋装运输，由于密度很小，长途运输效率较低，使用时多采用人工直接破袋将硅粉倒人混凝土搅拌机，工作环境粉尘大，工作效率低；另一种是增密硅粉，为解决原态硅粉不宜长途运输及效率低的问题，开发出了提高硅粉松散密实度的“硅增密技术”。这种技术使原态硅粉在压缩空气流的作用下，滚动聚集成小的颗粒团，从而将硅粉的松散容积提高到 500－700 kg／m3，大大方便了使用，增密硅粉小颗料团的颗粒凝聚力较弱，在混凝土搅拌机中的搅拌过程非常容易散开，因此硅粉颗粒能在骨料投料后投入搅拌机，以保证增密硅颗粒团散开和良好的分散。
（2）硅粉的应用质量标准
SiO2含量越高，硅粉的性能越高，其他非SiO2杂质含量就低。硅粉含量＞85%，硅粉的碳在混凝土中含吸附部分引气剂，故，烧失量<=7％（控制碳和含水量）再次是硅粉的细度要控制在45 um，颗粒大的，筛分量在10％以下。
以前有的学者专家曾计算：以15％的硅粉取代水泥，则在混凝土中水泥颗粒与硅粉颗粒数量的比例为1：2000000，由此可知硅粉是一种超细粉末物质，其之所以提高混凝土的强度，关键在于提高了水泥浆体与骨料之间的粘结强度，能降低淡水，防止水分在骨料下表面聚集，从而提高界面过渡区的密实度和减小界面过渡区的厚度。
硅粉的粒径比水泥颗粒要小100倍，填充于水泥颗粒的空隙之间，其效果如同水泥颗料填充在骨料之间一样，增加混凝土的密实度。然而硅粉在这些作用的前提条件之一，就是良好的分散于混凝土中。 四、硅粉对硬化混凝土性能的影响
水泥浆与骨料的界面过渡区的厚度约为5um，是混凝土中的薄弱环节，而加入硅粉的砂浆中，骨料界面过渡区则与伊浆的显结构相似，密实匀质。硅粉对硬化混凝土性能的的改善，主要被归结为对界面结构与组成的改良，净浆与骨料粘结强度的提高，从而消除了混凝土中不同复合组份的“弱连接”问题，使混凝士具有复合材料的特性，即骨料颗粒在混凝土中起着增强作用，而不仅仅是惰性的填充物。在混凝土中添加硅粉能使混凝土更好的提高抗渗透性能，有效的提高抗化学腐蚀。
小结 以上主要介绍了添加硅粉混凝土的性能与应用，在今后的生产建设中，高层建筑及大型构筑物越来越多，硅粉的应用将更加广泛。同时，也将有更多的行业或领域会涉及到硅粉。所以有必须更加重视工业副产品在工程中的应用，废旧利用，造福人类。
【关键词】
高强混凝土 硅粉添加 工艺
中图分类号： TU528 文献标识码： A 文章编号：
高强混凝土就是指混凝土强度等级为C60及其以上的混凝土称为高强混凝土，它是用水泥、砂、石原材料外加减水剂或同时外加粉煤灰、F矿粉、矿渣、硅粉等混合料，经常规工艺生产而获得高强的混凝土。采用高强混凝土，可以减小截面尺寸，减轻自重，因而可获得较大的经济效益，而且，高强混凝土一般也具有良好的耐久性。拌制高强混凝土是多技术工艺的结果。如合理利用高效减水剂，采用优质骨料、优质水泥，利用优质掺合料，如优质磨细粉煤灰、硅灰、天然沸石或超细矿渣。采用添加外加剂、高效减水剂降低水灰比是获得高强混凝土的主要技术措施。
1、添加硅粉提高混凝土强度的原理
在工程中，普通混凝土工程在恶劣的环境中可能短时间内受到严重损坏，从而威胁工程质量大大降低工程的使用寿命。而采用水泥、硅粉和粉煤灰及减水剂配制出满足各方面要求的高性能混凝土。在混凝土中掺加少量硅粉，结合高效减水剂混凝土各方面物理力学性能都能得到改善，例如显著减少混凝土的离析和泌水，有效提高混凝土的泵送性能，显著提高混凝土的早期和后期强度，降低氯离子的渗透能力，有效提高混凝土的抗化学腐蚀和耐磨性能，在水下施工保持混凝土不分离。简而言之，硅粉已大量用于高耐久、高强混凝土中。
硅粉在混凝土中的作用机理是：包含硅粉的火山灰效应和微填料效应。硅粉在混凝土中与水接触后，部分小颗粒迅速溶解，并与水泥水化产生的Ca(OH)2发生化学反应，生成水化硅酸钙(C—S—H)凝胶，均匀地分布于水泥颗粒之中，这就是硅粉的火山灰效应。由于C—S—H凝胶的强度高于水化产物Ca(OH)2的强度，因此，C—S—H凝胶的生成不仅提高了混凝土结构的密度，还有利于提高混凝土结构的强度。且因硅粉微粒极细，所以硅粉的火山灰反应往往在加入水泥或混凝土后的几小时内就发生。许多试验研究表明，在有硅粉存在的情况下，水泥水化早期产物中的Ca(OH)2含量随着龄期的延长变得越来越少，甚至完全反应。
硅粉替代水泥后，极细的球状小颗粒将填充于水泥颗粒空隙之中，改善水泥颗粒级配和粒径分布，使水泥浆体密实；硅粉二次水化产物又堵塞毛细管通道，使大孔和连通孔减少，水泥浆体更加密实。硅粉的这种物理填充和二次水化产物填充作用，称为硅粉的微填料效应。所以，在硅粉的微填料效应和火山灰效应作用下，水泥浆体中早期水化产物Ca(OH)2减少，结晶细化，混凝土內部的小孔增加，孔隙分布的均匀性提高，水泥浆与集料的粘结力增强，硅粉混凝土的物理力学性能和耐久性能均得到改善。
2、硅粉的来源
硅粉是硅铁或金属硅生产过程中由矿热炉中的高纯石英、焦炭和木屑还原产生的副产品，在冶炼中发生复杂的反应。其中，石英石与碳在1750℃时，还原反应产生不稳定的一氧化碳，在温度高于2160℃时，SiO含气化送出，遇到低于1100℃空气时与氧反应，生成SiO2，冷却后形成高细度颗粒，经收尘器过滤收集即是硅粉。一般硅粉的颜色在浅灰和深灰之间，SiO2本身是无色的，其颜色主要取决于碳和氧化铁的含量，碳含量越高，颜色越暗，另外加密的硅粉要比自然硅粉颜色暗。硅粉的粒径都小于1um，平均粒径为0．1um左右，是水泥颗粒直径的1／100，所以硅粉能高度分散于混凝土中，填充在水泥颗粒之间而提高密实度。
3、应用历史
硅粉在混凝土中的应用研究可追溯到上世纪四十年代的挪威。七十年代末，北欧和北美对于硅粉在混凝土中的应用研究也取得了长足的进步，八十年代初，中国对硅粉混凝土作了大量的研究工作，并在水利工程中有较多应用，取得了良好的效果。水利部还颁布了“水工混凝土硅粉品质标准暂行规定”。另外，硅粉在混凝土中应用的同时，受到技术进步和社会经济因素的有力促进，混凝土的耐久性越来越受重视。
4、硅粉的种类及应用工艺
（1）硅粉的应用方式
在混凝土中添加硅粉，主要以二种形式供应，即原态硅粉和增密硅粉。一种是原态硅粉，即通过收尘器直接收集得到的产品，松散容积约为150－200kg／m3，原态硅粉一般采用袋装运输，由于密度很小，长途运输效率较低，使用时多采用人工直接破袋将硅粉倒人混凝土搅拌机，工作环境粉尘大，工作效率低；另一种是增密硅粉，为解决原态硅粉不宜长途运输及效率低的问题，开发出了提高硅粉松散密实度的“硅增密技术”。这种技术使原态硅粉在压缩空气流的作用下，滚动聚集成小的颗粒团，从而将硅粉的松散容积提高到 500－700 kg／m3，大大方便了使用，增密硅粉小颗料团的颗粒凝聚力较弱，在混凝土搅拌机中的搅拌过程非常容易散开，因此硅粉颗粒能在骨料投料后投入搅拌机，以保证增密硅颗粒团散开和良好的分散。
（2）硅粉的应用质量标准
SiO2含量越高，硅粉的性能越高，其他非SiO2杂质含量就低。硅粉含量＞85%，硅粉的碳在混凝土中含吸附部分引气剂，故，烧失量<=7％（控制碳和含水量）再次是硅粉的细度要控制在45 um，颗粒大的，筛分量在10％以下。
以前有的学者专家曾计算：以15％的硅粉取代水泥，则在混凝土中水泥颗粒与硅粉颗粒数量的比例为1：2000000，由此可知硅粉是一种超细粉末物质，其之所以提高混凝土的强度，关键在于提高了水泥浆体与骨料之间的粘结强度，能降低淡水，防止水分在骨料下表面聚集，从而提高界面过渡区的密实度和减小界面过渡区的厚度。
硅粉的粒径比水泥颗粒要小100倍，填充于水泥颗粒的空隙之间，其效果如同水泥颗料填充在骨料之间一样，增加混凝土的密实度。然而硅粉在这些作用的前提条件之一，就是良好的分散于混凝土中。 四、硅粉对硬化混凝土性能的影响
水泥浆与骨料的界面过渡区的厚度约为5um，是混凝土中的薄弱环节，而加入硅粉的砂浆中，骨料界面过渡区则与伊浆的显结构相似，密实匀质。硅粉对硬化混凝土性能的的改善，主要被归结为对界面结构与组成的改良，净浆与骨料粘结强度的提高，从而消除了混凝土中不同复合组份的“弱连接”问题，使混凝士具有复合材料的特性，即骨料颗粒在混凝土中起着增强作用，而不仅仅是惰性的填充物。在混凝土中添加硅粉能使混凝土更好的提高抗渗透性能，有效的提高抗化学腐蚀。
小结 以上主要介绍了添加硅粉混凝土的性能与应用，在今后的生产建设中，高层建筑及大型构筑物越来越多，硅粉的应用将更加广泛。同时，也将有更多的行业或领域会涉及到硅粉。所以有必须更加重视工业副产品在工程中的应用，废旧利用，造福人类。