硅灰对高强度混凝土的影响

硅灰对高强混凝土强度影响的试验研究

摘要： 在高强混凝土中掺入适量的硅灰，对提高混凝土的劈裂抗拉强度有非常明显的效

果，也可在一定程度上增强混凝土的抗压强度和抗折强度。掺量低于或高于适量范围，对提高混凝土的强度作用很小。在实际工程混凝土中合理掺用硅灰，不仅可以提高混凝土的强度，而且变废为宝，改善环境，技术、经济和社会效益显著。 关键词： 高强混凝土；掺合料；硅灰；强度

中图分类号： TU528.041 文献标志码： A 文章编号： 1002-3550（2011）07-0074-03

Experimental research on the effect of silica fumtothestrength of high- strength concrete WANG Hong，CHENWei-tian，CHEN Chang-li（School of Materials and Architectural Engineering，Guizhou Normal UniversityGuiyang 550059，China）

Abstract: It has obvious effect of mixing appropriate quantity of silica fume in high-strength concrete to enhance its splittintensile strength，and could increase its compressive strength and flexural strength to a certain extent.However，it could be useless for strength enhancing if the mixingquantity is lower or higher than the appropriate

quantity.Reasonable mixing silica fume in engineering concrete not only increase the strengthbut also recycle waste material and improve environment and technique which has remarkable economic and social benefits.

Key words: high-strength concrete；mineral admixture；silica fume；strength

硅灰（Silica Fume）又称硅粉，是在冶炼工业硅或含硅合金时由高纯度的石英与焦炭在高温电弧炉（2 000 ℃）中发生还原反应而产生的工业尘埃。它是利用收尘装置回收烟道

排放的高温废气并通过专门处理而得，其颗粒超细，比表面积大，具有很高的火山灰活性。硅灰用于混凝土的研究始于20 世纪50 年代的挪威、丹麦等国，在美国、日本、法国等国得到了普遍的应用。

在我国，通常将硅灰作为掺合料用于混凝土工业中，一方面可节约水泥熟料，降低混凝土的生产成本，有效减少环境污染，保护环境；另一方面，改善混凝土的性能，延长结构的安全使用期，增加工程的使用寿命[1]。因此，开发硅粉在混凝土中的应用，对促进节能减排、废弃物的资源化利用和保护环境、发展循环经济，以及建设资源节约型、环境友好型社会具有重要的现实意义，其技术、经济、社会效益显著，应用前景广阔。

目前，硅灰已成为高强混凝土的重要组分。本研究通过试验，研究了硅灰对高强混凝土强度性能的影响，供工程技术人员参考。 1 试验

1.1 试验用原材料

（1）水泥：试验使用P·O 42.5 级水泥，其化学成分与物理力学性能见表1、2.

表1 水泥的化学成分%

化学成分 含量 SiO2 f-CaO Loss Na2O CaO Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 K2O Cl 0.18 2.84 4.04 60.19 20.58 5.58 2.47 2.18 0.48 0.03 1.94

表2 水泥的物理力学性能

密度 /（g/cm3）比表面积 标准稠 初凝 抗折强 抗折强 /MPa 28 d抗压强度/MPa 3 d抗压强度/MPa 28 d /（m2/kg） 度用水量/% 终凝 安定性 /MPa 3 d 3.06

355 27.5 179 238 合格 5.39 8.20 25.9 48.6 （2）硅灰：试验所用硅灰的化学成分和物理力学性能，见表3。

表3 硅灰的化学成分和物理力学性能

密度/（g/cm3） 活性指数比表面（m2/kgSiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 90.35 1.04 2.16 0.92 0.76 0.25 Na2O K2O MnO ZnO /% 0.58 0.58 0.24 0.32 2.35 86.0 15335.0 （3）粉煤灰：试验所用粉煤灰的化学成分和物理性能，见表4。

表4 粉煤灰的化学成分和物理性能

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Na2O K2O Loss 密度/细度需水量比/%（g/cm3） （45 μm）/% 96.0 43.44

22.47 15.23 4.09 2.04 1.45 1.79 2.68 4.12 2.48 15.6 （4）人工砂：试验所用人工砂取自贵州某水利工程工地，其

含石率0.57%，含石粉25.83%，细度模数为2.43（属中细砂），颗粒级配属于II 区，级配良好。其干燥状态视密度为2.715 g/cm3，吸水率2.31%，颗粒分布见表5。

表5 人工砂累计平均筛余量

筛孔尺寸/mm 10.0 0 5.0 0.57 2.5 18.90 1.25 33.97 0.63 53.91 0.315 63.92 0.16 73.29 <0.16 99.12 累计筛余量/%

（5）碎石：试验所用粗骨料为石灰岩碎石，由贵州某水利工程工地加工成5~20、20~40、40~80 mm 三种粒级，其吸水率和含粉量见表6

表6 粗骨料的吸水率和含粉量%

吸水率 （以干燥质量为基准） 小石 0.424

（6）外加剂：外加剂为FDN 高效减水剂。 1.2 试验标准

试验所用标准主要为GB/T 1345—2005《水泥细度检验方法》GB/T1346—2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》、GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》、GB/T 18736—2002《高性能混凝土用矿物外加剂》、GB/T 14684—2001《建筑用砂》、GB/T 14685—2001《建筑用卵石、碎石》、SL 352—2006《水工混凝土试验规程》等。 2 试验结果

2.1 硅灰掺量对水泥胶砂强度的影响

根据GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》，采用40 mm×40 mm×160 mm 模

中石 0.317 吸水率 以饱和面干质量为准 小石 0.422 中石 0.316 小石 0.57 中石 0.26 含粉量 具，试验所用配合比见表7。成型后的试件在标准养护箱养护1 d 后拆模编号，然后继续放入标准养护箱分别养护至7、28 d，测得7、28 d 的抗压强度见表7。

表7 试验所用的水泥胶砂配合比及其试件7、28 d 的抗压强度及相对百分率

编号 水胶比 硅灰掺量 /% SZ0 0.3 0 904.4 0 271.3 1213.7 10.5 68.49（100%） SZ3 0.3 3 877.1 27.1 271.3 1213.5 10.9 71.2594.38（100.00%） 96.02 水泥 水泥胶砂的材料用量/（kg/m3） 硅灰 水 砂 减水剂 抗压强度及相对百分率/MPa 7 d 28 d （104.03%） （101.74%） SZ6 0.3 6 849.5 54.2 271.1 1213.7 12.5 70.48100.08（102.91%） （106.04%） SZ9 0.3 9 821.9 81.3 271.0 1212.1 13.6 71.69107.68（104.67%） （114.09%） SZ12 0.3 12 794.0 108.3 270.7 1210.8 16.3 69.69103.47（101.75%） （109.63%）

从表7 看出，硅灰掺量的多少对水泥胶砂试件的7 d 抗压强度影响不大。硅灰掺量在一定范围内（约为3%~9%）时，水泥胶砂试件的28 d 抗压强度呈增长趋势；而掺量大于9%

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