浅谈微硅粉在自密实混凝土中的应用

摘 要：微硅粉具有较好的抗分散性能，因此在自密实混凝土中掺入少量的微硅粉可以有效改善混凝土拌合物的粘聚性和流变性，简化施工工艺，并可显著提高混凝土的强度和耐久性。

关键词：微硅粉；自密实混凝土；应用

中图分类号：TU528 文献标识码：A

引言

自密实混凝土技术的发展已有20多年的历史，自密实混凝土具有高流动度、不离析、均匀性和稳定性，浇筑时依靠其自重流动，无需振捣而达到密实的特性，由于其施工方法简单、质量可靠、劳动力较少等特点，因此近几年在国内的发展应用速度加快，应用领域也进一步拓展，广泛应用于建筑、水利、电力、航运等领域。自密实混凝土虽然有其自身的优势，但在混凝土配合比设计方面仍需不断优化混凝土各项性能指标，确保混凝土施工质量得到保证。

微硅粉具有火山灰活性高、耐磨性等优点，广泛应用于桥梁、港口、隧道、水电等各个行业的抗冲磨等部位，且其具有比表面积大、抗分散性好等特点，在自密实混凝土中也起到改善混凝土性能的作用。本文从自密实混凝土中掺入少量微硅粉改善混凝土拌合物性能、提高混凝土强度及耐久性等方面进行试验研究。

1原材料

1.1水泥

试验采用华新普硅42.5水泥，检测结果见表1。

表1 华新普硅42.5水泥检测结果

水泥

品种 密度

/（g/cm3） 比表面积/（m2/kg） 凝结时间

/min 安定性/mm 抗压强度

/MPa 抗折强度

/MPa

初凝 终凝 3d 28d 3d 28d

华新普

硅42.5 3.21 368 95 137 0.5 22.8 48.7 5.1 7.9

GB176

-2007 / ≥300 ≥45 ≤600 ≤5 ≥17.0 ≥42.5 ≥3.0 ≥6.5

1.2粉煤灰

试验采用宁夏石嘴山电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，检测结果见表2。

表2 粉煤灰检测结果

品种 密度/

（g/cm3） 细度

/% 需水量比/% 烧失量

/% 含水量/%

石嘴山Ⅱ级

粉煤灰 2.30 12.7 101 3.2 0.2

GB/T5055―2005（II级灰） / ≤25.0 ≤105 ≤8.0 ≤1.0

1.3微硅粉

试验采用成都锦祥生产的微硅粉，检测结果见表3。

表3 微硅粉检测结果

品种 密度

/（g/cm3） 比表面积

/（g/cm3） 火山灰活性

指数/% 烧失量

/% SiO2

/%

微硅粉 2.14 16.2 98 5.1 93.1

DL/T5144

―2001 / ≤15 ≥90 ≤6 ≥85

1.4外加剂

试验采用河北长安育才建材有限公司生产的GK-4A减水剂和GK-9A引气剂，外加剂性能检测结果见表4。

表4 外加剂性能检测结果

外加剂 含气量

/% 减水率

/% 泌水率

比/% 凝结时间差/min 拉压强度比/% 抗冻

等级

品种 掺量

% 初凝 终凝 3d 7d 28d 28d

GK-4A 0.7 2.2 20.2 15 +203 +195 148 142 126 ≥F50

GK-9A 0.006 5.4 8.0 53 -46 -75 99 93 86 ≥F200

DL/T5100

-1999 减水剂

引气剂 4.5～5.5 ≥6 ≤70 -90～+120 -90～+120 ≥90 ≥90 ≥85 ≥F200

1.5细骨料

细骨料为花岗岩人工砂，细骨料品质检测结果见表5。

表5 细骨料品质检测结果

检测项目 细度模数 石粉含

量/% 堆积密度

/（kg/m3） 表观密度

/（kg/m3） 吸水率

/% 云母含

量/% 坚固性

/% 有机质含量 SO3

/%

人工砂 2.68 12.5 1430 2650 1.0 0.6 2 浅于标准色 0.1

DL/T5144

-2001 2.4～2.8 6～18 / ≥2500 / ≤2 ≤8 浅于标准色 ≤1

1.6粗骨料

粗骨料为花岗岩骨料，粗骨料品质检测结果见表6。

表6 粗骨料品质检测结果

检测项目 堆积密度

/（kg/m3） 表观密度

/（kg/m3） 吸水率

/% 坚固性

/% 压碎指标/% 针片状

/% 有机质含量 SO3

/%

天然料 1540 2670 0.6 1 11.6 2 浅于标准色 0.1

DL/T5144-2001 / ≥2550 ≤2.5 ≤5 ≤20 ≤15 浅于标准色 ≤0.5

2混凝土配合比设计

依据《自密实混凝土应用技术规程》（CECS203：2006），自密实混凝土配合比设计应符合下列条件：

单位体积用水量宜为155kg～180kg/m3；

水粉比体积比宜取0.80～1.15；

单位体积粉体量宜为0.16～0.23m3；

混凝土单位体积浆体量宜为0.32～0.40m3。

因肘管、压力钢管、蜗壳、钢衬、冲砂廊道底部等部位钢筋较为密集，故自密实混凝土性能等级按一级要求设计，即自密实混凝土拌合物性能要求为：

U型箱试验填充高度≥320mm；

坍落扩展度控制在700±50mm；

T50控制为5～20s；

V漏斗通过时间控制在10s～25s。

因自密实混凝土有耐久性要求，含气量按4.0%～6.0%控制。

3混凝土性能试验

3.1拌合物性能

自密实混凝土拌合物性能试验结果见表7，试验结果表明：

掺微硅粉比不掺微硅粉自密实混凝土单位用水量增加4kg/m3；

掺微硅粉自密实混凝土拌合物各项指标均优于不掺微硅粉混凝土，不掺微硅粉自密实混凝土拌合物性能差，且泌水严重，有板结现象，U型箱填充高度达不到一级自密实混凝土要求。

表7 混凝土拌合物性能试验结果

试验编号 砼设计指标 级配 水胶比 硅粉

/% 用水量

/（kg/m3） 含气量

/% 坍落

扩展度

/mm T50

/s V漏斗

通过时间/s U型箱

填充高度/mm

ZM-1 C25W8F200 一 0.45 2 178 5.5 697 16.6 21.5 274

ZM-2 C25W8F200 一 0.45 / 174 5.2 683 13.8 12.2 335

3.2力学性能

混凝土力学性能试验结果见表8，试验结果表明：在水胶比不变的条件下，掺2%微硅粉比不掺微硅粉混凝土的抗压强度值高7%。

从混凝土试件冻融循环200次试验情况来看，在水胶比同为0.45的条件下，掺2%微硅粉的质量损失率和相对动弹模检测结果均高于不掺微硅粉混凝土的试件，说明掺微硅粉自密实的抗冻效果要更好。

表8 混凝土力学及耐久性能试验结果

试验编号 砼设计指标 级配 硅粉/% 水胶比 28d抗压强度

/MPa

ZM-1 C25W8F200 一 2 0.45 36.8

ZM-2 C25W8F200 一 / 0.45 34.3

3.3耐久性

混凝土耐久性试验结果见表9，从混凝土试件冻融循环200次试验情况来看，在水胶比同为0.45的条件下，掺2%微硅粉混凝土试件的质量损失率和相对动弹性模量检测结果均高于不掺微硅粉混凝土的试件，说明掺微硅粉自密实的抗冻效果要更好。

表9 混凝土耐久性试验结果

试验编号 砼设计指标 级配 硅粉/% 水胶比 抗渗指标 F200抗冻结果

质量损失率/% 相对动弹性模量/%

ZM-1 C25W8F200 一 2 0.45 ≥W8 0.4 82.5

ZM-2 C25W8F200 一 / 0.45 ≥W8 0.7 70.6

4工程实际应用

某水电站工程厂房肘管、蜗壳底部等部位钢筋较为密集，结构主要浇筑C25W8F200混凝土。由于施工空间狭小，无法采用传统的人工振捣工艺进行施工，为此采用了一级配自密实混凝土进行浇筑。施工期间加强了混凝土质量控制，拌制的混凝土拌合物和易性较好，无骨料分离和泌水现象，未发生堵泵现象，浇筑后经物探检测混凝土密实度高，无孔洞，浇筑质量优良。

5小结

5.1通过试验检测结果表明

在自密实混凝土中掺入2%左右的微硅粉可以有效改善混凝土拌合物的和易性，减少骨料分离与泌水，混凝土不易产生板结现象，易于施工，且混凝土的抗压强度及耐久性均能得到大幅提高；

5.2对浇筑后的混凝土质量进行检查

在自密实混凝土中掺入微硅粉可以确保混凝土密实度提高，提高混凝土施工质量；

5.3采用自密实混凝土可以对施工空间狭小

较难施工部位及钢筋密集部位进行施工，在保证混凝土质量的前提下优化施工工艺并可减少劳动力，降低劳动强度。

作者简介：任永义（1976-），男，山西阳泉人，工程师，主要从事水电工程试验检测工作。