對於矽粉混凝土的配合比設計,主要是根據設計要求, 確定矽粉的摻入方法,矽粉的最佳摻量,減水劑的最優摻量及砂石料調整,而其它則按普通混凝土設計方法進行。
a) 矽粉的摻入方法:矽粉在混凝土中一般有兩種方法: 一yi是shi內nei摻chan,二er是shi外wai摻chan,都dou要yao與yu減jian水shui劑ji配pei合he使shi用yong。內nei摻chan法fa往wang往wang用yong矽gui粉fen代dai替ti水shui泥ni,又you分fen等deng量liang代dai替ti和he部bu分fen等deng量liang代dai替ti兩liang種zhong,等deng量liang代dai替ti為wei矽gui粉fen摻chan量liang代dai替ti相xiang等deng的de水shui泥ni,部bu分fen代dai替ti為wei1 kg 矽粉代替1~3 kg 水泥,作為研究一般摻量為5 %~30 % ,水灰比一般保持不變:而外摻法指的是矽粉像外加劑那樣摻在混凝土中,而水泥用量不減少,摻量一般為5 %~10 % ,一般外摻法而得的混凝土的力學性能要高得多,但增加了混凝土中膠凝材料用量。
b) 矽粉的最優摻量往往控製在8 %~10 %。它是根據所用矽粉、水泥種類和骨料性質而定,並考慮它對性能改善程度及施工方便與否和技術經濟指標等。
c) 減水劑的最佳摻量:在混凝土中使用矽粉,如不摻減水劑,想保持相同的流動度,則必然要增加用水量、水shui灰hui比bi增zeng加jia,摻chan矽gui粉fen的de混hun凝ning土tu強qiang度du也ye不bu上shang去qu,這zhe也ye是shi過guo去qu矽gui粉fen在zai混hun凝ning土tu中zhong未wei推tui廣guang使shi用yong的de原yuan因yin。矽gui粉fen與yu減jian水shui劑ji聯lian合he使shi用yong摻chan用yong矽gui粉fen水shui灰hui比bi不bu變bian,即ji用yong水shui量liang不bu增zeng加jia,也ye能neng達da到dao與yu未wei摻chan矽gui粉fen的de混hun凝ning土tu具ju有you相xiang同tong的de流liu動dong度du且qie矽gui粉fen混hun凝ning土tu強qiang度du等deng性xing能neng得de到dao大da幅fu度du提ti高gao,一yi般ban國guo內nei較jiao多duo采cai用yong萘nai係xi高gao效xiao減jian水shui劑ji,如ru建jian1、H、DH3、FDN、NF、N2B 等,其摻量一般為膠材用量的1 %以內,有時為了減小水灰比,拌製超高強混凝土,減水劑摻量達2 %~ 3 %。
d) 砂石料用量調整:內摻矽粉一般對砂石用量不必調整。外摻矽粉要扣掉與矽粉體積相等的砂石體積。
矽粉對高性能混凝土強度的影響 盡管應用純水泥可以製成抗壓強度高達100 MPa 的HPC ,但當使用矽粉時將容易得多。而對於製備強度超過100 MPa 的de混hun凝ning土tu,矽gui粉fen的de使shi用yong幾ji乎hu不bu可ke缺que少shao。矽gui粉fen在zai混hun凝ning土tu中zhong同tong時shi起qi填tian充chong材cai料liao和he火huo山shan灰hui材cai料liao使shi用yong。使shi用yong矽gui粉fen後hou,大da大da降jiang低di了le水shui化hua漿jiang體ti中zhong的de孔kong隙xi尺chi寸cun,改gai善shan了le孔kong隙xi尺chi寸cun分fen布bu,於yu是shi使shi強qiang度du提ti高gao,滲shen透tou性xing降jiang低di。例li如ru,研yan究jiu結jie果guo表biao明ming(CEB2FIP1988) , 為獲得70 MPa 的混凝土強度,應用純水泥需要水膠比0.35 , 而當加8 %的矽粉時,水膠比可以為0.50。由於矽粉顆粒非常細,它們可以在很早的幾個小時內發生火山灰反應。根據Carette 和Malhotra 1992) 的報導,矽粉對混凝土強度的貢獻主要在28d 之前。所以,就長期強度增長方麵,一般認為矽粉混凝土不如純水泥混凝土或粉煤灰混凝土。Almad (1994) 引用的矽粉對NSC 強度發展的試驗結果表明,矽粉摻量增加使得早期相對強度發展降低,Sandvik 1992 在65 MPa 的混凝土中也發現了這種現象。
然(ran)而(er),盡(jin)管(guan)在(zai)相(xiang)同(tong)的(de)水(shui)膠(jiao)比(bi)下(xia)矽(gui)粉(fen)混(hun)凝(ning)土(tu)的(de)早(zao)期(qi)相(xiang)對(dui)強(qiang)度(du)發(fa)展(zhan)比(bi)純(chun)水(shui)泥(ni)混(hun)凝(ning)土(tu)的(de)慢(man),由(you)於(yu)加(jia)入(ru)矽(gui)粉(fen)使(shi)得(de)強(qiang)度(du)大(da)大(da)提(ti)高(gao),矽(gui)粉(fen)混(hun)凝(ning)土(tu)的(de)絕(jue)對(dui)強(qiang)度(du)則(ze)比(bi)純(chun)水(shui)泥(ni)混(hun)凝(ning)土(tu)的(de)高(gao)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian),經(jing)驗(yan)表(biao)明(ming),HPC 的早期強度發展比NSC 的快,雖然HPC的凝結時間可能稍有推遲,其凝結之後的水化作用會由於高效減水劑和矽粉大大加快。其結果通常是凝結之後強度發展非常快。
對於某些空氣中幹燥或養護的很低水膠比的矽粉混凝土試件,有抗壓強度倒縮的報導(De Larrard 和Aiticin 1993) 。這種強度降低通常發生在90 d 齡期之後,一般認為是由內部自幹燥及幹燥裂縫引起的。然而,許多其他研究人員的試驗室及現場研究表明,HPC 的後期強度沒有降低。例如,從6 種不同的HPC 中取得的3 個月至3 年齡期的所有鑽芯試樣試驗結果表明,其強度在不斷增長。當然,與NSC 比較, HPC 的長期強度增長潛力較小。
矽粉對高性能混凝土的耐久性的影響
混凝土的耐久性包括了混凝土的抗凍性、抗滲性、抗化學侵蝕性,抗鋼筋侵蝕能力和抗衝磨性能,在此僅談談它對混凝土的抗凍性、抗滲性及抗化學侵蝕性的影響。
a) 抗凍性:當矽粉摻量少時,矽粉混凝土的抗凍性與普通混凝土基本相同,當矽粉摻量超過15 %時,它的抗凍性較差。通過大量的試驗,這種觀點基本上被證實了,主要原因是當矽粉超過15 %時,混凝土膨脹量增大,相對動彈性模數降低,抗壓強度急劇下降,從混凝土內部方麵特征看,比表麵積小,間距係數大。
b) 抗滲性:由於矽粉顆粒小,比水泥顆粒小20~100 倍, 可(ke)以(yi)充(chong)填(tian)到(dao)水(shui)泥(ni)顆(ke)粒(li)中(zhong)間(jian)的(de)空(kong)隙(xi)中(zhong),使(shi)混(hun)凝(ning)土(tu)密(mi)實(shi),同(tong)時(shi)矽(gui)粉(fen)的(de)二(er)次(ci)水(shui)化(hua)作(zuo)用(yong),新(xin)的(de)生(sheng)成(cheng)物(wu)堵(du)塞(sai)混(hun)凝(ning)土(tu)中(zhong)滲(shen)透(tou)通(tong)道(dao),故(gu)矽(gui)粉(fen)混(hun)凝(ning)土(tu)的(de)抗(kang)滲(shen)能(neng)力(li)很(hen)強(qiang),混(hun)凝(ning)土(tu)的(de)滲(shen)透(tou)性(xing)隨(sui)水(shui)膠(jiao)比(bi)的(de)增(zeng)加(jia)而(er)增(zeng)大(da),這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)水(shui)灰(hui)比(bi)混(hun)凝(ning)土(tu)的(de)密(mi)實(shi)性(xing)相(xiang)對(dui)差(cha)些(xie)。
c) 抗化學侵蝕性:在混凝土中摻入矽粉,能減少Ca (OH) 2 含量,增加混凝土密實性,有效提高弱酸腐蝕能力,但在強酸或高深度的弱酸中不行,因混凝土中的CSH 在zai酸suan中zhong分fen解jie,另ling外wai,它ta還hai能neng抗kang鹽yan類lei腐fu蝕shi,尤you其qi是shi對dui氯lv鹽yan及ji硫liu酸suan鹽yan類lei,它ta之zhi所suo以yi能neng抗kang酸suan鹽yan侵qin蝕shi,原yuan因yin是shi矽gui粉fen混hun凝ning土tu較jiao密mi實shi,孔kong結jie構gou得de到dao改gai善shan, 從而減少了有害離子傳遞速度及減少了可溶性的Ca (OH) 2 和鈣礬石(3CaO・Al2O3・3CaSO4 ・32H2 ) 的生成,而增加了水化矽酸鈣晶體的結果。
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