硅粉技术指标的量化计算

硅粉在混凝土中的作用

硅粉是冶炼硅铁合金或工业硅时的副产品，通过烟道排出的硅蒸汽令其氧化并冷收尘而得。硅粉是所有掺合料中性能最好的一种，同时也是价格最贵的掺合料。一般只在高强、高耐久性混凝土中使用。

硅粉主要成份为SiO2，其平均粒径为0.1μm，为水泥平均粒径的几百分之一。在混凝土中填充颗粒空隙，提高体积密度和降低孔隙率。同时硅粉在混凝土中具有火山灰反应，硅粉水化形成的富硅凝胶，强度高于Ca(OH)2晶体，与水泥水化凝胶C-S-H共同工作。国家对硅粉的品质有相应的国家标准要求。在化学性能上主要要求SiO2含量≥85％，烧失量≤6％，含水率≤3%。在物理性能上主要要求比表面积≥m2/kg。在胶砂性能上要求火山灰活性指数≥85%～90％。典型硅粉的主要性能指标见表1。表1成都某公司硅粉性能指标

硅粉填充系数的量化计算

作为超细矿物掺合料，硅粉的平均粒径度为0.1μm，仅为水泥平均粒径的几百分之一，主要用来配制高强高性能混凝土，掺入水泥混凝土后能很好地填充于水泥颗粒空隙之中，使浆体更致密。

硅粉的填充系数可以用下式求得：

式中：u4——硅粉的填充系数；ρSi——硅粉的密度（kg/m3)；SSi——硅粉的比表面积(m2/kg)。其物理意义为，我们在混凝土配合比设计过程中可以用1千克硅灰取代u4千克对比试验的水泥，充分利用了硅灰的填充功能，实现硅粉的准确合理利用

表2硅灰填充系数与取代系数的对照

表2解释了不同比表面积的硅灰在取代水泥用量差别很大的原因

硅粉活性指数的量化计算

1.硅粉活性指数测定试验

测定试验胶砂和对比胶砂的抗压强度，以二者抗压强度之比确定硅粉试样的活性指数。试验胶砂和对比胶砂材料用量见表3。表3测定硅粉活性指数试验中试验胶砂和对比胶砂材料用量

（1）硅粉活性指数的国家标准计算方法：硅粉28d活性指数按下式计算：

式中：A28——28d活性指数（%）；R0——对比砂浆28d抗压强度（MPa）；R4——试验砂浆28d抗压强度（MPa）。计算结果精确至1%。（2）硅粉活性系数的准确计算方法（定义为活性系数）根据对比胶砂可知，克水泥提供强度50MPa，则克水泥提供的强度为0.9R0=45MPa；那么，试验胶砂提供的强度包括克水泥提供的强度（即0.9R0=45MPa）与45克硅粉提供的强度（即R4-0.9R0=30MPa）；则硅粉的活性系数由下式求得：

式中：αSi——硅灰的活性系数；R0——对比砂浆28d抗压强度（MPa）；R4——试验砂浆28d抗压强度（MPa）。硅灰的取代系数用δSi表示，其数值为活性系数的倒数，则代入数据可得硅灰的活性系数αSi=6，硅灰的取代系数δSi=0.17。这样，本例中我们在混凝土配合比设计过程中可以用1千克硅灰取代6千克与对比试验相同的水泥，或者用0.17千克硅灰取代1千克与对比试验相同的水泥。这种设计思路在水泥和硅粉用量的计算方面实现了适量取代，准确合理地使用了硅粉。

硅粉的物理力学性能指标

1.质量指标

硅灰质量指标应满足表4的要求。

表4硅粉质量指标

（1）比表面积按《水泥比表面积测定方法（勃氏法）》（GB/T）进行。（2）SiO2含量按《水泥化学分析方法》（GB/T）进行。

硅粉的合理使用

硅粉接触拌合水后，首先形成富硅的凝胶，并吸收水分，凝胶在尚未水化的水泥颗粒间聚集，逐渐包裹水泥颗粒，水化产物Ca(OH)2与上述硅凝胶的表面反应生成C-S-H凝胶，该水化物凝胶强度高于Ca(OH)2晶体。C-S-H凝胶的产生多处于水泥水化的C-S-H凝胶孔隙中，大大提高了混凝土的结构密度。因此具有优异的火山灰效应和填充效应，能改善混凝土拌合物的泌水和黏聚性。

（1）增加强度用硅粉代替部分水泥加到混凝土中，增加了密度和凝聚力，使混凝土抗压抗折强度大大增强，掺入5％～10％的硅粉，抗压强度可提高10%～30%，抗折强度提高10％以上。（2）增加致密度硅粉可均匀地充填于水泥颗粒空隙之中，使混凝土更加致密，克服了混凝土常见的空隙弊病，对渗水性、碳化深度进行测试，结果表明，抗渗性可提高5～18倍，抗碳化能力提高4倍以上。（3）抗冻性经过国家大剧院C混凝土测试证明,掺硅粉混凝土在经过0次快速冻融循环，相对动弹性模量降低1％～2％，而普通混凝土仅通过25～50次循环，相对动弹性模量降低36％～73％。（4）早强性硅粉加入混凝土后，与游离的Ca(OH)2结合，从而降低Ca+2和OH—的浓度，使诱导期缩短，促进C2S水化，表现了硅粉提高混凝土早强的特性，有资料介绍，硅粉能将混凝土18h强度可提高30％。（5）抗冲磨、抗空蚀性我国水工建筑物60％以上受不同程度的冲磨、空蚀破坏。经测试表明，硅粉混凝土比普通混凝土抗冲磨能力高0.5～2.5倍，抗空蚀能力提高3～16倍。

在混凝土中加入硅粉和缓凝减水剂，其性能得以改善，因此被广泛使用，目前主要应用：（1）水利工程硅粉混凝土有良好的防水、抗渗、耐冲磨和抗侵蚀性。广泛用于修建电站、水坝、河道等，目前硅粉在二滩电站、紫坪铺水利枢纽、黄河小浪底水利枢纽工程中大量使用，取得了很好效果。（2）建筑工程混凝土中加入硅粉后具有早强性、高强性，大量实用于厂房建设、高层建筑，如中国国际大剧院C、广州塔C混凝土、天津大楼C混凝土等工程项目，既可缩短工期，又可经济地增加强度。(3)公路建设充分利用硅粉混凝土的高强、耐磨和早强性能，可以修建高等级公路、机场跑道、路面的抢修、公路隧道等，用硅粉混凝土修筑公路，24h后抗压即达25MPa以上，28d达50MPa以上，超过设计要求的C40，抗磨能力提高一倍，半天形成通车能力。(4)港口、桥梁、盐水工程混凝土中掺入硅粉增加致密度，同时掺硅粉混凝土具有很高的电阻率，不易形成锈蚀大电池，遏制了锈蚀的扩展。杭州湾跨海大桥、香港青马大桥、江苏连云港木材码头、重庆大佛寺长江大桥就是成功应用范例。(5)喷射混凝土硅粉加入喷射混凝土中能显著改善塑性混凝土的黏附性和凝聚性，大幅度降低回弹量，增大喷射混凝土一次成型厚度。在欧美，75％的喷射混凝土掺加硅粉，而在挪威和瑞典，硅粉是喷射混凝土必备材料。

作者：朱效荣信息来源：混凝土第一视频网

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