硅粉在輸電線路工程混凝土中的應(yīng)用

張 帆

1．簡介

硅作為粘接劑廣泛應(yīng)用于精密鑄造、造紙、無機(jī)涂料、紡織、電子、耐火材料等行業(yè)，在建筑行業(yè)的也有應(yīng)用。硅粉是硅鐵或金屬硅生產(chǎn)過程中由礦熱爐中的高純石英、焦炭和木屑還原產(chǎn)生的副產(chǎn)品，在冶煉中發(fā)生復(fù)雜的反應(yīng)。其中，石英石與碳在1750℃時，還原反應(yīng)產(chǎn)生不穩(wěn)定的一氧化碳，在溫度高于2160℃時，SiO含氣化送出，遇到低于1100℃空氣時與氧反應(yīng)，生成SiO₂，冷卻后形成高細(xì)度顆粒，經(jīng)收塵器過濾收集即是硅粉。硅粉的粒徑都小于1μm，平均粒徑為0.1μm左右，是水泥顆粒直徑的1／100，所以硅粉能高度分散于混凝土中，填充在水泥顆粒之間從而提高密實度，同時微硅粉具有很高的活性，能更快更全面的與水泥水化產(chǎn)生的氧氫化合物反應(yīng)^[1]。

本文對順姜II回500kV輸電線路工程中硅粉混凝土實驗資料及施工情況進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，在混凝土中加入少量硅粉后，技術(shù)指標(biāo)明顯超過設(shè)計要求。混凝土各方面物理力學(xué)性能都能得到改善，顯著減少混凝土的離析和泌水，顯著提高混凝土的早期和后期強(qiáng)度，降低氯離子的滲透能力，有效提高混凝土的抗化學(xué)腐蝕和耐磨性能。

2．硅粉混凝土試驗

2.1試驗方法

根據(jù)混凝土配合比依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《JGJ52－92》，取得普通C20混凝土配合比。以此配比為基礎(chǔ)，在混凝土中加入定量硅粉，通過對添加前后混凝土試塊抗壓強(qiáng)度值的比較，確定硅粉對混凝土的影響。

混凝土性能依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《GB/T50081－2002》《GBJ107－87》進(jìn)行實驗。

2.2試驗用各組分材料

水泥：普通硅酸鹽水泥（P.O 32.5），其各項指標(biāo)符合GB175－1999要求，試驗編號2006-00196，其3天強(qiáng)度為13.7MPa，28天強(qiáng)度為45.3MPa。

硅粉：北京建筑材料科學(xué)研究總院無機(jī)非金屬發(fā)展部制粉末硅，性能指標(biāo)見表1，其品質(zhì)符合國標(biāo)，等級可達(dá)II級，可作為活性混和材料，亦可用于鋼筋混凝土和無筋混凝土。

表1 硅粉性能指標(biāo)

砂子、石骨料：性能見表2，符合《JGJ52－92》中砂標(biāo)準(zhǔn)和5～40mm連續(xù)級配標(biāo)準(zhǔn)。

表2 砂石骨料性能指標(biāo)

2.3試驗結(jié)果

硅粉摻量：硅粉在混凝土中摻量太少，對混凝土性能改善不大，但是摻量太多，則混凝土太粘，不易施工，且干縮變形大，抗凍性差，因此，摻硅粉時，須盡量找出最優(yōu)摻量才能獲得最佳結(jié)果。一般情況下，摻量在10％以內(nèi)效果較為滿意。硅粉合適摻量一般根據(jù)所用硅粉，水泥種類和骨料性質(zhì)，選擇幾個硅粉摻量，如1、3、5％等（與混凝土中水泥用量的比值），值得注意的是硅粉價格較高，在確定硅粉的最佳摻量時，要考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)^[2]。

根據(jù)配合比見表3，水泥、砂石骨料的量一定，加入不同量的硅粉，見表4，對試塊（150×150×150mm）進(jìn)行強(qiáng)度試壓實驗，實驗結(jié)果見表5，由實驗結(jié)果可以看出，加入硅粉后，實際強(qiáng)度均大于設(shè)計強(qiáng)度。

表3 C20配合比

表4 硅粉摻加量

表5 實驗結(jié)果

3．試驗結(jié)果分析

試驗表明：對于普通混凝土，在其他成分一定的情況下，隨著硅粉摻入量的增加，改善了混凝土的和易性，混凝土強(qiáng)度也隨之顯著提升。設(shè)計強(qiáng)度等級為C20的混凝土，7d強(qiáng)度為設(shè)計強(qiáng)度的88％，28d強(qiáng)度則為設(shè)計強(qiáng)度的224％，提升混凝土強(qiáng)度效果是非常明顯的。

硅粉對混凝土的影響機(jī)理主要是硅粉滲入水泥混凝土后能很好地填充于水泥空隙之中，使?jié){體更微密，提高體積密度和降低孔隙率。同時硅粉在混凝土中具有“火山灰反應(yīng)”，硅粉水化形成的富硅凝膠，它與游離的Ca(OH)結(jié)合，與水泥水化凝膠C-S-H共同工作，形成穩(wěn)定的硅酸鈣水化物2CaO.SiO₂.H₂O，該水化物凝膠強(qiáng)度高于Ca(OH)晶體，從而增加混凝土的強(qiáng)度，使誘導(dǎo)期縮短，具有早強(qiáng)的特性，并提高致密度^[1]。

4．硅粉混凝土其他性能分析

硅粉是一種經(jīng)濟(jì)、高效的高強(qiáng)高性能混凝土礦物外加劑。混凝土中摻入硅粉，能配制高強(qiáng)高性能混凝土，延長混凝土使用壽命，例小浪底工程的主要泄洪建筑物孔板洞、排沙洞、明流洞使用了C70高標(biāo)號的硅粉混凝土^[3]。摻入硅粉混凝土中具有多方面優(yōu)越性能：（1）提高混凝土早期強(qiáng)度和最終強(qiáng)度。蒸氣溫度為80℃，混凝土一天的抗壓強(qiáng)度為不摻硅粉的2倍；采用蒸壓養(yǎng)護(hù)，則幾乎達(dá)3倍；采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，混凝土的抗壓強(qiáng)度也明顯提高^[4]；（2）增加混凝土的致密度。抗?jié)B性能提高5-18倍，抗化能力提高4倍以上^[5]；（3）改善混凝土離析和泌水性能。硅粉摻入量愈多，混凝土材料愈難以離析和泌水。當(dāng)摻入量達(dá)15%時，混凝土坍落度即使達(dá)15~500px，也幾乎不產(chǎn)生離析和泌水；當(dāng)摻入量達(dá)20~30%時，將該混凝土直接放入水中也不會產(chǎn)生離析。由于硅粉對混凝土離析和泌水性能的改善，摻加硅粉可以配置水下不離散混凝土，以用于海港、隧道、水壩等水下工程^[4]；（4）提高混凝土的抗?jié)B性、抗化學(xué)腐蝕性和比電阻。由于硅粉的摻入提高了混凝土的密實性，大大減少了水泥空隙，所以提高了硅粉混凝土的抗?jié)B性能。當(dāng)混凝土中硅粉摻入量為10~20%時，還能顯著改善了混凝土的抗化學(xué)腐蝕性，而且對鋼筋的耐腐蝕性也有改善。這是因為密實性的提高和SiO₂含量增加，有效地阻止了酸離子的侵入和腐蝕作用。另外，由于硅粉比電阻很高（可達(dá)1.2×1011ΩNaN，90~150℃），所以混凝土比電阻可提高1.9~16倍^[5]。

5．結(jié)論

從順姜II回線路硅粉使用的例子，可以說明硅粉使混凝土各方面物理力學(xué)性能都能得到改善，提高了混凝土的抗壓性能，顯著減少混凝土的離析和泌水，降低氯離子的滲透能力，有效提高混凝土的抗化學(xué)腐蝕和耐磨性能，尤其是顯著提高混凝土的早期和后期強(qiáng)度。輸電線路建設(shè)不同于一般建筑行業(yè)，具有作業(yè)范圍零散、工程量大、受外部因素影響較大且各種外部因素的不可預(yù)知等特點。在這種情況下，采用各種技術(shù)手段來有效的規(guī)避各種外部因素帶來的不利影響，對今后的線路施工有著重要意義及幫助作用。以順姜II回500kV線路工程為例，混凝土中摻加硅粉對于輸變電工程混凝土技術(shù)性能是非常有意義的，它主要適用于搶建工期工程，例如在基礎(chǔ)完工后5天必須具備組塔條件，在混凝土中摻入粉末硅可以有效的提升混凝土的早期強(qiáng)度，使之得以實現(xiàn)。因此，硅粉混凝土可以大大縮短基礎(chǔ)施工周期，尤其適用于搶建工程，具有相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)效益和實用意義。

6．參考文獻(xiàn)

1 陳兵主編. 微硅粉在混凝土工程中的應(yīng)用. 新型建筑材料. 2000年11期

2 惠榮炎主編. 硅粉混凝土及其應(yīng)用. 中國鐵道出版社. 1995－08

3 趙宏主編. 高性能C70泵送硅粉混凝土在小浪底工程中的應(yīng)用. 中國水利. 2004年12期

4 佚名. EBS-S硅灰在混凝土工程中的應(yīng)用. 成都東藍(lán)星科技發(fā)展有限公司. 2006－01

5 李明仕主編. 白石水庫泄洪排沙底孔硅粉混凝土的施工. 水利水電技術(shù). 1998年09期