劉真

（安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001）

硅粉（Silica Fume，簡稱 SF）是工廠高溫熔煉硅及硅鐵的過程中，由逸出的煙塵回收而成，顆粒度非常小，具有極強(qiáng)的火山灰活性[1]。高嶺土經(jīng)歷高溫（650～800℃）后變成偏高嶺土（Metakaolin，簡稱MK），雖然其結(jié)構(gòu)未變，但原子間已發(fā)生位錯(cuò)，處于介穩(wěn)狀態(tài)，此時(shí)極具火山灰活性，有“超級(jí)火山灰”之稱[2]。

為了分析硅粉和偏高嶺土的火山灰活性，本文采用混凝土水泥用量比強(qiáng)度法[3-4]對(duì)其進(jìn)行火山灰效應(yīng)數(shù)值分析。

1 試驗(yàn)方案

1.1 原材料

水泥為 P·O42.5 級(jí)水泥；砂為普通河砂，細(xì)度模數(shù) 2.8；石子為碎石，粒徑 5～15mm；試驗(yàn)用水為自來水；硅粉由山東博肯硅材料有限公司生產(chǎn)；偏高嶺土由湖南超牌科技有限公司生產(chǎn)。硅粉和偏高嶺土的特征參數(shù)見表 1。

1.2 試件制備

混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為 C30，基準(zhǔn)配合比為：水泥:水:砂:石=1:0.48:1.51:2.47，按硅粉和偏高嶺土分別單摻等質(zhì)量替換水泥 0%、5%、10%、15% 和 20% 設(shè)計(jì) 9 組配合比，按硅粉和偏高嶺土等量復(fù)摻替換水泥 10% 和20% 設(shè)計(jì) 2 組配合比，具體配合比見表 2，每組配合比成型 3 個(gè)100mm×100mm×100mm 試塊。采用 HJW-60型單臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)，攪拌速度 35r/min，先投入砂和石子攪拌 30s，再倒入水泥和硅粉攪拌 60s，最后加水?dāng)嚢?120s，振搗完成后立即用塑料薄膜覆蓋，24h 后拆模，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) 28d 后即得試樣。

表2 配合比k g/m3

表1 硅粉和偏高嶺土的特征參數(shù)

1.3 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

采用 TYP-2000 型壓力機(jī)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的加荷速率分別為 0.5MPa/s，抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式見式 (1)。

2 火山灰效應(yīng)

采用式 (2) 對(duì)硅粉和偏高嶺土的火山灰效應(yīng)進(jìn)行量化分析，計(jì)算結(jié)果見表 3。

式中：

R0——素混凝土抗壓強(qiáng)度，MPa；

q——硅粉或偏高嶺土摻量，%；

Rq——硅粉或偏高嶺土摻量為 q 時(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度，MPa。

表3 火山灰效應(yīng)貢獻(xiàn)率

由表 3 可知，隨著硅粉和偏高嶺土摻量的增加，其火山灰效應(yīng)呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，但不同摻量下的增幅有差異，摻量為 5% 時(shí)增幅最大，10% 次之；摻量為 15% 時(shí)，硅粉和偏高嶺土的火山灰效應(yīng)均達(dá)到極大值，當(dāng)摻量超過 15% 時(shí)，其火山灰效應(yīng)有所下降；將硅粉和偏高嶺土復(fù)摻的火山灰效應(yīng)低于同等摻量下其各自單摻的火山灰效應(yīng)，也低于總摻量相等時(shí)其各自單摻的火山灰效應(yīng)之和。

3 抗壓強(qiáng)度

圖1 所示為硅粉和偏高嶺土摻量與混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系。

由圖 1 可知，單摻硅粉和偏高嶺土?xí)r，混凝土抗壓強(qiáng)度隨其摻量的增大而先增大后減小，最佳摻量在10%～15% 之間。復(fù)摻硅粉和偏高嶺土?xí)r，在摻量相同的情況下，復(fù)摻效果優(yōu)于單摻。

4 結(jié)論

（1）硅粉和偏高嶺土均能增加混凝土的抗壓強(qiáng)度，當(dāng)單摻摻量為 10% 時(shí)抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值。

（2）同等摻量下，相比于硅粉和偏高嶺土單摻，將其復(fù)摻可以更大幅度地提高混凝土抗壓強(qiáng)度。

（3）摻量為 15% 時(shí)，單摻硅粉和偏高嶺土的火山灰效應(yīng)均達(dá)到極大值，但是將硅粉和偏高嶺土復(fù)摻的火山灰效應(yīng)低于同等摻量下其各自單摻的火山灰效應(yīng)，也低于總摻量相等時(shí)其各自單摻的火山灰效應(yīng)之和。

圖1 硅粉和偏高嶺土摻量與混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系