郭旻琛 王遠(yuǎn)培 廖宏偉

（1.中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001；2.中電建生態(tài)環(huán)境集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518100）

0 引言

硅粉又稱硅灰，是在冶煉硅鐵廠的煙氣中收集得到的灰塵。目前市場(chǎng)上銷售的硅粉一部分是收塵器收集后經(jīng)過處理再銷售的硅粉；另一部分是煙氣經(jīng)過收塵器收集后直接銷售的硅粉[1]。硅粉的平均粒徑是水泥的1/100，松裝密度是水泥的1/3，約為300～400kg/m3。硅粉作為混凝土的增強(qiáng)材料在高強(qiáng)混凝土中應(yīng)用較為廣泛[2]，不僅可以提高混凝土的強(qiáng)度性能，還可以提高混凝土的耐久性能，曾用于葛洲壩水閘的修補(bǔ)和蓄水池的防滲，也曾用于三峽電站、二灘電站及上海楊浦大橋等工程的防滲及抗沖磨部位，另外作為高強(qiáng)度抗?jié)B工程的上海黃浦江越江隧道和抗硫酸鹽、氯酸鹽的沿海水下采油平臺(tái)工程也都較多地使用了硅粉混凝土[1]。香港青馬大橋、江蘇連云港木材碼頭、重慶大佛寺長(zhǎng)江大橋成功應(yīng)用硅粉混凝土來提高電阻率，遏制銹蝕的擴(kuò)展[3]。但硅粉自身顆粒細(xì)、密度低、多為片狀形態(tài)，在混凝土拌和樓稱量環(huán)節(jié)的添加比較困難，對(duì)環(huán)境也會(huì)造成一定影響。

目前國(guó)內(nèi)通常采用的方式是按照袋數(shù)直接倒在拌合機(jī)料斗中、運(yùn)輸皮帶機(jī)皮帶上或者按照每盤混凝土的拌和方量稱好裝袋投入到拌和機(jī)內(nèi)。但無論采用哪種方法都是人工直接添加，存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、污染環(huán)境、稱量誤差大，造成混凝土性能不穩(wěn)定等。將硅粉以均勻懸浮液方式加入混凝土拌和樓的拌合機(jī)內(nèi)，從而使添加環(huán)節(jié)快捷簡(jiǎn)便且保護(hù)環(huán)境。硅粉懸浮液的原理是將硅粉和水按照一定比例，加入某種材料（下文稱為水溶性懸浮劑）拌制成漿體材料，使儲(chǔ)存在容器內(nèi)的漿液5～7d 內(nèi)不會(huì)沉淀，拌和樓使用硅粉拌合混凝土?xí)r可以像稱量水一樣使用，能更有效地、更穩(wěn)定地發(fā)揮出硅粉的性能。本文介紹硅粉懸浮液的制備方法，并分析其對(duì)混凝土性能的影響。

1 硅粉懸浮液的制備

1.1 水溶性懸浮劑簡(jiǎn)介

水溶性懸浮劑外觀為白色或褐色粉末，是由植物性高分子物質(zhì)制成，易溶解于水，形成帶有粘稠性的水溶液，可以在堿性、酸性、中性條件下懸浮固體微粒，例如：細(xì)砂、重晶石粉、石英粉、滑石粉、碳酸鈣粉、膨潤(rùn)土、硅藻土、硼砂、拋光粉、水泥、石膏粉、陶瓷釉粉、染料、顏料、氧化鋁粉、氧化硅粉、鐵粉、淀粉、木粉、飽和鹽類、葉面肥、液體化肥等，使其成為可流動(dòng)的、性質(zhì)穩(wěn)定液體，懸浮時(shí)間保持幾十天甚至更長(zhǎng)，不絮凝、不析水、不沉淀。

水溶性懸浮劑的懸浮機(jī)理主要是靠懸浮劑自身的大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將微顆粒懸浮在水中。

1.2 水溶性懸浮劑的特點(diǎn)

（1）水溶性懸浮劑完全由天然植物提取物配制而成，不含任何化學(xué)物質(zhì)，綠色環(huán)保，使用安全；

（2）水溶性懸浮劑對(duì)水的條件要求比較寬松，地下水、河水、井水等，均可使用；

（3）水溶性懸浮劑耐酸、堿性好，適應(yīng)的pH的范圍為3～12。

1.3 水溶性懸浮劑的使用方法

（1）先將懸浮劑粉末加入水，配置成0.5%～1.0%的水溶液，再將固體微粒加入水溶液中，攪拌均勻。溶解時(shí)一邊攪拌水，一邊慢慢加入懸浮劑，攪拌溶解30～60min，使其達(dá)到最大懸浮力。

（2）也可以將懸浮劑粉按照一定的比例與被懸浮的粉狀物質(zhì)混合均勻，再溶解于水，配成懸浮液。

1.4 硅粉懸浮液的制備

先將懸浮劑加入到水中，在室溫（20～25℃）條件下攪拌40～60min，然后將相應(yīng)質(zhì)量的硅粉加入攪拌好的懸浮劑水溶液中，繼續(xù)在室溫條件下攪拌40～60min，形成硅粉懸浮液，通過多次不同配比的試驗(yàn)，得出最合適的不會(huì)引起硅粉沉淀的比例（質(zhì)量比）為：硅粉∶拌和用水∶水溶性懸浮劑=60∶200∶1。

2 硅粉混凝土配合比及物理力學(xué)性能試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及引用標(biāo)準(zhǔn)

（1）《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）；

（2）《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL/T 352-2020）；

（3）《水工混凝土施工規(guī)范》（SL 677-2014）；

（4）《混凝土外加劑》（GB 8076-2008）。

2.2 硅粉混凝土試驗(yàn)用原材料

（1）水泥：采用天瑞集團(tuán)水泥有限公司生產(chǎn)的強(qiáng)度等級(jí)為42.5的普通硅酸鹽水泥（P · O42.5），其檢測(cè)結(jié)果見表1所示。

表1 P·O42.5水泥檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果表明：該水泥所檢測(cè)項(xiàng)目符合《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）中P·O 42.5水泥的技術(shù)要求。

（2）細(xì)骨料：采用賈峪石材廠生產(chǎn)的人工砂，按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL/T 352-2020）進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果見表2、表3所示。

表2 人工砂篩分結(jié)果

表3 人工砂檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果表明：該人工砂所檢測(cè)項(xiàng)目符合《水工混凝土施工規(guī)范》（SL 677-2014）中人工砂的技術(shù)要求。

（3）粗骨料：采用賈峪石材廠生產(chǎn)的5～20mm的人工碎石，按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL/T 352-2020）進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果見表4所示。

表4 粗骨料檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果表明：該粗骨料所檢測(cè)項(xiàng)目符合《水工混凝土施工規(guī)范》（SL 677-2014）中粗骨料的技術(shù)要求。

（4）減水劑：采用水電十一局外加劑廠生產(chǎn)的型號(hào)為SN-JG的聚羧酸高性能減水劑，按照《混凝土外加劑》（GB 8076-2008）進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果見表5所示。

表5 高性能減水劑SN-JG檢測(cè)結(jié)果

（5）硅粉：采用河南華融硅粉材料有限公司生產(chǎn)的硅粉。

（6）硅粉懸浮液：采用硅粉含量為23%的硅粉懸浮液。

2.3 硅粉混凝土試驗(yàn)

根據(jù)規(guī)范要求及混凝土拌合經(jīng)驗(yàn)，以混凝土中加入硅粉為基準(zhǔn)，與混凝土中加入等量硅粉的懸浮液進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行二組配合比試驗(yàn)。第一組（Ⅰ），兩種配合比參數(shù)完全一致；第二組（Ⅱ），通過調(diào)節(jié)外加劑的摻量，使兩種配合比的坍落度相同，經(jīng)過試拌，具體試驗(yàn)參數(shù)確定如表6所示。

表6 混凝土配合比試驗(yàn)參數(shù)

根據(jù)混凝土配合比進(jìn)行混凝土的拌制，具體試驗(yàn)配合比及拌合物性能如表7 所示，使拌合好的混凝土成型并繼續(xù)硬化混凝土性能試驗(yàn)檢測(cè)，具體試驗(yàn)結(jié)果如表8 所示，7d 和28d 劈裂抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的對(duì)比如圖1所示。

圖1 S-1、S-2和S-3劈裂抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度對(duì)比圖

表7 試驗(yàn)用混凝土配合比及拌合物性能試驗(yàn)

表8 硬化混凝土性能試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

2.4 結(jié)果分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及強(qiáng)度對(duì)比圖，考慮試驗(yàn)誤差，分析第一組試驗(yàn)結(jié)果可知，在相同的配合比條件下，使用硅粉懸浮液會(huì)使混凝土的坍落度減小，同時(shí)增大混凝土的抗壓強(qiáng)度，相應(yīng)地減小混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度，對(duì)電通量和非穩(wěn)態(tài)氯離子遷移系數(shù)影響不大；分析第二組試驗(yàn)結(jié)果可知，在改變外加劑的摻量使混凝土的坍落度相同時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度都有所減小，其電通量和混凝土非穩(wěn)態(tài)氯離子遷移系數(shù)有所增大。

3 結(jié)束語

采用本文中的方法制備的硅粉懸浮液5～7d內(nèi)不會(huì)沉淀，在實(shí)際應(yīng)用過程中攪拌一次可多次使用，可通過機(jī)械設(shè)備自動(dòng)加入，節(jié)約人力，提高工作效率；同時(shí)能提高計(jì)量精度，保證混凝土質(zhì)量更穩(wěn)定可靠；最重要的無揚(yáng)塵，無污染，并且制備硅粉所使用的懸浮劑市場(chǎng)價(jià)格低廉，成本較低。通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)使用硅粉懸浮液對(duì)混凝土性能沒有太大的負(fù)面影響，在工程建設(shè)過程中可以與拌合樓建立有效連接，可帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。