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1189 硅藻土

  泵送商品混凝土要求有很好的流动性、强度和耐久性。能满足这种要求的掺合料,有硅灰、煅烧煤矸石、煅烧偏高岭石、煅烧硅藻土、沸石和超细矿渣、粉煤灰等数种。其中硅灰虽然性能好,但价格昂贵,难以大量推广应用。煅烧硅藻土,有充足的原料来源、良好的化学活性、表面能高和微集料填充效应好,掺入混凝土中取代部分水泥,有显著的流化和增强效果,同时又能使混凝土获得较高的耐久性,因此,是配制高强、高耐久性、可泵性好的泵送混凝土的优质掺合料。

1 、煅烧硅藻土的物化性能
  
经 600~ 800 ℃ 煅烧,采用超细混磨机 细磨处理后的煅烧硅藻土呈米黄色粉状,具有独特、有序排列的微结构,性能稳定,耐酸、微粒坚硬、孔容 1.34 ml/g ,、比表面积 ( 特别是内比表面积 ) 大,有良好的火山灰性质。煅烧硅藻土与其它几种掺合料化学组成和比表面积如表 1 。

表 l 几种掺合料化学组成和比表面积

项目

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

比表面积

(cm 2 /g)

煅烧硅藻土

煅烧偏高岭石

煅烧煤矸石

沸石

磨细矿渣

粉煤灰

硅灰

76.17

54.40

58.10

70.33

34.10

53.69

94.82

13.46

42.54

24.54

13.22

13.70

18.03

1.04

4.30

1.13

5.31

1.49

0.46

9.23

0.80

0.50

0.10

5.73

2.33

36.19

3.59

0

0.96

0.12

1.05

1.20

9.68

3.08

1.48

0.90

0.89

2.97

0.13

1.05

2.16

1.52

53.8 万

 

3300

4000

4500

4200

20 万

注:表中煅烧硅藻土和硅灰的石灰吸收值分别为 223.62 mg/g 、 115.50 mg/g 。

2 、煅烧硅藻土作混凝土掺合料的试验
  
硅藻土是由单细胞低等水生植物硅藻的遗骸堆积而成,本质是无定型 SiO 2 ,非晶体结构,即由硅氧四面体通过桥氧搭接而成的向三维空间发展的无规则网络结构。其中存在着 SiO 4- 4 、 Si 2 O 6- 等离子团及其聚合物。网络结构中硅氧四面体的聚合程度越低,则非晶体的稳定性越差,反应活性越强。经过煅烧和超细粉碎,破坏了硅藻土的网络结构,骨架断裂,产生了大量断裂的化学键,比表面积增加,表面能增大,可溶硅含量增加,负电位 ζ 绝对值增大,具有很强的火山灰性;当与水泥水化析出的 Ca(0H) 2 发生反应时,便迅速吸附 Ca(0H) 2 , ζ 电位也迅速提高,并由负电位转变为正电位,生成 C — S — H 凝胶,填充混凝土内部孔隙,使得 28 d 抗压强度比在 100 %以上。
   由于煅烧硅藻土具有大量有序排列的微孔结构,所以将其掺入到混凝土中,即具有“双微孔系统”。这种“双微孔系统”,在混合料中有吸水作用,在混凝士硬化过程中有“供水作用”。这种良好的持水功能有效地降低了硅藻土微粒表面的局部水灰比,增加了混凝土的密实性,减少或者避免了粗集料下部由于内分层现象所形成的水囊,提高了集料与砂浆界面的粘结力。还由于煅烧硅藻土的微孔畅通,粒度细,比表面积大,与水泥结合的有效面积大,持水性好,所以能显著提高混合浆体的流动度,降低坍落度损失,还有抗冻的效果 ( 见表 2) 。

表 2 煅烧硅藻土掺合料对混凝土性能的影响

项目

混凝土种类

提高率 /%

基准混凝土

掺煅烧硅藻土混凝土

抗压强度 /MPa

3d

7d

28d

46.67

53.00

63.30

53.80

67.00

77.00

15

26

22

流动度 /mm

0

30min

60min

120min

144.25

124.25

121.25

145.00

186.25

171.50

152.50

0.5

49.9

41.4

坍落度( 2h ) /mm

50

30

 

  表 2 中基准混凝土配合比为: m( 水泥 ) : m( 砂 ) : m( 石 ) : m( 水 ) : m( 减水剂 )=450 : 680 : 1100 : 175 : 2.2 ;选用煅烧硅藻土作掺合料的混凝土配合比为: m( 水泥 ) : m ( 硅藻土 ) : m( 砂 ) : m( 石 ) : m( 水 ) : m( 减水剂 )=450 : 9 : 680 : 1100 : 175 : 2.2 。
   煅烧硅藻土与其它几种掺合料对混凝土性能的影响对比情况见表 3 。

表 3 几种掺合料对混凝土性能的影响

掺合料代替水泥 /%

掺合料种类

抗压强度 /MPa

混合浆体流动度 /mm

28d

提高值

0

60

120

0

基准混凝土

65.2

 

220

180

150

2

煅烧硅藻土

78.9

13.7

220.5

221.2

 

5

粉煤灰

矿渣

沸石

硅灰

67.3

69.3

70.2

72.9

2.1

4.1

5.0

7.7

220

222

228

230

186

187

190

193

158

154

178

174

10

粉煤灰

矿渣

沸石

硅灰

67.7

72.4

73.8

74.5

2.5

7.2

8.6

9.3

225

228

236

228

190

193

208

181

165

170

197

162

20

粉煤灰

矿渣

沸石

硅灰

63.8

76.7

74.5

76.4

-1.5

11.5

9.3

11.2

240

250

218

206

210

238

169

138

195

210

121

102

  从表 2 、表 3 可见,以煅烧硅藻土作掺合料的混凝土与基准混凝土,分别掺加粉煤灰、矿渣、沸石、硅灰的混凝土相比,具有以下特点:
(1) 以煅烧硅藻土作掺合料配制的混凝土的性能与基准混凝土相比,煅烧硅藻土提高混凝土的抗压强度和流动度的贡献明显:煅烧硅藻土掺量 2 %时, 28 d 的抗压强度比基准混凝土提高 13.7 MPa ,提高率为 22 %; 60 min 流动度,提高 50.2 mm ,提高率为 41.4 %。
(2) 其它掺合料对基准混凝土性能的影响,以掺 5 %、 10 %、 20 %的硅灰提高混凝土 28 d 的抗压强度为佳;而分别掺矿渣、沸石的对提高混凝土流动度较好,但这几种掺合料均不如掺 2 %煅烧硅藻土对提高混凝土性能的贡献大。

3 、煅烧硅藻土的应用实例
  
某地以经过加工处理的煅烧硅藻土,代替从挪威进口的硅砂作喷灌混凝土的掺合料,掺入量 2 % ~3 %,可泵性好,回弹率低,可喷高度为 11 m 。将其用于国家重点工程—云南省鲁布革电站的地下硐体工程。至今已应用 18 年,仍无任何不良后果 ( 该项目获得昆明市科技进步奖 ) 。灰砂比同为 1 : l ,分别掺加硅砂 (PN36) 和煅烧硅藻土 (PN37 、 PN32) 的喷灌混凝土的性能对比见表 4 。

表 4 2 种掺合料对喷灌混凝土性能影响的对比

项 目

PN36

PN37

PN32

原料用量

/(kg/m 3 )

水泥

硅砂

煅烧硅藻土

837.2

55.8

0

893.0

389

898.0

0

18.3

916.3

357

885.6

0

27.4

913.0

383

水灰比

坍落度/ cm

稠度/ cm

体积质量/ (kg/m 3 )

0.43

24.0

10.4

2171

0.39

24.5

9.3

2190

0.42

24.0

9.3

2210

抗压强度

/ MPa

 

7 d

28 d

28.5

53.2

 

53.2

37.2

55.9

回弹率/%

<10

 




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