第２６卷第４期 ２０１７年ｌ２月 吉林农业科技学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉｌｉｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏ１．２６．Ｎｏ．４ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１７ 灰硅灰对混凝土配合比影响的试验研究 王泽龙，姜震宇，李佳锐，赵涵冰，李彦荣，王雪※ （吉林农业科技学院机械与土木工程学院，吉林１３２１０１） 摘要：针对硅灰对混凝土配合比的影响进行试验研究，通过改变硅灰占胶凝材料的质量比，设计四组硅灰含量不同 （Ｏ％、５％、１０％、１５％）的Ｃ３０混凝土，依据混凝土配合比设计和混凝土坍落度试验，调整混凝土配合比，得到同时满足规范中 最大用水量要求和流动性要求的合理掺硅灰混凝土配合比。研究表明：随着混凝土中硅灰含量的提高，混凝土坍落度呈线 性减小，混凝土的流动性能减弱。本文可为研究硅灰对混凝土抗冻性能的影响提供依据，同时也为优化混凝土配比提供参 考。 关键词：硅灰；混凝土配合比；混凝土坍落度；混凝土流动性 中图分类号：ＴＵ５２８ 文献标识码：Ａ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｓｉｌｉｃａ Ｆｕｍｅ ｏｎ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｍｉｘ Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ Ｗａｎｇ Ｚｅｌｏｎｇ Ｊｉａｎｇ Ｚｈｅｎｙｕ Ｌｉ Ｊｉａｒｕｉ Ｚｈａｏ Ｈａｎｂｉｎｇ Ｌｉ Ｙａｎｒｏｎｇ Ｗａｎｇ Ｘｕｅ （Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｊｉｌｉｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉｌｉｎ １３２１０１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ ｆｕｍｅ ｏｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍｉｘ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｆｏｕｒ ｇｒｏｕｐｓ ｏｆ Ｃ３０ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｍａｓｓ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ ｕｍｅ ｆｔｏ ｔｈｅ ｃｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｓ’ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｒｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ０％，５％，１０％ａｎｄ １５％．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍｉｘ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｌｕｍｐ ｔｅｓｔ，ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ ｆｕｍｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｉｓ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｂｏｔｈ ｍａｘｉｍｕｍ ｗａｔｅｒ ｃｅｍｅｎｔ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｆｌｏｗ—ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ ｆｕｍｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｓｌｕｍｐ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｓ ｌｉｎｅａｒｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｆｏｗ—ａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｗｅａｋｅｎｅｄ．Ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ ｆｕｍｅ ｏｎ ｔｈｅ ｆｒｏｓｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｉｔ ｃａｎ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｐｅｒｆｅｃｔｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍｉｘ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｉｌｉｃａ ｆｕｍｅ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍｉｘ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ；ｓｌｕｍｐ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｆｌｏｗ—ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ １引言 硅灰是冶炼硅铁合金或金属硅时的一种飞 其主要成分是二氧化硅，硅灰的直接排放和堆 理论依据。 ２原材料及试验准备 ２．１ Ｃ３０混凝土原材料 ，都会造成环境的污染，因此，硅灰的再利用成为 水（拌和用水为吉林市市政自来水）；水泥（唐 众多学者研究的课题－－ 。２０世纪７０年代研究发 硅灰可以替代部分水泥生产混凝土，但对混凝 土的性能存在一定影响－ｚ－，随后研究人员发现在混 凝土中掺入一定量的硅灰会提高混凝土的抗冻 性ｐ～。针对硅灰对混凝土性质的影响，通过改变 ，胶凝材料中掺加硅灰含量（以下简称掺硅灰比）研 究硅灰对混凝土配合比的影响，同时为进一步研 究东北地区水泥混凝土道路抗冻性和抗渗性提供 收稿日期：２０１７—０８—２０ 山冀东水泥股份有限公司生产的Ｐ．ｓ ３２．５矿渣硅 酸盐水泥）；细骨料（中砂，细度模数２．３—３．０，含泥 量１．Ｏ％）；粗骨料（选用两个级配的砂卵石石料， 粒径５－２０ｍｍ，含泥量Ｏ．５％，其中５～ｌＯｍｍ粒径占 ６６．７％，１０～２０ｍｍ粒径占３３．３％）；硅灰（长春司奥 科技有限公司生产的微硅灰）。 ２＿２试验准备 本试验选用Ｃ３０混凝土，其配合比按照目前 基金项目：吉林农业科技学院青年基金项目（吉农院合字［２０１６］第Ｑ１９号）；吉林农业科技学院大学生科技创新项目（吉农 院合字［２０１７］第０１６号） 作者简介：王泽龙（１９９５一），男，江西省上饶市人，吉林农业科技学院２０１４级土木工程专业学生。 ※为本文通讯作者 第２６卷第４期 ２０１７年ｌ２月 吉林农业科技学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＪｉｌｉｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （５）砂率１３。 Ｖｏ１．２６，Ｎｏ．４ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１７ 我国现行的《普通混凝土配合比设计规程》ＪＧＪ ５５—２０１ｌ（后面简称“规范”）中要求进行。流动性 试验按照《公路工程及水泥混凝土试验规程｝ＪＴＧ Ｅ３０—２００５中水泥混凝土拌合物稠度试验方法（坍 落度仪法）。坍落度采用标准坍落度试验，即坍落 度（ｍｍ）＝３００一实测高度，坍落度范围在（１０— ３０ｍｍ）满足要求。试验仪器准备包括方孔筛、坍 落度筒、振捣棒、电子天平、量杯等。 查规范表５＿４＿２，当水胶比Ｗ／Ｂ＝０．５，卵石最大 粒径为２０ｒａｍ时，砂率为２９％～３４％，本试验计算取 砂率Ｂ。＝３０％。 （６）粗细骨料用量 ｍ￣０＋ｍ８Ｏ＋ｍｇ０＋ｍｗ０＋ｍｆ０＝ｍｃ ３１．＝ｍＪ（ｍ ０＋ｍ ）×１００％ （取ｍ 。＝２４００ｋｇ／ｍ ，ｍ ｏ＝３８０ｋ￣ｍ ，ｍ￣＝１９０ｋｇ／ ｍ ，ｍｍ＝Ｏ，Ｂ ＝３０％）； ３混凝土配合比试验过程 ３．１混凝土配合比设计 （ｉ）ｌｍ ，Ｃ３０混凝土强度设计 ￡ ０兰￡ ．ｋ＋１．６４５０－； 因此细骨料用量ｍ 。＝５４９ｋ￣ｍ。，粗骨料用量 ｍ鲫＝１２８ｌｋｇ／ｍ 。 （其中Ｃ ． ＝３０ＭＰａ，按规范查表４．０．２，取０－＝ ５．０ＭＰａ）； （７）混凝土配合比 综上（１）一（６），ｌｍ Ｃ３０混凝土所需材料用量 如表２所示。 表２单位体积Ｃ３０混凝土所需材料用量 故强度设计值 ｕ１０￣３０＋１．４５ｘ５．６０＝３８．２２５ＭＰａ。 （２）水胶比 Ｗ／Ｂ＝（ａ ・ｆｂ）／（￡ ．０＋ ・０【ｂ・ ，）； （按规范查表５．１．２粗骨料为卵石时，取仅 ＝ ０．４９， Ｉ，＝０．１３）； ｆ￣＝－ｙｒ・ ・Ｃ。＝ｙｒ・ ・＾ｙ ・ ３．２试验过程 （其中忙１．００，＾ｙ ＝１．００，＾ｙ ＝１．１２， ＝３２．５ＭＰａ； 故ｆｈ＝１．００ｘ１．００ｘ１．１２￣３２．５＝３６．４ＭＰａ）； （１）根据３．１配合比设计结果分别称取所需试 验原材料。 因此水胶比Ｗ／Ｂ＝０．４４。 考虑到本试验时问为夏季，拌和方式为手动 拌和，并且试验中加入硅灰会使混凝土流动性减 小，为了满足混凝土流动性要求，故适当增大水胶 比，Ｗ／Ｂ取为０．５０，同时满足规范表３．０．４要求。 （３）用水量 （２）坍落度试验 由于硅灰掺量对混凝土流动性影响较大，因 此，需要根据混凝土坍落度试验适当调整混凝土 用水量。首先进行掺１５％硅灰的混凝土坍落度试 验，试验过程如图１所示。 本试验为塑性混凝土，坍落度为１０～３０ｒａｍ，采 用中砂，查规范表５．２．卜２知：用水量取ｍ们＝１９０ ｋｇ／ｍ 。 。（４）胶凝材料用量 综上，胶凝材料用量ｍ ＝ｍ椰，（Ｗ，Ｂ）＝１９０／０．５＝ ３８０ｋｇ。 为研究硅灰对混凝土冻融循环的影响，根据 试验方案，本文针对硅灰对混凝土流动性能的影 响设计四组不同掺硅灰比（Ｏ％、５％、１０％、１５％）的 Ｃ３０混凝土配比，如表１所示。 表１单位体积Ｃ３０混凝土胶凝材料用置 （ｃ）提坍落度筒 （ｄ）测量坍落度 图１混凝土坍落度试验 测得掺１５％硅灰的混凝土坍落度为９ｍｍ，小 ・５・ 第２６卷第４期 ２０１７年１２ ｊｑ 吉林农业科技学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉｌｉｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏ１．２６，Ｎｏ，４ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１７ 于１０ｍｍ，故该混凝土配合比在掺１５％硅灰时，不 满足混凝土流动性要求，故应调整配合比。在水 胶比不变的情况下，适当加大用水量，经过反复调 整试验，最终确定取用水量为２００ｋ￣ｍ。（满足规范 要求），测得混凝土坍落度为１２ｍｍ（满足流动性要 求），因此得出混凝土配合比，如表３所示。 表３调整后单位体积Ｃ３０混凝土所需材料用量 根据经验和试验结果，通过分析可知，硅灰含 量越多，其混凝土流动性越低，因此，掺１５％硅灰 的混凝土流动ｆ生符合相关规范要求，掺其它比例≤ １５％（如Ｏ％、５％、１０％）硅灰也必然满足规范要求。 ４试验结果与分析 ４．１掺硅灰混凝土配合比优化 通过试验得出，在基准配合比不变的前提下， 符合混凝土流动性和易性要求，掺０％、５％、１０％、 １５％硅灰得出了硅灰对混凝土的流动性和易性影 响的最佳配合比，如表４所示。 表４单位体积混凝土各材料用量（ｋｇ） ４．２随着掺硅灰比例增大，混凝土流动性降低 掺硅灰比为Ｏ％、５％、１０％、１５％的混凝土拌合 物经坍落度关系如图２所示。 ・６・ ３０ ２５ ２Ｏ １５ １０ ５ Ｏ ０％ ５％ １０％ １５％ 掺硅灰比 图２不同掺硅灰比混凝土的坍落度 由图２可知，不同掺硅灰比下的混凝土的坍 落度明显不同。掺硅灰比为Ｏ％时，坍落度为 ２５ｍｍ；当掺硅灰比提高至为５％时，坍落度骤降为 １７ｍｍ；当掺硅灰比提高为１０％，坍落度为１５ｍｍ； 当掺硅灰比提高为１５％，坍落度仅为１２ｍｍ，基本 呈线性关系。 掺硅灰比影响混凝土流动性能的原因是硅灰 的粒径小于水泥，吸水性大于水泥，故相同水胶比 下，随着掺硅灰比的提高，混凝土的流动ｌ生减弱。 ５结论 （１）在不添加外加剂的情况下，若通过掺硅灰 改变混凝土的抗冻性能，混凝土的坍落度随掺硅 灰比增大而线性减小。 （２）在用水量、流动性同时满足规范要求的情 况下，为提高混凝土的抗渗性和抗冻性，配置混凝 土时掺硅灰比例最高为１５％，否则需采取其它措 施进行改善。 参考文献： ［１１马艳芳，］李宁，常钧．硅灰性能及其再利用的研究进展［Ｊ］．无 机盐工业，２００９（１０）：８－１０． 【２］杨坪，彭振斌．硅粉在混凝土中的应用探讨Ｕ】．混凝土，２００２ （０１）：ｌ１—１４． 【３］李理，杨万斌，刘茉莉．硅灰对混凝土抗冻性能影响的试验研 究［Ｊ】＿河北省科学院学报，２０１２（０２）：６３—６５＋７０． 【４］付亚伟，王硕太，崔云长．硅灰对自密实混凝土性能的影响【Ｊ】． 四川建筑科学研究，２００９（１）：１９１－１９３． 责任编辑：吴艳玲
