硅粉

1985年水電部東勘院科研所和水電部第十工程局首次在四川漁子溪二級電站中試用了硅粉混凝土，在廠房混凝土中摻硅粉3 %～7 %，以提高早期強度，加快模板周轉，達到預期效果，另外，在引水隧洞噴射混凝土中，摻硅粉715 %，以減少混凝土的回彈量，南科院在大夥房水庫工程、龍羊峽泄水建築物和葛洲壩泄水閘修補等工程中都採用了硅粉混凝土，效果較好，水科院對硅粉混凝土的耐久性能及硅粉水泥水藻灌漿材料進行了一些研究，並在二灘水電站基礎固結灌漿中，潘家大壩溢流面修復工程、安康及四川秋達電站導流泄洪洞修補等工程中使用了硅粉混凝土，硅粉水泥灌漿。所有這些，說明硅粉混凝土作為一種高性能混凝土在工程中的應用日顯重要，所以對其性能特別是其強度與耐久性的研究也倍受關注。

對於硅粉混凝土的配合比設計，主要是根據設計要求，確定硅粉的摻入方法，硅粉的最佳摻量，減水劑的最優摻量及砂石料調整，而其它則按普通混凝土設計方法進行。

a）硅粉的摻入方法：硅粉在混凝土中一般有兩種方法：一是內摻，二是外摻，都要與減水劑配合使用。內摻法往往用硅粉代替水泥，又分等量代替和部分等量代替兩種，等量代替為硅粉摻量代替相等的水泥，部分代替為1 kg 硅粉代替1～3 kg 水泥，作為研究一般摻量為5 %～30 % ，水灰比一般保持不變：而外摻法指的是硅粉像外加劑那樣摻在混凝土中，而水泥用量不減少，摻量一般為5 %～10 % ，一般外摻法而得的混凝土的力學性能要高得多，但增加了混凝土中膠凝材料用量。

b）硅粉的最佳摻量：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，應找出最優摻量才能獲得最佳結果。一般情況下，摻量在10%以內效果較為滿意。硅粉的合適摻量一般根據所用硅粉，水泥種類和骨料性質，選擇幾個硅粉摻量，如3、5、7、10%等，成型混凝土試件，繪製R－SF（強度－硅粉摻量）曲線確定。值得注意的是硅粉價格較高，在確定硅粉的最佳摻量時，也要考慮技術經濟指標。

c）減水劑的最佳摻量：在混凝土中使用硅粉，如不摻減水劑，想保持相同的流動度，則必然要增加用水量、水灰比增加，摻硅粉的混凝土強度也上不去，這也是過去硅粉在混凝土中未推廣使用的原因。硅粉與減水劑聯合使用摻用硅粉水灰比不變，即用水量不增加，也能達到與未摻硅粉的混凝土具有相同的流動度且硅粉混凝土強度等性能得到大幅度提高，一般國內較多採用萘系高效減水劑，如建1、H、DH3、FDN、NF、N2B 等，其摻量一般為膠材用量的1 %以內，有時為了減小水灰比，拌制超高強混凝土，減水劑摻量達2 %～ 3 %。

d）砂石料用量調整：內摻硅粉一般對砂石用量不必調整。外摻硅粉要扣掉與硅粉體積相等的砂石體積。

儘管應用純水泥可以製成抗壓強度高達100 MPa 的HPC ，但當使用硅粉時將容易得多。而對於製備強度超過100 MPa 的混凝土，硅粉的使用幾乎不可缺少。硅粉在混凝土中同時起填充材料和火山灰材料使用。使用硅粉后，大大降低了水化漿體中的孔隙尺寸，改善了孔隙尺寸分佈，於是使強度提高，滲透性降低。例如，研究結果表明（CEB2FIP1988） ，為獲得70 MPa 的混凝土強度，應用純水泥需要水膠比0.35 ，而當加8 %的硅粉時，水膠比可以為0.50。由於硅粉顆粒非常細，它們可以在很早的幾個小時內發生火山灰反應。根據Carette 和Malhotra 1992）的報導，硅粉對混凝土強度的貢獻主要在28d 之前。所以，就長期強度增長方面，一般認為硅粉混凝土不如純水泥混凝土或粉煤灰混凝土。Almad （1994）引用的硅粉對NSC 強度發展的試驗結果表明，硅粉摻量增加使得早期相對強度發展降低，Sandvik 1992 在65 MPa 的混凝土中也發現了這種現象。

然而，儘管在相同的水膠比下硅粉混凝土的早期相對強度發展比純水泥混凝土的慢，由於加入硅粉使得強度大大提高，硅粉混凝土的絕對強度則比純水泥混凝土的高。另一方面，經驗表明，HPC 的早期強度發展比NSC 的快，雖然HPC的凝結時間可能稍有推遲，其凝結之後的水化作用會由於高效減水劑和硅粉大大加快。其結果通常是凝結之後強度發展非常快。

對於某些空氣中乾燥或養護的很低水膠比的硅粉混凝土試件，有抗壓強度倒縮的報導（De Larrard 和Aiticin 1993） 。這種強度降低通常發生在90 d 齡期之後，一般認為是由內部自乾燥及乾燥裂縫引起的。然而，許多其他研究人員的試驗室及現場研究表明，HPC 的後期強度沒有降低。例如，從6 種不同的HPC 中取得的3 個月至3 年齡期的所有鑽芯試樣試驗結果表明，其強度在不斷增長。當然，與NSC 比較， HPC 的長期強度增長潛力較小。

混凝土的耐久性包括了混凝土的抗凍性、抗滲性、抗化學侵蝕性，抗鋼筋侵蝕能力和抗沖磨性能，在此僅談談它對混凝土的抗凍性、抗滲性及抗化學侵蝕性的影響。

a）抗凍性：當硅粉摻量少時，硅粉混凝土的抗凍性與普通混凝土基本相同，當硅粉摻量超過15 %時，它的抗凍性較差。通過大量的試驗，這種觀點基本上被證實了，主要原因是當硅粉超過15 %時，混凝土膨脹量增大，相對動彈性模數降低，抗壓強度急劇下降，從混凝土內部方面特徵看，比表面積小，間距係數大。

b）抗滲性：由於硅粉顆粒小，比水泥顆粒小20～100 倍，可以充填到水泥顆粒中間的空隙中，使混凝土密實，同時硅粉的二次水化作用，新的生成物堵塞混凝土中滲透通道，故硅粉混凝土的抗滲能力很強，混凝土的滲透性隨水膠比的增加而增大，這是因為水灰比混凝土的密實性相對差些。

c）抗化學侵蝕性：在混凝土中摻入硅粉，能減少Ca （OH） 2 含量，增加混凝土密實性，有效提高弱酸腐蝕能力，但在強酸或高深度的弱酸中不行，因混凝土中的CSH 在酸中分解，另外，它還能抗鹽類腐蝕，尤其是對氯鹽及硫酸鹽類，它之所以能抗酸鹽侵蝕，原因是硅粉混凝土較密實，孔結構得到改善，從而減少了有害離子傳遞速度及減少了可溶性的Ca （OH） 2 和鈣礬石（3CaO·Al2O3·3CaSO4 ·32H2 ）的生成，而增加了水化硅酸鈣晶體的結果。

國內、國際市場上所需硅粉的細度規格如下：

規格（2mm-10mm）篩余量（重量）

500um-180um（30目-80目） +500um≤3% -180um≤10%

425um-150um（40目-100目） +425um≤5% -150um≤15%

250um-140um（60目-110目） +250um≤3% -140um≤10%

125um-74um（120目-200目） +125um≤3% -74um≤10%

-74um（-200目） +74um≤5%

-45um（325目） +45um≤5%

5um-1um（2500目-12500目） +5um≤5%

由於金屬硅是一種質硬易碎的物料，在粉磨過程中篩余物不能有效的控制，過粉磨現象嚴重，造成產品浪費大，生產成本高，產品粒徑不達標，致使產品沒有競爭力。

以硅塊為原料製取硅粉的方法很多。其中效果較好、應用較多的是雷蒙法，對輥法、盤磨法和沖旋法。所用設備相應是雷蒙法、對輥機、盤磨機（也稱立磨）和沖旋法。就制粉原理看，前三種是擠壓粉碎，后一種是衝擊粉碎，就其結構看，相異很大，各有特色，各有優缺點。

硅粉是一種高效的活性摻合料，能夠顯著提高混凝土的強度、抗滲性，抗凍性和耐久性。硅粉混凝土的特性得到人們的重視，硅粉混凝土被廣泛應用到水利水電工程、建築工程、公路工程和橋樑工程等。

1 硅微粉性能及用途

硅微粉是用二氧化硅(SiO)又稱石英的材料經過破碎、提純、研磨、分級等工藝精細加工而成，其純度高、色澤白、顆粒級配合理，有著獨特的性能和廣泛的用途。

1. 1 硅微粉性能

(1)具有良好的絕緣性：由於硅微粉純度高，雜質含量低，性能穩定，電絕緣性能優異，使固化物具有良好的絕緣性能和抗電弧性能。

(2)能降低環氧樹脂固化反應的放熱峰值溫度，降低固化物的線膨脹係數和收縮率，從而消除固化物的內應力，防止開裂。

(3)抗腐蝕性：硅微粉不易與其他物質反應，與大部分酸、鹼不起化學反應，其顆粒均勻覆蓋在物件表面，具有較強的抗腐蝕能力。

(4)顆粒級配合理，使用時能減少和消除沉澱、分層現象；可使固化物的抗拉、抗壓強度增強，耐磨性能提高，並能增大固化物的導熱係數，增加阻燃性能。

(5)經硅烷偶聯劑處理的硅微粉，對各類樹脂有良好的浸潤性，吸附性能好，易混合，無結團現象。

(6)硅微粉作為填充料，加進有機樹脂中，不但提高了固化物的各項性能，同時也降低了產品成本。

1.2 幾種主要用途硅微粉的理化指標

1.2.1 電子及電器工業用硅微粉

電子及電器工業用硅微粉(SJ/T10675－2002)產品分類及代號：用於電工行業有普通硅微粉(PG)、普通活性硅微粉(PGH)、電工級硅微粉(DG)、電工級活性硅微粉(DGH)。用於電子行業有電子級結晶型硅微粉(JG)、電子級結晶型活性硅微粉(JGH)、電子級熔融型硅微粉(RG)、電子級熔融型活性硅微粉(RGH)。產品規格為產品網目數，分為300、400、600、1000目。