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微硅粉的填充效應原理

  混凝土在拌制合物時,為了獲得施工要求的流動性,常需要多加一些水(超過水泥水化所需水量),這些多加的水不僅使水泥漿變稀,膠結力減弱,而且多余的水分殘留在混凝土中形成水泡或水道,隨混凝土硬化而蒸發后便留下孔隙。從而減少混凝土實際受力面積,而且在混凝土受力時,易在孔隙周圍產生應力集中。
  在混凝土中,內部泌水受骨料顆粒的阻擋而聚集在骨料下面形成多孔界面。在骨料界面過濾區形成的Ca(OH)2要多于其它區域。Ca(OH)2晶體生長較大并有平行于骨料表面的較強取向性。平行于骨料表面的大Ca(OH)2晶體較易開裂,比水化硅酸鈣凝膠(C-S-H)薄弱。水泥漿與骨料之間的界面過濾區由于多孔和有許多定向排列的大Ca(OH)2晶體,而成為混凝土內部的強度薄弱區。HPC中由于摻入一定量的微硅粉,其強度與普通混凝土相比,有明顯改善。有學者曾計算:以15%的微硅粉取代水泥,則在水泥顆粒數量與微硅粉顆粒數量的比例為1∶2000000,因此微硅粉對HPC強度有很大影響。
  在HPC中小于水泥顆粒直徑100倍的微硅粉,填充于水泥漿體的孔隙間,填充于水泥顆粒的空隙間,其效果如同水泥顆粒填充在骨料空隙之間和細骨料填充在粗骨料空隙之間一樣,從微觀尺度上增加HPC的密實度,提高了HPC的強度,這就是它的“填充效應”。在HPC中,填充于水泥漿體中的微硅粉使水泥漿體孔的數量明顯減少,勻質性提高,而總空隙率基本保持不變。
  水泥漿與骨料界面過渡區的微硅粉,降低了HPC的泌水,防止水分在骨料下面聚集,使骨料界面過渡區與水泥凈漿的顯微結構相似,從而提高了界面過濾區的密實度和有效減小界面過渡區的厚度。微小微硅粉顆粒成為Ca(OH)2的“晶種”,使Ca(OH)2晶體的尺寸更小,取向更隨機。
  因此,微硅粉的摻入提高了HPC中水泥凈漿與骨料的粘結強度,消除了混凝土中不同復合組分的“弱連接”問題,使HPC具有復合材料的特性。骨粒顆粒在HPC中起著增強作用,而不僅僅是惰性的填充物。微硅粉對水泥凈漿(無骨料)的強度提高影響不是很大,但卻能使相同水膠比的混凝土的強度明顯高于其基體(凈漿)的強度。
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