外摻磷渣、硅粉及粉煤灰對(duì)混凝土起到的作用初探

陳勇

（揚(yáng)州大學(xué) 江蘇揚(yáng)州）

混凝土是現(xiàn)在工程中使用最多的建筑材料。從廣義上來看，混凝土是由膠凝材料、骨料按照一定的比例配合而成，加水拌合制成具有一定的可塑性流體，然后經(jīng)過硬化形成具有一定強(qiáng)度的人造石。生產(chǎn)混凝土?xí)a(chǎn)生二氧化碳導(dǎo)致溫室效應(yīng)進(jìn)一步加重，當(dāng)前解決混凝土生產(chǎn)過程中的環(huán)境問題的通行辦法是外摻磷渣、硅粉及粉煤灰等材料，下文對(duì)這三種材料在混凝土中主要發(fā)揮的作用進(jìn)行了分析和探究。

1 硅粉摻料對(duì)混凝土性能起到的作用

硅粉又叫硅灰，在生產(chǎn)硅鐵合金或硅鋼時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣，從煙氣中可以人工收集到一些顆粒極細(xì)的煙灰，這些煙灰的顏色由淺灰到深灰。在溫度高達(dá)2000℃下，還原成硅時(shí)會(huì)產(chǎn)生Si氣體到低溫區(qū)在氧化成二氧化硅，最后冷凝成極微細(xì)的固體。在混凝土中加入減水劑，才能使得混凝土的和易性得到充分的發(fā)揮。但是因?yàn)槠漕w粒極細(xì)，單位重量很輕，給收集、裝運(yùn)及管理等帶來了一定的困難，所以通常與其他礦物摻和料復(fù)合使用。

1.1 改善混凝土的黏聚性和保水性

由于硅粉的活性非常高，用它可以來配制強(qiáng)度高的混凝土，可以增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度。在配制混凝土?xí)r，用硅粉去代替水泥，可以得到強(qiáng)度較高的混凝土。如果摻入和水泥質(zhì)量相同的20～30%的硅粉，我們則可以配制出抗壓強(qiáng)度高達(dá)200～800MPa的活性粉末混凝土，但是不能加入太多，加入的硅粉要有一定的限制。因?yàn)楣璺奂拥脑蕉啵敲醇尤氲乃牧恳矔?huì)越多，這時(shí)我們可以加入一定量的減水劑從而可以減少水的用量并且保證混凝土的和易性。硅灰的比表面積相對(duì)大點(diǎn)，所以保水性好。

1.2 增強(qiáng)了混凝土的強(qiáng)度

硅灰與部分水泥發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的水化硅酸鈣可以均勻的分布在水泥顆粒之間，從而形成密實(shí)的結(jié)構(gòu)。加入硅灰，混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度也會(huì)得到相應(yīng)的提高。

1.3 改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高了混凝土抗?jié)B等性能

雖然加入硅粉后水泥石的總孔隙與不摻入硅粉時(shí)的基本上差不多，但是加入硅粉后大孔隙會(huì)減少，增加了微細(xì)孔隙，水泥石的孔隙結(jié)構(gòu)也得到了明顯的改善。所以加入硅粉后混凝土的耐久性也會(huì)提高，同時(shí)混凝土的抗?jié)B性、抗凍性和抗腐蝕性也會(huì)相應(yīng)的提高，所以硅粉混凝土比較適用于抗溶出性侵蝕和抗硫酸鹽侵蝕的工程。

1.4 有效地抑制堿骨料反應(yīng)

硅粉對(duì)堿骨料反應(yīng)有抑制作并且由于硅粉顆粒密封，水的流動(dòng)速度減慢，從而加少了骨料反應(yīng)中水的用量。同時(shí)，在混凝土中摻入硅灰與其他礦物發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的低鈣硅比C-S-H凝膠，可以提高容納外來離子的能力。

1.5 降低生產(chǎn)成本

在混凝土中加入的硅粉越多，硅粉混凝土的耐磨性越好。另外硅粉和其他的抗沖磨材料相比價(jià)格優(yōu)廉、施工也比較方便。所以在水工建筑物的抗沖刷部位以及高速公路路面比較適合用硅粉混凝土。另外硅粉的加入也代替了一部分水泥，硅粉相比于水泥價(jià)格便宜好多，大大節(jié)約了成本。

2 粉煤灰摻料對(duì)混凝土性能起到的作用

粉煤灰是由于燒煤發(fā)電而得到的，它可以減少水泥或者是細(xì)骨料的用量，所以可以減少成本，且大大提高了混凝土的性能，使得水化熱降低。粉煤灰長(zhǎng)期堆放，會(huì)導(dǎo)致少量的粉煤灰隨廢水排入河流，對(duì)環(huán)境污染和資源造成了嚴(yán)重的浪費(fèi)。由此我們可以研發(fā)新的技術(shù)讓廢棄的粉煤灰重新得到利用，變廢為寶。

（1）粉煤灰對(duì)混凝土的活性作用很明顯。玻璃體和水泥水花生成的氫氧化鈣會(huì)發(fā)生二次水化反應(yīng)，生成的化合物強(qiáng)化了混凝土界面的過渡區(qū)，并且也提高了混凝土的后期強(qiáng)度。

（2）充填行為和致密作用。粉煤灰的直徑小而且強(qiáng)度也很高。在混凝土中加入粉煤灰使得結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。

（3）需水行為和減水作用。粉煤灰的顆粒絕大部分都是球形的玻璃珠，相當(dāng)于一個(gè)滾珠軸承，從而改善了混凝土拌合物的和易性同時(shí)混凝土單位體積的用水量也隨之減少。

（4）防止混凝土的溫度上升過快。在大體積混凝土中比較適合摻入粉煤灰，可以讓粉煤灰充分發(fā)揮作用。

（5）發(fā)生的二次水化反應(yīng)使得最終的混凝土中氫氧化鈣大大的減少，可以有效地提高混凝土抵抗腐蝕的能力。

（6）加入粉煤灰，可以減少混凝土堿骨料病害。

（7）降低了氯離子的滲透能力，提高了混凝土的互筋性。

3 磷渣摻料對(duì)混凝土性能起到的作用

磷渣是一種工業(yè)廢渣，它是由黃磷廠生產(chǎn)黃磷的時(shí)候產(chǎn)生的。黃磷是由高溫和水淬急冷產(chǎn)生的。在混凝土中加入磷渣會(huì)提高其工作性能，使得澆注的效果會(huì)變得更好。磷渣在水淬時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的玻璃體，這些玻璃體本身具有微弱的水硬性。對(duì)于高性能的混凝土來說，磷渣可以充分發(fā)揮其活性，泌水性也會(huì)相應(yīng)的減少。經(jīng)相關(guān)的研究表明，當(dāng)?shù)V渣磨得越細(xì)的時(shí)候，它的活性也相應(yīng)的越高，摻入混凝土中其作用也會(huì)更加明顯。當(dāng)磷渣粉和粉煤灰一同摻入時(shí)，磷渣和粉煤灰會(huì)共同發(fā)揮作用，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短。磷渣彌補(bǔ)了粉煤灰的不足，同時(shí)粉煤灰有減水的作用可以起到輔助的作用。

4 結(jié)語

為了滿足建筑向高層、超高層和大跨度的發(fā)展，混凝土今后的方向是輕質(zhì)高強(qiáng)、多功能。未來社會(huì)對(duì)混凝土的依賴遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過今天的規(guī)模，所以對(duì)混凝土中的摻和料的研究也將會(huì)越來越深入，粉煤灰、磷渣、硅粉的摻入就是一大突破。

[1]楊醫(yī)博.土木工程材料.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2005.

[2]戈雪良.磷渣粉對(duì)水工混凝上性能的影響[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2008.