硅灰對混凝土性能的影響研究

范曉鵬

摘 要：硅灰是工廠在精煉硅或硅鐵合金時，排放出的一種固體廢棄物，它的活性很高。目前硅灰經常被用于水庫、大壩、高層建筑、飛機場等工程中。我國對硅灰的研究，歷史還不長，但我國是一個硅工業的大國，硅灰作為副產品，其潛在價值也是巨大的。

關鍵詞：硅灰;混凝土;膠凝材料

1 加速膠凝材料系統的水化

首先采用直接法，測量摻加硅灰前后，膠凝材料的水化熱的變化，從表1中可以看出，摻加10%硅灰后，膠凝材料在第3天和第7天的水化放出的熱量增加。所以，對于大體積混凝土，需要控制早期水化放熱，所以在選材時應注意。

2 控制離析和泌水

對于新拌合的混凝土往往會因為振搗、骨料級配、水泥質量、水灰比等原因而產生離析及泌水現象，使混凝土硬化后出現蜂窩、麻面現象，對混凝土各方面的性能產生不利影響。當在混凝土中摻入硅灰后，由于硅灰是一種比表面積很大的超微細材料，一方面，拌合物中的自由水會被硅灰粒子所約束，大大減少了泌水量;另一方面，使得混凝土的顆粒級配更為合理，拌合物的凝聚性更好，改善了混凝土的離析現象。但是摻加硅灰后，混凝土的粘滯性也會提高，塌落度損失較大。有試驗表明，當混凝土中硅灰摻量為10%時，其單位用水量將增加8%左右，而且硅灰摻入的越多用水量越大。為了改善硅灰混凝土的流動性可增加水的用量，但加水就會增大水膠比，雖然能改善混凝土流動性，但是也給混凝土其它方面的性能造成影響，所以，一般通過采用高效減水劑的方式來改善混凝土的和易性。

3 抑制堿骨料反應

堿骨料反應是引起混凝土開裂的重要原因，對工程造成的破壞非常嚴重。發生堿骨料反應必須要具備一定的條件，首先要有參與反應的物質，即水泥或其它外加劑中要有一定數量的可溶性堿以及粗骨料中要有足夠的活性物質;其次，要有合適的外部環境，堿同活性物質反應的生成物堿—硅酸凝膠只有吸收了一定的水分體積才能夠膨脹，所以要有水分或濕空氣供應。這兩個因素只要有一個破壞就能阻止堿骨料反應。硅灰可減少混凝土的堿骨料反應，因為硅灰的分散度較大，增大了SiO2的溶解度，SiO2與水泥水化生成的Ca（OH）2反應，減少了混凝土中的Ca（OH）2含量，也使得水泥漿體中的的氫氧根離子濃度相對減少，降低了KOH和NaOH的濃度，從而抑制了混凝土中骨料的堿活性反應。硅灰還具有填充效應和界面效應，加入硅灰后的混凝土會變得更加密實，使水分在混凝土中的遷移速度減慢，堿—硅酸凝膠不能夠獲取足夠的水分，在一定程度上也減少了堿骨料發生的幾率。另外，在有硅灰摻入時能夠降低水泥水化產生的水化硅酸鈣的鈣硅比值，鈣硅比值低的水化硅酸鈣具有較好的穩定性對抑制堿骨料反應也有一定的作用。有研究表明：在混凝土中添加5%～10%的硅灰，混凝土的膨脹量可減少10%～20%。一般添加10%的硅灰，即可充分控制堿骨料反應。

4 提高混凝土的強度

硅灰對混凝土強度的提高可從三個方面解釋，首先，硅灰的加入使得材料的顆粒級配更加合理，可以增大混凝土的密實性提高了混凝土強度;其次，硅灰可以改善混凝土的界面結構，使過渡區的薄弱環節減少甚至消失，減少了混凝土在過渡區域破壞的幾率提高了強度;再次，硅灰的加入使得水化后膠凝體中強度較弱的Ca（OH）2含量減少，較高強度的低堿性硅酸鈣增多，提高了混凝土強度。

5 改善混凝土的耐久性

隨著時代的發展混凝土工程應用的環境也越來越復雜、惡劣，例如在我國沿海地區的混凝工程要面臨海風、海水的侵蝕，在東北地區要面對較低的溫度下的凍害，很多工程因為混凝土耐久性的不足在使用期內不得不進行拆除，給社會帶來了巨大的經濟損失。怎樣提高混凝土的耐久性能是亟需解決的問題。研究發現，摻入硅灰后混凝土的抗滲性能、抗凍性能、抗蝕性能、抗鋼筋銹蝕能力、抗沖磨能力等一系列耐久性能都有一定程度的提高。

5.1 提高混凝土的抗滲性

混凝土的抗滲透性能取決于其本身的界面性能及孔隙結構（包括孔徑分布、總孔隙率），混凝土有害大孔占總孔隙的體積越大，有害介質越容易滲入混凝土造成侵蝕與破壞作用，占總孔隙的體積越小越有利于提高混凝土的抗滲透性;總的孔隙率越小，混凝土越密實，抗滲透性也越好。硅灰可以改善混凝土界面性能和孔隙結構。硅灰顆粒中80%以上的都是粒徑不大于0.1μm的顆粒，而普通的水泥粒子粒徑很少低于10μm的，絕大多數粒徑都在20～30μm之間，硅灰顆粒可以填充在水泥顆粒之間，硬化后的混凝土密實性得到增加，而且由于硅灰的火山灰效應，新的生成物會把混凝土的滲透通道堵塞，因而硅灰可以提高混凝土的抗滲透能力。

5.2 提高混凝土的抗凍性

我國眾多混凝土工程都建造在北方地區，由于冬季天氣寒冷，這些工程較易受到凍害的影響，這就對混凝土的抗凍性能提出了較高的要求，對于普通混凝土來說很難滿足這一要求，隨著混凝土技術的發展，人們發現摻入硅灰后的混凝土，其抗凍融性能可以得到很大的提高?；炷敛牧系慕M織結構及其含水狀況決定了混凝土抗凍融能力的大小。其破壞作用主要有：冰脹壓力作用，水壓力作用及顯微析水作用。

5.3 提高混凝土的抗蝕性

由于硅灰的填充作用和二次水化作用增加了混凝土密的實性，使混凝土的抗弱酸腐蝕能力得到提高，但是硅灰并不能提高混凝土對高濃度的弱酸或強酸的抗腐蝕能力，這是因為因為水泥石中主要成分CSH（水化硅酸鈣）會在高濃度弱酸或強酸中分解。另外，硅灰的摻入還能提高混凝土的抗鹽類腐蝕能力，特別是對硫酸鹽和氯鹽，這是因為摻入的硅灰能夠與水泥水化產物發生火山灰反應，從而減少了可溶性的氫氧化鈣和鈣礬石的數量，生成了較多的水化硅酸鈣晶體，使混凝土內部變得較為密實，孔結構也得到了改善，有效地減緩了有害離子的擴散速度。

參考文獻：

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