不同試驗方法對硅灰活性指數檢測結果的影響

王文卓 高楊春 郭春霞

（中國建材檢驗認證集團股份有限公司，北京 100024）

0 引言

硅灰主要由直徑小于10-6米的微細球形顆粒組成，含有超過80%以上的非晶態無定形二氧化硅，具有極高的火山灰活性，因此硅灰作為一種良好的輔助性膠凝材料在混凝土領域得到廣泛應用[1]。活性指數指受檢膠砂和基準膠砂試件在相同條件下養護至相同規定齡期的抗壓強度之比[2]，是評價硅灰質量好壞的重要指標之一。

硅灰作為一種成熟的礦物摻合料，國內外相關標準已經比較健全。國外標準主要有：美標ASTM C1240-93《水泥、混凝土和砂漿應用硅粉技術規范》、歐標EN 13263-1《用于混凝土的硅粉》、日標JIS A 6207:2000《混凝土用硅灰》；國內標準主要有：GB/T 27690-2011《砂漿和混凝土用硅灰》、GB/T 18736-2017《高強高性能混凝土用礦物外加劑》、DL/T 5777-2018《水工混凝土摻用硅粉技術規程》、GB/T 21236-2007《電爐回收二氧化硅微粉》、GB/T 51003-2014《礦物摻合料應用技術規程》。每個標準中關于活性指數的試驗方法也不盡相同，選用不同的試驗方法對同種硅灰進行測試，獲得的活性指數數值上存在明顯的差異，但每一種試驗方法都有其可取之處。

同是作為混凝土摻合料的粉煤灰和礦粉的活性指數試驗方法比較單一，相關研究較多，而硅灰活性指數試驗方法多變，卻缺乏研究，因此本文著重就不同試驗方法對硅灰活性指數檢測結果的影響展開試驗分析，以期能夠選取更為準確的試驗方法獲得最具代表性的活性指數結果。

1 試驗內容

1.1 試驗方法

1.1.1 方法一：同水、同流動度、加減水劑、蒸汽養護法

方法一為GB/T 27690-2011標準中規定的，膠砂配合比如表1所示，基準膠砂不摻加硅灰，受檢膠砂內摻10%硅灰，基準膠砂和受檢膠砂用水量相同，受檢膠砂通過添加高效減水劑調整其流動度達到基準膠砂流動度的±5mm。養護方式為拆模后在65±2℃蒸養箱內養護至7d。

表1 方法一膠砂配合比

1.1.2 方法二：同水、同流動度、加減水劑、水中養護法

方法二為GB/T 18736-2017標準中規定的，膠砂配合比同方法一，而養護方式為拆模后在20±2℃常溫水箱內養護至28d。

1.1.3 方法三：同水、不同流動度、不加減水劑、水中養護法

方法三為DL/T 5777-2018和GB/T 51003-2014標準中規定的，膠砂配合比如表2所示，基準膠砂不摻加硅灰，受檢膠砂內摻10%硅灰，基準膠砂和受檢膠砂用水量相同，兩者的流動度不要求調整至相同。養護方式為拆模后在20±2℃常溫水箱內養護至28d。

表2 方法三膠砂配合比

1.1.4 方法四：不同水、同流動度、不加減水劑、水中養護法

方法四為GB/T 18736-2002 和GB/T 21236-2007 標準中規定的，膠砂配合比如表3所示，基準膠砂不摻加硅灰，受檢膠砂內摻10%硅灰，同時通過增加用水量調整其流動度達到基準膠砂流動度的±5mm。養護方式為拆模后在20±2℃常溫水箱內，養護至28d。

表3 方法四膠砂配合比

1.2 原材料

采用中國聯合水泥集團有限公司生產的PI42.5硅酸鹽水泥。采用符合GB/T 17671-1999規定的標準砂。水采用蒸餾水。采用上海臣啟化工科技有限公司生產的符合GB 8076-2008標準型高效減水劑要求的萘系減水劑。硅灰產自甘肅三遠硅材料有限公司，硅灰各項性能見表4，根據二氧化硅含量的高低將硅灰由高到低劃分為五種品質，分別編號硅灰1-硅灰5。

表4 試驗用硅灰性能

2 結果及分析

2.1 五種品質硅灰按方法一試驗結果與分析

以五種不同品質硅灰為研究對象，按照方法一進行試驗，所得數據如表5及圖1所示。由圖表可見，只有硅灰5活性指數不達標，而同時硅灰5的二氧化硅含量也不達標。可以看出，活性指數隨著硅灰品質的降低而大致減小，即活性指數可以正向反應硅灰的品質。

圖1 按方法一試驗獲得各品質硅灰活性指數結果

表5 硅灰活性指數結果

方法一的要點一是基準膠砂和受檢膠砂同用水量、受檢膠砂通過添加減水劑調整至與基準膠砂相同流動度。增加減水劑這個變量，一方面調整了受檢膠砂的流動度，易于成型操作，另一方面也符合工程應用現狀，因為硅灰具有需水量大的特性，常引起漿體流動度明顯下降，需要配合減水劑一同使用[3]。但是增加減水劑這個變量亦會致使同種硅灰的測試結果存在差異性，且試驗過程中要不斷調整減水劑摻量使流動度達到±5mm的要求，這也增加了試驗難度。方法一的要點二是養護方式及齡期是采用蒸汽養護7d，我國對硅灰應用的研究起步較晚，前十幾年硅灰多應用于混凝土預制構件中，而混凝土預制構件為縮短養護時間多采用蒸汽養護的方式[4]，而近年硅灰應用的研究進展很快，硅灰已經廣泛應用于混凝土的各個領域，養護方式也已不僅限于蒸汽養護。

增加減水劑這個變量有利也有弊，需綜合各方面考慮；蒸汽養護的養護方式已不能滿足如今硅灰的應用現狀。

2.2 五種品質硅灰按方法二試驗結果與分析

以五種不同品質硅灰為研究對象，按照方法二進行試驗，所得數據如表5及圖2所示。由圖表可見，硅灰4和硅灰5的活性指數都不達標，但硅灰4的二氧化硅含量是達標的。可以看出，活性指數隨著硅灰品質的降低而大致減小，但用二氧化硅含量和活性指數兩種方式分別表征的硅灰品質存在一定偏差。

圖2 按方法二試驗獲得各品質硅灰活性指數結果

方法二的要點是養護方式及齡期為水中養護28d，采用了水泥膠砂最常見的一種養護方式及齡期。此法較方法一獲得結果的合格率偏低。

2.3 五種品質硅灰按方法三試驗結果與分析

以五種不同品質硅灰為研究對象，按照方法三進行試驗，所得數據如表5及圖3所示。按DL/T 5777-2018標準的指標要求，高品質的硅灰1和低品質的硅灰5活性指數不達標。活性指數隨著硅灰品質的降低而先增大后減小。硅灰1需水量比高達129%，超出125%的合格線，需水量比過大導致受檢膠砂流動度大幅減小，致使成型試件不均勻、不密實，嚴重影響抗壓強度。可見，此方法針對需水量比過大、二氧化硅含量過低的硅灰試驗獲得活性指數數值偏低。而GB/T 51003-2014指標要求制定過低，達不到控制硅灰質量的意義。

圖3 按方法三試驗獲得各品質硅灰活性指數結果

方法三的關鍵之處在于基準膠砂和受檢膠砂試驗過程中控制是否摻加硅灰為唯一變量。試驗所得活性指數數據僅為硅灰品質一種變量的反應。但是此法對于需水量比大、二氧化硅含量高的硅灰不公平，因為此類硅灰按此方法測得活性指數可能不合格，但實際工程應用時此類硅灰配合減水劑使用所表現出的性能是優良的。

2.4 五種品質硅灰按方法四試驗結果與分析

以五種不同品質硅灰為研究對象，按照方法四進行試驗，所得數據如表5及圖4所示。由圖表可見，合格率極高，且活性指數隨著硅灰品質的降低而增大，即活性指數不能正向反應硅灰的品質。

圖4 按方法四試驗獲得各品質硅灰活性指數結果

方法四是通過受檢膠砂增加用水量的方式調整流動度，過多的用水量對抗壓強度是極為不利的，繼而需水量比越大的硅灰，試驗時用水量越大，強度值越低，這種方法測得活性指數小于100%，突出了用水量對活性指數的影響而弱化了硅灰的活性特點。

2.5 四種方法試驗結果比較

四種方法的測試結果展示了不同的活性指數變化規律，存在一定的可比性和關聯性。四種方法試驗獲得五種品質硅灰活性指數結果如圖5所示，方法二測得的活性指數數值最大，方法四測得數值最小，方法一和方法二測得活性指數數據隨著硅灰品質的降低而減小，而方法四與方法一、二測得結果的變化規律相反，方法三測得結果變化為先增大后減小的規律。

圖5 四種方法試驗獲得各品質硅灰活性指數結果

3 結論

方法一和方法二活性指數隨著硅灰品質的降低而大致減小，即活性指數可以正向反應硅灰的品質。方法二的標準指標較方法一更為嚴苛，兩者的養護方式各有所長，可根據實際應用現狀進行選擇。

方法三活性指數隨著硅灰品質的降低先增大后減小。此方法能實現雙向把控硅灰品質，但與工程實際應用脫節，會導致部分高品質硅灰活性指數不達標。

方法四活性指數隨著硅灰品質的降低而增大，即活性指數不能正向反應硅灰的品質。此方法突出了用水量對活性指數的影響而弱化了硅灰的活性特點。

在活性指數數值上，方法二大于方法一大于方法三大于方法四；從方法適應性上，方法一和方法二優于方法三優于方法四。