普通硅灰在混凝土中應用的試驗研究

唐榮，徐朝陽，白琴琴，周杰

（西安高科新達混凝土有限責任公司，陜西 西安 710000）

0 引言

隨著國家基礎建設的不斷發展，混凝土的需求量與日俱增，使得生產混凝土的各組分原材料增加，導致自然資源的過量開采，造成環境破壞嚴重。為實現自然資源與環境的可持續發展，硅灰開始應用于普通混凝土生產中。硅灰是在冶煉硅鐵合金和工業硅時產生的 SiO2和 Si 氣體與空氣中的氧氣迅速氧化并冷凝，從煙氣凈化裝置中回收的超細硅質粉體材料。硅灰與各種堿性物質反應，使水化體系堿度降低，降低堿骨料反應。用于混凝土中的硅灰其 SiO2的含量一般在 90% 以上，成本較高，出于經濟性考慮通常只在配制高強混凝土或高強度、高性能混凝土時才使用。本文中使用的硅灰中 SiO2含量在 85%～90%，價格較優質硅灰降低 27% 左右。考慮到在混凝土中摻入少量的硅灰可以大大改善混凝土的工作性能以及大幅度提高物理力學性能，使混凝土的性價比顯著，在混凝土摻入普通硅灰可以降低單方混凝土中的水泥用量，從而降低混凝土成本。

1 研究方法和步驟

1.1 試驗原材料

（1）水泥：采用堯柏實豐水泥廠生產的強度等級為 P·O42.5 的水泥，主要性能指標見表1 所示。

表1 水泥的主要物理性能

（2）超細粉煤灰：采用陜西正元粉煤灰綜合利用有限公司生產的超細粉煤灰，45μm 方孔篩篩余 0.4%，需水量比 91%，28 天活性指數 85%。

（3）普通硅灰：采用陜西藍楓林化工有限公司生產的硅灰，主要性能指標見表2 所示。

表2 普通硅灰的主要性能

（4）細骨料：采用黑河采砂廠提供的中砂，主要性能指標見表3 所示。

表3 中砂的主要性能

（5）粗骨料：采用涇陽采石廠提供的 5～25mm 連續級配碎石，其主要性能見表4 所示。

表4 石子的主要性能

（6）外加劑：采用陜西渤海化工有限公司提供的聚羧酸泵送劑，其主要性能見表5 所示。

表5 聚羧酸泵送劑的主要性能

1.2 試驗配比

以公司現有的 C35、C40 配合比作為基準配合比，摻入 20kg 硅灰代替混凝土中的水泥用量，采用 2 組試驗。用 20kg 硅灰分別取代 30kg、40kg 水泥，計算水泥用量；保持降低一個等級的水灰比、膠凝材料總量和用水量不變，計算超細粉煤灰的用量；保持和基準配合比相同砂率調整砂石用量；然后適當調整外加劑的摻量保證其工作性能。

混凝土的基準和試驗組配合比見表6。

表6 混凝土的基準和試驗組配合比 kg/m3

1.3 試驗結果與分析

按照上述配合比設計方案拌制混凝土，并進行混凝土試件的制作成型及標準養護，拌合物的和易性試驗結果與抗壓強度試驗結果如表7 所示。

表7 混凝土性能試驗結果

從表7 中的試驗結果得出，第一試驗組混凝土的7d、28d、60d 強度和基準配合比強度相近并達到 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》的要求，耐久性、坍落度以及和易性符合 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》、GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性性能試驗方法標準》的要求，因此用 20kg 普通硅灰取代 30kg 水泥是可行的；第二試驗組混凝土的 7d、28d、60d 強度明顯降低不符合相應混凝土強度等級設計值，所以用 20kg 普通硅灰取代 40kg 水泥不可行的。

第一試驗組維持降低一個等級的膠凝材料不變卻可以達到該等級的強度要求，在一定程度上大大降低了水泥用量，這是由于硅灰的比表面積介于 15000～25000m2/kg（采用氮吸附法，即 BET 法測定），硅灰的粒徑小于 1μm，平均粒徑為 0.1μm 左右，是水泥顆粒直徑的 1/100，所以硅灰能高度分散于混凝土中，填充在水泥顆粒之間而提高密實度，同時硅灰具有很高的活性，能更快更全面地與水泥水化產物 Ca(OH)2反應生成膠凝產物——水化硅酸鈣，從而提高其強度，使微觀結構致密，滲透性降低。

2 結論

（1）維持降低一個等級的水膠比和膠凝材料不變的同時用 20kg 普通硅灰減少 30kg 的水泥用量，并且可以達到相應的強度要求。

（2）在混凝土中摻入適當的普通硅灰可以采用降低一個等級的膠凝材料配制該等級的混凝土，減少了膠凝材料的用量。