硅灰對(duì)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(shí)，排放出的一種固體廢棄物，它的活性很高。目前硅灰經(jīng)常被用于水庫(kù)、大壩、高層建筑、飛機(jī)場(chǎng)等工程中。我國(guó)對(duì)硅灰的研究，歷史還不長(zhǎng)，但我國(guó)是一個(gè)硅工業(yè)的大國(guó)，硅灰作為副產(chǎn)品，其潛在價(jià)值也是巨大的。

關(guān)鍵詞：硅灰;混凝土;膠凝材料

1 加速膠凝材料系統(tǒng)的水化

首先采用直接法，測(cè)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(duì)于大體積混凝土，需要控制早期水化放熱，所以在選材時(shí)應(yīng)注意。

2 控制離析和泌水

對(duì)于新拌合的混凝土往往會(huì)因?yàn)檎駬v、骨料級(jí)配、水泥質(zhì)量、水灰比等原因而產(chǎn)生離析及泌水現(xiàn)象，使混凝土硬化后出現(xiàn)蜂窩、麻面現(xiàn)象，對(duì)混凝土各方面的性能產(chǎn)生不利影響。當(dāng)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(xì)材料，一方面，拌合物中的自由水會(huì)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(jí)配更為合理，拌合物的凝聚性更好，改善了混凝土的離析現(xiàn)象。但是摻加硅灰后，混凝土的粘滯性也會(huì)提高，塌落度損失較大。有試驗(yàn)表明，當(dāng)混凝土中硅灰摻量為10%時(shí)，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(dòng)性可增加水的用量，但加水就會(huì)增大水膠比，雖然能改善混凝土流動(dòng)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(guò)采用高效減水劑的方式來(lái)改善混凝土的和易性。

3 抑制堿骨料反應(yīng)

堿骨料反應(yīng)是引起混凝土開(kāi)裂的重要原因，對(duì)工程造成的破壞非常嚴(yán)重。發(fā)生堿骨料反應(yīng)必須要具備一定的條件，首先要有參與反應(yīng)的物質(zhì)，即水泥或其它外加劑中要有一定數(shù)量的可溶性堿以及粗骨料中要有足夠的活性物質(zhì);其次，要有合適的外部環(huán)境，堿同活性物質(zhì)反應(yīng)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(yīng)。這兩個(gè)因素只要有一個(gè)破壞就能阻止堿骨料反應(yīng)。硅灰可減少混凝土的堿骨料反應(yīng)，因?yàn)楣杌业姆稚⒍容^大，增大了SiO2的溶解度，SiO2與水泥水化生成的Ca（OH）2反應(yīng)，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(duì)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(yīng)。硅灰還具有填充效應(yīng)和界面效應(yīng)，加入硅灰后的混凝土?xí)兊酶用軐?shí)，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(fā)生的幾率。另外，在有硅灰摻入時(shí)能夠降低水泥水化產(chǎn)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(wěn)定性對(duì)抑制堿骨料反應(yīng)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(yīng)。

4 提高混凝土的強(qiáng)度

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

5 改善混凝土的耐久性

隨著時(shí)代的發(fā)展混凝土工程應(yīng)用的環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜、惡劣，例如在我國(guó)沿海地區(qū)的混凝工程要面臨海風(fēng)、海水的侵蝕，在東北地區(qū)要面對(duì)較低的溫度下的凍害，很多工程因?yàn)榛炷聊途眯缘牟蛔阍谑褂闷趦?nèi)不得不進(jìn)行拆除，給社會(huì)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。怎樣提高混凝土的耐久性能是亟需解決的問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)，摻入硅灰后混凝土的抗?jié)B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?jié)B性

混凝土的抗?jié)B透性能取決于其本身的界面性能及孔隙結(jié)構(gòu)（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(zhì)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?jié)B透性;總的孔隙率越小，混凝土越密實(shí)，抗?jié)B透性也越好。硅灰可以改善混凝土界面性能和孔隙結(jié)構(gòu)。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(shù)粒徑都在20～30μm之間，硅灰顆?？梢蕴畛湓谒囝w粒之間，硬化后的混凝土密實(shí)性得到增加，而且由于硅灰的火山灰效應(yīng)，新的生成物會(huì)把混凝土的滲透通道堵塞，因而硅灰可以提高混凝土的抗?jié)B透能力。

5.2 提高混凝土的抗凍性

我國(guó)眾多混凝土工程都建造在北方地區(qū)，由于冬季天氣寒冷，這些工程較易受到凍害的影響，這就對(duì)混凝土的抗凍性能提出了較高的要求，對(duì)于普通混凝土來(lái)說(shuō)很難滿足這一要求，隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(shí)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(duì)高濃度的弱酸或強(qiáng)酸的抗腐蝕能力，這是因?yàn)橐驗(yàn)樗嗍兄饕煞諧SH（水化硅酸鈣）會(huì)在高濃度弱酸或強(qiáng)酸中分解。另外，硅灰的摻入還能提高混凝土的抗鹽類(lèi)腐蝕能力，特別是對(duì)硫酸鹽和氯鹽，這是因?yàn)閾饺氲墓杌夷軌蚺c水泥水化產(chǎn)物發(fā)生火山灰反應(yīng)，從而減少了可溶性的氫氧化鈣和鈣礬石的數(shù)量，生成了較多的水化硅酸鈣晶體，使混凝土內(nèi)部變得較為密實(shí)，孔結(jié)構(gòu)也得到了改善，有效地減緩了有害離子的擴(kuò)散速度。

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