硅灰混凝土性能研究現(xiàn)狀及其應用

周鳴 靳丁帥男 周鈺鑫 施佳匯

摘要：硅灰是工業(yè)冶煉過程中的副產(chǎn)物，將硅灰摻入混凝土中會影響混凝土的性能，在不同類型的混凝土中，難以得到相對統(tǒng)一的最佳配合比，摻入硅灰制成高性能混凝土已經(jīng)在工程中得到廣泛應用。本文分析總結了硅灰對混凝土各項性能的影響的研究現(xiàn)狀以及在一些工程中的應用。

關鍵詞：硅灰、混凝土、力學性能、工作性能、工程應用

1.引言：

2020年，我國前三季度國內(nèi)工業(yè)硅產(chǎn)量為142.3萬噸，而伴隨其產(chǎn)生的硅灰亦是數(shù)量龐大。將廢料硅灰摻入混凝土中，不僅降低了水泥的消耗，同時也能加強混凝土的性能，這使得它成為一種優(yōu)秀的建筑材料，對于不同類型的混凝土，硅灰的摻量對混凝土各項性能的影響不盡相同。

2.硅灰對混凝土性能影響的研究現(xiàn)狀

2.1硅灰對混凝土力學性能研究

李曉妮[1]研究了混凝土中摻入硅灰對道路混凝土的影響。實驗中，采用內(nèi)摻法用硅灰等量取代水泥制成混凝土，通過提高用水量保持混凝土塌落度穩(wěn)定。實驗結果表明，混凝土中摻入硅灰能提高混凝土的抗壓、抗折強度等，摻量從0-6%，混凝土力學性能提升很大，最佳摻量為6%。

李波[2]等研究了硅灰對機制砂混凝土的力學性能的影響。硅灰按0%、3%、6%、9%、12%取代水泥制成試塊。測出不同摻量時試塊的抗壓強度、劈裂強度以及抗折強度。試塊的抗壓強度隨著硅灰摻量的增加先緩慢增強，再迅速增強，在9%時達到最高強度，之后則迅速下降。劈裂強度在6%時達到最強，之后則緩慢降低。然而硅灰的摻入對混凝土抗折強度影響甚微。

2.2硅灰對混凝土的工作性能的影響

楊林[3]等將硅灰摻入混凝土中進行混凝土工作性能的研究。試驗中硅灰摻量按0%增加到40%分別取代等量水泥，測出不同摻量時的坍落度、擴展度以及泌水率。試驗結果表明，混凝土的坍落度在摻量0%到10%變化不大，在10%到20%有明顯下降，而擴展度度幾乎是線性下降，泌水率隨著硅灰摻量的增加有著明顯的減小，呈先快后慢趨勢。這很大程度上是由于硅灰使得混凝土內(nèi)部的孔隙的減少，從而使得混凝土的流動性和滲透性下降。

通過上述學者的研究，不同摻量的硅灰對混凝土的工作性能的影響是不盡相同。這是因為一方面硅灰的比表面積大等使得水泥反應不充分，降低流動性;而另一方面，混凝土反應生成的凝膠物質(zhì)又起到了潤滑作用使得流動性增加。

2.3硅灰對混凝土耐久性的影響

楊萬斌[4]等研究了在混凝土中摻入硅灰對其抗凍性的影響。通過改變水膠比和硅灰的摻量制成不同的混凝土，進行抗凍性試驗。試驗結果表明，在凍融次數(shù)250次以內(nèi)，硅灰對相對動彈模量影響不大，但當次數(shù)超過后，未摻的試件迅速下降，并在300次時凍融破壞，而摻硅灰的試件仍未被破壞。摻硅灰的混凝土質(zhì)量損失率都比未摻的低，同時混凝土的質(zhì)量損失率隨硅灰摻量增加呈下降趨勢。得出水膠比為0.3，硅灰摻量為5%時混凝土的抗凍性最佳。

3.工程應用

在深圳鹽田港碼頭工程[5]中，采用硅灰粉煤灰復合摻入和加入高效減水劑制成高性能混凝土，見表2，有效的提高了混凝土的密實性和抗?jié)B性，從而降低了混凝土內(nèi)鋼筋與氯鹽接觸而發(fā)生電化學反應，使得混凝土在氯鹽環(huán)境下有著較強的抵抗性，保證了混凝土50年以上的使用壽命。

在東海大橋工程[6]中，要求混凝土的壽命基準期為100年，這是普通混凝土不能滿足的。通過摻入硅灰等摻合料（表3）配合上高強度水泥和高效減水劑制成的高性能混凝土（表4）。該混凝土能較好的保持混凝土的坍落度穩(wěn)定，具有較高的耐久性，能有效防止物質(zhì)的滲透，延長結構的壽命。

結束語

將硅灰摻入混凝土中，一方面，對資源的再利用減少了水泥的消耗，也避免了將硅灰排入環(huán)境引起種種污染問題;另一方面，硅灰粒徑小且具有火山灰活性，對混凝土性能有很好的提高。但是，從目前的研究來看，在不同的混凝土體系中，各樣材料、配合比等都不盡相同，這些都使得我們很難得到一個能使混凝土各項性能都很好發(fā)揮的硅灰摻量。所以如何通過現(xiàn)有的技術確定各混凝土體系硅灰的最佳摻量是一個重要的研究方向。

參考文獻

[1]李曉妮.硅灰對道路水泥混凝土性能的影響[J].公路交通科技（應用技術版），2020，16（08）：1-3.

[2]李波，周海龍，呂振國，宋幸芳，王建國.高強機制砂混凝土工作性及力學性能的試驗研究[J].硅酸鹽通報.2020（06）：1765-1771+1797

[3]楊林，宋帥奇，楊靜.硅灰對塑性混凝土工作性能和強度的影響[J].混凝土.2012（12）：43-45+49

[4]李理，楊萬斌，劉茉莉.硅灰對混凝土抗凍性能影響的試驗研究[J].河北省科學院學報.2012（02）：63-65+70

[5]熊建波，黃明東，陳愛芝.高性能混凝土在鹽田港三期工程中的應用[A].2004：8.

[6]李建剛，羅忠良，邱瓊海，鄭機.東海大橋近島段工程高性能混凝土與普通混凝土優(yōu)劣性對比[J].橋梁建設，2005（S1）：38-40.

項目號：南京工程學院2021年度大學生科技創(chuàng)新基金項目：TB20210917;江蘇省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目：202111276021Z