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摘要：硅灰作为矿物材料应用于水泥混凝土中，一方面可以减少水泥熟料用量，保护环境；另一方面，硅灰具有很高的活性，能够显著改善水泥混凝土的致密度、力学性能和耐久性能。
关键词：硅灰；力学性能；耐久性能
混凝土的性能受各种因素的影响，尤其是具有活性的硅灰的加入，能很好的改进其性能并延长了其使用寿命，提高了工程质量。
一、硅灰对混凝土耐久性的影响
1.硅灰对新拌混凝土性能的影响。新拌混凝土为水泥、水、集料及外加剂的混合物，新拌混凝土的性能既影响浇筑工程的质量又影响混凝土的耐久性。新拌混凝土的性能主要包括和易性和流变性。研究发现，硅灰能使混凝土拌合物的密实性增强，但是当硅灰的掺量达到4%以上时混凝土拌和物的黏聚性明显增加，流动性开始变差，研究表明较为合理的硅灰掺量为水泥总用量的2%。在水灰比为0.35时，在停止搅拌后的0～50min内任何一个时间测得的坍落度都随着硅灰增加而增加。硅灰的掺量为6%时，混凝土的坍落度，扩展度都达到最大值，即6%的硅灰能很好改进混凝土的流变性能。
2.硅灰对混凝土抗渗透性的影响。混凝土材料的渗透性主要指液体和气体对其渗透的性质。抗渗性能高的混凝土，其耐久性就高，混凝土的抗渗性是表征其耐久性的一个重要指标。通过硅灰对混凝土微观结构的影响理论分析与计算，提出了一种新的程序方法，很好的预测出硅灰对混凝土渗透性的影响，并通过实验验证了这一理论方法。由此计算出，在水胶比为0.4的条件下，硅灰替代比为8%到15%范围内，混凝土的渗透率几乎为零，但超过15%时，混凝土的渗透率又开始增加。通过对比不同水胶比下，硅灰对混凝土渗透性的影响，发现12%的硅灰替代比为最佳硅灰替代比。与此同时硅灰的细度也会对混凝土的渗透性产生影响，如果细度增加，渗透性也会降低。另外渗透性的典型代表为氯离子的渗透性。研究了波斯湾的混凝土的抗渗透性发现无论水灰比为何值时，3、6、9个月的氯离子扩散率在硅灰替代比由0增加到7.5%时都显著降低，在7.5%时基本上达到最小值。利用RCM法测定高性能混凝土氯离子扩散系数，对单掺硅灰和复掺粉煤灰和硅灰对混凝土抗氯离子渗透性能进行了研究。研究发现单掺硅灰的混凝土氯离子扩散系数较复掺粉煤灰和硅灰的混凝土氯离子扩散系数要小0.27×10－12m2/s，降低了25%，比不加任何掺料的混凝土降低了84%。这是因为硅灰的颗粒细度较小，比表面积大，能很好地填充到水泥浆体的空隙中，从而提高了混凝土的密实性，使得混凝土氯离子扩散系数较小，即硅灰能很好的提高混凝土的抗氯离子渗透性，增强混凝土的耐久性。
3.硅灰对混凝土抗硫酸盐侵蚀性的影响。硫酸盐侵蚀是影响混凝土耐久性的又一重要内容，同时也是影响因素最复杂、危害性最大的一种环境水侵蚀。一般情况下，水灰比越小，密实度越大，硫酸盐溶液就越难侵蚀到混凝土内部，抗侵蚀能力就越强。硅灰的加入提高了混凝土的密实性，从而加强了混凝土的抗侵蚀性能。但是，不同的掺量会对混凝土抗侵蚀性产生不同的影响。
4.硅灰对混凝土抗冻融性的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆许多水工混凝土建筑物所处环境都是正负温交替的，在使用过程中混凝土就会受到冻融循环的破坏作用而导致受冻破坏。特别是寒冷地区的水工建筑物，其混凝土抗冻性不足是造成结构破坏的主要原因，因此，解决混凝土材料的抗冻性是提高混凝土耐久性的一个重要途径。
5.硅灰对混凝土抗碱-集料反应的影响。碱-集料反应（alkali-aggregate reaction，AAR）是指在潮湿环境下，混凝土材料中的水泥、混合料和周围环境中的碱与集料中的活性成分在混凝土浇筑成型后若干年逐渐反应，反应生成物又吸水膨胀，从而导致混凝土膨胀开裂而失去设计性能的现象。
二、硅灰对硬化混凝土性能的影响
1.提高抗渗性。混凝土是一种透水材料，它的渗透性与它的孔隙率、孔隙分布及孔隙连通性有关。由于硅粉颗粒小，比水泥颗粒小20～100倍，可以充填到水泥颗粒中间的空隙中，使混凝土密实，同时硅粉的二次水化作用，新的生成物堵塞混凝土中渗透通道，故硅粉混凝土的抗渗能力很强，混凝土的渗透性随水胶比的增加而增大，这是因为水灰比大的混凝土的密实性相对差些。
2.提高抗化学侵蚀性。在水泥混凝土中掺人硅粉，能减少Ca（OH）2含量，增加混凝土密实性，有效提高弱酸腐蚀能力，另外，硅粉混凝土较密实，孔结构得到改善，抗盐类腐蚀能力提高，尤其是对氯盐及硫酸盐类，减少了有害离子传递速度及减少了可溶性的Ca（OH）2和钙矾石（3CaO·Alz03·3CaS04·32HzO）的生成，增加了水化硅酸钙晶体。在美国中西部和东北部地区，冬季非常严酷，在公路和桥梁上用大量氯盐除冰。在公路上行走的车辆还将盐带入停车结构，结果是由于氯导致钢筋锈蚀，使桥梁和停车结构在很大短时间内破坏。硅灰结构减小氯盐腐蚀，在美国桥面板和停车楼结构得到广泛应用。
3.提高抗碱集料反应的能力。碱集料反应必须具备3个条件：（1）混凝土中的集料具有活性；（2）混凝土中含有一定量可溶性碱；（3）有一定的湿度。排除这三个条件中的任何一个都可达到控制碱集料反应的目的。混凝土中加入硅粉，因为硅粉粒子提高水泥胶结材料的密实性，减少了水分通过浆体的运动速度，使得碱集料膨胀反应所需的水分减少，也由于减少水泥浆孔隙液中碱离子的浓度，因此，减少了碱集料反应的危险。
4.提高抗钢筋锈蚀的能力混凝土高碱性给普通钢筋混凝土中的钢筋提供了形成钝化膜的条件，一旦钝化膜破坏，钢筋就会发生电化学腐蚀，腐蚀速度取决于水分以及氧气进入混凝土的速度。加入硅粉可以改善密实性增加电阻率，所以，抵抗钢筋锈蚀的性能得到很大改善，硅粉改善电阻率是随着硅粉含量的增加而增加。
5.提高抗磨蚀性。水工结构中的高速水流泄水建筑物护面材料具有高抗冲磨与抗空蚀要求。在混凝土中加入硅粉可以改善混凝土的抗磨蚀性，加入硅粉改善了混凝土的抗磨蚀性是由于改善了浆体自身的抗磨性和硬度，以及改善水泥浆骨料界面的粘结，从而使粗骨料在受到磨损作用时难以被冲蚀。微硅粉混凝土比普通混凝土抗冲磨能力提高0.5-2.5倍。抗空蚀能力提高3-16倍。
三、复合掺料对混凝土性能的影响
一种掺料的性质是单一的，将两种或两种以上的掺料混合在一起形成具有多种性质的复合掺料，也许能更好的改进混凝土的性能，例如：复掺粉煤灰和硅灰。硅灰属火山灰质材料，其颗粒极细（＜1μm），且具有高度分散性，具有填充效应、火山灰效应和孔隙溶液化学效应。将矿物掺合料复掺后会产生各组分之间的物理及化学复合效应，主要表现为火山灰复合效应和微集料复合效应，对混凝土的渗透性、过渡带结构、抗裂性能等均有良好的改善作用，从而使混凝土的抗硫酸盐侵蚀作用显著改善。因此近年来许多学者探究了复合掺料对混凝土性能的影响。探究了硅灰和超塑化剂掺量对高性能混凝土强度及流动性的影响，研究发现高性能混凝土的最优配比应为硅灰替代率10%，超塑化剂掺量1.1%，此时混凝土28d的抗压强度为92.7MPa，扩展度170mm。通过混料设计，研究了同一水胶比下水泥、矿渣、粉煤灰和硅灰混料因子对混凝土7d、28d抗压强度和28d电通量的影响，研究发现粉煤灰、硅灰和超塑化复合使用时能够抑制ASR，当砂浆中只加入10%的粉煤灰，5%的硅灰时，24h后的膨胀率为0.18%，而还加有0.04%引气剂的砂浆24h后的膨胀率仅为0.08%，即三种复合时效果更明显。
总之，由于硅灰具有良好的活性，其添加到混凝土中能很好的改进混凝土的性能。但是影响混凝土性能的因素复杂，因此很难确定一个改进混凝土综合性能的最佳硅灰替代比。因此未来利用多元回归分析的方法研究硅灰对混凝土综合性能的影响，提出硅灰改进混凝土综合性能的最佳替代比将成为未来的研究方向。
参考文献：
[1]马钧．硅灰性能及其再利用的研究进展．2018．
[2]张红，浅谈不同掺量硅灰对水泥混凝土耐久性的影响.2018.
论文作者:黄会明
论文发表刊物:《防护工程》2019年15期
论文发表时间:2019/11/28
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