关键词：硅灰；高性能混凝土；应用技术
中图分类号:TU528 文献标识码:A
高性能混凝土拌合物工作性能比普通混凝土大幅提高，不仅施工方便，而且有着高强度和高耐久性的优点，是一种相较于普通混凝土而言更加环保环境和节约资源的新型建筑材料，在其生产与应用过程中能有效减少对环境的污染，实现可持续发展。因此为了在建筑工程、桥梁与隧道、城市轨道交通、水利工程建造中实现绿色发展、可持续发展，高性能混凝土的应用也将越来越广。要配置高性能混凝土就需要对各种矿物掺合料的性能加以了解，以充分利用其效能。硅灰，是一种在进行硅铁冶炼时从其产生的废气中提取到的材料，在生产混凝土时将其掺入能够有效提高其致密性、耐久性等性能，还可以适量降低水泥的使用比例进而实现绿色环保的目的，而且还可以降低工程施工成本，因此硅灰在高性能混凝土中的应用得到工程建设各方专业技术人员的高度重视。
1.硅灰的机理研究
1.1物理机理
硅灰颗粒小、彼此间的分散程度相对较高，所以掺入到混凝土中后能够充分填塞到水泥颗粒的空隙中，进而使高性能混凝土在硬化之后有效提升其密实性。硅灰及掺硅灰C60高性能混凝土外观如图1。
.png)
图1.硅灰GM-90U（图左） 图1. C60硅灰高性能混凝土（图右）
1.2化学机理
硅灰具备火山灰活性，这是因为在它的成分列表中非晶态无定型的二氧化硅占到了90%以上。经过试验研究发现如果将混凝土成分之一水泥的百分之五替换成硅灰，在28d之后就会出现硅灰的这种活性被激发、与另一成分砂浆的Ca(OH2)发生化学反应，生成纤维状C-S-H凝胶的情况[1]。C-S-H凝胶填入到砂浆的孔隙之后不仅让其孔隙率有了明显的下降，还能够增强其力学强度。因此，硅灰对于混凝土内部的孔结构能够起到有效改善，并对硬化后的强度有显著提升作用。
2.硅灰对高性能混凝土的力学性能的改良
混凝土力学性能一般是指抗压强度、弹性模量、抗折强度、劈裂强度，由于混凝土是建筑工程中应用最广且用量最大的材料，混凝土质量直接影响到工程的质量和建筑物安全性能，本文是经过大量反复试验后对硅灰高性能混凝土性能进行分析与探索。
2.1抗压强度
在试验中发现混凝土水胶比为0.26～0.34间，硅灰掺量为2%~10%间，其掺量控制在胶凝材料总量的（5±2）%时性能最佳，在标准养护条件下，高性能混凝土的强度发展速度加快[2]。在硅灰掺量为2%时强度增长不明显；掺量为5%时，各龄期增长强度的曲线达到了最高点。此外还发现在混凝土中掺入硅灰之后不论是任何龄期的强度都比未掺硅灰的强度高，其流动性也有了显著提升，混凝土拌合物可泵性大幅提高。大大增加了混凝土泵送的水平距离和垂直距离。在蒸养加气混凝土的强度试验中发现如果硅灰掺量在（5±2）%时抗压强度呈上升曲线[3]。
在设计高性能混凝土配合比时，在将硅灰的掺量控制在胶材总量5%，抗压强度和抗折强度都会得到提升，还可以提高劈裂强度和抗弯性能。在高强自密实混凝土配合比设计时，参加5%硅灰的其抗压强度在28d和60d时分别是未掺入的108%、115%[4]。硅灰的粒径极小，只有水泥颗粒的百分之一左右，所以具备微填充效应，从而让整体结构更加密实。并且C-S-H凝胶体也让水泥浆体和粗骨料截面过渡区的孔隙数量和大小明显下降，提高了混凝土密实性能。
2.2抗折强度
高性能混凝土的抗折性能研究中发现如果将成分中的矿渣水泥的3%替换成硅灰后其3d的抗折强度为原来的144.3%，达到8.8MPa，28d的抗折强度为原来的150.2%，达到11.4MPa。并且如果是提高掺入量达到8%时，28d抗压强度为未掺入的113.2%，劈裂强度为134.6%，90d强度增幅未见缩小[5]。对掺入了硅灰制作完成的高性能混凝土进行双侧拉拔试验后发现其微观硬度有明显提高，抗折性能也有提升。
2.3劈裂强度
要获得最大程度的劈裂抗拉强度提升就需要严格把控高性能混凝土中的硅灰使用比例，这一比例通常是在胶凝材料用量的3%~8%之间。而超出这一比例或者低于这一比例都会发生增强效果递减或者未见明显改善的情况。
3.硅灰对于高性能混凝土的耐久性改良作用
我国国土幅员辽阔，各地四季的温差各异，这种气候条件会对混凝土结构产生不小的温度应力，对于混凝土而言“冻融循环”更是有着极强的破坏性，所以要提高工程的使用寿命就需要从混凝土的耐久方面着手。
.png)
混凝土桥墩在海水侵蚀作用下的破坏情况
3.1抗冻性
硅灰对于混凝土的抗冻性也有着增强作用，对比发现如果没有掺入硅灰，混凝土试件会在冻融次数到250次之后相对动弹模量出现下降的情况；掺入硅灰之后，试件在重复冻融次数到了300次时依然未见被破坏迹象。硅灰的合理掺量，应经过大量反复试验后确定，掺入硅灰后混凝土的抗冻性上升，反之抗冻性下降。其最佳水胶比为0.26～0.34间，硅灰掺量为胶凝材料总量的（5±2）%。
在超高性能混凝土的抗冻性研究中，发现掺入硅灰的同时使用热水养护，其密实性有了明显提升，同时混凝土的毛细尺度和孔隙率明显下降，充水难度上升，进而使得抗冻性上升。
3.2抗渗性
混凝土具备透水性，因此其抗渗性与内部孔隙率、孔隙的大小等因素有着紧密的联系。
为提高高性能混凝土的抗渗性，在成分中加入硅灰后发现渗水高度明显降低了，在渗透试验中通过的电量也减少。这是因为在掺入硅灰之后，混凝土的微观结构发生了一定改变：硅灰颗粒的直径极小，因此可以填充到水泥颗粒的孔隙之中，混凝土的密实度得到了提升，进而提升了其抗渗性能。有无硅灰掺入的混凝土电通量在抗氯离子的渗透性方面也存在明显差异。在高性能混凝土中掺入一定的硅灰后抗渗性能够得到提高。
此外，如果在高性能混凝土中进行多种材料复掺相比于单掺有着更好的提升效果。水胶比不变的情况下，水泥、矿渣、粉煤灰和硅灰等多种材料的应用效果研究中发现硅灰的合理掺入可以提高混凝土抗渗性能。
结语
混凝土的使用范围极广、使用量极大，随着各种建筑工程的规模扩大和性能要求增加，就需要运用到高性能混凝土。硅灰具备着很好的活性作用，充分利用这一特点可以改善混凝土工作性能、力学性能，例如提高其抗压强度、抗折强度和抗冻性、抗渗性等耐久性能。但硅灰的掺量应控制在合理范围内。掺硅灰高性能混凝土配合比使用前应通过反复试验和充分论证后才能确定最终配合比，当原材料发生变化时应及时进行反复试验，当各项性能指标满足要求后才能正常使用。本文主要是对硅灰在高性能混凝土中的应用技术做了一些介绍，要确定硅灰高性能混凝土组成材料的最佳比例就需要通过反复试验、定量分析，从具体试验数据中再来获得不同形态的硅灰作用于高性能混凝土材料中的作用机理。
参考文献
[1]梁远博,谷坤鹏,王成启.硅灰对高石粉含量机制砂制备混凝土的影响[J].水运工程,2017(07):53-57.
[2]丁树清,梁鉴源,夏京亮,周永祥,高波,李康.硅灰造壳改善大吸水率骨料混凝土性能研究[J].建材世界,2017,38(03):16-20.
[3]张波. 不同形态硅灰在高强混凝土中的作用机理[D].清华大学,2015.
[4]王磊石.硅灰对混凝土性能影响的研究进展[J].四川水泥,2015(02):109.
[5]李信贵.论硅灰的特性及其在工程中的应用[J].建筑技术,2014,45(S1):50-53.
论文作者:令晨号
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年第3期
论文发表时间:2020/4/22
标签：混凝土论文; 高性能混凝土论文; 强度论文; 性能论文; 抗压强度论文; 孔隙论文; 密实论文; 《工程管理前沿》2020年第3期论文;