淺談硅灰在高強度等級混凝土中的應用

張津翔

摘要：本文對硅灰簡要概述，探討硅灰在混凝土的應用原理，并論述硅灰在提升混凝土強度及耐久性、抗凍性等方面的作用。

關鍵詞：硅灰；混凝土；應用

我國社會高速發展背景下，建筑事業發展速度進一步提升，建筑行業對提升我國人民生活質量具有重要影響，有利于滿足人們對性能的追求。硅灰在高強度等級混凝土中應用，有利于使建筑耐久性進一步提升。因此在本次研究，將對硅灰在高強度等級混凝土中的應用展開探討，以下為詳細分析。

一、硅灰

硅灰是冶煉硅鐵合金或工業硅時的副產品，通過煙道排出的硅蒸汽使其氧化并冷收塵而得。硅灰主要成分不同，與冶煉時影響因素存在聯系，硅灰主要成分中包括SIO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O，含量占比為92%、80%、30%、40%、30%、20%、90%，在硅灰主要成分中可以發現，成分中占比最大的非晶態二氧化硅，能占據其中的90%以上。SIO2性質中與活火山的特性較為類似，硅灰在與混凝土混合后容易產生劇烈反應。硅灰為肉眼可見的白色顆粒物體，碳含量的差異使得硅灰顏色產生變化，顆粒具有細致特點，許多顆粒直徑在1μm以下，經過相關研究顯示，平均粒徑在0.1μm左右，不足水泥粒徑的幾百分之一，硅灰密度則是在2200g/cm3左右。

硅灰比表面積為13000-23000左右，能夠反映其彌散性較大，摻入混凝土中后，可利用有效產生彌散反應。

二、硅灰在混凝土中的應用原理

硅灰自身具有化學性質及物理性質，摻入混凝土中后，會產生良好的填充效應，從而使混凝土強度得以提升。水泥混凝土在攪拌過程中，需要加入適量的水，從而保障良好的施工流動性。若水分較多則容易降低水泥粘稠度，使其中的膠力減弱。且在混凝土中產生水泡，水泡容易導致混凝土凝結后出現孔隙，從而使混凝土力學性能減弱。

硅灰在填充至水泥中，需要進入水泥顆粒縫隙，硅灰在水泥顆粒中作為水泥縫隙的補充。硅灰顆粒直徑較大，所體現的填充效果更加顯著。硅灰有利于防止混凝土泌水，有利于控制水分在其中集聚，使水泥漿與骨料膠著使其密實度提升，將區域范圍厚度縮減。硅灰能夠提升水泥及骨料的密實度，發揮的作用優于普通填充物。

硅灰接觸拌合水后，首先形成富硅的凝膠，并吸收水分，凝膠在尚未水化的水泥顆粒間聚集，逐漸包裹水泥顆粒，水化產物Ca（OH）2與上述硅凝膠的表面反應生成C-S-H凝膠，該水化物凝膠強度高于Ca（OH）2晶體。C-S-H凝膠的產生多處于水泥水化的C-S-H凝膠孔隙中，大大提高了混凝土的結構密度，因此具有優異的火山灰效應和填充效應。

硅灰與混凝土混合后，會產生空隙溶液化學反應，該反應使水化產物中的硅酸鈣含量縮減，隨著堿金屬離子濃度降低，空隙溶液PH值隨之下降，使得堿性反應減少。

三、硅灰在高強度等級混凝土中的作用

（一）提升混凝土強度

硅灰摻入混凝土中后，混凝土早期強度及最終強度得以改善，相關報道顯示，硅灰摻量在10%以下的情況下，混合硅灰混凝土蒸汽養護抗壓強度是常規混凝土的2倍以上。采取蒸壓養護方式，混合硅灰混凝土抗壓能力則是常規混凝土的3倍以上，利用普通混凝土養護方法，混凝土強度會得到進一步提升，但硅灰摻量與混凝土強度具有直接關聯，從而說明混凝土中的硅灰含量越大，混凝土強度會不斷改善，但最大摻量不宜超過10%。

個別國家在混凝土中摻入硅灰已經實現C100高強度混凝土，且制作工藝較為簡單，成本比較節省。

（二）調整混凝土和易性

混凝土中摻入硅灰，混凝土的需水量會有提升，在實際生產拌合過程中，需要足夠的水量，導致混凝土坍落度下降，混凝土中硅灰摻量在5%情況下，硅灰會使混凝土用水量保持正常，但硅灰的量不斷提升，混凝土中需要加入更多的用水，但最大用水量在130%左右。需加入高效減水劑來控制，使得水分調節變得更加可控，高效減水劑及硅灰為制作高強度混凝土提供了可能。混凝土出現浮漿問題情況下，混凝土在澆筑后，容易出現滲水問題，使得混凝土表面浮現一層水膜。

浮漿問題的出現，表示混凝土表層出現不規則分布，使得混凝土性能受到影響。發達國家表示，硅灰摻入量增加，混凝土離析及沁水概率變低。硅灰摻量在10%左右時，混凝土坍落度為15-20cm，混凝土中基本不會產生離析及沁水現象。硅灰摻量為5-8%，一般不良反應都不會產生。

（三）提升混凝土耐久性及抗凍性

硅灰中與混凝土結合后，使得混凝土中的內部微小空隙變得狹窄，從而改善混凝土密實度，硅灰加入混凝土后，使得結構的抗滲透能力改善，且加入硅灰使得外部溶液不會進入結構中，從而控制化學反應的產生。相關報道中顯示，硅灰攝入量在10%情況下，使得混凝土抗滲透及抗化學反應能力得以改善，使得混凝土結構中對鋼的腐蝕性減輕。硅灰具有較高的比電阻，在混凝土攪拌過程中，容易改善混凝土比電阻。

研究人員利用多種混凝土與硅灰的混合實驗，觀察硅灰對混凝土抗凍能力的影響，但影響并非正比關系。硅灰摻量的不斷提升，混凝土抗凍能力存在一定程度的下降。硅灰摻量的不斷提升，混凝土抗凍能力從而減弱。硅灰含量在10%以下的情況下，硅灰與混凝土混合使得抗凍能力改善。若硅灰含量在15%左右時，硅灰的融入使得混凝土抗凍能力不會產生較大變化，但超出20%則會使得混凝土結構抗凍能力減弱。

四、結語：

建筑工程是我國城市化進程推動力，建筑工程中必備的原料為混凝土。提升混凝土強度有利于改善建筑性能，提升建筑的耐久性及抗凍性，改善工程質量，滿足人們對建筑工程的要求。因此在混凝土中加入一定量的硅灰，有利于改善工程質量，提升混凝土強度，耐久性及密實度。

參考文獻：

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