硅灰對混凝土性能的影響_賽普森硅灰

     國外學(xué)者對硅灰性能的研究已經(jīng)有數(shù)十年時(shí)間，很全面、很深入，其中混凝土材料領(lǐng)域是硅灰研究早的領(lǐng)域，也是應(yīng)用廣的領(lǐng)域。現(xiàn)階段，在這些國家，硅灰己被廣泛的應(yīng)用于建筑、冶煉、化肥生產(chǎn)等行業(yè)。硅灰具有的高火山灰活性和微集料填充性能等這些物化優(yōu)點(diǎn)，我們用其等量替代水泥制備高強(qiáng)高性能混凝土，不僅可以減少混凝土中水泥的使用和降低生產(chǎn)水泥造成的環(huán)境污染及資源浪費(fèi)，同時(shí)對混凝土的力學(xué)性能和耐久性會(huì)有正面的作用。圓球形和細(xì)粒徑的硅灰對高強(qiáng)高性能混凝寸二的有利作用主要體現(xiàn)在物理化學(xué)兩個(gè)方面:微集料填允的物理作用和在水化期水化過程中起晶核作用，并有較高的火山灰活性。

1.微集料填充作用和高火山灰活性共同提高混凝土強(qiáng)度
     硅灰的單體顆粒粒徑為0.1-1um，平均粒徑為0.15um，因此可以填充在水泥粒子的孔隙之間以及水泥漿體與粗骨料之間的界面過渡區(qū)，減小孔隙尺寸，即具有微集料填充作用，能夠從更微觀的尺度增加水泥漿體系的密實(shí)度和骨料一水泥漿界面的密實(shí)度.大量的資料表明，硅灰的摻量控制在5%-10%范圍內(nèi)時(shí)，可以獲得良好的摻加效果，但硅灰應(yīng)與減水劑復(fù)合使用，以保證硅灰和水泥顆粒充分分散。硅灰的火山灰活性表現(xiàn)為硅灰替代水泥加入混凝土后，它雖不能直接與水起化學(xué)反應(yīng)，但可以與水泥的水化產(chǎn)物C(OH)2發(fā)生如下二次水化反應(yīng)(即火山灰反應(yīng))，使水泥中的大孔隙、粗粒徑水化產(chǎn)物Ca(OH)2結(jié)晶體和鈣礬石明顯減少，C-S-H凝膠明.顯增多，此外，硅灰還能與水泥水化的另一種產(chǎn)物高堿性水化硅酸鈣反應(yīng)生成低堿性的水化C-S-H凝膠來提高混凝土強(qiáng)度。

     當(dāng)混凝上中硅灰與高效減水劑復(fù)合使用時(shí)，可使混凝土的低水膠比降至0.13-0.18，未反應(yīng)硅灰的微集料填充作用及二次水化產(chǎn)物C-S-H凝膠的填充作用，使混凝土結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，抗壓強(qiáng)度為不摻硅粉的數(shù)倍。不過有研究表明，若硅粉的摻量過高，混凝土強(qiáng)度則會(huì)降低。

2.改善混凝土離析和泌水功能
    混凝土攪拌成型振動(dòng)后，會(huì)有水分從混凝土底部離析出來，并在面部形成一層明亮的水膜，我們通常稱這為浮漿，它會(huì)使混凝土上層分布不均勻，對結(jié)構(gòu)成型的質(zhì)量不利。己有研究表明，硅灰取代水泥的量越大，混凝上結(jié)構(gòu)越不容易離析和泌水。當(dāng)硅灰取代水泥的量達(dá)到15%時(shí)，即使混凝土坍落度達(dá)到150mm-200mm，也很難離析和泌水;而當(dāng)取代水泥的用量達(dá)到20%-30%時(shí)，即使將該混凝土直接放入自來水中也不產(chǎn)生離析。硅灰可以明顯改善混凝土的離析和泌水性，因此我們通常將硅灰用于人壩、跨海大橋等水下混凝土工程。

3，提高混凝土的抗?jié)B性、抗化學(xué)腐蝕性
    混凝土中摻入硅灰后，大大減少了混凝土中水泥顆粒之間和水泥顆粒與粗骨料之間的孔隙分布，使混凝土結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，所以提高了硅灰混凝土的抗?jié)B性、抗化學(xué)腐蝕性。它可以有效地阻止混凝土使用環(huán)境中酸堿離子的侵入和腐蝕，從而減緩混凝土中鋼筋的銹蝕，對結(jié)構(gòu)的承載力和長期安全使用有益。

4.提高混凝土結(jié)構(gòu)抗凍性
   國內(nèi)外的大量研究表明，混凝土硅灰取代水泥的摻量介于5%-10%時(shí)，可以提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗凍性，但當(dāng)硅灰摻量超過20%時(shí)則對混凝土的抗凍性不利。高強(qiáng)高性能混凝土中，我們通常把硅灰的取代量控制在膠凝材料用量的10%以內(nèi)，這時(shí)可以減少混凝土結(jié)構(gòu)的早期塑性收縮和干縮，在密實(shí)混凝土的同時(shí)減小收縮開裂從而降低環(huán)境中各種水分和物質(zhì)的侵入，降低膨脹，提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗凍性。

5.抑制混凝土中的堿集料反應(yīng)
   堿集料反應(yīng)指是集料中的活性氧化硅和混凝上中的堿(以K2O、Na2O)為主，主要來自水泥、礦物摻合料、粗細(xì)集料)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)生成物又吸水膨脹，體積增大，導(dǎo)致混凝土開裂的現(xiàn)象，它是混凝上卞要的耐久性指標(biāo)之一。由于堿集料反應(yīng)大多發(fā)生在混凝土澆筑成型后，這個(gè)過程反應(yīng)緩慢、容易引起混凝土開裂破壞，并且混凝土一旦破壞后很難修補(bǔ)，這些原因使得堿集料反應(yīng)有了混凝土“癌癥”的稱號。

   硅灰能夠有效的抑制混凝土中的堿集料反應(yīng)，主要是因?yàn)楣杌姨娲嗪蠼档土怂嗟挠昧浚⑶野l(fā)生的二次水化反應(yīng)使得混凝土中Ca(OH)2的含量大大減少，從而減輕了堿的侵蝕:其次，硅灰可以吸附混凝土中的CA+和K+，由于金屬離子濃度的降低，對混凝土的堿侵蝕作用也減弱:硅灰的填充作用及生成的C-S-H凝膠使混凝士中的孔洞減小，毛細(xì)孔不連續(xù)。一般認(rèn)為，硅灰的有效替代量為水泥用量的10%-15%。