硅灰对混凝土性能的影响及其应用

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1、硅灰对混凝土耐久性的影响2007-06-12上午03:50摘要：硅粉是硅合金与硅铁合金制造过程中高纯石英、焦炭和木屑还原产生的副产品，是从电弧炉烟气中收集到的无定型二氧化硅含量很高的微细球形颗粒。硅粉一般含有90%以上的SiO2，且大部分为无定型二氧化硅。硅粉用于提高新拌混凝土及硬化后混凝土的性能，具有火山灰活性的硅灰对混凝土的耐久性有明显的改善作用。关键字：硅灰混凝土耐久性　　自北欧国家冰岛、挪威和瑞典1976年开始在工程上应用硅粉以来,人们开始对硅粉进行了不断的研究。由于硅粉具有与硅酸盐水泥独特的互补性能,现在已被确定为一种新型的辅助胶

2、结材料而被许多国家广泛研究和应用。随着结构超高和复杂程度的增大,人们对结构材料的工作性能提出了更高的要求,除了高工作度外,在实际应用中还希望高性能混凝土具有高的强度和耐久性。有些掺和料，如硅粉、高炉矿渣及粉煤灰已被用于提高新拌混凝土及硬化后混凝土的性能。本文主要介绍了具有火山灰活性的硅灰对混凝土耐久性的影响。　　　　1、硅灰的特性　　1.1物理特性　　硅灰颜色在浅灰色与深灰色之间,密度2.2g/cm3左右，比水泥(3.1g/cm3)要轻，与粉煤灰相似，堆积密度一般在200～350kg/m3。硅灰颗粒非常微小，大多数颗粒的粒径小于1μｍ,平均

3、粒径0.1μm左右，仅是水泥颗粒平均直径的1/100。硅灰的比表面积介于15000～25000m2/kg(采用氮吸附法即BET法测定)。硅灰的物理性质决定了硅灰的微小颗粒具有高度的分散性，可以充分地填充在水泥颗粒之间，提高浆体硬化后的密实度。　　1.2化学特性　　硅粉是硅合金与硅铁合金制造过程中高纯石英、焦炭和木屑还原产生的副产品，是从电弧炉烟气中收集到的无定型二氧化硅含量很高的微细球形颗粒。硅粉一般含有90%以上的SiO2，且大部分为无定型二氧化硅，其成分则根据合金品种不同而有变化。我国西宁、唐山、遵义等地硅粉的化学成分见表1：　　表1　

4、我国部分地区硅粉的化学成分成分SiO2（％）Al2O3（％）Fe2O3（％）CaO（％）MgO（％）C（％）R2O（％）烧失量％遵义92.400.801.100.501.101.00.302.2西宁90.090.992.010.811.171.00.452.95唐山92.160.440.270.941.371.00.991.63　　由表1可知，硅灰的主要化学成分为非晶态的无定型二氧化硅(SiO2)，一般占90%以上（通常用于高性能混凝土中的硅灰的SiO2最低要求含量是85％）。高细度的无定型SiO2具有较高的火山灰活性，即在水泥水化产物氢氧

5、化钙(Ca(OH)2)的碱性激发下，SiO2能迅速与Ca(OH)2反应，生成水化硅酸钙凝胶(C-S-H)，提高混凝土强度并改善混凝土性能。　　硅粉之所以可以作为一种辅助性胶凝材料改善硬化水泥浆体的微结构，首先是因为硅粉具有很高的火山灰活性。虽然硅粉本身基本上与水不发生水化作用，但它能够在水泥水化产物Ca(OH)2及其它一些化合物的激发作用下发生二次水化反应生成具有胶凝性的产物；其次是因为硅粉的微集料特性，它不仅自身可以填充硬化水泥浆体中的有害孔，其二次水化产物也可以填充硬化水泥浆体中的有害孔，从而改善硬化水泥浆体的微观结构。　　2、硅粉在水

6、泥浆体和混凝土中的最佳应用条件　　　　为了更有效地利用硅粉对硬化水泥浆体微结构的改善作用，国内外许多研究者对硅粉在水泥浆体和混凝土中的最佳应用条件进行比较详细的研究，这方面的研究主要包括水胶比、硅粉掺量、外加剂以及其它火山灰掺合料的选择及其用量等。硅粉在水泥浆体和混凝土中应用时存在一个最优水胶比范围，一般超过该范围，硅粉对硬化水泥浆体和混凝土微结构的改善作用就会降低。如Gapparao指出，在水泥砂浆3d或7d龄期时，水胶比小于0.45(水胶比为0.35，0.40)的含硅粉的砂浆试件强度降低，而水胶比等于0.45或0.50的含硅粉的砂浆试件

7、强度上升；但在水泥砂浆28d或90d龄期时，水胶比小于0.35，0.40，0.50的含硅粉的砂浆试件强度大致相同；而水胶比等于0.45的含硅粉(不论硅粉含量多少)的砂浆试件强度较低；当水胶比等于0.50，硅粉掺量大于27.5%时，硅粉对砂浆后期强度发展有显著影响。　　硅粉虽然能够有效地改善硬化水泥浆体和混凝土微结构，但是由于硅粉的粒径小，比表面积大，所以水泥浆体和混凝土掺入硅粉后，随着硅粉掺量的增加，需水量增大，自收缩也增大。因此，一般将硅粉的掺量限制在5%～10%之间，并用高效减水剂来调节需水量，同时，水泥、硅粉、外加剂之间存在一个相容性

8、问题，因此，在利用硅粉时必须注意其应用条件。由于混凝土中掺加硅粉后，可能导致混凝土的自收缩，而掺加硅粉的混凝土一般是有特殊要求的混凝土，因此，在混凝土中利用硅粉对硬化水泥浆体和混