周鳴 靳丁帥男 周鈺鑫 施佳匯

摘要：硅灰是工業(yè)冶煉過程中的副產(chǎn)物，將硅灰摻入混凝土中會影響混凝土的性能，在不同類型的混凝土中，難以得到相對統(tǒng)一的最佳配合比，摻入硅灰制成高性能混凝土已經(jīng)在工程中得到廣泛應(yīng)用。本文分析總結(jié)了硅灰對混凝土各項(xiàng)性能的影響的研究現(xiàn)狀以及在一些工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：硅灰、混凝土、力學(xué)性能、工作性能、工程應(yīng)用

1.引言：

2020年，我國前三季度國內(nèi)工業(yè)硅產(chǎn)量為142.3萬噸，而伴隨其產(chǎn)生的硅灰亦是數(shù)量龐大。將廢料硅灰摻入混凝土中，不僅降低了水泥的消耗，同時(shí)也能加強(qiáng)混凝土的性能，這使得它成為一種優(yōu)秀的建筑材料，對于不同類型的混凝土，硅灰的摻量對混凝土各項(xiàng)性能的影響不盡相同。

2.硅灰對混凝土性能影響的研究現(xiàn)狀

2.1硅灰對混凝土力學(xué)性能研究

李曉妮[1]研究了混凝土中摻入硅灰對道路混凝土的影響。實(shí)驗(yàn)中，采用內(nèi)摻法用硅灰等量取代水泥制成混凝土，通過提高用水量保持混凝土塌落度穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土中摻入硅灰能提高混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度等，摻量從0-6%，混凝土力學(xué)性能提升很大，最佳摻量為6%。

李波[2]等研究了硅灰對機(jī)制砂混凝土的力學(xué)性能的影響。硅灰按0%、3%、6%、9%、12%取代水泥制成試塊。測出不同摻量時(shí)試塊的抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度以及抗折強(qiáng)度。試塊的抗壓強(qiáng)度隨著硅灰摻量的增加先緩慢增強(qiáng)，再迅速增強(qiáng)，在9%時(shí)達(dá)到最高強(qiáng)度，之后則迅速下降。劈裂強(qiáng)度在6%時(shí)達(dá)到最強(qiáng)，之后則緩慢降低。然而硅灰的摻入對混凝土抗折強(qiáng)度影響甚微。

2.2硅灰對混凝土的工作性能的影響

楊林[3]等將硅灰摻入混凝土中進(jìn)行混凝土工作性能的研究。試驗(yàn)中硅灰摻量按0%增加到40%分別取代等量水泥，測出不同摻量時(shí)的坍落度、擴(kuò)展度以及泌水率。試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土的坍落度在摻量0%到10%變化不大，在10%到20%有明顯下降，而擴(kuò)展度度幾乎是線性下降，泌水率隨著硅灰摻量的增加有著明顯的減小，呈先快后慢趨勢。這很大程度上是由于硅灰使得混凝土內(nèi)部的孔隙的減少，從而使得混凝土的流動(dòng)性和滲透性下降。

通過上述學(xué)者的研究，不同摻量的硅灰對混凝土的工作性能的影響是不盡相同。這是因?yàn)橐环矫婀杌业谋缺砻娣e大等使得水泥反應(yīng)不充分，降低流動(dòng)性;而另一方面，混凝土反應(yīng)生成的凝膠物質(zhì)又起到了潤滑作用使得流動(dòng)性增加。

2.3硅灰對混凝土耐久性的影響

楊萬斌[4]等研究了在混凝土中摻入硅灰對其抗凍性的影響。通過改變水膠比和硅灰的摻量制成不同的混凝土，進(jìn)行抗凍性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在凍融次數(shù)250次以內(nèi)，硅灰對相對動(dòng)彈模量影響不大，但當(dāng)次數(shù)超過后，未摻的試件迅速下降，并在300次時(shí)凍融破壞，而摻硅灰的試件仍未被破壞。摻硅灰的混凝土質(zhì)量損失率都比未摻的低，同時(shí)混凝土的質(zhì)量損失率隨硅灰摻量增加呈下降趨勢。得出水膠比為0.3，硅灰摻量為5%時(shí)混凝土的抗凍性最佳。

3.工程應(yīng)用

在深圳鹽田港碼頭工程[5]中，采用硅灰粉煤灰復(fù)合摻入和加入高效減水劑制成高性能混凝土，見表2，有效的提高了混凝土的密實(shí)性和抗?jié)B性，從而降低了混凝土內(nèi)鋼筋與氯鹽接觸而發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，使得混凝土在氯鹽環(huán)境下有著較強(qiáng)的抵抗性，保證了混凝土50年以上的使用壽命。

在東海大橋工程[6]中，要求混凝土的壽命基準(zhǔn)期為100年，這是普通混凝土不能滿足的。通過摻入硅灰等摻合料（表3）配合上高強(qiáng)度水泥和高效減水劑制成的高性能混凝土（表4）。該混凝土能較好的保持混凝土的坍落度穩(wěn)定，具有較高的耐久性，能有效防止物質(zhì)的滲透，延長結(jié)構(gòu)的壽命。

結(jié)束語

將硅灰摻入混凝土中，一方面，對資源的再利用減少了水泥的消耗，也避免了將硅灰排入環(huán)境引起種種污染問題;另一方面，硅灰粒徑小且具有火山灰活性，對混凝土性能有很好的提高。但是，從目前的研究來看，在不同的混凝土體系中，各樣材料、配合比等都不盡相同，這些都使得我們很難得到一個(gè)能使混凝土各項(xiàng)性能都很好發(fā)揮的硅灰摻量。所以如何通過現(xiàn)有的技術(shù)確定各混凝土體系硅灰的最佳摻量是一個(gè)重要的研究方向。

參考文獻(xiàn)

[1]李曉妮.硅灰對道路水泥混凝土性能的影響[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2020，16（08）：1-3.

[2]李波，周海龍，呂振國，宋幸芳，王建國.高強(qiáng)機(jī)制砂混凝土工作性及力學(xué)性能的試驗(yàn)研究[J].硅酸鹽通報(bào).2020（06）：1765-1771+1797

[3]楊林，宋帥奇，楊靜.硅灰對塑性混凝土工作性能和強(qiáng)度的影響[J].混凝土.2012（12）：43-45+49

[4]李理，楊萬斌，劉茉莉.硅灰對混凝土抗凍性能影響的試驗(yàn)研究[J].河北省科學(xué)院學(xué)報(bào).2012（02）：63-65+70

[5]熊建波，黃明東，陳愛芝.高性能混凝土在鹽田港三期工程中的應(yīng)用[A].2004：8.

[6]李建剛，羅忠良，邱瓊海，鄭機(jī).東海大橋近島段工程高性能混凝土與普通混凝土優(yōu)劣性對比[J].橋梁建設(shè)，2005（S1）：38-40.

項(xiàng)目號：南京工程學(xué)院2021年度大學(xué)生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目：TB20210917;江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目：202111276021Z