微硅粉在商品混凝土中的使用

硅灰或称凝聚硅灰，也叫微硅粉、硅粉 , 是硅铁或金属硅生产过程中由矿热炉中的高纯石英、焦炭和木屑还原产生的副产品，主要成分是 SiO一般硅灰的颜色在浅灰和深灰之间，本身是无色的，其颜色主要取决于碳和氧化铁的含量，碳含量越高，颜色越暗，另外加密的硅灰要比自然硅灰颜色暗。硅灰的粒径都小于1μm，平均粒径为 0．1μm 左右，是水泥颗粒直径的 1/100，所以硅灰能高度分散于混凝土中，填充在水泥颗粒之间而提高密实度，同时硅灰具有很高的活性，能更快更全面的与水泥水化产生的氧氢化钙反应。

（1）应用历史

硅灰在混凝土中的应用研究可追溯到上世纪四十年代的挪威。七十年代末，北欧和北美对于硅灰在混凝土中的应用研究也取得了长足的进步，八十年代初，中国对硅灰混凝土作了大量的研究工作，并在水利工程中有较多应用，取得了良好的效果。水利部还颁布了“水工混凝土硅粉品质标准暂行规定”。实践表明：普通混凝土工程在恶劣的环境中可能短时间内受到严重损坏，从而威胁工程质量大大降低工程的使用寿命。而采用水泥、硅灰和粉煤灰及减水剂配制出满足各方面要求的高性能混凝土，成功应用于各工程中，混凝土性能显著改善，将混凝土施工的灵活、快速和经济的优点提高到一个新的水平。

（2）工作原理

一种，其主要成分为活性 SiO2。硅灰颗粒很小 (<1μm)，具有高度分散性。硅灰对混凝土强度的作用机理为：填充效应、火山灰效应、孔隙溶液化学效应。硅灰掺入混凝土中，增加了混凝土基体的密实度，提高了水泥浆体与骨料之间的粘结强度，

减少了Ca(OH)2对 HPC 强度的不利影响，削弱了ASR 对混凝土的危害。混凝土中硅灰一般掺量为 5％～15％，最佳掺量10% 左右。硅灰作为一种辅助胶凝材料掺加到水泥浆体和混凝土中，不仅能够提高水泥水化度，并与 Ca(OH)2发生二次水化反应，且硅灰及其二次水化产物填充硬化水泥浆体中的有害孔，并改善混凝土中硬化水泥浆体与骨料的界面性能，对硬化水泥浆体和混凝土微结构将产生积极的影响，从而对其宏观力学性能特别是对它们的耐久性产生十分有利的影响，而这正是水泥与混凝土材料科学的几个基本任务之一。而且利用硅灰还可以减少其对环境的污染，减轻它对环境所造成的压力。但同时也应该看到，硅灰对硬化水泥浆体和混凝土微结构的改善与许多因素有关，因此必须加强这方面的研究，包括其它火山灰材料对硬化水泥浆体和混凝土微结构的影响的研究。

（3）硅灰的种类及应用标准硅灰主要以二种形式供应，即原态硅灰和增密硅灰。原态硅灰，即通过收尘器直接收集得到的产品，松散容积约为 150~200kg/m3。原态硅灰一般采用袋装运输，由于硅灰密度很小，长途运输效率较低，使用时多采用人工直接

破袋将微硅灰倒人混凝土搅拌机，工作环境粉尘大，工作效率低。商品混凝土为解决原态硅灰不宜长途运输及效率低的问题，开发出了提高硅灰密实度的“硅灰增密技术”。这种技术使原态硅灰在压缩空气流的作用下，滚动聚集成小的颗粒团，从而将硅灰的松散容积提高到 500~700kg/m3，大大方便了使用，增密硅灰小颗料团的颗粒凝聚力较弱，在混凝土搅拌机中的搅拌过程非常容易散开，因此，硅灰颗粒易在骨料投料后投入搅拌机，以保证增密硅灰颗粒团散开和良好的分散。

（ 4）硅灰的质量标准

SiO2含量越高，硅灰的性能越高。一般要求，硅灰 SiO2含量＞ 85%，硅灰的碳在混凝土中会吸附部分引气剂，因此要求烧失量≤ 7％（控制碳和含水量）；再次是硅灰的细度要控制在 45μm 以下，＞ 45μm 的颗粒，筛余量应在 10％以下。以前有的学者专家曾计算：以15％的硅灰取代水泥，则在混凝土中水泥颗粒与硅灰颗粒数量的比例为 1∶2000000，由此可知硅灰是一种超细粉末物质，之所以提高混凝土的强度，关键在于提高了水泥浆体与骨料之间的粘结强度，能降低泌水，防止水分在骨料下表面聚集，从而提高界面过渡区的密实度和减小界面过渡区的厚度。硅灰的粒径比水泥颗粒要小100 倍，填充于水泥颗粒的空隙之间，其效果如同水泥颗料填充在骨料之间一，增加混凝土的密实度。以上资料的介绍，对本文所述试验提供了理论依据和很大的启发

表 2 混凝土配合比

编号 W/B材料用量（kg/m3）

水泥水硅灰粉煤灰外加剂砂卵石

1 0.45 310 175 0 80 9.8 848 1037

2 0.45 300 175 10 80 10.5 848 1037

3 0.45 290 175 20 80 10.5 848 1037

4 0.4

5 280 175 30 80 11.0 848 1037

5 0.45 270 175 40 80 11.0 848 1037

6 0.45 260 175 50 80 11.5 848 1037

7 0.45 265 175 30 90 11.0 850 1040

8 0.46 250 175 30 100 11.0 853 1042

9 0.49 240 175 30 90 10.0 900 1015

10 0.41 310 172 30 80 11.5 799 1059

11 0.37 350 170 30 80 12.9 728 1092

表 3 新拌混凝土性能及硬化混凝土抗压强度编号新拌混凝土性能抗压强度（MPa）坍落度（mm）坍落度保留值（1h）（mm）扩展度（mm） 3d 7d 28d

1 200 190 550 16.6 23.5 36.8

2 210 185 560 17.1 26.4 35.2

3 215 180 550 17.7 27.8 37.6

4 220 190 570 19.3 33.

5 42.7

5 195 170 540 18.8 32.7 41.8

6 190 150 520 20.2 36.4 44.3

7 220 185 550 18.5 27.4 38.2

8 215 190 540 15.7 22.9 35.7

9 220 185 530 14.2 20.6 31.8

10 220 195 560 18.2 29.4 40.9

11 220 190 570 22.2 35.7 47.6

2 混凝土试配试验过程

2.1 试验用原材料

（1）硅灰：内蒙古巴彦淖尔市附近硅铁厂出品的原态硅灰，

其品质指标见表 1。

表1 硅灰品质指标 %SiO2含量烧失量 45 um 筛余量含水率

83~90 3~6 5~9 1~3

（2）水泥：川中牌 P.O42.5R 水泥；28d 胶砂强度47MPa ；

（3）粉煤灰：Ⅱ级灰；筛余量16%，需水量比 88% ；

（4）细骨料：水洗中砂，细度模数 2.8 ；含泥量 2.6% ；

（5）粗骨料：卵石，粒径 5～25mm，含泥量 0.5% ；压碎指标 9.2% ；

（6）外加剂：XB 高效泵送剂。

2.2 混凝土配合比见表 2。

2.3 新拌混凝土性能及硬化混凝土强度见表 3。

2.4 试验结果分析