混凝土原材料篇-硅灰综述

硅灰作为一种重要的建筑辅助材料,广泛应用于道路桥梁、机场跑道、海港码头、涵洞隧道以及居家住宅,对我们的生活时刻发挥着重要作用。预拌商品混凝土生产单位及施工单位应加强对其的了解和控制，提高责任意识，落实质量行为，使预拌混凝土生产、施工质量得到有效的保证，特制订本章节对其进行综述。

混凝土原材料篇..............硅灰综述

目录

一、硅灰的来源与概述

二、硅灰的性质、技术要求和组成

1.物理性质

2.化学性质

3.技术要求

4.硅灰的组成

三、硅灰在混凝土中的应用

1.硅灰应用的发展过程

2.硅灰用于混凝土的优点

3.掺入硅灰的混凝土的用途

4.硅灰的使用方法和注意事项

四、硅灰与混凝土质量的关系

1.硅灰在混凝土中的作用

2.硅灰在混凝土中的作用机理

五、硅灰进场质量控制项目

1.需水量比

2.烧失量

3.快速检测项目

一、硅灰的来源与概述

硅灰是冶炼硅铁合金或工业硅时的副产品,通过烟道排出的硅蒸汽冷氧化并冷收尘而得。金属硅和合金都是在电炉生产的。原料是石英、焦炭、煤炭和木片。由于石英减少,氧化硅气体与电炉上层部分氧气混合,形成硅灰。在电炉里,氧化硅被氧化成为二氧化硅,凝聚成纯球形的硅灰颗粒,形成烟雾或烟尘的主要部分

电炉中的烟尘进入冷却管道,再进入预先收集管道,通过旋风消除粗糙颗粒,这些颗粒被转入到专门设计的布袋过滤器,硅灰在此被收集,其生成过程见图2-21,原状硅灰见图2-22。

硅灰是一种优质的矿物掺合料,外观为灰色或灰白色,其SiO2含量高达85%上,颗粒细,粒径范围在0.01～l1μm,比表面积介于15000～25000m2/kg（采用BET氮吸附法测定）,远远高于水泥、粉煤灰和矿渣粉等胶凝材料。硅灰可促使水泥水化与硬化,使混凝土更密实,提高了混凝土的强度、耐久性等其他性能。但因其价格昂贵、密度小、运输成本高、添加不方便等原因,早期使用较少。近年来人们对硅灰作用的认识逐渐深入,硅灰加密工艺逐渐改进,硅灰价格也逐渐下降,这也促进了其在预拌混凝土中的使用,尤其是在高强、自密实、超高层泵送、特殊混凝土中已趋于常态化。

定义

硅灰（Silica fume）是在冶炼硅铁合金或工业硅时,通过烟道排出的粉尘,经收集得到的以无定形二氧化硅为主要成分的粉体材料。

二、硅灰的性质、技术要求和组成

1.物理性质

颜色硅灰的颜色在浅灰色与深灰色之间。

相对密度——硅灰的相对密度在2.2g/cm3左右,比水泥（3.lg/m3)要轻,与粉煤灰相似。

松散表观密度——直接收尘得到的D状硅灰的松散表观密度一般在150～250kg/m2之间。采用增密工艺可将硅灰松散表观密度提高到500～700kg/m2,即加密型硅灰颗粒形状——非常微小、表而平滑的玻璃态球形颗粒。

颗粒尺寸——绝大多数颗粒的粒径小于lym,平均粒径为0.15μm左右,仅是直径的1/100。

比表面积——介于15000～25000m2/kg（采川氮吸附法测定）。

2.化学性质

二氧化硅最小含量85%，一般超过90%,无定形的活性二氧化硅具有火山灰活性—能与Ca(OH)2反应,烧失量一般低于4%。

3.用于混凝土中的硅灰的技术要求

《砂浆和混凝土用硅灰》（GB/T276902011)对用于混凝上中作为掺合料的硅灰品质的规定见表2-13。

4.硅灰的组成

（1）化学组成与矿物组成

硅灰的化学组成（表2-10)主要是SiO2,且大部分是无定形SiO2。除此之外,还有少量的Fe2O3、CaO、SO3等,其含量随矿石的成分而稍有变化。硅灰的矿物组成也很简单,主要是无定形的SiO2矿物和少量的高温型SiO2矿物。

（2）颗粒组成

硅灰在形成过程中,因相变的过程中受表面张力的作用,形成了非结晶相无定型圆球状颗粒,其粒径极小,表面光滑,粒型很好,具有很高的活性（图2-4）。

三、硅灰在混凝土中的应用

1.硅灰应用的发展过程

1947年,在挪威克里斯蒂安桑市埃肯集团Fiska工厂,世界上首次进行硅灰收尘。1951年开始进行混凝十应用试验,1952年硅灰混凝土第一次在工程中应用（奥斯陆Bern hardt隧道）。70年代,生产收尘技术日趋成熟,硅灰对混凝土性能的改善引起广"泛兴趣,应用研究工作在世界范围内全而展开。挪威率先颁布硅灰在混合水泥与混凝上中应用的国家标准。80年代,应用技术高速发展,混凝土应用领域不断扩展,用量快速增长。挪威首先将硅灰用于喷射混凝土,并很快成为喷射混凝上的标准组分;高强泵送混凝士（80～130MPa）、高抗冲磨混凝土在美国成功应用。90年代,硅灰成为广泛使用的火山灰质混合材,改善新拌与硬化混凝士的性能,世界范围的年用量达10方吨以上。

2.硅灰用于混凝土的优点

混凝十中掺入硅灰可以实现:

（1）显著提高混凝上的强度。

(2)改善泵送性能。